Optik

Stephen G. Lipson is Professor of Physics and Electro-optics in the Physics Department of the Technion, Israel Institute of Technology, Israel. He holds the El-Op Chair of Electro-Optics at Technion where he has taught courses in optics both at elementary and advanced levels.

Henry S. Lipson was Professor of Physics at the University of Manchester Institute of Science and Technology, UK. He was a pioneer in the development of optical Fourier transform methods for solving problems in X-ray crystallography.

1. Eine kurze Geschichte der Optik.- 1.1 Die Bedeutung der Geschichte.- 1.2 Die Natur des Lichts.- 1.3 Die Lichtgeschwindigkeit.- 1.4 Transversale oder longitudinale Wellen?.- 1.5 Quantentheorie.- 1.6 Optische Instrumente.- 1.7 Neuere Entwicklungen.- 2. Wellen.- 2.1 Einführung.- 2.2 Die Wellengleichung für dispersionsfreie Wellen in einer Dimension.- 2.3 Dispersionsbehaftete Wellen.- 2.4 Komplexe Wellenzahl, Frequenz und Geschwindigkeit.- 2.5 Gruppengeschwindigkeit.- 2.6 Wellen in drei Dimensionen.- 2.7 Wellen in inhomogenen Medien.- 2.8 Vertiefungsthema: Ausbreitung und Verzerrung eines Wellenpakets in einem dispergierenden Medium.- 2.9 Vertiefungsthema: Gravitationslinsen.- Übungsaufgaben.- 3. Geometrische Optik.- 3.1 Einführung.- 3.2 Die Philosophie optischen Designs.- 3.3 Die klassische Optik in der Gaußschen Näherung.- 3.4 Strahlengänge durch einfache Systeme.- 3.5 Matrixformulierung der Gaußschen Optik für axialsymmetrische brechende Systeme.- 3.6 Bildentstehung.- 3.7 Hauptpunkte und Hauptebenen.- 3.8 Abbildungsfehler.- 3.9 Vertiefungsthema: aplanatische Objektive.- 3.10 Vertiefungsthema: der sphärische Fabry-Perot-Resonator.- Übungsaufgaben.- 4. Fouriertheorie.- 4.1 Einführung.- 4.2 Analyse periodischer Funktionen.- 4.3 Fourieranalyse.- 4.4 Nichtperiodische Funktionen.- 4.5 Inverse Fouriertransformation.- 4.6 Faltung.- 4.7 Korrelationsfunktion.- Übungsaufgaben.- 5. Elektromagnetische Wellen.- 5.1 Elektromagnetismus und die Wellengleichung.- 5.2 Ebene Wellen als Lösung der Wellengleichung.- 5.3 Strahlung.- 5.4 Reflexion und Brechung.- 5.5 Lichteinfall aus dem dichteren Medium.- 5.6 Einfall elektromagnetischer Wellen auf leitende Oberflächen.- Übungsaufgaben.- 6. Polarisation und anisotrope Medien.- 6.1 Einführung.- 6.2 Polarisiertes Licht inisotropen Medien.- 6.3 Die Erzeugung polarisierten Lichts.- 6.4 Wellenausbreitung in anisotropen Medien.- 6.5 Elektromagnetische Wellen in anisotropen Medien.- 6.6 Kristalloptik.- 6.7 Uniaxiale Kristalle.- 6.8 Anwendungen der Ausbreitung in anisotropen Medien.- 6.9 Induzierte Anisotropie.- Übungsaufgaben.- 7. Beugung.- 7.1 Das Auftreten von Beugungserscheinungen.- 7.2 Die Näherung skalarer Wellen.- 7.3 Fresnel-Beugung.- 7.4 Fresnel-Beugung durch lineare Systeme.- 7.5 Vertiefungsthema: Röntgenmikroskopie.- Übungsaufgaben.- 8. Fraunhofer-Beugung und Interferenz.- 8.1 Einführung.- 8.2 Fraunhofer-Beugung und Fouriertransformation.- 8.3 Interferenz.- 8.4 Dreidimensionale Interferenz.- 8.5 Vertiefungsthema: inelastische Streuung von thermischen Neutronen an Phononen.- 8.6 Vertiefungsthema: Phasenwiedergewinnung.- Übungsaufgaben.- 9. Interferometrie.- 9.1 Einführung.- 9.2 Beugungsgitter.- 9.3 Zweistrahlinterferometrie.- 9.4 Das Sagnac-Interferometer.- 9.5 Interferenz durch Mehrfachreflexion.- 9.6 Vertiefungsthema: die Berry-Phase in der Interferometrie.- Übungsaufgaben.- 10. Optische Wellenleiter und brechungsindexmodulierte Medien.- 10.1 Optische Wellenleiter.- 10.2 Glasfasern.- 10.3 Wellenausbreitung in einem Medium mit Brechungsindexmodulationen.- Übungsaufgaben.- 11. Kohärenz.- 11.1 Einführung.- 11.2 Eigenschaften realer Lichtwellen.- 11.3 Physikalische Ursachen der Linienbreite.- 11.4 Quantifizierung des Konzepts der Kohärenz.- 11.5 Zeitliche Kohärenz.- 11.6 Fourier-Spektroskopie.- 11.7 Räumliche Kohärenz.- 11.8 Fluktuationen in Lichtstrahlen und die klassische Photonenstatistik.- 11.9 Anwendung der Kohärenztheorie in der Astronomie.- Übungsaufgaben.- 12. Bildentstehung.- 12.1 Einführung.- 12.2 Die Beugungstheorie der Bildentstehung.- 12.3Auflösungsgrenze optischer Instrumente.- 12.4 Anwendungen der Abbeschen Theorie: räumliche Filterung.- 12.5 Methoden zur Steigerung der Auflösung.- 12.6 Holographie.- 12.7 Vertiefungsthema: interferometrische Bilderzeugung in der Astronomie.- 12.8 Vertiefungsthema: astronomische Anwendung der Speckle-Interferometrie.- Übungsaufgaben.- 13. Die klassische Dispersionstheorie.- 13.1 Klassische Dispersionstheorie.- 13.2 Rayleigh-Streuung.- 13.3 Kohärente Streuung und Dispersion.- 13.4 Dispersionsrelationen Quantenoptik und Laser.- 13.5 Vertiefungsthema: nichtlineare Optik.- Übungsaufgaben.- 14. Quantenoptik und Laser.- 14.1 Die Quantisierung des elektromagnetischen Feldes.- 14.2 Moden des elektromagnetischen Feldes in einem linearen Hohlraum.- 14.3 Wechselwirkung von Licht mit Materie.- 14.4 Laser.- 14.5 Komponenten eines Lasers.- 14.6 Laserlicht.- 14.7 Vertiefungsthema: Komprimiertes Licht und seine Anwendungen.- Übungsaufgaben.- 15. Lösungen der Übungsaufgaben.- Allgemeine Bemerkungen.- 2.- 3.- 4.- 5.- 6.- 7.- 8.- 9.- 10.- 11.- 12.- 13.- 14.- A. Anhang.- A.1 Bessel-Funktionen in der Wellenoptik.- A.1.1 Bessel-Funktionen.- A.2 Vorlesungsversuche der Fourieroptik.- A.2.1 Einführung.- A.2.2 Korrelation und Faltung durch eine Lochkamera.- A.2.3 Fraunhofer-Beugung.- A.2.4 Fresnel-Beugung.- 1-15, Anhang.- Sach- und Namenverzeichnis.- A-Z.