Optik · 8.Auflage by Hecht, Eugene -- Read -- Imperial Library of Trantor

Index

Cover Titelseite Impressum Vorwort Inhaltsverzeichnis 1 Ein kurzer Ausflug in die Geschichte

1.1 Vorbemerkung 1.2 Die Ursprünge 1.3 Vom siebzehnten Jahrhundert an 1.4 Das neunzehnte Jahrhundert 1.5 Das zwanzigste Jahrhundert

2 Die Wellenbewegung

2.1 Eindimensionale Wellen

2.1.1 Die Differentialgleichung einer Welle

2.2 Harmonische Wellen 2.3 Phase und Phasengeschwindigkeit 2.4 Das Superpositionsprinzip 2.5 Die komplexe Darstellung 2.6 Zeiger und die Addition von Wellen 2.7 Ebene Wellen 2.8 Die dreidimensionale Wellengleichung 2.9 Kugelwellen 2.10 Zylinderwellen 2.11 Verdrilltes Licht

Aufgaben

3 Theorie des Elektromagnetismus, Photonen und Licht

3.1 Die Grundgleichungen des Elektromagnetismus

3.1.1 Das faradaysche Induktionsgesetz 3.1.2 Der gaußsche Satz für das elektrische Feld. 3.1.3 Der gaußsche Satz für dasmagnetische Feld 3.1.4 Das ampèresche Verkettungsgesetz 3.1.5 Die maxwellschen Gleichungen

3.2 Elektromagnetische Wellen

3.2.1 Transversalwellen

3.3 Energie und Impuls

3.3.1 Der Poynting-Vektor 3.3.2 Die Bestrahlungsstärke 3.3.3 Photonen 3.3.4 Strahlungsdruck und Impuls

3.4 Strahlung

3.4.1 Linear beschleunigte Ladungen 3.4.2 Synchrotronstrahlung 3.4.3 Elektrische Dipolstrahlung 3.4.4 Die Emission von Licht durch Atome

3.5 Licht in Materie

3.5.1 Dispersion

3.6 Das elektromagnetische Spektrum

3.6.1 Radiowellen 3.6.2 Mikrowellen 3.6.3 Infrarotstrahlung 3.6.4 Sichtbares Licht 3.6.5 Ultraviolettes Licht 3.6.6 Röntgenstrahlung 3.6.7 Gammastrahlung

3.7 Quantenfeldtheorie

Aufgaben

4 Die Ausbreitung des Lichts

4.1 Einführung 4.2 Rayleigh-Streuung

4.2.1 Streuung und Interferenz 4.2.2 Die Transmission von Licht durch dichte Medien 4.2.3 Transmission und Brechungsindex

4.3 Reflexion

4.3.1 Das Reflexionsgesetz

4.4 Brechung

4.4.1 Das Brechungsgesetz 4.4.2 Das huygenssche Prinzip 4.4.3 Lichtstrahlen und Normalkongruenz

4.5 Das fermatsche Prinzip 4.6 Der elektromagnetische Ansatz

4.6.1 Wellen an einer Grenzfläche 4.6.2 Die fresnelschen Gleichungen 4.6.3 Interpretation der fresnelschen Gleichungen

4.7 Innere Totalreflexion

4.7.1 Die abklingende Welle

4.8 Optische Eigenschaften von Metallen 4.9 Alltägliche Aspekte der Wechselwirkung zwischen Licht und Materie 4.10 Die stokessche Behandlung der Reflexion und Brechung 4.11 Photonen, Wellen und Wahrscheinlichkeit

