Intensitätsverteilung

Intensitätsverteilung bezeichnet die räumliche Verteilung der Lichtintensität in einem Strahl, in einem Bildfeld oder entlang einer Achse. Sie wird durch eine Funktion I(x,y) beschrieben, die die Leistung pro Flächeneinheit an jedem Ort angibt. Die Form der Intensitätsverteilung beeinflusst Helligkeit, Kontrast, Auflösung und das Wahrnehmungs- bzw. Messverhalten eines optischen Systems.

In vielen Bereichen der Optik ist die Intensitätsverteilung das Ergebnis von Quellencharakteristik, Beamführung und Beugung. Theoretisch kann sie durch das Beugungsbild eines Systems beschrieben werden; die Verteilung eines punktförmigen Objekts wird durch die Punktspreizfunktion (PSF) bestimmt. Bei kreisrunden Öffnungen führt dies typischerweise zu einem Airy-Muster, dessen zentrale Maximum und Nebenmaxima die Verteilung charakterisieren.

Für Laser- oder Lichtquellen mit radialer Symmetrie wird oft eine radiale Verteilung I(r) verwendet. Die häufige TEM00-Gaussverteilung hat I(r) = I0 exp(-2 r^2 / w0^2). Höherordnungen liefern komplexere Muster mit Ringen oder Knoten. In der Praxis können Verteilungen auch abweichen, z. B. durch Vignettierung, Unregelmäßigkeiten der Quelle oder Optiken.

Messung erfolgt mit Kameras, Photodioden oder Integrationsmessungen; Kennzahlen sind das FWHM, die encircled energy (die Energie innerhalb eines bestimmten Radius) und der M^2-Wert als Maß für die Abweichung vom idealen Gaußprofil.

Anwendungsgebiete reichen von der Auslegung von Beleuchtungsanlagen und optischen Instrumenten über die Optimierung von Laserstrahlen bis zur astronomischen Bildgebung, wo die Kenntnis der PSF die Photometrie und die Deconvolution beeinflusst.