Inhaltsverzeichnis

Technische Optik

Skript

Das Skript zu dieser Lehrveranstaltung wird über die „Klappe“ der Fachschaft Maschinenbau verteilt. Die Fachschaft ist im „Masch.Bau“, Langer Kamp 19d, EG zu finden. Dort können die Skripte gegen Vorlage des Studierendenausweises und Unterschrift abgeholt werden (Öffnungszeiten).

Skripte für das WS 2017/18 werden ab dem 16.10.2017 dort verfügbar sein. Bitte beachten Sie auch entsprechende Hinweise auf der Webseite der Fachschaft Maschinenbau

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