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Geometrische Optik
Die gerade Linie, die mit der Symmetrieachse eines reflektierenden oder brechenden optischen Elements übereinstimmt, wird als optische Achse bezeichnet. Bei einem Linsensystem ist die optische Achse die Linie, die durch die optische Achse der Einzelelemente gebildet wird. In einer einfachen Betrachtung kann man die Verbindungsgerade der beiden Krümmungs-Mittelpunkte als optische Achse betrachten. In Spezialfällen, z. B. bei einem Offset-Parabolspiegel, stimmt die optische Achse eines Systems nicht notwendigerweise mit der Symmetrieachse überein.
Kristalloptik
Die meisten Kristalle sind optisch anisotrop (doppelbrechend). Solche Kristalle haben verschiedene Brechzahlen in verschiedenen Raumrichtungen von der elektrischen Flussdichte D, der Polarisationsrichtung. Die Brechzahl hängt also nicht von der Ausbreitungsrichtung des Strahls ab, sondern von seiner Polarisationsrichtung. Die optische Achse ist die Richtung, in der jede Polarisationskomponente eines Lichtstrahls die gleiche Brechzahl erfährt.
In uniaxialen Kristallen gibt es eine optische Achse, die in Richtung der unikalen Hauptbrechzahl liegt. In biaxialen Kristallen gibt es zwei optische Achsen. Sie liegen in der Ebene, die die Vektoren der kleinsten und der größten der drei Hauptbrechzahlen (Hauptbrechachsen) aufspannen. Eine optische Achse ist durch Spieglung an einer dieser beiden Hauptbrechachsen in die andere optische Achse überführbar.
Im uniaxialen Kristall verhält sich ein Lichtstrahl entlang der optischen Achse wie in einem isotropen Kristall. Im biaxialen Kristall entstehen aus einem Lichstrahl, der entlang der optischen Achse läuft, für Polarisationskomponenten in Richtung der mittleren der drei Hauptbrechachsen ein ordentlicher Strahl und für alle anderen Polarisationskomponenten ein außerordentlicher Strahl, der für jede Polarisationskomponente eine andere Ausbreitungsrichtung besitzt. Aufgrund der gleichen Brechzahlen aller Polarisationskomponenten sind alle Polarisationsrichtungen gleichberechtigt und es findet keine diskrete Aufspaltung in zwei Strahlen statt. Stattdessen kommt es zur konischen Brechung des außerordentlichen Strahls, das bedeutet für unpolarisiertes Licht, dass man einen Strahlkegel sieht, der die optische Achse in seiner Mantelfläche enthält.
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"Optische Achse"