4.11.1 Quantenelektrodynamik 4.11.2 Photonen und die Gesetze der Reflexion und Brechung Aufgaben

5 Geometrische Optik

5.1 Einführung 5.2 Linsen

5.2.1 Asphärische Flächen 5.2.2 Brechung an Kugelflächen 5.2.3 Dünne Linsen

5.3 Blenden

5.3.1 Apertur- und Feldblenden 5.3.2 Eintritts- und Austrittspupillen 5.3.3 Das Öffnungsverhältnis und die Blendenzahl

5.4 Spiegel

5.4.1 Ebene Spiegel 5.4.2 Asphärische Spiegel 5.4.3 Sphärische Spiegel

5.5 Prismen

5.5.1 Dispersionsprismen 5.5.2 Reflexionsprismen

5.6 Faseroptik

5.6.1 Technologie der Glasfaserübertragung

5.7 Optische Systeme

5.7.1 Das Auge 5.7.2 Die Brille 5.7.3 Die Lupe 5.7.4 Okulare 5.7.5 Das Mikroskop 5.7.6 Die Kamera 5.7.7 Das Fernrohr

5.8 Wellenfrontumformung

5.8.1 Adaptive Optik 5.8.2 Phasenkonjugation

5.9 Gravitationslinsen

Aufgaben

6 Geometrische Optik: Weiterführende Themen

6.1 Dicke Linsen und Linsensysteme 6.2 Strahlenverlaufsberechnung

6.2.1 Matrizenmethoden

6.3 Aberrationen

6.3.1 Monochromatische Aberrationen 6.3.2 Chromatische Aberrationen

6.4 GRIN-Systeme 6.5 Abschließende Bemerkungen

Aufgaben

7 Superposition von Wellen

7.1 Die Addition von Wellen gleicher Frequenz

7.1.1 Die algebraische Methode 7.1.2 Die komplexe Methode 7.1.3 Zeigeraddition 7.1.4 Stehende Wellen

7.2 Die Addition von Wellen verschiedener Frequenz

7.2.1 Schwebungen 7.2.2 Gruppengeschwindigkeit

7.3 Anharmonische periodische Wellen

7.3.1 Fourierreihen

7.4 Nichtperiodische Wellen

7.4.1 Fourier-Integrale 7.4.2 Impulse und Wellenpakete 7.4.3 Die Kohärenzlänge 7.4.4 Diskrete Fourier-Transformation Aufgaben

8 Polarisation

8.1 Die Natur des polarisierten Lichts

8.1.1 Lineare Polarisation 8.1.2 Zirkulare Polarisation 8.1.3 Elliptische Polarisation 8.1.4 Natürliches Licht 8.1.5 Der Drehimpuls und das Photonenbild

8.2 Polarisatoren

8.2.1 Das malussche Gesetz

8.3 Dichroismus

8.3.1 Der Drahtgitterpolarisator 8.3.2 Dichroitische Kristalle 8.3.3 Das Polaroidfilter

8.4 Doppelbrechung

8.4.1 Kalkspat 8.4.2 Doppelbrechende Kristalle 8.4.3 Doppelbrechende Polarisatoren

8.5 Streuung und Polarisation

8.5.1 Polarisation durch Streuung

8.6 Polarisation durch Reflexion

8.6.1 Eine Anwendung der fresnelschen Gleichungen

8.7 Verzögerungsplättchen

8.7.1 Phasenplättchen und Rhomboeder 8.7.2 Kompensatoren

8.8 Zirkularpolarisatoren 8.9 Polarisation von polychromatischem Licht

8.9.1 Bandbreite und Kohärenzzeit einer polychromatischen Welle 8.9.2 Interferenzfarben

8.10 Optische Aktivität

8.10.1 Ein Modell 8.10.2 Optisch aktive Biomoleküle

8.11 Erzwungene optische Effekte – Optische Modulatoren

8.11.1 Photoelastizität 8.11.2 Der Faraday-Effekt 8.11.3 Der Kerr-Effekt und der Pockels-Effekt

8.12 Flüssigkristalle 8.13 Eine mathematische Beschreibung der Polarisation

8.13.1 Die stokesschen Parameter 8.13.2 Die Jones-Vektoren 8.13.3 Die Jones-Matrizen und die Mueller-Matrizen Aufgaben

9 Interferenz

9.1 Allgemeine Betrachtungen

9.1.1 Nahfeld /Fernfeld

9.2 Interferenzbedingungen

9.2.1 Zeitliche und räumliche Kohärenz 9.2.2 Die Fresnel-Arago-Gesetze

9.3 Interferometer mit Wellenfrontaufspaltung

9.3.1 Das youngsche Doppelspaltexperiment

9.4 Interferometer mit Amplitudenaufspaltung

9.4.1 Dielektrische Schichten – Zweistrahlinterferenz 9.4.2 Spiegel-Interferometer

9.5 Typen und Lokalisierung von Interferenzmustern 9.6 Mehrstrahlinterferenz

9.6.1 Das Fabry-Perot-Interferometer

9.7 Anwendungen von Ein- und Mehrschichtfilmen

9.7.1 Mathematische Behandlung 9.7.2 Reflexmindernde Schichten 9.7.3 Periodische Mehrschichtsysteme

9.8 Anwendungen der Interferometrie

9.8.1 Streulichtinterferenz 9.8.2 Das Twyman-Green-Interferometer 9.8.3 Das rotierende Sagnac-Interferometer 9.8.4 Radarinterferometrie Aufgaben

