Inhalt. Vorwort zur vierten. Verwendete Symbole

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1 Vorwort zur vierten Verwendete Symbole V XVI 1 Ein kurzer Ausflug in die Geschichte Vorbemerkung 1 Die Ursprünge 1 Vom siebzehnten Jahrhundert an 3 Das neunzehnte Jahrhundert 6 Das zwanzigste Jahrhundert 2 Die Wellenbewegung 17 Eindimensionale Wellen Die einer Welle Harmonische Wellen Phase und Phasengeschwindigkeit Das Superpositionsprinzip Die komplexe Darstellung Zeiger und die Addition von Wellen Ebene Wellen Die dreidimensionale Wellengleichung Kugelwellen Zylinderwellen 53 Aufgaben 55 3 Theorie des Elektromagnetismus, Photonen und Licht Die Grundgleichungen der Theorie des Elektromagnetismus Das Induktionsgesetz Der gaußsche Satz für das elektrische Feld Der gaußsche Satz für das magnetische Feld Das amperesche Verkettungsgesetz Die maxwellschen Gleichungen Elektromagnetische Wellen Transversalwellen Energie und Impuls 85 Hecht, Eugene Optik 2014 digitalisiert durch: IDS Luzern

2 X Inhalt Vektor Die Bestrahlungsstärke Photonen Strahlungsdruck und Impuls Strahlung 104 Linear beschleunigte Ladungen Synchrotronstrahlung Elektrische Dipolstrahlung Die Emission von Licht durch Atome 3.5 Licht in Materie Dispersion Das elektromagnetische Spektrum Radiowellen Mikrowellen Infrarotstrahlung Sichtbares Licht Ultraviolettes Licht Röntgenstrahlung Gammastrahlung Quantenfeldtheorie 141 Aufgaben Die Ausbreitung des Lichts Einführung Rayleigh-Streuung 152 Streuung und Interferenz Die Fortpflanzung des Lichts in dichten Medien Transmission und Brechungsindex Das Reflexionsgesetz Brechung Das Brechungsgesetz Das huygenssche Prinzip Lichtstrahlen und Normalkongruenz Das fermatsche Prinzip 4.6 Der elektromagnetische Ansatz Wellen an einer Grenzfläche Die fresnelschen Gleichungen Interpretation der fresnelschen Gleichungen Innere Totalreflexion Die abklingende Welle Optische Eigenschaften von Metallen Alltägliche Aspekte der Wechselwirkung zwischen Licht und Materie Die stokessche Behandlung der Reflexion und Brechung 231

3 XI Photonen, Wellen und Wahrscheinlichkeit 233 Quantenelektrodynamik 236 Aufgaben Geometrische Optik Einführung Linsen Asphärische Flächen Brechung an Kugelflächen Dünne Linsen Blenden Feldblenden Eintritts- und Austrittspupillen Das Öffnungsverhältnis und die Blendenzahl Spiegel Ebene Spiegel Asphärische Spiegel Sphärische Spiegel Prismen Dispersionsprismen Reflexionsprismen Faseroptik Technologie der Glasfaserübertragung Optische Systeme Auge Die Brille Lupe Okulare Das Mikroskop Die Kamera Das Fernrohr Adaptive Optik Phasenkonjugation Gravitationslinsen 379 Aufgaben Geometrische Optik: Weiterführende Themen 397 Dicke Linsen und Linsensysteme Strahlenverlaufsberechnung Matrizenmethoden Aberrationen Monochromatische Aberrationen Chromatische Aberrationen 438

4 XII Inhalt 6.4 Gradient-Index-Systeme Abschließende Bemerkungen 453 Aufgaben Überlagerung von Wellen 457 Die Addition von Wellen gleicher Frequenz Die algebraische Methode Die komplexe Methode Zeigeraddition Stehende Wellen Die Addition von Wellen verschiedener Frequenz Schwebungen Gruppengeschwindigkeit Anharmonische periodische Wellen Fourierreihen Nichtperiodische Wellen Impulse und Wellenpakete Die Kohärenzlänge Diskrete 515 Aufgaben Polarisation 529 Die Natur des polarisierten Lichts Lineare Polarisation Zirkulare Polarisation Elliptische Polarisation 533 Natürliches Licht Der Drehimpuls und das Photonenbild Polarisatoren 539 Das malussche Gesetz Der Drahtgitterpolarisator Dichroitische Kristalle Das Polaroidfilter Doppelbrechung Kalkspat Doppelbrechende Kristalle Doppelbrechende Polarisatoren Streuung und Polarisation Polarisation durch Streuung Polarisation durch Reflexion 564 Eine Anwendung der fresnelschen Gleichungen Phasenschieber 570

