Availability: Optik für Ingenieure und Naturwissenschaftler

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Bibliographic Details
Title:	Optik für Ingenieure und Naturwissenschaftler Aufgaben mit Lösungen : mit 194 Aufgaben und Lösungen sowie 132 Abbildungen
From:	Rolf Martin
Person:	Martin, Rolf 1942- Verfasser aut
New Title:	Martin, Rolf Optik in Ingenieur- und Naturwissenschaften
Main Author:	Martin, Rolf 1942- (Author)
Format:	Book
Language:	German
Published:	München Fachbuchverlag Leipzig im Carl Hanser Verlag [2018]
Subjects:	Optik MANA2018 Ingenieure Naturwissenschftler Technik Technische Optik Aufgabensammlung
Online Access:	http://bvbr.bib-bvb.de:8991/F?func=service&doc_library=BVB01&local_base=BVB01&doc_number=030378351&sequence=000001&line_number=0001&func_code=DB_RECORDS&service_type=MEDIA
Item Description:	Ergänzung zum Lehrbuch "Optik für Ingenieure und Naturwissenschaftler" / von E. Hering und R. Martin, 2017
Physical Description:	233 Seiten Diagramme 24 cm
ISBN:	9783446456600 3446456600

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adam_text	INHALT ZUM GELEIT TEIL F A UFGABEN H EINLEITUNG................................................................................................... 25 1.1 LICHTWELLENLAENGEN............................................................................................. 25 1.2 WELLENEIGENSCHAFTEN.........................................................................................25 Q GEOMETRISCHE O PTIK................................................................................ 27 2.1 LICHTSTRAHLEN, OPTISCHE ABBILDUNG....................................................................27 2.2 FERMATSCHES PRINZIP.........................................................................................27 2.3 REFLEXION VON LICHTSTRAHLEN............................................................................... 27 2.3.1 REFLEXIONSGESETZ AUS FERMATSCHEM PRINZIP........................................27 2.3.2 WINKELSPIEGEL.......................................................................................27 2.3.3 ROTIERENDE FLUESSIGKEIT ALS PARABOLSPIEGEL ........................................... 28 2.3.4 KONSTRUKTIVE VERFOLGUNG EINES SCHIEFEN STRAHLS BEI EINEM SPIEGEL .. 28 2.3.5 ABBILDUNG EINES WEIT ENTFERNTEN GEGENSTANDS DURCH EINEN HOHLSPIEGEL.......................................................................................... 28 2.3.6 NEWTONSCHE ABBILDUNGSGLEICHUNG BEIM HOHLSPIEGEL ........................ 29 2.3.7 ABBILDUNG DURCH HOHL- UND WOELBSPIEGEL ............................................. 29 2.3.8 VERGROESSERUNG EINES KOSMETIKSPIEGELS................................................. 29 2.4 BRECHUNG DES LICHTS . ..........................................................................................30 2.4.1 BRECHUNGSGESETZ AUS FERMATSCHEM PRINZIP ....................................... 30 2.4.2 CODENUMMERN OPTISCHER GLAESER .......................................................... 30 2.4.3 BRECHUNG AN EINEM GLASWUERFEL ............................................................ 30 2.4.4 BRECHUNG UND TOTALREFLEXION AN EINEM PRISMA....................................30 2.4.5 BRECHZAHLBESTIMMUNG ......................................................................... 31 2.4.6 NUMERISCHE APERTUR EINER GLASFASER...................................................31 2.4.7 MINIMALER ABLENKWINKEL AM PRISM A...................................................31 2.5 BRECHUNG AN GEKRUEMMTEN FLAECHEN....................................................................31 2.5.1 KARTESISCHES OVALOID............................................................................. 31 2.5.2 VERGLEICH KARTESISCHES OVALOID UND KUGELFLAECHE................................32 2.5.3 STABLINSE MIT ABBESCHER INVARIANTE.....................................................32 2.5.4 KUGELLINSE MIT ABBESCHER INVARIANTE................................................... 33 2.5.5 KUGELFOERMIGES AQUARIUM...................................................................... 33 2.6 ABBILDUNG DURCH L INSEN................................................................................... 33 2.6.1 LINSE AN LUFT UND WASSER...................................................................... 33 2.6.2 BRENNWEITE IN ABHAENGIGKEIT VOM UMGEBENDEN MEDIUM.....................33 2.6.3 LINSENSCHLEIFERGLEICHUNG...................................................................... 33 2.6.4 LINSENSCHLEIFERGLEICHUNG...................................................................... 34 2.6.5 BESSEL-VERFAHREN ZUR BRENNWEITENBESTIMMUNG .................................. 34 2.6.6 ABBILDUNGSFAELLE BEI EINER SAMMELLINSE ............................................... 34 2.6.7 ABBILDUNGSFAELLE BEI EINER ZERSTREUUNGSLINSE........................................34 2.6.8 ABBILDUNG EINES WEIT ENTFERNTEN GEGENSTANDES .................................. 35 2.6.9 LINSENSYSTEM MIT DREI LINSEN .............................................................. 35 2.6.10 DICKE LINSE, FERMATSCHES PRINZIP.......................................................35 2.6.11 ABBILDUNG DURCH EINE DICKE PLANKONVEXLINSE......................................36 2.6.12 BRENNWEITE EINER DICKEN PLANKONVEXLINSE ........................................... 36 2.6.13 BRENNWEITE UND HAUPTEBENEN EINER DICKEN MENISKUSLINSE ................. 36 2.6.14 BRECHKRAFT EINER DICKEN BIKONVEXLINSE ................................................. 36 2.6.15 STABLINSE.................................................................................................36 2.6.16 ANAMORPHOTISCHE ABBILDUNG ................................................................ 37 2.6.17 LINSENSYSTEM AUS ZWEI SAMMELLINSEN ................................................. 37 2.6.18 LINSENSYSTEM AUS SAMMEL- UND ZERSTREUUNGSLINSE ............................ 