OPTIK. Miles V. Klein Thomas E. Furtak. Übersetzt von A. Dorsel und T. Hellmuth. Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York London Paris Tokyo

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1 Miles V. Klein Thomas E. Furtak OPTIK Übersetzt von A. Dorsel und T. Hellmuth Mit 421 Abbildungen und 10 Tabellen Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York London Paris Tokyo

2 Inhaltsverzeichnis 1. Die Natur des Lichtes Frühe Vorstellungen und Beobachtungen Geradlinige Ausbreitung Reflexion Brechung Die Theorie des Lichtes Die Teilchenmodelle Descartes Fermat Das Fermatsche Prinzip Newton Die Wellenmodelle Die Mathematik der Wellenausbreitung Frühe Wellentheorien Huygens Entscheidende Experimente Das Modell der elektromagnetischen Wellen Die Maxwell-Gleichungen Die elektromagnetische Wellengleichung Eigenschaften elektromagnetischer Wellen Neuere Entwicklungen Relativistische Optik l Quantenoptik Übungsaufgaben Optik planer Grenzflächen Lichtwellen in Materie Gebundene Ladungen und Ströme Antwortfunktionen Ebene Wellen in Materie Reflexion und Transmission an Grenzflächen Randbedingungen Geometrische Optik an Grenzflächen Relationen zwischen den Amplituden Reflexion der Energie und Transmissionskoeffizienten Dielektrische Medien Anwendungen in der Optik ebener Oberflächen 69 XI

3 2.3.1 Dielektrika : Lichtundurchlässige Medien Einführung in die optischen Eigenschaften der Materie Modell eines verdünnten, nichtpolaren Gases Leitende Medien Dichte Dielektrika Übungsaufgaben Geometrische Optik Strahldurchrechnung Brechung und Reflexion Bildentstehung Brechung und Reflexion an sphärischen Flächen Paraxiale Optik Brechung.^ Reflexionen Matrizen-Verfahren 117 %i$\3.1 Transformations-Matrizen 117 J^ Einzellinse Hauptebenen Bildentstehung Allgemeine Überlegungen zur Bildentstehung Graphische Konstruktion der Abbildung Beispiele paraxialer Optik Abbildende Systeme Fernrohr-Systeme Übungsaufgaben Praktische geometrische Optik Blenden Blenden und Pupillen Gesichtsfeldblenden und Luken Radiometrie und Photometrie Physikalische oder radiometrische Nomenklatur Psychophysikalische oder photometrische Nomenklatur Beispiele aus der Radiometrie Linsenfehler Monochromatische Bildfehler Chromatische Fehler Übungsaufgaben Interferenz Zweistrahlinterferenz Allgemeine Betrachtungen Vektoraddition im Zeigerdiagramm Zeitmittel der Intensität 210 r Voraussetzungen für Interferenz 212 XII

4 5.1.5 Das Youngsche Doppelspalt-Experiment Weitere Anordnungen mit Quellen-Aufteilung Vielstrahlinterferenz Darstellung im Zeigerdiagramm : Mathematische Lösung Gitter Zweistrahlinterferenz: Parallele Grenzflächen Differenz der optischen Weglänge in einer dielektrischen Schicht Haidingersche Ringe Das Michelson-Interferometer Fizeau-Interferenz Vielstrahlinterferenz: Parallele Flächen Matrix-Formalismus Einfache Platte Das Fabry-Perot-Interferometer Anwendungen der Interferenz Interferometrie Spektroskopie Optische BeSchichtungen Optische Resonatoren und Wellenleiter Übungsaufgaben Beugung I Allgemeine Prinzipien der Beugung Das Beugungsintegral Diskussion des Beugungsintegrals! Beugung und Fernfeld Lineare Näherung Rechtwinklige Öffnungen Kreisblenden Fourier-Analyse.\ Grundsätzliche Definitionen der Fourier-Analyse Beispiele der Fourier-Analyse in der Beugungstheorie Zusammenstellung der Ergebnisse Das Feldtheorem Beugungsgitter Beugungsbegrenzte Abbildung Übungsaufgaben Beugung II Fresnel-Transformationen Allgemeine Transformation Näherungen für die Phase Fresnel-Beugung Rechteckige Blende Kreisblenden 335 XIII

5 7.3 Bildentstehung: Kohärente Objekte 344,i Die Wirkung einer Linse Fourier-Optik Anwendungen der Bildentstehungstheorie Übungsaufgaben Kohärenz Zeitliche Kohärenz Einführung in die zeitliche Kohärenz Interferenzspektroskopie Eigenschaften von y(r) Statistische Optik Die Autokorrelationsfunktion Modelle thermischer Lichtquellen Kohärenzzeit und Frequenzbreite Zusammenfassung zum Abschnitt Zeitliche Kohärenz" Räumliche Kohärenz Das Youngsche Doppelspaltexperiment Endliche Frequenzbreite Transversale Kohärenz Fluktuationen Korrelationsinterferometrie Quantenphysikalische Aspekte Bildentstehung: Inkohärente Objekte Transferfunktionen Beispiele optischer Transferfunktionen Übungsaufgaben Polarisation Polarisiertes Licht Arten polarisierten Lichts Darstellungen für elliptisch polarisiertes Licht Unpolarisiertes Licht Polarisationsempfindliche optische Elemente Erzeugung polarisierten Lichts Phasenschieber Teilweise polarisiertes Licht Die Kohärenz-Matrix Beispiele Kombination von Lichtstrahlen Beschreibung der Polarisation Kristall-Optik Elektromagnetische Wellen in anisotropen Dielektrika Indexflächen Zweiachsige Kristalle Übungsaufgaben 500 XIV

6 Anhang 505 A.l Ableitung des Fresnel-Kirchhoff-Integrals aus dem Helmholtz-Kirchhoffschen Satz 505 A.2 Ableitung des Helmholtz-Kirchhoffschen Theorems aus der Wellengleichung 509 Sachverzeichnis 511 XV