5 XIII Phasenplättchen und Kompensatoren Zirkularpolarisatoren Polarisation von polychromatischem Licht Bandbreite und Kohärenzzeit einer polychromatischen Welle Interferenzfarben Optische Aktivität Ein Modell Optisch aktive Biomoleküle 590 Erzwungene optische Effekte - Optische Modulatoren Photoelastizität Der Faraday-Effekt Der Kerr-Effekt und der Pockels-Effekt Flüssigkristalle Eine mathematische Beschreibung der Polarisation Die stokesschen Parameter Die jonesschen Vektoren Die jonesschen und die Mueller-Matrizen Aufgaben 9 Interferenz 627 Allgemeine Betrachtungen Interferenzbedingungen 635 Zeitliche und räumliche Kohärenz Die Interferometer mit Wellenfrontaufspaltung Das youngsche Doppelspaltexperiment Interferometer mit Amplitudenaufspaltung Dielektrische Schichten - Zweistrahlinterferenz Typen und Lokalisierung von Interferenzmustern Mehrstrahlinterferenz Das Anwendungen von Ein- und Mehrschichtfilmen Mathematische Behandlung Reflexmindernde Schichten Periodische Mehrschichtsysteme Anwendungen der Streulichtinterferenz Das Das rotierende Radarinterferometrie 707 Aufgaben

6 XIV Inhalt 10 Beugung Einleitende Betrachtungen Das Fresnel-Huygens-Prinzip Undurchsichtige Hindernisse Fresnelbeugung Mehrere kohärente Oszillatoren Fraunhoferbeugung Beugung am Einzelspalt Beugung am Doppelspalt Beugung an vielen Spalten Beugung an einer rechteckigen Öffnung Beugung an einer kreisrunden Öffnung Das Auflösungsvermögen abbildender Systeme Der Besselstrahl Ordnung Das Beugungsgitter Fresnelbeugung Die freie Ausbreitung einer Kugelwelle Die Vibrationskurve Kreisförmige Öffnungen Kreisförmige Hindernisse Die Zonenplatte Die fresnelschen Integrale und die Beugung am rechteckigen Loch Die Fresnelbeugung am Spalt Beugung am halbunendlichen, undurchsichtigen Schirm Beugung an einem schmalen Hindernis 819 Das Prinzip von Babinet Die skalare Beugungstheorie von Kirchhoff Beugungswellen 828 Aufgaben Fourier-Optik Einleitung Eindimensionale Transformierte 840 Zweidimensionale Transformierte 844 Die diracsche Delta-Funktion 850 Optische Anwendungen Lineare Systeme Das Faltungsintegral Fourier-Methoden in der Beugungstheorie Spektren und Korrelation 880 Übertragungsfunktionen 891 Aufgaben 900

7 XV 12 Grundlagen der Kohärenztheorie Einführung Die Sichtbarkeit Die wechselseitige Kohärenzfunktion und der Kohärenzgrad 917 Zeitliche und räumliche Kohärenz 922 Kohärenz und Stellarinterferometrie Das Aufgaben Moderne Optik Laser und Laserstrahlung Strahlungsenergie und Materie im Gleichgewicht Induzierte Emission Der Laser Das Wunder Laserlicht Das Bild als räumliche Verteilung optischer Information Raumfrequenzen Die abbesche Bildentstehungstheorie Räumliche Filterung Phasenkontrast Die die Schlierenmethode Holographie Verfahren Entwicklungen und Anwendungen Nichtlineare Optik Optische Gleichrichtung Erzeugung von Harmonischen Frequenzmischung Selbstfokussierung von Licht 1032 Aufgaben 1032 Anhang 1: Theorie des Elektromagnetismus Gleichungen Form Elektromagnetische Wellen 1042 Anhang 2: Beugungstheorie 1047 Lösungen ausgewählter Aufgaben 1049 Literatur 1099 Sachverzeichnis 1107