37 2.6.19 ACHROMAT...............................................................................................38 2.7 MATRIXMETHODEN DER GAUSSSCHEN OPTIK..............................................................38 2.7.1 LASERSCHNEIDKOPF ................................................................................. 38 2.7.2 DREILINSIGES SYSTEM ..............................................................................39 2.7.3 SYSTEMMATRIX....................................................................................... 39 2.7.4 KOLLIMATION MIT GRIN-LINSE.................................................................. 40 2.7.5 ABBILDUNG MIT GRIN-LINSE.................................................................... 40 2.7.6 UNTERWASSERLAMPE ............................................................................... 40 2.7.7 DUENNE LINSE IN VERSCHIEDENEN M EDIEN ............................................... 41 2.7.8 KOMBINATION AUS ZERSTREUUNGSLINSE UND HOHLSPIEGEL ........................ 41 2.8 STRAHLBEGRENZUNGEN.......................................................................................... 41 2.8.1 PUPILLEN.................................................................................................41 2.8.2 PUPILLENLAGEN UND OEFFNUNGSWINKEL.......................................................41 2.8.3 PUPILLEN UND OEFFNUNGSWINKEL EINES SYSTEMS ....................................... 42 2.8.4 LUKEN.................................................................................................... 42 2.8.5 LUKEN UND PUPILLEN ............................................................................... 42 2.8.6 FERNROHR MIT FELDBLENDE UND FELDLINSE ............................................... 42 2.9 ABBILDUNGSFEHLER...............................................................................................43 2.9.1 FEHLERARTEN...........................................................................................43 2.9.2 FARBFEHLER...............................................................................................43 2.9.3 LINSENANORDNUNG FUER MINIMALEN OEFFNUNGSFEHLER................................43 2.9.4 LINSE BESTER FORM................................................................................. 43 2.9.5 REDUKTION DER KOMA ............................................................................. 43 2.9.6 BESEITIGUNG DES ASTIGMATISMUS .......................................................... 44 2.9.7 ACHROMATISCHES DUBLETT........................................................................44 2.10 OPTISCHE INSTRUMENTE.................................................................................... 44 2.10.1 AUGENMODELL MIT MATRIZENMETHODEN...................................................44 2.10.2 AKKOMODATION DER AUGENLINSE ............................................................ 45 2.10.3 KORREKTUR DER KURZSICHTIGKEIT MIT KONTAKTLINSE..................................45 2.10.4 LUPENVERGROESSERUNG ............................................................................. 46 2.10.5 HUYGENS-OKULAR................................................................................... 46 2.10.6 MIKROSKOPVERGROESSERUNG........................................................................46 2.10.7 FOERDERLICHE VERGROESSERUNG EINES MIKROSKOPS ....................................... 46 2.10.8 ASTRONOMISCHES FERNROHR......................................................................47 2.10.9 GALILEISCHES FERNROHR..........................................................................47 2.10.10 AUFLOESUNGSVERMOEGEN EINER DIGITALKAMERA ........................................... 47 2.10.11 SCHAERFENTIEFE BEI NAHAUFNAHMEN.........................................................48 0 RADIO- UND FOTOM ETRIE............................................................. .. ............ 49 3.1 STRAHLUNGSPHYSIKALISCHE GROESSEN, RADIOMETRIE.................................................49 3.1.1 KOLLIMATIONSAUSBEUTE BEI KUGELSTRAHLER ............................................... 49 3.1.2 KOLLIMATIONSAUSBEUTE BEI LAMBERT-STRAHLER ......................................... 49 3.1.3 ABSTRAHLUNG EINER LED..........................................................................50 3.1.4 EBENE FLAECHE STRAHLT AUF DETEKTOR.........................................................50 3.1.5 STRAHLDICHTE EINER DIFFUS REFLEKTIERENDEN FLAECHE..................................51 3.1.6 WIENSCHES VERSCHIEBUNGSGESETZ.........................................................51 3.1.7 STEFAN-BOLTZMANN-GESETZ...................................................................... 51 3.1.8 LICHTLEITWERT...........................................................................................51 3.2 ERFASSEN UND TRANSFER DER STRAHLUNG VON LAMPEN ........................................... 52 3.2.1 KENNGROESSEN...........................................................................................52 3.2.2 ULBRICHTKUGEL.........................................................................................52 3.2.3 BESTRAHLUNGSSTAERKE IN DER ULBRICHTKUGEL ............................................. 52 3.3 LICHTTECHNISCHE GROESSEN, FOTOMETRIE.................................................................. 53 3.3.1 LICHTSTROM EINER ROTEN LED.................................................................. 53 3.3.2 LICHTSTROM EINER WOLFRAM-HALOGEN-LAMPE ........................................... 53 3.3.3 HELLEMPFINDLICHKEITSGRAD......................................................................54 3.3.4 ABSTRAHLCHARAKTERISTIK EINER LED.........................................................54 3.3.5 STRASSENBELEUCHTUNG............................................................................. 55 3.4 LICHTTECHNISCHE GROESSEN, FOTOMETRIE.................................................................. 55 3.4.1 FARBWERTANTEILE EINES SCHWARZEN STRAHLERS ......................................... 