Technische Optik

Inhalt

Grundlagen: Was ist Licht?

  • Elektromagnetische Strahlung
  • Wellen
  • Wellenlänge
  • Frequenz
  • Lichtgeschwindigkeit
  • Photonen
  • Quantentheorie
  • Relativitätstheorie

Strahlenoptik, geometrische Optik

  • Lichtgeschwindigkeit
  • Brechungsindex
  • „Punktlichtquelle“, „Lichtstrahl“
  • Fermatsches Prinzip
  • Schattenwurf, Kernschatten, Halbschatten
  • Reflexion, Reflexionsgesetz
  • Winkelspiegel
  • Zentral- oder Winkelspiegel: Retroreflektor

Konkavspiegel

  • Paraxialstrahlen, homozentrische Strahlen
  • Brennpunkt, Katakaustik
  • Paraboloidspiegel, Ellipsoidspiegel
  • Abbildungsgleichung
  • Gegenstandsweite, Bildweite
  • Gegenstandsebene, Bildebene
  • Abbildungsmaßstab
  • Gegenstandsort, Bildort, Bildart

Konvexspiegel

  • Hyperboloidspiegel
  • Vorzeichenkonvention bei Hohlspiegeln

Brechung

  • Snelliussches Brechungsgesetz
  • Numerische Apertur
  • Optische Dichte
  • Relative Brechzahl
  • Totalreflexion
  • Grenzwinkel der Totalreflexion
  • Planparallele Platte
  • Brechung am Prisma
  • Anwendungen von Prismen
    • Porro-Prisma
    • Amici-Prisma
    • Pentagonalprisma
    • Tripelprisma

Brechung an der Kugelfläche

  • konvexe, konkave Flächen
  • optische Achse
  • Scheitel- oder Schnittweiten
  • Gegenstandsweite, Bildweite
  • Vorzeichenkonvention im „anschaulichen System“
  • Konjugierte Punkte
  • Paraxiale Näherung, Gaußsche Abbildung
  • Brennweiten, Brennpunkte
  • Abbildungsgleichung für paraxiale Strahlen
  • Abbildung eines ausgedehnten Gegenstandes
  • Ausgezeichnete Strahlen
  • Lateraler bzw. transversaler Abbildungsmaßstab
  • Tiefen- oder axialer Abbildungsmaßstab
  • Angularer Abbildungsmaßstab oder Konvergenzverhältnis
  • Optische Divergenz
  • Satz von Lagrange

Zentriertes System brechender Kugelflächen

  • Lagrange-Helmholtzsche Gleichung
  • Hauptebenen
  • Bildkonstruktion mit achsparallelen Strahlen
  • Kollektive und dispansive Systeme

Linsen

  • Spezialfall: Zwei zentrierte sphärische brechende Flächen
  • Brechkraft
  • „Dünne Linsen“
  • „Sehr dünne Linsen“
  • Linsentypen
  • Abbildung eines Gegenstands mit einer
    • Sammellinse
    • Zerstreuungslinse
  • Spezielle Linsen
    • Fresnel-Linsen
    • Spiegellinsen
    • Gradient-Index-Linsen (GRIN-Linsen)
  • Kombination zweier Linsen
  • Abbildungsfehler von Linsen - optische Aberrationen
    • sphärische Aberration, Öffnungsfehler
      • Diakaustik
      • Längs-, Queraberration
      • Weierstraß-Konstruktion
      • Mikroskopobjektiv, Immersionsöl
      • Sinusbedingung, aplanatische Systeme
    • Koma
    • Astigmatismus
      • Meridional-, Sagittalebene
      • Brennlinien
      • Kreis kleinster Konfusion
      • astigmatische Differenz
      • Zylinderlinse
    • Krümmung der Bildebene, Bildfeldwölbung
      • meridionale und sagittale Bildschale
      • Gaußsche Bildebene
      • Anastigmate
    • Verzeichnung
      • kissenförmige Verzeichnung
      • tonnenförmige Verzeichnung
      • orthoskopische Objektive

Blenden

  • Aperturblende
  • Pupillen
    • Eintrittspupille
    • Austrittspupille
  • Öffnungs- oder Aperturwinkel
  • Projektionswinkel
  • Hauptstrahlen, Strahlengang
  • Reziprozität
  • Augenpunkt, Augenkreis, Okularkreis
  • Gesichtsfeldwinkel
  • Vignettierung
  • Gesichtsfeldblende
  • Eintritts-, Austrittsluke
  • Bildwinkel
  • Feldlinsen
  • Blendenzahl
  • Öffnungsverhältnis

