Optik für Ingenieure und Naturwissenschaftler - Aufgaben mit Lösungen
von: Rolf Martin
Carl Hanser Fachbuchverlag, 2018
ISBN: 9783446457690
Sprache: Deutsch
200 Seiten, Download: 7494 KB
Format: PDF, auch als Online-Lesen
Vorwort | 8 | ||
Inhalt | 10 | ||
Zum?Geleit | 22 | ||
Teil?I Aufgaben | 24 | ||
1 Einleitung | 26 | ||
1.1? Lichtwellenlängen | 26 | ||
1.2? Welleneigenschaften | 26 | ||
2 Geometrische Optik | 28 | ||
2.1? Lichtstrahlen, optische Abbildung | 28 | ||
2.2? Fermat’sches Prinzip | 28 | ||
2.3? Reflexion von Lichtstrahlen | 28 | ||
2.3.1? Reflexionsgesetz aus Fermat’schem Prinzip | 28 | ||
2.3.2? Winkelspiegel | 28 | ||
2.3.3? Rotierende Flüssigkeit als Parabolspiegel | 29 | ||
2.3.4? Konstruktive Verfolgung eines schiefen Strahls bei einem Spiegel | 29 | ||
2.3.5? Abbildung eines weit entfernten Gegenstands durch einen Hohlspiegel | 29 | ||
2.3.6? Newton’sche Abbildungsgleichung beim Hohlspiegel | 30 | ||
2.3.7? Abbildung durch Hohl- und Wölbspiegel | 30 | ||
2.3.8? Vergrößerung eines Kosmetikspiegels | 30 | ||
2.4? Brechung des Lichts | 31 | ||
2.4.1? Brechungsgesetz aus Fermat’schem Prinzip | 31 | ||
2.4.2? Codenummern optischer Gläser | 31 | ||
2.4.3? Brechung an einem Glaswürfel | 31 | ||
2.4.4? Brechung und Totalreflexion an einem Prisma | 31 | ||
2.4.5? Brechzahlbestimmung | 32 | ||
2.4.6? Numerische Apertur einer Glasfaser | 32 | ||
2.4.7? Minimaler Ablenkwinkel am Prisma | 32 | ||
2.5? Brechung an gekrümmten Flächen | 32 | ||
2.5.1? Kartesisches Ovaloid | 32 | ||
2.5.2? Vergleich Kartesisches Ovaloid und Kugelfläche | 33 | ||
2.5.3? Stablinse mit Abbe’scher Invariante | 33 | ||
2.5.4? Kugellinse mit Abbe’scher Invariante | 34 | ||
2.5.5?Kugelförmiges Aquarium | 34 | ||
2.6? Abbildung durch Linsen | 34 | ||
2.6.1? Linse an Luft und Wasser | 34 | ||
2.6.2? Brennweite in Abhängigkeit vom umgebenden Medium | 34 | ||
2.6.3? Linsenschleifergleichung | 34 | ||
2.6.4? Linsenschleifergleichung | 35 | ||
2.6.5? Bessel-Verfahren zur Brennweitenbestimmung | 35 | ||
2.6.6? Abbildungsfälle bei einer Sammellinse | 35 | ||
2.6.7? Abbildungsfälle bei einer Zerstreuungslinse | 35 | ||
2.6.8? Abbildung eines weit entfernten Gegenstandes | 36 | ||
2.6.9? Linsensystem mit drei Linsen | 36 | ||
2.6.10? Dicke Linse, Fermat’sches Prinzip | 36 | ||
2.6.11? Abbildung durch eine dicke Plankonvexlinse | 37 | ||
2.6.12? Brennweite einer dicken Plankonvexlinse | 37 | ||
2.6.13? Brennweite und Hauptebenen einer dicken Meniskuslinse | 37 | ||
2.6.14? Brechkraft einer dicken Bikonvexlinse | 37 | ||
2.6.15? Stablinse | 37 | ||
2.6.16? Anamorphotische Abbildung | 38 | ||
2.6.17? Linsensystem aus zwei Sammellinsen | 38 | ||