55 3.4.2 FARBWERTANTEILE EINER LED....................................................................55 3.4.3 FARBWERTANTEILE EINER WOLFRAM-HALOGEN-LAMPE..................................57 3.4.4 FARBMISCHUNG.......................................................................................57 Q W ELLENOPTIK ................. .. .............................................. . ......................... 59 4.1 ELEKTROMAGNETISCHE WELLEN.............................................................................. 59 4.1.1 SICHTBARES SPEKTRUM ........................................................................... 59 4.1.2 WELLENGLEICHUNG IN ABHAENGIGKEIT VON DER LAUFRICHTUNG.....................59 4.1.3 LAUFRICHTUNG EINER WELLE......................................................................59 4.1.4 KUGELWELLE............................................................................................ 59 4.1.5 EBENE WELLEN IN VERSCHIEDENEN RICHTUNGEN ....................................... 60 4.1.6 FELDSTAERKEN SOLARER STRAHLUNG..............................................................60 4.2 POLARISATION DES LICHTS........................................................................................60 4.2.1 POLARISATIONSFORMEN..............................................................................60 4.2.2 JONES-VEKTOREN....................................................................................... 60 4.2.3 INTERPRETATION VON JONES-VEKTOREN.......................................................61 4.2.4 GESETZ VON M ALUS ................................................................................. 61 4.2.5 VIERTEL- UND HALBWELLENPLATTE .............................................................. 61 4.2.6 JONES M ATRIZEN..................................................................................... 61 4.2.7 POLARISATION DURCH REFLEXION ................................................................ 61 4.2.8 POLARISATIONSFOLIEN ............................................................................... 62 4.2.9 GESETZ VON MALUS MIT REALEN POLARISATOREN ......................................... 62 4.2.10 INDEXELLIPSOID IN EINACHSIGEN KRISTALLEN ............................................. 62 4.2.11 GLAN-TAYLOR-PRISMA................................................................................62 4.2.12 ROCHON-PRISMA....................................................................................... 63 4.2.13 A/2-PLATTE NULLTER ORDNUNG.................................................................... 63 4.2.14 LICHT-MODULATOR..................................................................................... 64 4.3 LICHTWELLEN AN GRENZFLAECHEN...............................................................................64 4.3.1 FRESNEVSCHE GLEICHUNGEN.................................................................... 64 4.3.2 FRESNEL-RHOMBUS ................................................................................. 64 4.3.3 TOTALREFLEXION......................................................................................... 64 4.3.4 REFLEXION AN EINER METALLOBERFLAECHE.....................................................65 4.4 INTERFERENZ.......................................................................................................... 65 4.4.1 GANGUNTERSCHIED...................................................................................65 4.4.2 ZWEISTRAHLINTERFERENZ............................................................................65 4.4.3 LASER-ARRAY...........................................................................................66 4.4.4 DOPPELSPALT...........................................................................................66 4.4.5 KOHAERENZEIGENSCHAFTEN EINES HALBLEITERLASERS....................................66 4.4.6 KOHAERENZEIGENSCHAFTEN EINER SPEKTRALLAMPE......................................67 4.4.7 GRUPPENINDEX....................................................................................... 67 4.4.8 GRUPPENINDEX VON QUARZGLAS .............................................................. 67 4.4.9 HOLOGRAFISCHES G ITTER............................................................................67 4.4.10 STEHENDE WELLEN IM LASER-RESONATOR................................................... 68 4.4.11 FARBREFLEXE EINER SEIFENLAMELLE ............................................................ 68 4.4.12 FIZEAU-STREIFEN....................................................................................... 69 4.4.13 REFLEXVERMINDERNDE EINFACHSCHICHT .................................................... 69 4.4.14 REFLEXVERMINDERNDE EINFACHSCHICHT FUER UNTERWASSERKAMERA ............. 69 4.4.15 DIELEKTRISCHER SPIEGEL..........................................................................69 4.4.16 MICHELSON-INTERFEROMETER...................................................................... 70 4.4.17 WAERMEAUSDEHNUNG MIT MICHELSON-INTERFEROMETER .............................. 70 4.4.18 FABRY-PEROT-INTERFEROMETER.................................................................. 70 4.5 BEUGUNG..............................................................................................................71 4.5.1 HUYGENSSCHES PRINZIP..........................................................................71 4.5.2 SPALTBEUGUNG......................................................................................... 71 4.5.3 INTENSITAETSVERHAELTNISSE BEI DER SPALTBEUGUNG......................................72 4.5.4 LINSENFOKUS...........................................................................................72 4.5.5 AUFLOESUNGSVERMOEGEN DES AUGES UND PIXELBILDER . ............................... 72 4.5.6 AIRY-SCHEIBCHEN................................................................................... 