Optik. Lichtstra h len - Wellen - Photonen. Wolfgang Zinth Ursula Zinth. Oldenbourg Verlag München. 3-, verbesserte Auflage. von

Transkript

1 Optik Lichtstra h len - Wellen - Photonen von Wolfgang Zinth Ursula Zinth 3-, verbesserte Auflage Oldenbourg Verlag München

2 Inhaltsverzeichnis Vorwort V 1 Einführung und historischer Überblick 1 2 Licht als elektromagnetische Welle Die Wellengleichung und ihre Lösungen Energie und Impuls von Licht Wellenpakete Phasen- und Gruppengeschwindigkeit Dispersion von Licht Die Frequenzabhängigkeit der Dielektrizitätskonstante Der Brechungsindex Die Absorption von Licht Die Dispersion von dichten Medien Brechungsindex und Absorption von Metallen Elektromagnetische Wellen an Grenzflächen Reflexions- und Brechungsgesetz Die Fresnelschen Formeln für den Reflexionsgrad einer Grenzfläche Totalreflexion und evaneszente Wellen Lichtwellenleiter Lichtleitung durch Totalreflexion Moden in einem optischen Wellenleiter** Lichtausbreitung in einem Hohlleiter** Moden in einem dielektrischen Wellenleiter** Lichtleitfasern Herstellung von Glasfasern Absorbierende und streuende Medien Das Reflexionsvermögen absorbierender Medien Die Farbe von Gegenständen Streuung von elektromagnetischen Wellen... 66

3 VIII I nhaltsve rze ichnis Die Geometrische Optik 69 Das Fermatsche Prinzip Das Reflexionsgesetz Das Fermatsche Prinzip und das Brechungsgesetz Strahlenablenkung durch ein Prisma Der Regenbogen Die optische Abbildung Reelle und virtuelle Abbildungen Abbildung an einem Kugelspiegel Abbildung durch brechende Kugelflächen Abbildungsgleichung für dünne Linsen Dicke Linsen und Linsensysteme Berechnung der Ausbreitung paraxialer Strahlen mit dem Matrizen-Verfahren Anwendungen der Matrizenmethode Linsenfehler Begrenzungen in optischen Systemen Design und Herstellung von Objektiven Instrumente der geometrischen Optik Der Projektionsapparat Die photographische Kamera Das Auge Vergrößernde optische Instrumente Welleneigenschaften von Licht Qualitative Behandlung der Beugung Das Huygenssche Prinzip Die Fresnelsche Beugung Mathematische Behandlung der Beugung Die Fresnel-Kirchhoffsche Beugungstheorie** Fresnelsche und Fraunhofersche Beugung Fraunhofersche Beugung Das Babinetsche Prinzip Spezielle Fälle der Fraunhoferschen Beugung Beugung an einem langen Spalt Beugung an einer Rechteckblende Beugung an einer kreisförmigen Öffnung Beugung am Doppelspalt Beugung am Gitter Gitterspektrometer Beugung an mehrdimensionalen Gittern

4 Inhaltsverzeichnis IX 4.4 Interferenz Die Kohärenz von Lichtquellen Spezielle Interferometeranordnungen Interferenzen dünner Schichten Vielfachinterferenzen am Beispiel des Fabry-Perot-Interferometers Anwendungen von Beugung und Interferenz Das Auflösungsvermögen optischer Geräte Die Abbesche Theorie der Bildentstehung und Fourieroptik Holographie Laser-Strahlen - Die Optik Gaußscher Bündel* Gauß sc he Bündel und abbildende Elemente ** Die Polarisation von Licht Polarisationszustände von Licht Polarisatoren Doppelbrechung Anwendungen der Doppelbrechung Induzierte Doppelbrechung Optische Aktivität und Faraday-Effekt Nichtlineare Optik Mit der nichtlinearen Suszeptibilität zweiter Ordnung verknüpfte Phänomene* Mit der nichtlinearen Suszeptibilität dritter Ordnung verknüpfte Phänomene* Quantenphänomene: Licht als Welle und Teilchen Der Photoeffekt Eigenschaften von Photonen Licht ist Welle und Teilchenstrom Doppelspalt als Instrument zur Unterscheidung von Welle und Teilchen Photoeffekt in der Anwendung: Nachweis von Licht* Strahlungsgesetze und Lichtquellen Strahlungsphysikalische Größen Lichttechnische Größen* Das Kirchhoffsche Strahlungsgesetz Das Emissionsverhalten eines schwarzen Strahlers Strahlungsgesetze Die Plancksche Strahlungsformel Lichtquellen für Beleuchtungszwecke* Der Laser

5 x Inhaltsverzeichnis A Anhang: Fouriertransformation 313 A.1 Fourierreihen A.2 Fourierintegrale: Transformationen nichtperiodischer Funktionen A.3 Eigenschaften der Fouriertransformation A.4 Rechenregeln für Fouriertransformationen A.5 Eigenschaften der Deltafunktion Vertiefende Literatur 325 Sachverzeichnis 327