2.6.18? Linsensystem aus Sammel- und Zerstreuungslinse | 38 | ||
2.6.19? Achromat | 39 | ||
2.7? Matrixmethoden der Gauß’schen Optik | 39 | ||
2.7.1? Laserschneidkopf | 39 | ||
2.7.2? Dreilinsiges System | 40 | ||
2.7.3? Systemmatrix | 40 | ||
2.7.4? Kollimation mit GRIN-Linse | 41 | ||
2.7.5? Abbildung mit GRIN-Linse | 41 | ||
2.7.6? Unterwasserlampe | 41 | ||
2.7.7? Dünne Linse in verschiedenen Medien | 42 | ||
2.7.8? Kombination aus Zerstreuungslinse und Hohlspiegel | 42 | ||
2.8? Strahlbegrenzungen | 42 | ||
2.8.1? Pupillen | 42 | ||
2.8.2? Pupillenlagen und Öffnungswinkel | 42 | ||
2.8.3? Pupillen und Öffnungswinkel eines Systems | 43 | ||
2.8.4? Luken | 43 | ||
2.8.5? Luken und Pupillen | 43 | ||
2.8.6? Fernrohr mit Feldblende und Feldlinse | 43 | ||
2.9? Abbildungsfehler | 44 | ||
2.9.1? Fehlerarten | 44 | ||
2.9.2? Farbfehler | 44 | ||
2.9.3? Linsenanordnung für minimalen Öffnungsfehler | 44 | ||
2.9.4? Linse bester Form | 44 | ||
2.9.5? Reduktion der Koma | 44 | ||
2.9.6? Beseitigung des Astigmatismus | 45 | ||
2.9.7? Achromatisches Dublett | 45 | ||
2.10? Optische Instrumente | 45 | ||
2.10.1? Augenmodell mit Matrizenmethoden | 45 | ||
2.10.2? Akkomodation der Augenlinse | 46 | ||
2.10.3? Korrektur der Kurzsichtigkeit mit Kontaktlinse | 46 | ||
2.10.4? Lupenvergrößerung | 47 | ||
2.10.5? Huygens-Okular | 47 | ||
2.10.6? Mikroskopvergrößerung | 47 | ||
2.10.7? Förderliche Vergrößerung eines Mikroskops | 47 | ||
2.10.8? Astronomisches Fernrohr | 48 | ||
2.10.9? Galilei’sches Fernrohr | 48 | ||
2.10.10? Auflösungsvermögen einer Digitalkamera | 48 | ||
2.10.11? Schärfentiefe bei Nahaufnahmen | 49 | ||
3 Radio- und Fotometrie | 50 | ||
3.1? Strahlungsphysikalische Größen, Radiometrie | 50 | ||
3.1.1? Kollimationsausbeute bei Kugelstrahler | 50 | ||
3.1.2? Kollimationsausbeute bei Lambert-Strahler | 50 | ||
3.1.3? Abstrahlung einer LED | 51 | ||
3.1.4? Ebene Fläche strahlt auf Detektor | 51 | ||
3.1.5? Strahldichte einer diffus reflektierenden Fläche | 52 | ||
3.1.6? Wien’sches Verschiebungsgesetz | 52 | ||
3.1.7? Stefan-Boltzmann-Gesetz | 52 | ||
3.1.8? Lichtleitwert | 52 | ||
3.2? Erfassen und Transfer der Strahlung von?Lampen | 53 | ||
3.2.1? Kenngrößen | 53 | ||
3.2.2? Ulbrichtkugel | 53 | ||
3.2.3? Bestrahlungsstärke in der Ulbrichtkugel | 53 | ||
3.3? Lichttechnische Größen, Fotometrie | 54 | ||
3.3.1? Lichtstrom einer roten LED | 54 | ||
3.3.2? Lichtstrom einer Wolfram-Halogen-Lampe | 54 | ||
3.3.3? Hellempfindlichkeitsgrad | 55 | ||
3.3.4? Abstrahlcharakteristik einer LED | 55 | ||
3.3.5? Straßenbeleuchtung | 56 | ||
3.4? Lichttechnische Größen, Fotometrie | 56 | ||