72 4.5.7 DOPPELSPALT...........................................................................................73 4.5.8 AUFLOESUNG EINES GITTERS........................................................................73 4.5.9 SPEKTROMETER MIT REFLEXIONSGITTER.......................................................74 4.5.10 LINEARE DISPERSION ............................................................................... 74 4.6 GAUSSSCHE STRAHLEN ............................................................................................ 74 4.6.1 STRAHLRADIUS............................................................................................74 4.6.2 LUNAR LASER RANGING............................................................................74 4.6.3 GAUSSSTRAHL ............................................................................................ 75 4.6.4 LASERFOKUSSIERUNG............................................................................... 75 4.6.5 LASER MIT GERINGER DIVERGENZ .............................................................. 76 4.7 HOLOGRAFIE..........................................................................................................76 4.7.1 WEISSLICHTHOLOGRAMM ........................................................................... 76 4.7.2 INTENSITAETSVERLAUF BEI HOLOGRAMM-BELICHTUNG......................................77 Q QUANTENOPTIK............................................................................................ 79 5.1 LICHTQUANTEN.....................................................................................................79 5.1.1 AEUSSERER FOTOEFFEKT............................................................................... 79 5.1.2 INNERER FOTOEFFEKT................................................................................. 79 5.1.3 LICHTDRUCK............................................................................................ 79 5.1.4 DRUCK SOLARER PHOTONEN........................................................................80 5.1.5 PHOTONENENERGIEN UND -IMPULSE .......................................................... 81 5.2 WELLE-TEILCHEN-DUALISMUS................................................................................. 81 5.2.1 ANTREFFWAHRSCHEINLICHKEIT GEBEUGTER PHOTONEN .................................. 81 5.3 ABSORPTION UND EMISSION VON LICHT.................................................................. 82 5.3.1 PHOTONABSORPTION................................................................................. 82 5.3.2 IMPULS- UND ENERGIEERHALTUNG BEI DER EMISSION .................................. 82 5.3.3 LEBENSDAUER ANGEREGTER ELEKTRONEN UND SPEKTRALE LINIENBREITE ----- 82 5.4 LASER................................................................................................................... 83 5.4.1 VERSTAERKUNG EINES LASERS......................................................................83 5.4.2 REFLEXIONSGRAD VON LASERSPIEGELN.........................................................83 5.4.3 FREQUENZAENDERUNG INFOLGE VON LAENGENAENDERUNG ................................ 83 5.4.4 MONOMODE-LASER...................................................................................83 5.4.5 LASER-PULSE............................................................................................ 83 5.4.6 FEMTOSEKUNDENLASER............................................................................. 84 Q J O PTOELEKTRONIK........................................................................................ 85 6.1 HALBLEITER-SENDER............................................................................................. 85 6.1.1 TEMPERATURDRIFT DER LED-FARBE ............................................................ 85 6.1.2 WIRKUNGSGRADE EINER LED....................................................................85 6.1.3 PLASTIK-VERGUSSKOERPER EINER LED .......................................................... 85 6.1.4 MODULATION EINER IRED...........................................................................86 6.1.5 TEMPERATURABHAENGIGKEIT DER LASERSCHWELLE........................................87 6.1.6 ABSTAND LONGITUDINALER MODEN ............................................................ 87 6.1.7 MODENSPRUENGE.......................................................................................87 6.1.8 MODULATION EINES HALBLEITERLASERS ........................................................ 88 6.1.9 LASERSCHWELLE.......................................................................................88 6.1.10 DFB-LASER................................................................................................88 6.2 HALBLEITER-DETEKTOREN........................................................................................89 6.2.1 EINDRINGTIEFE VON PHOTONEN .................................................................. 89 6.2.2 QUANTENAUSBEUTE UND EMPFINDLICHKEIT ............................................... 89 6.2.3 DETEKTIVITAET VON PIN-FOTODIODEN.............................................................89 6.2.4 LAWINENFOTODIODE ................................................................................. 89 Q FUEHRUNG VON LICHT IN L ICHTW ELLENLEITERN ........................................... 91 7.1 EINLEITUNG.......................................................................................................... 91 7.1.1 EIGENSCHAFTEN VON LICHTWELLENLEITERN ................................................... 91 7.2 SCHICHTWELLENLEITER............................................................................................. 91 7.2.1 DOPPELHETEROSTRUKTUR............................................................................91 7.3 WELLEN IN ZYLINDRISCHEN FASERN..........................................................................91 7.3.1 STUFENINDEX-FASER..................................................................................91 7.3.2 MONOMODE-FASER ................................................................................... 