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E-Book

Optik

Lichtstrahlen - Wellen - Photonen

AutorUrsula Zinth, Wolfgang Zinth
VerlagDe Gruyter Oldenbourg
Erscheinungsjahr2013
Seitenanzahl351 Seiten
ISBN9783486735819
FormatPDF
KopierschutzWasserzeichen/DRM
GerätePC/MAC/eReader/Tablet
Preis34,80 EUR

Dieses Lehrbuch gibt sowohl eine fundierte Einführung als auch einen vollständigen Überblick über das Gebiet der Optik und stellt die Inhalte in den Zusammenhang mit anderen Gebieten der Physik, wie etwa der Elektrodynamik und der Quantenphysik.
Großer Wert wurde auf die verständliche Darstellung der theoretischen Inhalte gelegt. Diese sind insbesondere anhand vieler praxisnaher, moderner Anwendungsbeispiele erläutert.

 

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Inhaltsverzeichnis
Vorwort5
1 Einführung und historischer Überblick11
2 Licht als elektromagnetischeWelle15
2.1 Die Wellengleichung und ihre Lösungen15
2.1.1 Energie und Impuls von Licht20
2.1.2 Wellenpakete23
2.1.3 Phasen- und Gruppengeschwindigkeit26
2.2 Dispersion von Licht29
2.2.1 Die Frequenzabhängigkeit der Dielektrizitätskonstante29
2.2.2 Der Brechungsindex32
2.2.3 Die Absorption von Licht33
2.2.4 Die Dispersion von dichtenMedien36
2.2.5 Brechungsindex und Absorption von Metallen38
2.3 ElektromagnetischeWellen an Grenzflächen40
2.3.1 Reflexions- und Brechungsgesetz41
2.3.2 Die Fresnelschen Formeln für den Reflexionsgrad einer Grenzfläche44
2.3.3 Totalreflexion und evaneszenteWellen52
2.4 Lichtwellenleiter55
2.4.1 Lichtleitung durch Totalreflexion55
2.4.2 Moden in einem optischenWellenleiter**60
2.4.3 Lichtausbreitung in einem Hohlleiter**64
2.4.4 Moden in einem dielektrischenWellenleiter**66
2.4.5 Lichtleitfasern70
2.4.6 Herstellung von Glasfasern71
2.5 Absorbierende und streuendeMedien74
2.5.1 Das Reflexionsvermögen absorbierenderMedien74
2.5.2 Die Farbe von Gegenständen75
2.5.3 Streuung von elektromagnetischenWellen77
3 Die Geometrische Optik79
3.1 Das Fermatsche Prinzip80
3.1.1 Das Reflexionsgesetz82
3.1.2 Das Fermatsche Prinzip und das Brechungsgesetz84
3.2 Strahlenablenkung durch ein Prisma87
3.2.1 Der Regenbogen89
3.3 Die optische Abbildung96
3.3.1 Reelle und virtuelle Abbildungen96
3.3.2 Abbildung an einem Kugelspiegel97
3.3.3 Abbildung durch brechende Kugelflächen101
3.3.4 Abbildungsgleichung für dünne Linsen103
3.3.5 Dicke Linsen und Linsensysteme107
3.3.6 Berechnung der Ausbreitung paraxialer Strahlen mit demMatrizen-Verfahren108
3.3.7 Anwendungen der Matrizenmethode114
3.3.8 Linsenfehler117
3.3.9 Begrenzungen in optischen Systemen123
3.3.10 Design und Herstellung von Objektiven126
3.4 Instrumente der geometrischenOptik127
3.4.1 Der Projektionsapparat127
3.4.2 Die photographische Kamera129
3.4.3 Das Auge133
3.4.4 Vergrößernde optische Instrumente136
4 Welleneigenschaften von Licht147
4.1 Qualitative Behandlung der Beugung148
4.1.1 Das Huygenssche Prinzip148
4.1.2 Die Fresnelsche Beugung150
4.2 Mathematische Behandlung der Beugung154
4.2.1 Die Fresnel-Kirchhoffsche Beugungstheorie**154
4.2.2 Fresnelsche und Fraunhofersche Beugung156
4.2.3 Fraunhofersche Beugung158
4.2.4 Das Babinetsche Prinzip159
4.3 Spezielle Fälle der Fraunhoferschen Beugung159
4.3.1 Beugung an einem langen Spalt159
4.3.2 Beugung an einer Rechteckblende164
4.3.3 Beugung an einer kreisförmigen Öffnung165
4.3.4 Beugung am Doppelspalt166
4.3.5 Beugung am Gitter171
4.3.6 Gitterspektrometer176
4.3.7 Beugung an mehrdimensionalen Gittern179
4.4 Interferenz183
4.4.1 Die Kohärenz von Lichtquellen184
4.4.2 Spezielle Interferometeranordnungen187
4.4.3 Interferenzen dünner Schichten192
4.4.4 Vielfachinterferenzen am Beispiel des Fabry-Perot-Interferometers202
4.5 Anwendungen von Beugung und Interferenz209
4.5.1 Das Auflösungsvermögen optischer Geräte209
4.5.2 Die Abbesche Theorie der Bildentstehung und Fourieroptik215
4.5.3 Holographie220
4.5.4 Laser-Strahlen – Die Optik Gaußscher Bündel*224
4.5.5 Gaußsche Bündel und abbildende Elemente**231
4.6 Die Polarisation von Licht235
4.6.1 Polarisationszustände von Licht235
4.6.2 Polarisatoren238
4.6.3 Doppelbrechung243
4.6.4 Anwendungen der Doppelbrechung252
4.6.5 Induzierte Doppelbrechung255
4.6.6 Optische Aktivität und Faraday-Effekt261
4.7 Nichtlineare Optik266
4.7.1 Mit der nichtlinearen Suszeptibilität zweiter Ordnung verknüpfte Phänomene*267
4.7.2 Mit der nichtlinearen Suszeptibilität dritter Ordnung verknüpfte Phänomene*270
5 Quantenphänomene: Licht alsWelle und Teilchen275
5.1 Der Photoeffekt275
5.1.1 Eigenschaften von Photonen281
5.1.2 Licht istWelle und Teilchenstrom284
5.1.3 Doppelspalt als Instrument zur Unterscheidung vonWelle und Teilchen285
5.1.4 Photoeffekt in der Anwendung: Nachweis von Licht*288
5.2 Strahlungsgesetze und Lichtquellen299
5.2.1 Strahlungsphysikalische Größen299
5.2.2 LichttechnischeGrößen*304
5.2.3 Das Kirchhoffsche Strahlungsgesetz306
5.2.4 Das Emissionsverhalten eines schwarzen Strahlers308
5.2.5 Strahlungsgesetze310
5.2.6 Die Plancksche Strahlungsformel312
5.2.7 Lichtquellen für Beleuchtungszwecke*316
5.2.8 Der Laser319
A Anhang: Fouriertransformation327
A.1 Fourierreihen327
A.2 Fourierintegrale: Transformationen nichtperiodischer Funktionen331
A.3 Eigenschaften der Fouriertransformation334
A.4 Rechenregeln für Fouriertransformationen336
A.5 Eigenschaften der Deltafunktion337
Vertiefende Literatur339
Sachverzeichnis341

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