Optik

1. Die Natur des Lichtes.- 1.1 Frühe Vorstellungen und Beobachtungen.- 1.1.1 Geradlinige Ausbreitung.- 1.1.2 Reflexion.- 1.1.3 Brechung.- 1.1.4 Die Theorie des Lichtes.- 1.2 Die Teilchenmodelle.- 1.2.1 Descartes.- 1.2.2 Fermat.- 1.2.3 Das Fermatsche Prinzip.- 1.2.4 Newton.- 1.3 Die Wellenmodelle.- 1.3.1 Die Mathematik der Wellenausbreitung.- 1.3.2 Frühe Wellentheorien.- 1.3.3 Huygens.- 1.3.4 Entscheidende Experimente.- 1.4 Das Modell der elektromagnetischen Wellen.- 1.4.1 Die Maxwell-Gleichungen.- 1.4.2 Die elektromagnetische Wellengleichung.- 1.4.3 Eigenschaften elektromagnetischer Wellen.- 1.5 Neuere Entwicklungen.- 1.5.1 Relativistische Optik.- 1.5.2 Quantenoptik.- 1.6 Übungsaufgaben.- 2. Optik planer Grenzflächen.- 2.1 Lichtwellen in Materie.- 2.1.1 Gebundene Ladungen und Ströme.- 2.1.2 Antwortfunktionen.- 2.1.3 Ebene Wellen in Materie.- 2.2 Reflexion und Transmission an Grenzflächen.- 2.2.1 Randbedingungen.- 2.2.2 Geometrische Optik an Grenzflächen.- 2.2.3 Relationen zwischen den Amplituden.- 2.2.4 Reflexion der Energie und Transmissionskoeffizienten.- 2.2.5 Dielektrische Medien.- 2.3 Anwendungen in der Optik ebener Oberflächen.- 2.3.1 Dielektrika.- 2.3.2 Lichtundurchlässige Medien.- 2.4 Einführung in die optischen Eigenschaften der Materie.- 2.4.1 Modell eines verdünnten, nichtpolaren Gases.- 2.4.2 Leitende Medien.- 2.4.3 Dichte Dielektrika.- 2.5 Übungsaufgaben.- 3. Geometrische Optik.- 3.1 Strahldurchrechnung.- 3.1.1 Brechung und Reflexion.- 3.1.2 Bildentstehung.- 3.1.3 Brechung und Reflexion an sphärischen Flächen.- 3.2 Paraxiale Optik.- 3.2.1 Brechung.- 3.2.2 Reflexionen.- 3.3 Matrizen-Verfahren.- 3.3.1 Transformations-Matrizen.- 3.3.2 Einzellinse.- 3.3.3 Hauptebenen.- 3.4 Bildentstehung.- 3.4.1 Allgemeine Überlegungen zur Bildentstehung.- 3.4.2 Graphische Konstruktion der Abbildung.- 3.5 Beispiele paraxialer Optik.- 3.5.1 Abbildende Systeme.- 3.5.2 Fernrohr-Systeme.- 3.6 Übungsaufgaben.- 4. Praktische geometrische Optik.- 4.1 Blenden.- 4.1.1 Blenden und Pupillen.- 4.1.2 Gesichtsfeldblenden und Luken.- 4.2 Radiometrie und Photometrie.- 4.2.1 Physikalische oder radiometrische Nomenklatur.- 4.2.2 Psychophysikalische oder photometrische Nomenklatur.- 4.2.3 Beispiele aus der Radiometrie.- 4.3 Linsenfehler.- 4.3.1 Monochromatische Bildfehler.- 4.3.2 Chromatische Fehler.- 4.4 Übungsaufgaben.- 5. Interferenz.- 5.1 Zweistrahlinterferenz.- 5.1.1 Allgemeine Betrachtungen.- 5.1.2 Vektoraddition im Zeigerdiagramm.- 5.1.3 Zeitmittel der Intensität.- 5.1.4 Voraussetzungen für Interferenz.- 5.1.5 Das Youngsche Doppelspalt-Experiment.- 5.1.6 Weitere Anordnungen mit Quellen-Aufteilung.- 5.2 Vielstrahlinterferenz.- 5.2.1 Darstellung im Zeigerdiagramm.- 5.2.2 Mathematische Lösung.- 5.2.3 Gitter.- 5.3 Zweistrahlinterferenz: Parallele Grenzflächen.