OPTIK. Geometrische Optik Wellen Beugung, Interferenz optische Instrumente

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1 Physik für Pharmazeuten OPTIK Geometrische Optik Wellen Beugung, Interferenz optische Instrumente

2 geometrische Optik Wellengleichungen (Maxwellgleichungen) beschreiben "alles" Evolution exakt berechenbar aber sinnlos hoher Rechenaufwand Strahlenoptik tik Voraussetzungen: keine Welleneffekte, wenn Durchmesser D eines Lichtbündels >>λ in optisch homogenen Medien sind Lichtstrahlen Gerade an Grenzfläche Reflektion oder Brechung Reflektion: α β Brechung: n sinα = n sinα = n 1 n 2 2

3 Abbildungen reelles Bild kann auf Schirm beobachtet werden virtuelles Bild nur durch 2. abbildendes System auf Schirm beobachtbar Reflektion: ebener Spiegel Ebener Spiegel erzeugt ein virtuelles, unverzerrtes Bild 3

4 Reflektion gekrümmter Spiegel: Hohlspiegel erzeugt reelles Bild für g>f g...gegenstandsweite b...bildweite + = g b R f R...Radius der Spiegelkrümmung f...brennweite (Strahlen, die parallel zu Achse des Spiegels einfallen schneiden einander im Brennpunkt F). Vergrößerung ε Sehwinkel ohne Instrument AP g v = = ε Sehwinkel mit Instrument = AP b 0 4

5 andere Spiegel virtuelleabbildung an sph. Hohlspiegel OA'<OF OF konvexe sphärische Spiegel Bild immer virtuell Parabolspiegel l f unabhängig von h 5

6 Einsatz von Parabolspiegeln inder Astronomie Radioteleskop Röntgenteleskop Chandra Effelsberg (R=100m) 6

7 Brechung Prisma: Strahlablenkung durch Brechung δ = α β + α β mit γ = β1 + β2 δ = α1 + α2 γ δ = 2α γ min mit Brechungsgesetz + sin = sinα = nsinβ = nsin δ γ γ 2 2 Brechungsindex hängt von Wellenlänge ab! 7

8 Brechung n 1 < <n 2 Brechung n 1 > >n 2 Ttl Totalreflexion n 1 > >n 2 Totalreflexion beim Übergang vom optisch dünneren ins optisch dichtere Medium n2 sin90 n2 für α > Grenzwinkel α T sinα T = = n1 n1 in Umlenk, Reflektionsprismen, Polarisatoren,... Regenbogen 8

9 Prisma spaltet Licht in seine Komponenten auf Regenbogen 9

10 dünne Linsen Prismenstapel s bündelt Licht Linse Linsen "Linsenschleiferformel" ( n 1) 1 g + b = R 1 R = 2 f Vergrößerung: v = b g definiere Dioptrie "Brechkraft" D= 1 f Linsensysteme: z.b.: 2 Linsen Abstand d für d<<f i addieren sich Kehrwerte der Brennweiten Brechkräfte addieren sich g= f + x, b= f + x xx g b = f g 2 b 10

11 Linsentypen Konkavlinse, virtuelle Abb. bikonvex plankonvex meniskus- konkavk Linsenfehler Kugelform einfach herzustellen, optimal nur für achsennahe Strahlen Aberration Ati Astigmatismus: Kü Krümmung in vertikaler/ horizontaler Richtung nicht gleich Chromatischer Fehler: n(λ) f (λ) Abbildung wellenlängenabhängig. bikonkav plankonkav 11

12 Polarisation Licht: Welle mit definierter Schwingungsrichtung wenn Medium nicht homogen und isotrop ist, ist Brechungsindex von Raumrichtung abhängig n o n ao Typ unterschiedlicher Brechungsindex für unterschiedliche Schwingungsrichtung Mdi Medium ist "doppelbrechend" d" Huygensche Wellen des Kalkspat negativ Quarz positiv außerordentlichen Strahls (e) werden zu Ellipsen verformt Ablenkung unpolarisierter Strahl in Kalkspat 12

13 optische Aktivität (Zucker) unterschiedlicher Brechungsindex für zirkular polarisierte Wellen auf Grund von Molekülen mit Helizität (Zucker!) lineare Polarisation wird gedreht Messung der Zuckerkonzentration B Ni l h Pi Manipulation der Polarisation Polarisationsfilter: "Drahtgitter" orientierte Molekülketten (Polaroidfilter) Doppelbrechende Kristalle nutze unterschiedliche h Ablenkung Drehung der Polarisation mit doppelbrechenden Kristallen. Anwendungen: Messmethoden, LCD Schirm (orientierte Moleküle drehen Polarisation des Lichts oder nicht) z.b.: Nicolsches Prisma 13

14 Anhang 14