3.4.1? Farbwertanteile eines schwarzen Strahlers | 56 | ||
3.4.2? Farbwertanteile einer LED | 56 | ||
3.4.3? Farbwertanteile einer Wolfram-Halogen-Lampe | 58 | ||
3.4.4? Farbmischung | 58 | ||
4 Wellenoptik | 60 | ||
4.1? Elektromagnetische Wellen | 60 | ||
4.1.1? Sichtbares Spektrum | 60 | ||
4.1.2? Wellengleichung in Abhängigkeit von der Laufrichtung | 60 | ||
4.1.3? Laufrichtung einer Welle | 60 | ||
4.1.4? Kugelwelle | 60 | ||
4.1.5? Ebene Wellen in verschiedenen Richtungen | 61 | ||
4.1.6? Feldstärken solarer Strahlung | 61 | ||
4.2? Polarisation des Lichts | 61 | ||
4.2.1? Polarisationsformen | 61 | ||
4.2.2? Jones-Vektoren | 61 | ||
4.2.3? Interpretation von Jones-Vektoren | 62 | ||
4.2.4? Gesetz von Malus | 62 | ||
4.2.5? Viertel- und Halbwellenplatte | 62 | ||
4.2.6? Jones Matrizen | 62 | ||
4.2.7? Polarisation durch Reflexion | 62 | ||
4.2.8? Polarisationsfolien | 63 | ||
4.2.9? Gesetz von Malus mit realen Polarisatoren | 63 | ||
4.2.10? Indexellipsoid in einachsigen Kristallen | 63 | ||
4.2.11? Glan-Taylor-Prisma | 63 | ||
4.2.12? Rochon-Prisma | 64 | ||
4.2.13? ?/2-Platte nullter Ordnung | 64 | ||
4.2.14? Licht-Modulator | 65 | ||
4.3? Lichtwellen an Grenzflächen | 65 | ||
4.3.1? Fresnel’sche Gleichungen | 65 | ||
4.3.2? Fresnel-Rhombus | 65 | ||
4.3.3? Totalreflexion | 65 | ||
4.3.4? Reflexion an einer Metalloberfläche | 66 | ||
4.4? Interferenz | 66 | ||
4.4.1? Gangunterschied | 66 | ||
4.4.2? Zweistrahlinterferenz | 66 | ||
4.4.3? Laser-Array | 67 | ||
4.4.4? Doppelspalt | 67 | ||
4.4.5? Kohärenzeigenschaften eines Halbleiterlasers | 67 | ||
4.4.6? Kohärenzeigenschaften einer Spektrallampe | 68 | ||
4.4.7? Gruppenindex | 68 | ||
4.4.8? Gruppenindex von Quarzglas | 68 | ||
4.4.9? Holografisches Gitter | 68 | ||
4.4.10? Stehende Wellen im Laser-Resonator | 69 | ||
4.4.11? Farbreflexe einer Seifenlamelle | 69 | ||
4.4.12? Fizeau-Streifen | 70 | ||
4.4.13? Reflexvermindernde Einfachschicht | 70 | ||
4.4.14? Reflexvermindernde Einfachschicht für Unterwasserkamera | 70 | ||
4.4.15? Dielektrischer Spiegel | 70 | ||
4.4.16? Michelson-Interferometer | 71 | ||
4.4.17? Wärmeausdehnung mit Michelson-Interferometer | 71 | ||
4.4.18? Fabry-Perot-Interferometer | 71 | ||
4.5? Beugung | 72 | ||
4.5.1? Huygens’sches Prinzip | 72 | ||
4.5.2? Spaltbeugung | 72 | ||
4.5.3? Intensitätsverhältnisse bei der Spaltbeugung | 73 | ||
4.5.4? Linsenfokus | 73 | ||
4.5.5? Auflösungsvermögen des Auges und Pixelbilder | 73 | ||
4.5.6? Airy-Scheibchen | 73 | ||
4.5.7? Doppelspalt | 74 | ||
4.5.8? Auflösung eines Gitters | 74 | ||
4.5.9? Spektrometer mit Reflexionsgitter | 75 | ||
4.5.10? Lineare Dispersion | 75 | ||
