Die Fresnel-Linse von Thomas Tag

Die französische Kommission für Leuchttürme wurde am 29. April 1811 gegründet. Im Jahr 1819 bot Arago, der 1813 Mitglied der französischen Leuchtturmkommission geworden war, an, eine systematische Untersuchung über mögliche Verbesserungen der Leuchtturmbeleuchtung durchzuführen. Er beantragte, dass Claude Mathieu und Augustin Fresnel als seine Mitarbeiter an dem Projekt beteiligt werden sollten. Seinem Antrag wurde am 21. Juni 1819 stattgegeben, und Augustin erklärte sich bereit, in dem Ausschuss mitzuarbeiten. Augustin legte seinen ersten Bericht über Optik und Lampen für Leuchttürme am 29. August 1819 vor, nur zwei Monate nachdem er mit der Arbeit an dem Projekt begonnen hatte.

Er begann seinen Bericht mit einer vollständigen Analyse der Konstruktion der damals verwendeten Reflektoren. Anschließend schlug er vor, die Metallreflektoren durch Glaslinsen zu ersetzen und eine einzige große Argand-Lampe mit konzentrischen Dochten zu verwenden, um die mit den Reflektoren benötigten Einzeldochtlampen zu ersetzen.

Die erste Verwendung von Linsen in Leuchttürmen war in England Ende des 17. Jahrhunderts und in Amerika 1810 erfolgt, aber alle waren wegen des Lichtverlusts durch die Dicke des Glases in der Linse und wegen der schlechten Qualität des Glases selbst gescheitert. Außerdem waren diese Linsen aufgrund der Dicke des Glases übermäßig schwer.

Um das Problem des Gewichts und der Dicke zu lösen, griff Fresnel in seinem Linsenvorschlag auf die Entwürfe von Buffon und Condorcet zurück, auch wenn Fresnel deren Vorschläge zu dieser Zeit überhaupt nicht kannte. Diese Entwürfe wurden um 1700 vorgeschlagen, aber nie gebaut, weil es technisch nicht möglich war, das von Buffon geforderte einteilige Glas zu schleifen oder die von Condorcet vorgeschlagenen einteiligen Ringe herzustellen. Nachdem Augustin seinen Entwurf fertiggestellt hatte, erfuhr er, dass Buffon und Condorcet zuvor ähnliche Entwürfe vorgelegt hatten.

Im Jahr 1822 arbeitete Augustin an der Fertigstellung seines Entwurfs für eine Blitzlinse, bei der er acht seiner kreisförmigen Bullaugen-Blitzplatten verwendete. Jede der Bullaugenplatten brach (lenkte) das Licht sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Richtung und bildete Lichtstrahlen. Das Licht jeder Bullenaugen-Linsenplatte, beleuchtet mit einer Lampe mit vier konzentrischen Dochten, entsprach der Leistung von dreieinviertel der besten 31-Zoll-Reflektoren, die damals in Gebrauch waren. Zusätzlich zu den Ochsenaugen-Blitzplatten fügte er acht kleine trapezförmige Linsenplatten hinzu, die in einem Winkel von 25 Grad über und hinter den Ochsenaugen-Blitzplatten angebracht waren. Diese Linsen sammelten das Licht über dem Brenner und leiteten es auf acht große Flachspiegel, die in einem Winkel angeordnet waren, um das Licht horizontal über den Haupt-Bullaugenfeldern zu reflektieren. Die trapezförmigen Linsen und die oberen Spiegel waren so konstruiert, dass sie etwa ein Viertel des Lichts oberhalb des Lampenbrenners auffingen und die Dauer des Blitzes, wie sie der Seemann sah, etwa doppelt so lang war wie die des Blitzes von den Hauptlinsenplatten allein. Außerdem fügte er vier Ringe mit kleinen Spiegeln unterhalb der Hauptscheiben hinzu, um das Licht unterhalb des Brenners zu sammeln und es horizontal und auf die nähere Umgebung des Leuchtturms zu richten. Der Seefahrer sah eine lange dunkle Periode, gefolgt von einem brillanten Lichtblitz und einer weiteren dunklen Periode usw., während sich die Linse um ihre Achse drehte.

Augustin schuf nach seinem Entwurf der ersten drehbaren Linse erster Ordnung mehrere andere Formen von Leuchtturmlinsen. Er nahm die Grundkonstruktion seiner Bullaugenlinse, drehte sie um ihre vertikale Achse und schuf 1824 die erste feste Linse. Dieses Design bestand aus 12 kreisförmig angeordneten vertikalen Platten. Er verwendete weiterhin Spiegel oberhalb und unterhalb des Hauptlinsengürtels und kleine Linsen, die schräg über und unter der Lampe angebracht waren, um das Licht auf die oberen und unteren Spiegel zu lenken. Die Hauptpaneele der festen Konstruktion sammelten das Licht der Lampe und bündelten es vertikal zu einem horizontalen Strahl. Der Strahl wurde durch zusätzliches Licht unterstützt, das von den Spiegeln in die horizontale Richtung gelenkt wurde. Die feste Linse lenkte das Licht in Form einer flachen Scheibe in einen vollständigen 360-Grad-Kreis. Der Seefahrer sah ein konstantes Licht.

Das Design der festen Linse wurde 1825 weiter modifiziert, als Augustin eine Reihe von sich drehenden Blitzplatten hinzufügte, um die erste feste/blinkende Linse zu schaffen. Die feste Linse lenkte das Licht in Form einer flachen Scheibe in einen vollständigen 360-Grad-Kreis. Die drehbaren Blitzplatten brachen das Licht des festen Gürtels horizontal und erzeugten zwei bis vier horizontale Lichtstrahlen. Während sich die Blitzplatten um die festen Platten drehten, sah der Seemann ein festes Licht, gefolgt von einem brillanten Lichtblitz aus dem Strahl der Blitzplatte, gefolgt von einem wieder festen Licht.

Die Linse, mit der alles begann, die Primer-Fresnel-Linse erster Ordnung (1823)

Fresnel-Linsen gab es in verschiedenen Größen (Ordnungen), von der größten, der Hyper-Radiallinse, bis zur kleinsten, der achten Ordnung, wie oben beschrieben.