W Lauterborn T. Kurz M. Wiesenfeldt. Kohärente Optik. Grundlagen für Physiker und Ingenieure

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1 W Lauterborn T. Kurz M. Wiesenfeldt Kohärente Optik Grundlagen für Physiker und Ingenieure Mit 183 Abbildungen, 1 Hologramm, 73 Aufgaben und vollständigen Lösungen Physikalische Bibliothek Fachbereich 5 Technische Hochschule Darmstadt Hochschulstraße 4 " D Darmstadt / Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York London Paris Tokyo Hong Kong Barcelona Budapest

2 Inhaltsverzeichnis 1 Die Entwicklung der Optik Vergangenheit Gegenwart Zukunft 7 2 Die Hauptgebiete der Optik Geometrische Optik Wellenoptik Quantenoptik Statistische Optik 12 3 Grundlagen der Wellenoptik Die Maxwellschen Gleichungen Die Wellengleichung Wellen Eindimensionale Wellen Ebene Wellen Kugelwellen ' Besselwellen Der Begriff der Intensität einer Lichtwelle 26 4 Kohärenz Zeitliche Kohärenz Räumliche Kohärenz Raumzeitliche Kohärenz Zur komplexen Darstellung des Lichtwellenfeldes Stellarinterferometrie Fourier-Spektroskopie Intensitätskorrelation 54 5 Vielstrahlinterferenz Das Fabry-Perot-Interferometer Modenspektrum eines Lasers Interferenzspektroskopie Differenzfrequenzanalyse Rückgekoppelte Interferometer 72

3 VIII Inhaltsverzeichnis 6 Granulation Intensitätsstatistik monofrequenter Speckelfelder Speckelkorngrößen Granulationsphotographie Doppelbelichtungsverfahren Zeitmittelungsverfahren Strömungsmeßtechnik Stellare Speckel-Interferometrie 94 7 Holographie Das Prinzip der Holographie Der Aufnahmevorgang Die Bildrekonstruktion Die Lage der Bilder Phasenkonjugation Die Abbildungsgleichungen der Holographie Holographische Aufbauten Sichtlinienhologramme Auflichthologramme Durchlichthologramme Weißlichthologramme Regenbogenhologramme Holographische Kinematographie Digitale Holographie Direkte Simulation Simulation mit Rechteck-Lichtwellen Holographische Interferometrie Die holographisch-interferometrischen Verfahren Echtzeitverfahren Doppelbelichtungsverfahren Zeitmittelungsverfahren Theoretische Beschreibung Echtzeit-und Doppelbelichtungsverfahren Zeitmittelungsverfahren Das Zeitmittelungsverfahren in Echtzeit Fourieroptik Skalare Beugungstheorie Fresnelsche Näherung Fraunhofersche Näherung Fouriertransformation durch eine Linse Optische Fourierspektren Punktlichtquelle Ebene Welle Unendlich langer Spalt 154

4 Inhaltsverzeichnis IX Zwei Punktlichtquellen Kosinus-Gitter Lochblende Zusammengesetzte beugende Strukturen Kohärente optische Filterung Tiefpaß - Raumfrequenzfilter Hochpaß - Dunkelfeldverfahren Phasenfilter - Phasenkontrastverfahren Halbebenenfilter Schlierenverfahren Entrasterung Experimenteller Aufbau zur Filterung Holographische Filter Mustererkennung Die nichtlineare Dynamik des Lasers Der Laser - Aufbau und Prinzip Die Laserratengleichungen Stationärer Betrieb Stabilitätsanalyse Chaotische Dynamik Nichtlineare Optik ; Zwei-Photonen-Absorption und.-ionisation Drei-Wellen-Wechselwirkung Frequenzverdopplung Summenfrequenzbildung Differenzfrequenzbildung Optischer parametrischer Verstärker Vier-Wellen-Wechselwirkung Mehrphotonenprozesse Frequenzvervielfachung Mehrphotonenabsorption und-ionisation Weitere nichtlineare optische Phänomene Nichtlineare Potentiale Klassische Beschreibung der Wechselwirkung von Lichtwellen Drei-Wellen-Wechselwirkung Skalare Drei-Wellen-Wechselwirkung Frequenzverdopplung Der optische parametrische Verstärker und Oszillator Die Drei-Wellen-Wechselwirkung im Photonenbild. 224

5 X Inhaltsverzeichnis 12 Optische Nachrichtentechnik und Datenverarbeitung Glasfasern Aufbau einer Glasfaser Lichtleitung in Glasfasern Dämpfung einer Glasfaser Fasersensoren Optische Solitonen Dispersion Nichtlinearität Faseroptische Signalverarbeitung 245 A Anhang 249 A.l Fouriertransformation 249 A.l.l Die eindimensionale Fouriertransformation 249 A.l.2 Die zweidimensionale Fouriertransformation 250 A.1.3 Faltung und Autokorrelation 251 A.l.4 Eigenschaften der Fouriertransformation 252 A.l.5 Spezielle Funktionen und ihre Fouriertransformierten 254 A.2 Lösungen der Übungsaufgaben 257 Namen- und Sachverzeichnis 283