4.6? Gauß’sche Strahlen | 75 | ||
4.6.1? Strahlradius | 75 | ||
4.6.2? Lunar Laser Ranging | 75 | ||
4.6.3? Gaußstrahl | 76 | ||
4.6.4? Laserfokussierung | 76 | ||
4.6.5? Laser mit geringer Divergenz | 77 | ||
4.7? Holografie | 77 | ||
4.7.1? Weißlichthologramm | 77 | ||
4.7.2? Intensitätsverlauf bei Hologramm-Belichtung | 78 | ||
5 Quantenoptik | 80 | ||
5.1? Lichtquanten | 80 | ||
5.1.1? Äußerer Fotoeffekt | 80 | ||
5.1.2? Innerer Fotoeffekt | 80 | ||
5.1.3? Lichtdruck | 80 | ||
5.1.4? Druck solarer Photonen | 81 | ||
5.1.5? Photonenenergien und -impulse | 82 | ||
5.2? Welle-Teilchen-Dualismus | 82 | ||
5.2.1? Antreffwahrscheinlichkeit gebeugter Photonen | 82 | ||
5.3? Absorption und Emission von Licht | 83 | ||
5.3.1? Photonabsorption | 83 | ||
5.3.2? Impuls- und Energieerhaltung bei der Emission | 83 | ||
5.3.3? Lebensdauer angeregter Elektronen und spektrale Linienbreite | 83 | ||
5.4? Laser | 84 | ||
5.4.1? Verstärkung eines Lasers | 84 | ||
5.4.2? Reflexionsgrad von Laserspiegeln | 84 | ||
5.4.3? Frequenzänderung infolge von Längenänderung | 84 | ||
5.4.4? Monomode-Laser | 84 | ||
5.4.5? Laser-Pulse | 84 | ||
5.4.6? Femtosekundenlaser | 85 | ||
6 Optoelektronik | 86 | ||
6.1? Halbleiter-Sender | 86 | ||
6.1.1? Temperaturdrift der LED-Farbe | 86 | ||
6.1.2? Wirkungsgrade einer LED | 86 | ||
6.1.3? Plastik-Vergusskörper einer LED | 86 | ||
6.1.4? Modulation einer IRED | 87 | ||
6.1.5? Temperaturabhängigkeit der Laserschwelle | 88 | ||
6.1.6? Abstand longitudinaler Moden | 88 | ||
6.1.7? Modensprünge | 88 | ||
6.1.8? Modulation eines Halbleiterlasers | 89 | ||
6.1.9? Laserschwelle | 89 | ||
6.1.10? DFB-Laser | 89 | ||
6.2? Halbleiter-Detektoren | 90 | ||
6.2.1? Eindringtiefe von Photonen | 90 | ||
6.2.2? Quantenausbeute und Empfindlichkeit | 90 | ||
6.2.3? Detektivität von pin-Fotodioden | 90 | ||
6.2.4? Lawinenfotodiode | 90 | ||
7 Führung von Licht in?Lichtwellenleitern | 92 | ||
7.1? Einleitung | 92 | ||
7.1.1? Eigenschaften von Lichtwellenleitern | 92 | ||
7.2? Schichtwellenleiter | 92 | ||
7.2.1? Doppelheterostruktur | 92 | ||
7.3? Wellen in zylindrischen Fasern | 92 | ||
7.3.1? Stufenindex-Faser | 92 | ||
7.3.2? Monomode-Faser | 93 | ||
7.3.3? Zusammensetzung des Faserkerns | 93 | ||
7.4? Dämpfung in Lichtwellenleitern | 93 | ||
7.4.1? Dämpfungskoeffizient | 93 | ||
7.4.2? Dämpfung in PMMA | 94 | ||
7.4.3? Abschneidemethode | 94 | ||
7.4.4? Wechsel des Sendelasers | 94 | ||
7.4.5? Nachrichtenübertragung auf POF | 94 | ||
7.5? Dispersion im Lichtwellenleiter | 95 | ||
7.5.1? Bitrate einer Stufenindex-Faser | 95 | ||
7.5.2? Bitrate einer Plastikfaser | 95 | ||
