Optik

1. Eine kurze Geschichte der Optik.- 1.1 Die Bedeutung der Geschichte.- 1.2 Die Natur des Lichts.- 1.3 Die Lichtgeschwindigkeit.- 1.4 Transversale oder longitudinale Wellen?.- 1.5 Quantentheorie.- 1.6 Optische Instrumente.- 1.7 Neuere Entwicklungen.- 2. Wellen.- 2.1 Einführung.- 2.2 Die Wellengleichung für dispersionsfreie Wellen in einer Dimension.- 2.3 Dispersionsbehaftete Wellen.- 2.4 Komplexe Wellenzahl, Frequenz und Geschwindigkeit.- 2.5 Gruppengeschwindigkeit.- 2.6 Wellen in drei Dimensionen.- 2.7 Wellen in inhomogenen Medien.- 2.8 Vertiefungsthema: Ausbreitung und Verzerrung eines Wellenpakets in einem dispergierenden Medium.- 2.9 Vertiefungsthema: Gravitationslinsen.- Übungsaufgaben.- 3. Geometrische Optik.- 3.1 Einführung.- 3.2 Die Philosophie optischen Designs.- 3.3 Die klassische Optik in der Gaußschen Näherung.- 3.4 Strahlengänge durch einfache Systeme.- 3.5 Matrixformulierung der Gaußschen Optik für axialsymmetrische brechende Systeme.- 3.6 Bildentstehung.- 3.7 Hauptpunkte und Hauptebenen.- 3.8 Abbildungsfehler.- 3.9 Vertiefungsthema: aplanatische Objektive.- 3.10 Vertiefungsthema: der sphärische Fabry-Perot-Resonator.- Übungsaufgaben.- 4. Fouriertheorie.- 4.1 Einführung.- 4.2 Analyse periodischer Funktionen.- 4.3 Fourieranalyse.- 4.4 Nichtperiodische Funktionen.- 4.5 Inverse Fouriertransformation.- 4.6 Faltung.- 4.7 Korrelationsfunktion.- Übungsaufgaben.- 5. Elektromagnetische Wellen.- 5.1 Elektromagnetismus und die Wellengleichung.- 5.2 Ebene Wellen als Lösung der Wellengleichung.- 5.3 Strahlung.- 5.4 Reflexion und Brechung.- 5.5 Lichteinfall aus dem dichteren Medium.- 5.6 Einfall elektromagnetischer Wellen auf leitende Oberflächen.- Übungsaufgaben.- 6. Polarisation und anisotrope Medien.- 6.1 Einführung.- 6.2 Polarisiertes Licht inisotropen Medien.- 6.3 Die Erzeugung polarisierten Lichts.- 6.4 Wellenausbreitung in anisotropen Medien.- 6.5 Elektromagnetische Wellen in anisotropen Medien.- 6.6 Kristalloptik.- 6.7 Uniaxiale Kristalle.- 6.8 Anwendungen der Ausbreitung in anisotropen Medien.- 6.9 Induzierte Anisotropie.- Übungsaufgaben.- 7. Beugung.- 7.1 Das Auftreten von Beugungserscheinungen.- 7.2 Die Näherung skalarer Wellen.- 7.3 Fresnel-Beugung.- 7.4 Fresnel-Beugung durch lineare Systeme.- 7.5 Vertiefungsthema: Röntgenmikroskopie.- Übungsaufgaben.- 8. Fraunhofer-Beugung und Interferenz.- 8.1 Einführung.- 8.2 Fraunhofer-Beugung und Fouriertransformation.- 8.3 Interferenz.- 8.4 Dreidimensionale Interferenz.- 8.5 Vertiefungsthema: inelastische Streuung von thermischen Neutronen an Phononen.- 8.6 Vertiefungsthema: Phasenwiedergewinnung.- Übungsaufgaben.- 9. Interferometrie.- 9.1 Einführung.- 9.2 Beugungsgitter.- 9.3 Zweistrahlinterferometrie.- 9.4 Das Sagnac-Interferometer.- 9.5 Interferenz durch Mehrfachreflexion.- 9.6 Vertiefungsthema: die Berry-Phase in der Interferometrie.- Übungsaufgaben.- 10. Optische Wellenleiter und brechungsindexmodulierte Medien.- 10.1 Optische Wellenleiter.- 10.2 Glasfasern.- 10.3 Wellenausbreitung in einem Medium mit Brechungsindexmodulationen.- Übungsaufgaben.- 11. Kohärenz.- 11.1 Einführung.- 11.2 Eigenschaften realer Lichtwellen.- 11.3 Physikalische Ursachen der Linienbreite.- 11.4 Quantifizierung des Konzepts der Kohärenz.- 11.5 Zeitliche Kohärenz.- 11.6 Fourier-Spektroskopie.- 11.7 Räumliche Kohärenz.- 11.8 Fluktuationen in Lichtstrahlen und die klassische Photonenstatistik.- 11.9 Anwendung der Kohärenztheorie in der Astronomie.- Übungsaufgaben.- 12. Bildentstehung.- 12.1 Einführung.- 12.2 Die Beugungstheorie der Bildentstehung.- 12.3Auflösungsgrenze optischer Instrumente.- 12.4 Anwendungen der Abbeschen Theorie: räumliche Filterung.- 12.5 Methoden zur Steigerung der Auflösung.- 12.6 Holographie.- 12.7 Vertiefungsthema: interferometrische Bilderzeugung in der Astronomie.- 12.8 Vertiefungsthema: astronomische Anwendung der Speckle-Interferometrie.- Übungsaufgaben.- 13. Die klassische Dispersionstheorie.- 13.1 Klassische Dispersionstheorie.- 13.2 Rayleigh-Streuung.- 13.3 Kohärente Streuung und Dispersion.- 13.4 Dispersionsrelationen Quantenoptik und Laser.- 13.5 Vertiefungsthema: nichtlineare Optik.- Übungsaufgaben.- 14. Quantenoptik und Laser.- 14.1 Die Quantisierung des elektromagnetischen Feldes.- 14.2 Moden des elektromagnetischen Feldes in einem linearen Hohlraum.- 14.3 Wechselwirkung von Licht mit Materie.- 14.4 Laser.- 14.5 Komponenten eines Lasers.- 14.6 Laserlicht.- 14.7 Vertiefungsthema: Komprimiertes Licht und seine Anwendungen.- Übungsaufgaben.- 15. Lösungen der Übungsaufgaben.- Allgemeine Bemerkungen.- 2.- 3.- 4.- 5.- 6.- 7.- 8.- 9.- 10.- 11.- 12.- 13.- 14.- A. Anhang.- A.1 Bessel-Funktionen in der Wellenoptik.- A.1.1 Bessel-Funktionen.- A.2 Vorlesungsversuche der Fourieroptik.- A.2.1 Einführung.- A.2.2 Korrelation und Faltung durch eine Lochkamera.- A.2.3 Fraunhofer-Beugung.- A.2.4 Fresnel-Beugung.- 1-15, Anhang.- Sach- und Namenverzeichnis.- A-Z.