Dispersion

  • normale Dispersion
  • anormale Dispersion
  • chromatische Aberation
  • chromatischen Vergrößerungsdifferenz
  • chromatische Längsabweichung
  • Fraunhofer-Linien
  • partielle Dispersion
  • mittlere Dispersion
  • relative Dispersion
  • Abbesche Zahl
  • Kronglas
  • Flintglas
  • Fraunhofer-Achromate

Wellenoptik

  • Maxwell-Gleichungen
  • Wellengleichungen
  • Elektromagnetischen Wellen
  • Phasengeschwindigkeit
  • Fourier-Synthese
  • Homogene, isotrope Medien
  • Ebene Monochromatische Welle
    • Polarisation
    • Wellenvektor
    • Winkelfrequenz
    • Anfangsphase
    • Komplexe Schreibweise
    • Energieflußdichte
    • Poynting-Vektor
    • Intensität
  • Sphärische Wellen (Kugelwellen)
  • Zeitliche, räumliche Kohärenz
  • Interferenzkontrast

Strahlungsquellen

  • Klassische Lichtquellen
    • Inkohärent
    • Teilkohärent
  • Teilprozesse
    • Absorption
    • Spontane Emission
    • Induzierte Emission
  • Ratengleichung
    • Einstein Koeffizient der Absorption
    • Einstein Koeffizient der induzierten Emission
    • Einstein Koeffizient der spontanen Emission
  • Besetzungsinversion
  • Pumpen, Pumpenergiequelle
  • Drei- oder Vierniveausystem
  • Resonator
  • Konfokaler Resonator
  • Beugungsverluste
  • Longitudinalmoden
  • Transversalmoden
  • Gaußscher Strahl
    • Strahltaille
    • Fernfelddivergenz
  • Natürliche Linienbreite
  • Doppler-Verbreiterung
  • Stoßverbreiterung
  • Verstärkungsprofil
  • Verlustgerade
  • Einmodenbetrieb
  • cw: continuous wave
  • Pulslaser
  • Brewster-Fenster

Polarisation

  • Versuch von Malus
  • Polarisationswinkel, Brewsterwinkel, -gesetz
  • Physikalische Deutung
  • Gleichungen von Fresnel
  • Weitere Mechanismen
    • Glasplattensatz
    • Parallele Drähte
    • Gestreckte Folie, „Polaroid“
  • Extinktionsverhältnis
  • Doppelbrechung
  • Polarisationsprismen
  • Elliptische, zirkuläre Polarisation
  • lambda/2-, lambda/4-Plättchen

Beugung

  • Nahfeld = Fresnelsche Beugung
  • Fernfeld = Fraunhofersche Beugung
  • Elementarwellen nach Huygens
  • Beugung am Spalt
  • Fourier-Optik
  • Beugung an kreisförmiger Blende
  • Raleigh-Kriterium
  • Beugungsbegrenzte Abbildungssystem
  • Youngsche Interferenzstreifen
  • Beugung am Gitter
    • Ideales Gitter
    • Reales Gitter
    • Reflexionsgitter
    • Transmissionsgitter
    • Sinus-Amplitudengitter
    • Beugungswirkungsgrad
    • Rechteck-Amplitudengitter
    • Sinus-Phasengitter (holographische Gitter)
    • Blaze-Winkel
  • 4f-Anordnung
    • Ortsfrequenzfilterung
    • Modenblende, Raumfilter

Holografie

  • Objektwelle
  • Referenzwelle
  • Konjugierte Objektwelle
  • Nullte Beugungsordnung
  • Rekonstruierte Objektwelle
  • Laser-Transmissionshologramm
  • Holografische Interferometrie
    • Speckle-Interferometrie

Modulation

  • Direkte Modulation
  • Elektromagnetische Modulation
    • Chopperräder
    • Stimmgabelchopper
  • Elektro-Optische Modulatoren
    • Pockels-Zelle
  • Akusto-Optische Modulatoren
  • Störlichtunterdrückung

Faseroptik

  • Kern-Mantel-Faser
  • Stufenindexfaser
  • Akzeptanzwinkel
  • Numerische Apertur
  • Modendispersion
  • Gradientenindexfasern
  • Monomodefaser