7.5.3? Kombination von Dispersionsmechanismen | 95 | ||
Teil?II Lösungen | 96 | ||
1 Einleitung | 98 | ||
1.1? Lichtwellenlängen | 98 | ||
1.2? Welleneigenschaften | 98 | ||
2 Geometrische Optik | 100 | ||
2.1? Lichtstrahlen, optische Abbildung | 100 | ||
2.3? Reflexion von Lichtstrahlen | 100 | ||
2.3.1? Reflexionsgesetz aus Fermat’schem Prinzip | 100 | ||
2.3.2? Winkelspiegel | 100 | ||
2.3.3? Rotierende Flüssigkeit als Parabolspiegel | 101 | ||
2.3.4? Konstruktive Verfolgung eines schiefen Strahls bei einem Spiegel | 102 | ||
2.3.5? Abbildung eines weit entfernten Gegenstands durch einen Hohlspiegel | 102 | ||
2.3.6? Newton’sche Abbildungsgleichung beim Hohlspiegel | 102 | ||
2.3.7? Abbildung durch Hohl- und Wölbspiegel | 103 | ||
2.3.8? Vergrößerung eines Kosmetikspiegels | 103 | ||
2.4? Brechung des Lichts | 104 | ||
2.4.1? Brechungsgesetz aus Fermat’schem Prinzip | 104 | ||
2.4.2? Codenummern optischer Gläser | 105 | ||
2.4.3? Brechung an einem Glaswürfel | 105 | ||
2.4.4? Brechung und Totalreflexion an einem Prisma | 105 | ||
2.4.5? Brechzahlbestimmung | 106 | ||
2.4.6? Numerische Apertur einer Glasfaser | 106 | ||
2.4.7? Minimaler Ablenkwinkel am Prisma | 106 | ||
2.5? Brechung an gekrümmten Flächen | 108 | ||
2.5.1? Kartesisches Ovaloid | 108 | ||
2.5.2? Vergleich Kartesisches Ovaloid und Kugelfläche | 109 | ||
2.5.3? Stablinse mit Abbe’scher Invariante | 109 | ||
2.5.4? Kugellinse mit Abbe’scher Invariante | 110 | ||
2.5.5? Kugelförmiges Aquarium | 110 | ||
2.6? Abbildung durch Linsen | 110 | ||
2.6.1? Linse an Luft und Wasser | 110 | ||
2.6.2? Brennweite in Abhängigkeit vom umgebenden Medium | 111 | ||
2.6.3? Linsenschleifergleichung | 111 | ||
2.6.4? Linsenschleifergleichung | 112 | ||
2.6.5? Bessel-Verfahren zur Brennweitenbestimmung | 113 | ||
2.6.6? Abbildungsfälle bei einer Sammellinse | 113 | ||
2.6.7? Abbildungsfälle bei einer Zerstreuungslinse | 113 | ||
2.6.8? Abbildung eines weit entfernten Gegenstandes | 114 | ||
2.6.9? Linsensystem mit drei Linsen | 114 | ||
2.6.10? Dicke Linse, Fermat’sches Prinzip | 115 | ||
2.6.11? Abbildung durch eine dicke Plankonvexlinse | 115 | ||
2.6.12? Brennweite einer dicken Plankonvexlinse | 116 | ||
2.6.13? Brennweite und Hauptebenen einer dicken Meniskuslinse | 116 | ||
2.6.14? Brechkraft einer dicken Bikonvexlinse | 116 | ||
2.6.15? Stablinse | 117 | ||
2.6.16? Anamorphotische Abbildung | 118 | ||
2.6.17? Linsensystem aus zwei Sammellinsen | 119 | ||
2.6.18? Linsensystem aus Sammel- und Zerstreuungslinse | 120 | ||
2.6.19? Achromat | 121 | ||
2.7? Matrixmethoden der Gauß’schen Optik | 122 | ||
2.7.1? Laserschneidkopf | 122 | ||
2.7.2? Dreilinsiges System | 123 | ||
