Lichtelemente

Lichtelemente bezeichnet in der Physik allgemein die grundlegenden Merkmale und Bausteine, aus denen Licht beschrieben wird. In der klassischen Optik umfasst das Spektrum von Lichtelementen Wellencharakteristika wie Frequenz (ν), Wellenlänge (λ) und Ausbreitungsgeschwindigkeit in einem Medium, sowie Größen wie Amplitude und Intensität, die Energiefluss des Lichts bestimmen. In der Quantenoptik werden Lichtquanten, Photonen, als diskrete Lichtelemente betrachtet, deren Energie E=hν bzw. E=hc/λ gegeben ist und deren Impuls p=hν/c.

Polarisation ist ein weiteres zentrales Lichtelement: Lichtwellen können linear, kreisförmig oder elliptisch polarisiert sein; Polarisation liefert Informationen über Orientierung und relative Phasenbeziehungen der Schwingung. Kohärenz (zeitliche und räumliche Kohärenz) beschreibt, wie gut Lichtwellen über Zeiträume hinweg miteinander phasenbehaftet bleiben, und ist wichtig für Interferenz und Holographie. Das Spektrum beschreibt die Verteilung von Lichtenergie über die Frequenzen bzw. Wellenlängen und bestimmt Farbe und Erscheinung eines Lichtsignals.

Lichtelemente entstehen je nach Medium durch Wechselwirkungen mit Materie: Brechung, Dispersion, Absorption verändern Frequenz, Richtung und Intensität. In technischen Anwendungen werden Lichtelemente zu Lichtquellen, Strahlarten, Modulen und Systemen zusammengesetzt.

Historisch entwickelten sich das Wellentheorie-Modell und das Quantentheorie-Modell der Lichtquanten; beide bilden heute das Verständnis der Lichtelemente. Anwendungen reichen von Wissenschaft und Technik über Fotografie und Telekommunikation bis zur Medizin.