92 7.3.3 ZUSAMMENSETZUNG DES FASERKERNS.......................................................92 7.4 DAEMPFUNG IN LICHTWELLENLEITERN........................................................................ 92 7.4.1 DAEMPFUNGSKOEFFIZIENT..........................................................................92 7.4.2 DAEMPFUNG IN PMMA..............................................................................93 7.4.3 ABSCHNEIDEMETHODE..............................................................................93 7.4.4 WECHSEL DES SENDELASERS...................................................................... 93 7.4.5 NACHRICHTENUEBERTRAGUNG AUF POF.........................................................93 7.5 DISPERSION IM LICHTWELLENLEITER........................................................................94 7.5.1 BITRATE EINER STUFENINDEX-FASER.............................................................94 7.5.2 BITRATE EINER PLASTIKFASER...................................................................... 94 7.5.3 KOMBINATION VON DISPERSIONSMECHANISMEN........................................94 H EINLEITUNG................................. .. ................................................................ 97 1.1 LICHTWELLENLAENGEN...............................................................................................97 1.2 WELLENEIGENSCHAFTEN......................................................................................... 97 Q GEOMETRISCHE O PTIK................................................................................99 2.1 LICHTSTRAHLEN, OPTISCHE ABBILDUNG.....................................................................99 2.3 REFLEXION VON LICHTSTRAHLEN................................................................................99 2.3.1 REFLEXIONSGESETZ AUS FERMATSCHEM PRINZIP........................................99 2.3.2 WINKELSPIEGEL....................................................................................... 99 2.3.3 ROTIERENDE FLUESSIGKEIT ALS PARABOLSPIEGEL..........................................100 2.3.4 KONSTRUKTIVE VERFOLGUNG EINES SCHIEFEN STRAHLS BEI EINEM SPIEGEL . 101 2.3.5 ABBILDUNG EINES WEIT ENTFERNTEN GEGENSTANDS DURCH EINEN HOHLSPIEGEL......................................................................................... 101 2.3.6 NEWTONSCHE ABBILDUNGSGLEICHUNG BEIM HOHLSPIEGEL ...................... 101 2.3.7 ABBILDUNG DURCH HOHL- UND WOELBSPIEGEL ........................................... 102 2.3.8 VERGROESSERUNG EINES KOSMETIKSPIEGELS...............................................102 2.4 BRECHUNG DES LICHTS.........................................................................................103 2.4.1 BRECHUNGSGESETZ AUS FERMATSCHEM PRINZIP......................................103 2.4.2 CODENUMMERN OPTISCHER GLAESER.........................................................104 2.4.3 BRECHUNG AN EINEM GLASWUERFEL...........................................................104 2.4.4 BRECHUNG UND TOTALREFLEXION AN EINEM PRISMA .................................. 104 2.4.5 BRECHZAHLBESTIMMUNG........................................................................105 2.4.6 NUMERISCHE APERTUR EINER GLASFASER ................................................. 105 2.4.7 MINIMALER ABLENKWINKEL AM PRISM A ................................................. 105 2.5 BRECHUNG AN GEKRUEMMTEN FLAECHEN .................................................................. 107 2.5.1 KARTESISCHES OVALOID ........................................................................... 107 2.5.2 VERGLEICH KARTESISCHES OVALOID UND KUGELFLAECHE .............................. 108 2.5.3 STABLINSE MIT ABBESCHER INVARIANTE................................................... 108 2.5.4 KUGELLINSE MIT ABBESCHER INVARIANTE ................................................. 109 2.5.5 KUGELFOERMIGES AQUARIUM.................................................................... 109 2.6 ABBILDUNG DURCH L INSEN................................................................................. 109 2.6.1 LINSE AN LUFT UND WASSER.................................................................... 109 2.6.2 BRENNWEITE IN ABHAENGIGKEIT VOM UMGEBENDEN MEDIUM ................... 110 2.6.3 LINSENSCHLEIFERGLEICHUNG....................................................................110 2.6.4 LINSENSCHLEIFERGLEICHUNG....................................................................111 2.6.5 BESSEL-VERFAHREN ZUR BRENNWEITENBESTIMMUNG............... 112 2.6.6 ABBILDUNGSFAELLE BEI EINER SAMMELLINSE ............................................. 112 2.6.7 ABBILDUNGSFAELLE BEI EINER ZERSTREUUNGSLINSE......................................112 2.6.8 ABBILDUNG EINES WEIT ENTFERNTEN GEGENSTANDES ................................ 113 2.6.9 LINSENSYSTEM MIT DREI LINSEN ............................................................ 113 2.6.10 DICKE LINSE, FERMATSCHES PRINZIP.....................................................114 2.6.11 ABBILDUNG DURCH EINE DICKE PLANKONVEXLINSE....................................114 2.6.12 BRENNWEITE EINER DICKEN PLANKONVEXLINSE..........................................115 2.6.13 BRENNWEITE UND HAUPTEBENEN EINER DICKEN MENISKUSLINSE ............... 115 2.6.14 BRECHKRAFT EINER DICKEN BIKONVEXLINSE ............................................... 115 2.6.15 STABLINSE.............................................................................................. 116 2.6.16 ANAMORPHOTISCHE ABBILDUNG .............................................................. 117 2.6.17 LINSENSYSTEM AUS ZWEI SAMMELLINSEN ............................................... 118 2.6.18 LINSENSYSTEM AUS SAMMEL- UND ZERSTREUUNGSLINSE .......................... 119 2.6.19 ACHROMAT............................................................................................ 120 2.7 MATRIXMETHODEN DER GAUSSSCHEN OPTIK .......................................................... 