Valonsäikeet

Valonsäikeet ovat geometrisen optiikan käyttämä käsite, jolla kuvataan valon etenemistä suuntaviivoina. Ne helpottavat valon kulun ymmärtämistä linssien, peilien ja rajapintojen yhteydessä. Käytännössä valonsäikeet ovat ideaalisoituja, suoraviivaisia polkuja, joita pitkin valo etenee. Eri lähteet voivat tuottaa useita säteitä, jotka muodostavat kuvan tai mittaustuloksen.

Säteen käyttäytyminen noudattaa rajapinnoilla heijastumisen ja taittumisen lakeja. Snellin lain mukaan valon kulkusuunta muuttuu, kun valo siirtyy aineesta toiseen; taitekertoimien mukaan kulman muutos määräytyy. Kun tulokulma ylittää kriittisen rajan suuremman taitekertoimen aineesta pienemmän taitekertoimen aineeseen, syntyy kokonaisheijastus; tätä ilmiötä hyödynnetään esimerkiksi kuituoptiikassa valo-ohjauksessa. Geometrinen optiikka toimii parhaiten homogeenisissa medioissa ja suurissa mittakaavoissa.

Vaikka valonsäikeet ovat hyödyllinen käsitteellinen työkalu, valo on todellisuudessa sekä aallon- että hiukkasen luonteinen. Interferenssi ja diffraktio voivat tulla esiin pienissä rakenteissa tai rajapinnoilla. Siksi moderni optiikka yhdistää ray-tracingin geometriseen näkökulmaan sekä aallon- ja kvanttiteorian kuvausmenetelmät. Näin valonsäikeiden avulla voidaan suunnitella ja analysoida linssijärjestelmiä, valonohjausta sekä mittaus- ja viestintälaitteita.