10 Beugung

10.1 Einleitende Betrachtungen

10.1.1 Undurchsichtige Hindernisse 10.1.2 Fraunhofer- und Fresnelbeugung 10.1.3 Mehrere kohärente Oszillatoren

10.2 Fraunhoferbeugung

10.2.1 Beugung am Einzelspalt 10.2.2 Beugung am Doppelspalt 10.2.3 Beugung an vielen Spalten 10.2.4 Beugung an einer rechteckigen Öffnung 10.2.5 Beugung an einer kreisrunden Öffnung 10.2.6 Das Auflösungsvermögen abbildender Systeme 10.2.7 Der Besselstrahl nullter Ordnung 10.2.8 Das Beugungsgitter

10.3 Fresnelbeugung

10.3.1 Die freie Ausbreitung einer Kugelwelle 10.3.2 Die Vibrationskurve 10.3.3 Kreisförmige Öffnungen 10.3.4 Kreisförmige Hindernisse 10.3.5 Die fresnelsche Zonenplatte 10.3.6 Die fresnelschen Integrale und die Beugung am rechteckigen Loch 10.3.7 Die Cornu-Spirale 10.3.8 Fresnelbeugung am Spalt 10.3.9 Beugung am halbunendlichen, undurchsichtigen Schirm 10.3.10 Beugung an einem schmalen Hindernis 10.3.11 Das Prinzip von Babinet

10.4 Die skalare Beugungstheorie von Kirchhoff 10.5 Beugungswellen

Aufgaben

11 Fourier-Optik

11.1 Einleitung 11.2 Fourier-Transformierte

11.2.1 Eindimensionale Transformierte 11.2.2 Zweidimensionale Transformierte 11.2.3 Die diracsche Delta-Funktion

11.3 Optische Anwendungen

11.3.1 Zweidimensionale Bilder 11.3.2 Lineare Systeme 11.3.3 Das Faltungsintegral 11.3.4 Fourier-Methoden in der Beugungstheorie 11.3.5 Spektren und Korrelation 11.3.6 Übertragungsfunktionen Aufgaben

12 Grundlagen der Kohärenztheorie

12.1 Einführung 12.2 Muster und Kohärenz

12.2.1 Beugung und verschwindende Streifen

12.3 Die Sichtbarkeit 12.4 Die wechselseitige Kohärenzfunktion und der Kohärenzgrad

12.4.1 Zeitliche und räumliche Kohärenz

12.5 Kohärenz und Stellarinterferometrie

12.5.1 Das Michelson-Stellarinterferometer 12.5.2 Korrelationsinterferometrie Aufgaben

13 Moderne Optik

13.1 Laser und Laserstrahlung

13.1.1 Strahlungsenergie und Materie im Gleichgewicht 13.1.2 Induzierte Emission 13.1.3 Der Laser 13.1.4 Fantastisches Licht

13.2 Das Bildals räumliche Verteilung optischer Information

13.2.1 Raumfrequenzen 13.2.2 Die abbesche Bildentstehungstheorie 13.2.3 Räumliche Filterung 13.2.4 Phasenkontrast 13.2.5 Die Dunkelfeld- und die Schlierenmethode

13.3 Holografie

13.3.1 Verfahren 13.3.2 Entwicklungen und Anwendungen

13.4 Nichtlineare Optik

13.4.1 Optische Gleichrichtung 13.4.2 Erzeugung von Harmonischen 13.4.3 Frequenzmischung 13.4.4 Selbstfokussierung von Licht Aufgaben

Anhang 1: Theorie des Elektromagnetismus Anhang 2: Kirchhoffsche Beugungstheorie Lösungen ausgewählter Aufgaben Literatur Sachverzeichnis

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