Physik III - Wellen und Quanten (4 st.)
→ Zurück zur Übersicht Inhalte der Standardvorlesungen
Experimentalphysik III - Wellen und Quanten Version Jan.24
I) Einführung - Was ist Licht, elektromagn. Strahlung? (Def. Optik)
- historischer Überblick, Ätherhypothese, Messung der Lichtgeschwindigkeit
- Ableitung der Wellengleichung aus den Maxwell-Gleichungen (Math.: lineare partielle Differentialgleichung)
- ebene harmonische Welle und Kugelwelle
- Dispersionsrelation für Licht
- Superpositionsprinzip, Wellenpaket, Komplementarität zwischen Ortsdarstellung und Impulsdarstellung
(math. Einschub: Fourierreihe, Fouriersynthese, Fourierintegral) - Brechungsindex im Medium, Materialdispersion, Gruppen- und Phasengeschwindigkeit
II) Geometrische Optik / Strahlenoptik
- Geltungsbereich ( Wellenlänge << 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 Kugelfläche
optische Abbildungsgleichung; Def. dünne Linse, paraxiale Näherung (Gaußsche 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. Vergrößerung)
III) Wellenoptik
- Geltungsbereich komplementär 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)
- Spezialfälle der Fraunhoferschen Beugung: langer Spalt, kreisförmige Blende (Math.: Bessel-Funktion) → beugungsbegrenzte Divergenz (Rayleigh-Kriterium → Auflösung des Mikroskops), Doppelspalt
- Kohärenz (räumlich und zeitlich)
Beugung am Gitter → Gitterspektrometer (Auflösung), im Vgl. dazu Prismenspektrometer, Fourier-Spektrometer
Fraunhofersche Beugung → Fresnelsche Beugung für endliche Abstände - Fresnel-Zonen → diffraktive Optik → Fourier Optik, moderne Anwendungen
- Interferenzen gleicher Neigung, Dicke, Vielfachinterferenzen → Vergütungen von Oberflächen, Reflex-, Antireflexbeschichtungen
dielektrische Spiegel, auch schräger 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 Änderung der Polarisation: Reflexion, ...
- Gitterpolarisatoren, Doppelbrechung (Dichroismus)
→ optische Aktivität: Vereinf.: optisch einachsiger Kristall (ordentlicher und außerordentl. Strahl) - Lamda/2- und Lamda/4-Platte
- induzierte Doppelbrechung: Spannungsdoppelbrechung, Kerr- Effekt
- Pockelszelle, Faraday-Modulator
V) Wellengleichung mit Randbedingungen
- Lösungen 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 