2.7.3? Systemmatrix | 124 | ||
2.7.4? Kollimation mit GRIN-Linse | 125 | ||
2.7.5? Abbildung mit GRIN-Linse | 126 | ||
2.7.6? Unterwasserlampe | 127 | ||
2.7.7? Dünne Linse in verschiedenen Medien | 129 | ||
2.7.8? Kombination aus Zerstreuungslinse und Hohlspiegel | 130 | ||
2.8? Strahlbegrenzungen | 131 | ||
2.8.1? Pupillen | 131 | ||
2.8.2? Pupillenlagen und Öffnungswinkel | 131 | ||
2.8.3? Pupillen und Öffnungswinkel eines Systems | 133 | ||
2.8.4? Luken | 133 | ||
2.8.5? Luken und Pupillen | 134 | ||
2.8.6? Fernrohr mit Feldblende und Feldlinse | 135 | ||
2.9? Abbildungsfehler | 136 | ||
2.9.1? Fehlerarten | 136 | ||
2.9.2? Farbfehler | 136 | ||
2.9.3? Linsenanordnung für minimalen Öffnungsfehler | 137 | ||
2.9.4? Linse bester Form | 137 | ||
2.9.5? Reduktion der Koma | 137 | ||
2.9.6? Beseitigung des Astigmatismus | 138 | ||
2.9.7? Achromatisches Dublett | 138 | ||
2.10? Optische Instrumente | 138 | ||
2.10.1? Augenmodell mit Matrizenmethoden | 138 | ||
2.10.2? Akkomodation der Augenlinse | 140 | ||
2.10.3? Korrektur der Kurzsichtigkeit mit Kontaktlinse | 142 | ||
2.10.4? Lupenvergrößerung | 142 | ||
2.10.5? Huygens-Okular | 143 | ||
2.10.6? Mikroskopvergrößerung | 144 | ||
2.10.7? Förderliche Vergrößerung eines Mikroskops | 145 | ||
2.10.8? Astronomisches Fernrohr | 145 | ||
2.10.9? Galilei’sches Fernrohr | 146 | ||
2.10.10? Auflösungsvermögen einer Digitalkamera | 147 | ||
2.10.11? Schärfentiefe bei Nahaufnahmen | 148 | ||
3 Radio- und Fotometrie | 150 | ||
3.1? Strahlungsphysikalische Größen, Radiometrie | 150 | ||
3.1.1? Kollimationsausbeute bei Kugelstrahler | 150 | ||
3.1.2? Kollimationsausbeute bei Lambert-Strahler | 150 | ||
3.1.3? Abstrahlung einer LED | 151 | ||
3.1.4? Ebene Fläche strahlt auf Detektor | 152 | ||
3.1.5? Strahldichte einer diffus reflektierenden Fläche | 153 | ||
3.1.6? Wien’sches Verschiebungsgesetz | 154 | ||
3.1.7? Stefan-Boltzmann-Gesetz | 154 | ||
3.1.8? Lichtleitwert | 155 | ||
3.2? Erfassen und Transfer der Strahlung von?Lampen | 156 | ||
3.2.1? Kenngrößen | 156 | ||
3.2.2? Ulbrichtkugel | 157 | ||
3.2.3? Bestrahlungsstärke in der Ulbrichtkugel | 158 | ||
3.3? Lichttechnische Größen, Fotometrie | 159 | ||
3.3.1? Lichtstrom einer roten LED | 159 | ||
3.3.2? Lichtstrom einer Wolfram-Halogen-Lampe | 160 | ||
3.3.3? Hellempfindlichkeitsgrad | 161 | ||
3.3.4? Abstrahlcharakteristik einer LED | 162 | ||
3.3.5? Straßenbeleuchtung | 162 | ||
3.4? Lichttechnische Größen, Fotometrie | 163 | ||
3.4.1? Farbwertanteile eines schwarzen Strahlers | 163 | ||
3.4.2? Farbwertanteile einer LED | 163 | ||
3.4.3? Farbwertanteile einer Wolfram-Halogen-Lampe | 164 | ||
