Physik III - Wellen und Quanten (4 st.)
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Experimentalphysik III - Wellen und Quanten Version Jan.24
I) Einführung - Was ist Licht, elektromagn. Strahlung? (Def. Optik)
- historischer ?berblick, ?therhypothese, Messung der Lichtgeschwindigkeit
- Ableitung der Wellengleichung aus den Maxwell-Gleichungen (Math.: lineare partielle Differentialgleichung)
- ebene harmonische Welle und Kugelwelle
- Dispersionsrelation für Licht
- Superpositionsprinzip, Wellenpaket, Komplementarit?t zwischen Ortsdarstellung und Impulsdarstellung
(math. Einschub: Fourierreihe, Fouriersynthese, Fourierintegral) - Brechungsindex im Medium, Materialdispersion, Gruppen- und Phasengeschwindigkeit
II) Geometrische Optik / Strahlenoptik
- Geltungsbereich ( Wellenl?nge << typ. Abmess. von Blenden etc.)
Huygenssches Prinzip → Reflexionsgesetz, Brechungsgesetz (Snellius) - Fresnelschen Formeln (keine Ableitung) → Brewstersches Gesetz, Totalreflexion → evaneszente Welle → Nahfeldmikroskop (SNOM)
- Fermatsches Prinzip, Prisma, brechende Kugelfl?che
optische Abbildungsgleichung; Def. dünne Linse, paraxiale N?herung (Gau?sche Optik), "Linsenmacherformel" - Abbildungsgleichung für Linsen und Hohlspiegel (Sammellinse, Zerstreuungslinse, konkaver, konvexer Spiegel), Def. reelles, virtuelles Bild
- Linsenfehler (chromatisch, monochromatisch, Koma, Astigmatismus)
- Linsensysteme (Kombination zweier dünner Linsen, Einführung des Konzepts der dicken Linse) → Matrixmethode
(Math.: Rechnen mit Matrizen); nicht abbildende Systeme: Beispiel Fresnel-Linse - optische Instrumente: Auge, Lupe, Mikroskop, Fernrohr (Def. Vergr??erung)
III) Wellenoptik
- Geltungsbereich komplement?r zur Strahlenoptik
Kirchhoffsche Beugungstheorie (keine Herleitung), übliche Vereinfachungen, z.B. Betrachtung eines skalaren Feldes
(Math.: Greenscher Integralsatz, wird jedoch nicht verwendet) - Fresnel-Huygenssches Prinzip; Fraunhofersche Beugung (Math.: Taylor-Reihe)
- Spezialf?lle der Fraunhoferschen Beugung: langer Spalt, kreisf?rmige Blende (Math.: Bessel-Funktion) → beugungsbegrenzte Divergenz (Rayleigh-Kriterium → Aufl?sung des Mikroskops), Doppelspalt
- Koh?renz (r?umlich und zeitlich)
Beugung am Gitter → Gitterspektrometer (Aufl?sung), im Vgl. dazu Prismenspektrometer, Fourier-Spektrometer
Fraunhofersche Beugung → Fresnelsche Beugung für endliche Abst?nde - Fresnel-Zonen → diffraktive Optik → Fourier Optik, moderne Anwendungen
- Interferenzen gleicher Neigung, Dicke, Vielfachinterferenzen → Vergütungen von Oberfl?chen, Reflex-, Antireflexbeschichtungen
dielektrische Spiegel, auch schr?ger Einfall - Holographie: unterschiedliche Arten (Beleuchtung mit monochrom. Licht/Weisslicht, Durchlicht/Reflexion)
IV) Polarisationsoptik
- linear, zirkular, elliptisch polarisiertes Licht; unpolarisiertes, natürliches Licht
- Polarisatoren, Malussches Gesetz; Mechanismen zur ?nderung der Polarisation: Reflexion, ...
- Gitterpolarisatoren, Doppelbrechung (Dichroismus)
→ optische Aktivit?t: Vereinf.: optisch einachsiger Kristall (ordentlicher und au?erordentl. Strahl) - Lamda/2- und Lamda/4-Platte
- induzierte Doppelbrechung: Spannungsdoppelbrechung, Kerr- Effekt
- Pockelszelle, Faraday-Modulator
V) Wellengleichung mit Randbedingungen
- L?sungen der Helmholtzgl. → Wellenleiter, Hohlleiter → Modenstruktur
- Laser- und Mikrowellenresonatoren
- Evaneszente Wellen
- Moderne optoelektronische Komponenten: Glasfaser, Halbleiterlaser (Anw. im CD-Spieler), integrierte Optik (Richtkoppler, Multiplexer)
VI) Grundlagen der nichtlinearen Optik*
Webredaktion Physik - 17.01.2024 10:17 