121 2.7.1 LASERSCHNEIDKOPF............................................................................... 121 2.7.2 DREILINSIGES SYSTEM ........................................................................... 122 2.7.3 SYSTEMMATRIX.....................................................................................123 2.7.4 KOLLIMATION MIT GRIN-LINSE................................................................ 124 2.7.5 ABBILDUNG MIT GRIN-LINSE..................................................................125 2.7.6 UNTERWASSERLAMPE............................................................................. 126 2.7.7 DUENNE LINSE IN VERSCHIEDENEN M EDIEN ............................................. 128 2.7.8 KOMBINATION AUS ZERSTREUUNGSLINSE UND HOHLSPIEGEL ...................... 129 2.8 STRAHLBEGRENZUNGEN ........................................................................................ 130 2.8.1 PUPILLEN.............................................................................................. 130 2.8.2 PUPILLENLAGEN UND OEFFNUNGSWINKEL.....................................................130 2.8.3 PUPILLEN UND OEFFNUNGSWINKEL EINES SYSTEMS......................................132 2.8.4 LUKEN...................................................................................................132 2.8.5 LUKEN UND PUPILLEN..............................................................................133 2.8.6 FERNROHR MIT FELDBLENDE UND FELDLINSE ............................................. 134 2.9 ABBILDUNGSFEHLER............................................................................................. 135 2.9.1 FEHLERARTEN......................................................................................... 135 2.9.2 FARBFEHLER............................................................................................. 135 2.9.3 LINSENANORDNUNG FUER MINIMALEN OEFFNUNGSFEHLER .............................. 136 2.9.4 LINSE BESTER FORM................................................................................136 2.9.5 REDUKTION DER KOMA............................................................................136 2.9.6 BESEITIGUNG DES ASTIGMATISMUS.........................................................137 2.9.7 ACHROMATISCHES DUBLETT...................................................................... 137 2.10 OPTISCHE INSTRUMENTE..................................................................................... 137 2.10.1 AUGENMODELL MIT MATRIZENMETHODEN ................................................. 137 2.10.2 AKKOMODATION DER AUGENLINSE...........................................................139 2.10.3 KORREKTUR DER KURZSICHTIGKEIT MIT KONTAKTLINSE ................................ 141 2.10.4 LUPENVERGROESSERUNG............................................................................141 2.10.5 HUYGENS-OKULAR..................................................................................142 2.10.6 MIKROSKOPVERGROESSERUNG...................................................................... 143 2.10.7 FOERDERLICHE VERGROESSERUNG EINES MIKROSKOPS......................................144 2.10.8 ASTRONOMISCHES FERNROHR.................................................................... 144 2.10.9 GALILEISCHES FERNROHR........................................................................ 145 2.10.10 AUFLOESUNGSVERMOEGEN EINER DIGITALKAMERA..........................................146 2.10.11 SCHAERFENTIEFE BEI NAHAUFNAHMEN.......................................................147 Q RADIO- UND FOTOM ETRIE........................................................................149 3.1 STRAHLUNGSPHYSIKALISCHE GROESSEN, RADIOMETRIE ............................................... 149 3.1.1 KOLLIMATIONSAUSBEUTE BEI KUGELSTRAHLER ............................................. 149 3.1.2 KOLLIMATIONSAUSBEUTE BEI LAMBERT-STRAHLER........................................149 3.1.3 ABSTRAHLUNG EINER LED........................................................................ 150 3.1.4 EBENE FLAECHE STRAHLT AUF DETEKTOR.......................................................151 3.1.5 STRAHLDICHTE EINER DIFFUS REFLEKTIERENDEN FLAECHE ................................ 152 3.1.6 WIENSCHES VERSCHIEBUNGSGESETZ.......................................................153 3.1.7 STEFAN-BOLTZMANN-GESETZ.................................................................... 153 3.1.8 LICHTLEITWERT......................................................................................... 154 3.2 ERFASSEN UND TRANSFER DER STRAHLUNG VON LAMPEN..........................................155 3.2.1 KENNGROESSEN......................................................................................... 155 3.2.2 ULBRICHTKUGEL....................................................................................... 156 3.2.3 BESTRAHLUNGSSTAERKE IN DER ULBRICHTKUGEL ........................................... 157 3.3 LICHTTECHNISCHE GROESSEN, FOTOMETRIE ................................................................ 158 3.3.1 LICHTSTROM EINER ROTEN LED ................................................................ 158 3.3.2 LICHTSTROM EINER WOLFRAM-HALOGEN-LAMPE..........................................159 3.3.3 HELLEMPFINDLICHKEITSGRAD.................................................................... 160 3.3.4 ABSTRAHLCHARAKTERISTIK EINER LED.......................................................161 3.3.5 STRASSENBELEUCHTUNG............................................................................161 3.4 LICHTTECHNISCHE GROESSEN, FOTOMETRIE ................................................................ 162 3.4.1 FARBWERTANTEILE EINES SCHWARZEN STRAHLERS........................................162 3.4.2 FARBWERTANTEILE EINER LED .................................................................. 162 3.4.3 FARBWERTANTEILE EINER WOLFRAM-HALOGEN-LAMPE ................................ 