3.4.4? Farbmischung | 165 | ||
4 Wellenoptik | 168 | ||
4.1? Elektromagnetische Wellen | 168 | ||
4.1.1? Sichtbares Spektrum | 168 | ||
4.1.2? Wellengleichung in Abhängigkeit von der Laufrichtung | 168 | ||
4.1.3? Laufrichtung einer Welle | 168 | ||
4.1.4? Kugelwelle | 168 | ||
4.1.5? Ebene Wellen in verschiedenen Richtungen | 169 | ||
4.1.6? Feldstärken solarer Strahlung | 170 | ||
4.2? Polarisation des Lichts | 170 | ||
4.2.1? Polarisationsformen | 170 | ||
4.2.2? Jones-Vektoren | 170 | ||
4.2.3? Interpretation von Jones-Vektoren | 172 | ||
4.2.4? Gesetz von Malus | 173 | ||
4.2.5? Viertel- und Halbwellenplatte | 174 | ||
4.2.6? Jones Matrizen | 175 | ||
4.2.7? Polarisation durch Reflexion | 177 | ||
4.2.8? Polarisationsfolien | 178 | ||
4.2.9? Gesetz von Malus mit realen Polarisatoren | 178 | ||
4.2.10? Indexellipsoid in einachsigen Kristallen | 179 | ||
4.2.11? Glan-Taylor-Prisma | 179 | ||
4.2.12? Rochon-Prisma | 180 | ||
4.2.13? ?/2-Platte nullter Ordnung | 181 | ||
4.2.14? Licht-Modulator | 182 | ||
4.3? Lichtwellen an Grenzflächen | 183 | ||
4.3.1? Fresnel’sche Gleichungen | 183 | ||
4.3.2? Fresnel-Rhombus | 185 | ||
4.3.3? Totalreflexion | 185 | ||
4.3.4? Reflexion an einer Metalloberfläche | 186 | ||
4.4? Interferenz | 186 | ||
4.4.1? Gangunterschied | 186 | ||
4.4.2? Zweistrahlinterferenz | 187 | ||
4.4.3? Laser-Array | 188 | ||
4.4.4? Doppelspalt | 188 | ||
4.4.5? Kohärenzeigenschaften eines Halbleiterlasers | 189 | ||
4.4.6? Kohärenzeigenschaften einer Spektrallampe | 189 | ||
4.4.7? Gruppenindex | 189 | ||
4.4.8? Gruppenindex von Quarzglas | 190 | ||
4.4.9? Holografisches Gitter | 191 | ||
4.4.10? Stehende Wellen im Laser-Resonator | 191 | ||
4.4.11? Farbreflexe einer Seifenlamelle | 191 | ||
4.4.12? Fizeau-Streifen | 192 | ||
4.4.13? Reflexvermindernde Einfachschicht | 193 | ||
4.4.14? Reflexvermindernde Einfachschicht für Unterwasserkamera | 193 | ||
4.4.15? Dielektrischer Spiegel | 194 | ||
4.4.16? Michelson-Interferometer | 194 | ||
4.4.17? Wärmeausdehnung mit Michelson-Interferometer | 194 | ||
4.4.18? Fabry-Perot-Interferometer | 195 | ||
4.5? Beugung | 196 | ||
4.5.1? Huygens’sches Prinzip | 196 | ||
4.5.2? Spaltbeugung | 197 | ||
4.5.3? Intensitätsverhältnisse bei der Spaltbeugung | 198 | ||
4.5.4? Linsenfokus | 198 | ||
4.5.5? Auflösungsvermögen des Auges und Pixelbilder | 198 | ||
4.5.6? Airy-Scheibchen | 199 | ||
4.5.7? Doppelspalt | 200 | ||
4.5.8? Auflösung eines Gitters | 201 | ||
4.5.9? Spektrometer mit Reflexionsgitter | 201 | ||
4.5.10? Lineare Dispersion | 202 | ||
4.6? Gauß’sche Strahlen | 202 | ||
4.6.1? Strahlradius | 202 | ||
4.6.2? Lunar Laser Ranging | 203 | ||