- 5.3.1 Differenz der optischen Weglänge in einer dielektrischen Schicht.- 5.3.2 Haidingersche Ringe.- 5.3.3 Das Michelson-Interferometer.- 5.3.4 Fizeau-Interferenz.- 5.4 Vielstrahlinterferenz: Parallele Flächen.- 5.4.1 Matrix-Formalismus.- 5.4.2 Einfache Platte.- 5.4.3 Das Fabry-Perot-Interferometer.- 5.5 Anwendungen der Interferenz.- 5.5.1 Interferometrie.- 5.5.2 Spektroskopie.- 5.5.3 Optische Beschichtungen.- 5.5.4 Optische Resonatoren und Wellenleiter.- 5.6 Übungsaufgaben.- 6. Beugung I.- 6.1 Allgemeine Prinzipien der Beugung.- 6.1.1 Das Beugungsintegral.- 6.1.2 Diskussion des Beugungsintegrals.- 6.2 Beugung und Fernfeld.- 6.2.1 Lineare Näherung.- 6.2.2 Rechtwinklige Öffnungen.- 6.2.3 Kreisblenden.- 6.3 Fourier-Analyse.- 6.3.1 Grundsätzliche Definitionen der Fourier-Analyse.- 6.4 Beispiele der Fourier-Analyse in der Beugungstheorie.- 6.4.1 Zusammenstellung der Ergebnisse.- 6.4.2 Das Feldtheorem.- 6.4.3 Beugungsgitter.- 6.4.4 Beugungsbegrenzte Abbildung.- 6.5 Übungsaufgaben.- 7. Beugung II.- 7.1 Fresnel-Transformationen.- 7.1.1 Allgemeine Transformation.- 7.1.2 Näherungen für die Phase.- 7.2 Fresnel-Beugung.- 7.2.1 Rechteckige Blende.- 7.2.2 Kreisblenden.- 7.3 Bildentstehung: Kohärente Objekte.- 7.3.1 Die Wirkung einer Linse.- 7.3.2 Fourier-Optik.- 7.3.3 Anwendungen der Bildentstehungstheorie.- 7.4 Übungsaufgaben.- 8. Kohärenz.- 8.1 Zeitliche Kohärenz.- 8.1.1 Einführung in die zeitliche Kohärenz.- 8.1.2 Interferenzspektroskopie.- 8.1.3 Eigenschaften von ?(?).- 8.2 Statistische Optik.- 8.2.1 Die Autokorrelationsfunktion.- 8.2.2 Modelle thermischer Lichtquellen.- 8.2.3 Kohärenzzeit und Frequenzbreite.- 8.2.4 Zusammenfassung zum Abschnitt "Zeitliche Kohärenz".- 8.3 Räumliche Kohärenz.- 8.3.1 Das Youngsche Doppelspaltexperiment.- 8.3.2 Endliche Frequenzbreite.- 8.3.3 Transversale Kohärenz.- 8.4 Fluktuationen.- 8.4.1 Korrelationsinterferometrie.- 8.4.2 Quantenphysikalische Aspekte.- 8.5 Bildentstehung: Inkohärente Objekte.- 8.5.1 Transferfunktionen.- 8.5.2 Beispiele optischer Transferfunktionen.- 8.6 Übungsaufgaben.- 9. Polarisation.- 9.1 Polarisiertes Licht.- 9.1.1 Arten polarisierten Lichts.- 9.1.2 Darstellungen für elliptisch polarisiertes Licht.- 9.1.3 Unpolarisiertes Licht.- 9.2 Polarisationsempfindliche optische Elemente.- 9.2.1 Erzeugung polarisierten Lichts.- 9.2.2 Phasenschieber.- 9.3 Teilweise polarisiertes Licht.- 9.3.1 Die Kohärenz-Matrix.- 9.3.2 Beispiele.- 9.3.3 Kombination von Lichtstrahlen.- 9.3.4 Beschreibung der Polarisation.- 9.4 Kristall-Optik.- 9.4.1 Elektromagnetische Wellen in anisotropen Dielektrika.- 9.4.2 Indexflächen.- 9.4.3 Zweiachsige Kristalle.- 9.5 Übungsaufgaben.- A.1 Ableitung des Presnel-Kirchhoff-Integrals aus dem Helmholtz-KirchhofFschen Satz.- A.2 Ableitung des Helmholtz-KirchhofFschen Theorems aus der Wellengleichung.