163 3.4.4 FARBMISCHUNG..................................................................................... 164 Q WELLENOPTIK . ........................................ .. ............................................... 167 4.1 ELEKTROMAGNETISCHE WELLEN.............................................................................167 4.1.1 SICHTBARES SPEKTRUM ..........................................................................167 4.1.2 WELLENGLEICHUNG IN ABHAENGIGKEIT VON DER LAUFRICHTUNG ................... 167 4.1.3 LAUFRICHTUNG EINER WELLE.................................................................... 167 4.1.4 KUGELWELLE......................................................................................... 167 4.1.5 EBENE WELLEN IN VERSCHIEDENEN RICHTUNGEN......................................168 4.1.6 FELDSTAERKEN SOLARER STRAHLUNG ............................................................ 169 4.2 POLARISATION DES LICHTS..................................................................................... 169 4.2.1 POLARISATIONSFORMEN............................................................................169 4.2.2 JONES-VEKTOREN.....................................................................................169 4.2.3 INTERPRETATION VON JONES-VEKTOREN.....................................................171 4.2.4 GESETZ VON M ALUS............................................................................... 172 4.2.5 VIERTEL- UND HALBWELLENPLATTE ............................................................ 173 4.2.6 JONES M ATRIZEN................................................................................... 174 4.2.7 POLARISATION DURCH REFLEXION .............................................................. 176 4.2.8 POLARISATIONSFOLIEN ............................................................................. 177 4.2.9 GESETZ VON MALUS MIT REALEN POLARISATOREN........................................177 4.2.10 INDEXELLIPSOID IN EINACHSIGEN KRISTALLEN ........................................... 178 4.2.11 GLAN-TAYLOR-PRISMA ............................................................................. 178 4.2.12 ROCHON-PRISMA.....................................................................................179 4.2.13 A/2-PLATTE NULLTER ORDNUNG.................................................................. 180 4.2.14 LICHT-MODULATOR................................................................................... 181 4.3 LICHTWELLEN AN GRENZFLAECHEN ........................................................................... 182 4.3.1 FRESNEVSCHE GLEICHUNGEN.................................................................. 182 4.3.2 FRESNEL-RHOMBUS............................................................................... 184 4.3.3 TOTALREFLEXION.......................................................................................184 4.3.4 REFLEXION AN EINER METALLOBERFLAECHE................................................... 185 4.4 INTERFERENZ........................................................................................................185 4.4.1 GANGUNTERSCHIED................................................................................. 185 4.4.2 ZWEISTRAHLINTERFERENZ..........................................................................186 4.4.3 LASER-ARRAY.........................................................................................187 4.4.4 DOPPELSPALT.........................................................................................187 4.4.5 KOHAERENZEIGENSCHAFTEN EINES HALBLEITERLASERS .................................. 188 4.4.6 KOHAERENZEIGENSCHAFTEN EINER SPEKTRALLAMPE....................................188 4.4.7 GRUPPENINDEX.....................................................................................188 4.4.8 GRUPPENINDEX VON QUARZGLAS ............................................................ 189 4.4.9 HOLOGRAFISCHES GITTER ......................................................................... 190 4.4.10 STEHENDE WELLEN IM LASER-RESONATOR ................................................. 190 4.4.11 FARBREFLEXE EINER SEIFENLAMELLE .......................................................... 190 4.4.12 FIZEAU-STREIFEN.....................................................................................191 4.5 4.6 4.7 4.4.13 REFLEXVERMINDERNDE EINFACHSCHICHT ........................................ 4.4.14 REFLEXVERMINDERNDE EINFACHSCHICHT FUER UNTERWASSERKAMERA. 4.4.15 DIELEKTRISCHER SPIEGEL ...................................... ...................... 4.4.16 MICHELSON-INTERFEROMETER .................................. . . .. ............... 4.4.17 WAERMEAUSDEHNUNG MIT MICHELSON-INTERFEROMETER ................. 4.4.18 FABRY-PEROT-INTERFEROMETER ..................................................... BEUGUNG................................................................................................. 4.5.1 HUYGENSSCHES PRINZIP............................................................. 4.5.2 SPALTBEUGUNG............................................................................ 4.5.3 INTENSITAETSVERHAELTNISSE BEI DER SPALTBEUGUNG ......................... 4.5.4 LINSENFOKUS.............................................................................. 4.5.5 AUFLOESUNGSVERMOEGEN DES AUGES UND PIXELBILDER ................... 4.5.6 AIRY-SCHEIBCHEN ...................................................................... 4.5.7 DOPPELSPALT.............................................................................. 4.5.8 AUFLOESUNG EINES GITTERS 4.5.9 SPEKTROMETER MIT REFLEXIONSGITTER.......................................... 4.5.10 LINEARE DISPERSION................................................................... GAUB SCHE STRAHLEN................................................................................ 4.6.1 STRAHLRADIUS ................................................... 4.6.2 LUNAR LASER RANGING .................................... 