Zinth / Aumüller Optik

Lichtstrahlen - Wellen - Photonen
4. aktualisierte Auflage 2013
ISBN: 978-3-486-73581-9
Verlag: De Gruyter
Format: PDF
Kopierschutz: Adobe DRM (»Systemvoraussetzungen)

E-Book, Deutsch, 351 Seiten

Dieses Lehrbuch wendet sich an Studierende der Physik sowie anderer Natur- oder Ingenieurwissenschaften. Es gibt diesem Leserkreis eine Einführung und 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. Es ist daher gut für eine einsemestrige Vorlesung im Rahmen der Bachelorausbildung geeignet.
Großer Wert wurde auf die verständliche Darstellung der theoretischen Inhalte gelegt. Diese sind insbesondere anhand vieler praxisnaher, moderner Anwendungsbeispiele erläutert. Faszinierende optische Phänomene werden ebenso erklärt wie die mathematischen Hintergründe.
Die verwendeten Graphiken und Abbildungen in Farbe sowie ergänzende Materialien können hier abgerufen werden.

"Sehr aktuell, gut strukturiert und gut lesbar."
Prof. Dr. W. Osten, Uni Stuttgart

"Das Buch bietet eine sehr schöne Einführung in die optischen Phänomene. Es bietet einen guten Kompromiss von qualitativer und quantitativer Beschreibung. Studierende werden die verständlichen Darstellungen zu schätzen wissen."
Prof. Dr. E. Krätzig, Universität Osnabrück

Autoren/Hrsg.

