achromatisch

Ein achromatisches optisches Element leitet Licht über das sichtbare Spektrum mit minimaler chromatischer Aberration, dem optischen Fehler, bei dem unterschiedliche Wellenlängen unter leicht verschiedenen Winkeln gebrochen werden und in verschiedenen Punkten fokussieren. Glas allein kann das nicht bewältigen: Kronglas und Flintglas haben unterschiedliche Brechungsindizes bei verschiedenen Wellenlängen, weshalb eine einfache Linse weißes Licht bei hoher Vergrößerung oder Blende in farbige Säume aufteilt. Eine achromatische Linse oder ein achromatisches Prisma kombiniert zwei oder mehr Glassorten, üblicherweise Kron- und Flintglas, die zusammengekittet sind, um diese wellenlängenabhängige Brechung zu kompensieren.

Das häufigste achromatische Bauteil ist die Achromat-Linse, ein positives Kronelement, das auf ein negatives Flintelement gekittet ist. Die höhere Dispersion des Flintglases (größere Änderung des Brechungsindex über das Spektrum) wirkt gegen die niedrigere Dispersion des Kronglases und bringt rotes und blaues Licht fast identisch zum Fokus. Ein Restfehler bleibt bestehen; man spricht von sekundärem Spektrum. Ein Triplet oder ein apochromatisches Design fügt ein drittes Element hinzu, um das sekundäre Spektrum weiter zu verringern, aber mit höheren Kosten und Komplexität. Achromatische Prismen, die für Strahlablenkung oder Dispersion in der Spektroskopie verwendet werden, folgen dem gleichen Prinzip.

Wo ein Element achromatisch sein muss, hängt von der Anwendung ab. Ein einfaches Okular mit 10facher Vergrößerung profitiert erheblich davon; eine 3fache Handlupe deutlich weniger. Hochauflösende Objektive in der Mikroskopie erfordern achromatische oder bessere Korrektur, da sowohl sphärische als auch chromatische Aberration mit der Blende zunehmen. Ein Teleskop-Okular bei f/15 oder langsamer kann etwas stärkere Farbsäume tolerieren als eines bei f/4. In Lasersystemen, wo monochromatisches Licht vorherrscht, ist chromatische Aberration irrelevant; hier erhöht achromatisches Design die Kosten ohne Nutzen.

Der Begriff achromatisch stammt aus dem Griechischen: ohne (a-) Farbe (chroma). Das bedeutet nicht, dass das Element selbst für das Auge farblos ist; Kron- und Flintglas sind beide im Wesentlichen durchsichtig und blass. Vielmehr beschreibt es das optische Verhalten: Das Element erhält die natürliche Farbbalance des durchgelassenen Lichts, indem es alle Farben in derselben Ebene fokussiert. Eine wirklich perfekte achromatische Linse existiert nicht; Hersteller geben stattdessen die Korrektur für ein Paar oder einen Bereich von Wellenlängen an, üblicherweise die Wasserstoff-Fraunhofer-Linien (C, D, F) oder Quecksilber-Linien, und akzeptieren, dass andere Wellenlängen kleine Restfehler zeigen.