4.6.3? Gaußstrahl | 203 | ||
4.6.4? Laserfokussierung | 204 | ||
4.6.5? Laser mit geringer Divergenz | 205 | ||
4.7? Holografie | 205 | ||
4.7.1? Weißlichthologramm | 205 | ||
4.7.2? Intensitätsverlauf bei Hologramm-Belichtung | 206 | ||
5 Quantenoptik | 208 | ||
5.1? Lichtquanten | 208 | ||
5.1.1? Äußerer Fotoeffekt | 208 | ||
5.1.2? Innerer Fotoeffekt | 209 | ||
5.1.3? Lichtdruck | 209 | ||
5.1.4? Druck solarer Photonen | 209 | ||
5.1.5? Photonenenergien und -impulse | 210 | ||
5.2? Welle-Teilchen-Dualismus | 210 | ||
5.2.1? Antreffwahrscheinlichkeit gebeugter Photonen | 210 | ||
5.3? Absorption und Emission von Licht | 212 | ||
5.3.1? Photonabsorption | 212 | ||
5.3.2? Impuls- und Energieerhaltung bei der Emission | 212 | ||
5.3.3? Lebensdauer angeregter Elektronen und spektrale Linienbreite | 213 | ||
5.4? Laser | 214 | ||
5.4.1? Verstärkung eines Lasers | 214 | ||
5.4.2? Reflexionsgrad von Laserspiegeln | 214 | ||
5.4.3? Frequenzänderung infolge von Längenänderung | 214 | ||
5.4.4? Monomode-Laser | 215 | ||
5.4.5? Laser-Pulse | 215 | ||
5.4.6? Femtosekundenlaser | 216 | ||
6 Optoelektronik | 218 | ||
6.1? Halbleiter-Sender | 218 | ||
6.1.1? Temperaturdrift der LED-Farbe | 218 | ||
6.1.2? Wirkungsgrade einer LED | 218 | ||
6.1.3? Plastik-Vergusskörper einer LED | 219 | ||
6.1.4? Modulation einer IRED | 219 | ||
6.1.5? Temperaturabhängigkeit der Laserschwelle | 220 | ||
6.1.6? Abstand longitudinaler Moden | 220 | ||
6.1.7? Modensprünge | 221 | ||
6.1.8? Modulation eines Halbleiterlasers | 222 | ||
6.1.9? Laserschwelle | 222 | ||
6.1.10? DFB-Laser | 223 | ||
6.2? Halbleiter-Detektoren | 223 | ||
6.2.1? Eindringtiefe von Photonen | 223 | ||
6.2.2? Quantenausbeute und Empfindlichkeit | 223 | ||
6.2.3? Detektivität von pin-Fotodioden | 224 | ||
6.2.4? Lawinenfotodiode | 224 | ||
7 Führung von Licht in?Lichtwellenleitern | 226 | ||
7.1? Einleitung | 226 | ||
7.1.1? Eigenschaften von Lichtwellenleitern | 226 | ||
7.2? Schichtwellenleiter | 226 | ||
7.2.1? Doppelheterostruktur | 226 | ||
7.3? Wellen in zylindrischen Fasern | 228 | ||
7.3.1? Stufenindex-Faser | 228 | ||
7.3.2? Monomode-Faser | 228 | ||
7.3.3? Zusammensetzung des Faserkerns | 229 | ||
7.4? Dämpfung in Lichtwellenleitern | 230 | ||
7.4.1? Dämpfungskoeffizient | 230 | ||
7.4.2? Dämpfung in PMMA | 231 | ||
7.4.3? Abschneidemethode | 231 | ||
7.4.4? Wechsel des Sendelasers | 232 | ||
7.4.5? Nachrichtenübertragung auf POF | 232 | ||
7.5? Dispersion im Lichtwellenleiter | 233 | ||
7.5.1? Bitrate einer Stufenindex-Faser | 233 | ||
7.5.2? Bitrate einer Plastikfaser | 234 | ||
7.5.3? Kombination von Dispersionsmechanismen | 234 |