Optik, Strahlung

Wolfgang Pfeiler

• Publisher: De Gruyter
• Year: 2016
• Print ISBN: 9783110445589
• eBook ISBN: 9783110446029
• Edition: 1
• Topic: Physical Sciences
• Subtopic: Optics & Light

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Dieses sechsbändige Lehrbuch bietet für Lehrende und Lernende der Physik und der Naturwissenschaften insgesamt eine Brücke von den Phänomenen und Experimenten sowie der dadurch motivierten Modellbildung zu den weiterführenden Theorien. Der logische Aufbau und die klare und übersichtliche Darstellung unterstützt die Studierenden mit einem durchgehenden roten Faden und Lernhilfen auf verschiedenen Ebenen: Nach einer Vorstellung der Lerninhalte und Konzepte am Kapitelanfang werden im folgenden Text die Zusammenhänge deutlich gemacht, Formeln konsequent hergeleitet, mit vielen Abbildungen erläutert und am Kapitelende wird das Wichtigste noch einmal zusammengefasst.

Band IV:
Wellenoptik:
Kohärenz und Interferenz, Huygenssches Prinzip, Beugung an Begrenzungen, Fourier-Optik, Phasen- und Gruppengeschwindigkeit, Dispersion, Absorption, Polarisation und Brechzahl, Fresnelsche Formeln, Doppelbrechung, optische Aktivität, Spektrometer und Interferometer;
Geometrische Optik:
Fermatsches Prinzip, optische Abbildung, Prisma, Linsen und Linsengleichungen, Blenden, Linsenfehler, Auge, Lupe, Mikroskop, Fernrohr, Auflösungsvermögen von Mikroskop und Fernrohr nach Helmhotz und Abbe;
Wärmestrahlung:
Radiometrische Grundgrößen, Grundgesetz der Strahlungsübertragung, Photometrie, schwarzer Körper, Kirchhoffsches Gesetz, Stefan-Boltzmannsches Gesetz, Wiensches Verschiebungsgesetz, Gesetz von Rayleigh und Jeans, Plancksches Strahlungsgesetz, Pyrometrie.

1Wellenoptik

Einleitung: Entsprechend dem Superpositionsprinzip der ungestörten Überlagerung elektromagnetischer Wellen addieren sich die Schwingungsamplituden der elektrischen Feldstärke am gleichen Ort und zur gleichen Zeit phasengerecht. Da aber wegen des rasch wechselnden optischen Feldes nur die zu den zeitlichen Mittelwerten

proportionalen Intensitäten beobachtbar sind, kommt es nur bei Wellen mit fester Phasenbeziehung (kohärenten Wellen) zur Interferenz und damit zu Beugungserscheinungen.

Die Ausbreitung elektromagnetischer Wellen im Raum kann nach dem Huygensschen Prinzip mit der Vielstrahlinterferenz beschrieben werden.

Die Intensitätsverteilung für die wichtigsten Beugungserscheinungen (Spalt, Doppelspalt und Gitter sowie für die kreisrunde Apertur im Anhang) werden in Fraunhofer-Näherung berechnet und ausführlich diskutiert. Anschließend wird gezeigt, dass die Beugung elektromagnetischer Wellen als Fouriertransformation dargestellt werden kann.

In der Materie erfahren elektromagnetische Wellen Dispersion („Farbzerlegung“) und Absorption. Neben die von der Wellenlänge abhängige Phasengeschwindigkeit tritt dann die Gruppengeschwindigkeit, mit der sich die Energie der Welle ausbreitet.

Die Fresnelschen Formeln beschreiben vollständig die bei den wellenoptischen Erscheinungen der Reflexion, Brechung und Polarisation in homogenen, isotropen, absorptionsfreien Medien auftretenden Amplituden und stellen auch einen Beweis für die Transversalität elektromagnetischer Wellen dar.

Doppelbrechung und optische Aktivität (Drehung der Polarisationsebene) sind eine Folge der optischen Anisotropie aufgrund des atomistischen Aufbaus kristalliner Materie.

Zur Untersuchung der spektralen Verteilung von Strahlungsquellen (Lichtquellen) werden Spektrometer und Interferometer verwendet. Mit dem Fabry-Pérot-Interferometer kann eine spektrale Auflösung von mehr als 106 erzielt werden.

Das Gebiet der Optik kann entsprechend seiner historischen Entwicklung in drei Bereiche unterteilt werden: Die Strahlenoptik, auch geometrische Optik genannt, die Wellenoptik und die Quantenoptik. Wir wollen uns in diesem Kapitel mit der Wellenoptik befassen, die auch die Basis für die Strahlenoptik des zweiten Kapitels bildet. Erst nach der Behandlung der Wärmestrahlung im...

Table of contents

• Cover
• Titelseite
• Impressum
• Vorwort
• Zum Inhalt von Band IV
• Danksagung
• Inhalt
• Symbolverzeichnis Band IV
• 1 Wellenoptik
• 2 Geometrische Optik: Strahlenoptik und optische Abbildung
• 3 Wärmestrahlung
• Literatur
• Register