Zinth, Wolfgang

Aumüller, Ursula

Zinth, Ursula

Fachgebiete

• Naturwissenschaften Physik Elektromagnetismus Optik

Inhaltsverzeichnis

1;Vorwort;5
2;1 Einführung und historischer Überblick;11
3;2 Licht als elektromagnetischeWelle;15
3.1;2.1 Die Wellengleichung und ihre Lösungen;15
3.1.1;2.1.1 Energie und Impuls von Licht;20
3.1.2;2.1.2 Wellenpakete;23
3.1.3;2.1.3 Phasen- und Gruppengeschwindigkeit;26
3.2;2.2 Dispersion von Licht;29
3.2.1;2.2.1 Die Frequenzabhängigkeit der Dielektrizitätskonstante;29
3.2.2;2.2.2 Der Brechungsindex;32
3.2.3;2.2.3 Die Absorption von Licht;33
3.2.4;2.2.4 Die Dispersion von dichtenMedien;36
3.2.5;2.2.5 Brechungsindex und Absorption von Metallen;38
3.3;2.3 ElektromagnetischeWellen an Grenzflächen;40
3.3.1;2.3.1 Reflexions- und Brechungsgesetz;41
3.3.2;2.3.2 Die Fresnelschen Formeln für den Reflexionsgrad einer Grenzfläche;44
3.3.3;2.3.3 Totalreflexion und evaneszenteWellen;52
3.4;2.4 Lichtwellenleiter;55
3.4.1;2.4.1 Lichtleitung durch Totalreflexion;55
3.4.2;2.4.2 Moden in einem optischenWellenleiter**;60
3.4.3;2.4.3 Lichtausbreitung in einem Hohlleiter**;64
3.4.4;2.4.4 Moden in einem dielektrischenWellenleiter**;66
3.4.5;2.4.5 Lichtleitfasern;70
3.4.6;2.4.6 Herstellung von Glasfasern;71
3.5;2.5 Absorbierende und streuendeMedien;74
3.5.1;2.5.1 Das Reflexionsvermögen absorbierenderMedien;74
3.5.2;2.5.2 Die Farbe von Gegenständen;75
3.5.3;2.5.3 Streuung von elektromagnetischenWellen;77
4;3 Die Geometrische Optik;79
4.1;3.1 Das Fermatsche Prinzip;80
4.1.1;3.1.1 Das Reflexionsgesetz;82
4.1.2;3.1.2 Das Fermatsche Prinzip und das Brechungsgesetz;84
4.2;3.2 Strahlenablenkung durch ein Prisma;87
4.2.1;3.2.1 Der Regenbogen;89
4.3;3.3 Die optische Abbildung;96
4.3.1;3.3.1 Reelle und virtuelle Abbildungen;96
4.3.2;3.3.2 Abbildung an einem Kugelspiegel;97
4.3.3;3.3.3 Abbildung durch brechende Kugelflächen;101
4.3.4;3.3.4 Abbildungsgleichung für dünne Linsen;103
4.3.5;3.3.5 Dicke Linsen und Linsensysteme;107
4.3.6;3.3.6 Berechnung der Ausbreitung paraxialer Strahlen mit demMatrizen-Verfahren;108
4.3.7;3.3.7 Anwendungen der Matrizenmethode;114
4.3.8;3.3.8 Linsenfehler;117
4.3.9;3.3.9 Begrenzungen in optischen Systemen;123
4.3.10;3.3.10 Design und Herstellung von Objektiven;126
4.4;3.4 Instrumente der geometrischenOptik;127
4.4.1;3.4.1 Der Projektionsapparat;127
4.4.2;3.4.2 Die photographische Kamera;129
4.4.3;3.4.3 Das Auge;133
4.4.4;3.4.4 Vergrößernde optische Instrumente;136
5;4 Welleneigenschaften von Licht;147
5.1;4.1 Qualitative Behandlung der Beugung;148
5.1.1;4.1.1 Das Huygenssche Prinzip;148
5.1.2;4.1.2 Die Fresnelsche Beugung;150
5.2;4.2 Mathematische Behandlung der Beugung;154
5.2.1;4.2.1 Die Fresnel-Kirchhoffsche Beugungstheorie**;154
5.2.2;4.2.2 Fresnelsche und Fraunhofersche Beugung;156
5.2.3;4.2.3 Fraunhofersche Beugung;158
5.2.4;4.2.4 Das Babinetsche Prinzip;159
5.3;4.3 Spezielle Fälle der Fraunhoferschen Beugung;159
5.3.1;4.3.1 Beugung an einem langen Spalt;159
5.3.2;4.3.2 Beugung an einer Rechteckblende;164
5.3.3;4.3.3 Beugung an einer kreisförmigen Öffnung;165
5.3.4;4.3.4 Beugung am Doppelspalt;166
5.3.5;4.3.5 Beugung am Gitter;171
5.3.6;4.3.6 Gitterspektrometer;176
5.3.7;4.3.7 Beugung an mehrdimensionalen Gittern;179
5.4;4.4 Interferenz;183
5.4.1;4.4.1 Die Kohärenz von Lichtquellen;184
5.4.2;4.4.2 Spezielle Interferometeranordnungen;187
5.4.3;4.4.3 Interferenzen dünner Schichten;192
5.4.4;4.4.4 Vielfachinterferenzen am Beispiel des Fabry-Perot-Interferometers;202
5.5;4.5 Anwendungen von Beugung und Interferenz;209
5.5.1;4.5.1 Das Auflösungsvermögen optischer Geräte;209
5.5.2;4.5.2 Die Abbesche Theorie der Bildentstehung und Fourieroptik;215
5.5.3;4.5.3 Holographie;220
5.5.4;4.5.4 Laser-Strahlen – Die Optik Gaußscher Bündel*;224
5.5.5;4.5.5 Gaußsche Bündel und abbildende Elemente**;231
5.6;4.6 Die Polarisation von Licht;235
5.6.1;4.6.1 Polarisationszustände von Licht;235
5.6.2;4.6.2 Polarisatoren;238
5.6.3;4.6.3 Doppelbrechung;243
5.6.4;4.6.4 Anwendungen der Doppelbrechung;252
5.6.5;4.6.5 Induzierte Doppelbrechung;255
5.6.6;4.6.6 Optische Aktivität und Faraday-Effekt;261
5.7;4.7 Nichtlineare Optik;266
5.7.1;4.7.1 Mit der nichtlinearen Suszeptibilität zweiter Ordnung verknüpfte Phänomene*;267
5.7.2;4.7.2 Mit der nichtlinearen Suszeptibilität dritter Ordnung verknüpfte Phänomene*;270
6;5 Quantenphänomene: Licht alsWelle und Teilchen;275
6.1;5.1 Der Photoeffekt;275
6.1.1;5.1.1 Eigenschaften von Photonen;281
6.1.2;5.1.2 Licht istWelle und Teilchenstrom;284
6.1.3;5.1.3 Doppelspalt als Instrument zur Unterscheidung vonWelle und Teilchen;285
6.1.4;5.1.4 Photoeffekt in der Anwendung: Nachweis von Licht*;288
6.2;5.2 Strahlungsgesetze und Lichtquellen;299
6.2.1;5.2.1 Strahlungsphysikalische Größen;299
6.2.2;5.2.2 LichttechnischeGrößen*;304
6.2.3;5.2.3 Das Kirchhoffsche Strahlungsgesetz;306
6.2.4;5.2.4 Das Emissionsverhalten eines schwarzen Strahlers;308
6.2.5;5.2.5 Strahlungsgesetze;310
6.2.6;5.2.6 Die Plancksche Strahlungsformel;312
6.2.7;5.2.7 Lichtquellen für Beleuchtungszwecke*;316
6.2.8;5.2.8 Der Laser;319
7;A Anhang: Fouriertransformation;327
7.1;A.1 Fourierreihen;327
7.2;A.2 Fourierintegrale: Transformationen nichtperiodischer Funktionen;331
7.3;A.3 Eigenschaften der Fouriertransformation;334
7.4;A.4 Rechenregeln für Fouriertransformationen;336
7.5;A.5 Eigenschaften der Deltafunktion;337
8;Vertiefende Literatur;339
9;Sachverzeichnis;341