4.6.3 GAUSSSTRAHL ..................................................... 4.6.4 LASERFOKUSSIERUNG ........................................ 4.6.5 LASER MIT GERINGER DIVERGENZ ....................... HOLOGRAFIE................................................................... 4.7.1 WEISSLICHTHOLOGRAMM .................................... 4.7.2 INTENSITAETSVERLAUF BEI HOLOGRAMM-BELICHTUNG 192 192 193 193 193 194 195 195 196 197 197 197 198 199 200 200 201 201 201 202 202 203 204 204 204 205 QUANTENOPTIK................................. .. ......................................................207 5.1 LICHTQUANTEN.................................................................................................... 207 5.1.1 AEUSSERER FOTOEFFEKT ............................................................................. 207 5.1.2 INNERER FOTOEFFEKT ............................................................................... 208 5.1.3 LICHTDRUCK...........................................................................................208 5.1.4 DRUCK SOLARER PHOTONEN......................................................................208 5.1.5 PHOTONENENERGIEN UND -IMPULSE.........................................................209 5.2 WELLE-TEILCHEN-DUALISMUS ............................................................................... 209 5.2.1 ANTREFFWAHRSCHEINLICHKEIT GEBEUGTER PHOTONEN ................................ 209 5.3 ABSORPTION UND EMISSION VON LICHT................................................................ 211 5.3.1 PHOTONABSORPTION ............................................................................... 211 5.3.2 IMPULS- UND ENERGIEERHALTUNG BEI DER EMISSION................................211 5.3.3 LEBENSDAUER ANGEREGTER ELEKTRONEN UND SPEKTRALE LINIENBREITE . . . 212 5.4 LASER..................................................................................................................213 5.4.1 VERSTAERKUNG EINES LASERS....................................................................213 5.4.2 REFLEXIONSGRAD VON LASERSPIEGELN.......................................................213 5.4.3 FREQUENZAENDERUNG INFOLGE VON LAENGENAENDERUNG .............................. 213 5.4.4 MONOMODE-LASER................................................................................. 214 5.4.5 LASER-PULSE...........................................................................................214 5.4.6 FEMTOSEKUNDENLASER............................................................................ 215 Q O PTOELEKTRONIK .................................................................................... 217 6.1 HALBLEITER-SENDER............................................................................................ 217 6.1.1 TEMPERATURDRIFT DER LED-FARBE .......................................................... 217 6.1.2 WIRKUNGSGRADE EINER LED.................................................................. 217 6.1.3 PLASTIK-VERGUSSKOERPER EINER LED ........................................................ 218 6.1.4 MODULATION EINER IRED........................................................................ 218 6.1.5 TEMPERATURABHAENGIGKEIT DER LASER SCHWELLE......................................219 6.1.6 ABSTAND LONGITUDINALER MODEN .......................................................... 219 6.1.7 MODENSPRUENGE.....................................................................................220 6.1.8 MODULATION EINES HALBLEITERLASERS.......................................................221 6.1.9 LASERSCHWELLE.....................................................................................221 6.1.10 DFB-LASER............................................................................................ 222 6.2 HALBLEITER-DETEKTOREN.......................................................................................222 6.2.1 EINDRINGTIEFE VON PHOTONEN................................................................ 222 6.2.2 QUANTENAUSBEUTE UND EMPFINDLICHKEIT ............................................. 222 6.2.3 DETEKTIVITAET VON PIN-FOTODIODEN .......................................................... 223 6.2.4 LAWINENFOTODIODE............................................................................... 223 Q FUEHRUNG VON LICHT IN LICHTW ELLENLEITERN ............. .. ....................... 225 7.1 EINLEITUNG........................................................................................................225 7.1.1 EIGENSCHAFTEN VON LICHTWELLENLEITERN.................................................225 7.2 SCHICHTWELLENLEITER.......................................................................................... 225 7.2.1 DOPPELHETEROSTRUKTUR ......................................................................... 225 7.3 WELLEN IN ZYLINDRISCHEN FASERN ....................................................................... 227 7.3.1 STUFENINDEX-FASER............................................................................... 227 7.3.2 MONOMODE-FASER.................................................................................227 7.3.3 ZUSAMMENSETZUNG DES FASERKERNS.....................................................228 7.4 DAEMPFUNG IN LICHTWELLENLEITERN......................................................................229 7.4.1 DAEMPFUNGSKOEFFIZIENT ....................................................................... 229 7.4.2 DAEMPFUNG IN PMMA........................................................................... 230 7.4.3 ABSCHNEIDEMETHODE........................................................................... 230 7.4.4 WECHSEL DES SENDELASERS....................................................................231 7.4.5 NACHRICHTENUEBERTRAGUNG AUF POE ...................................................... 231 7.5 DISPERSION IM LICHTWELLENLEITER ..................................................................... 232 7.5.1 BITRATE EINER STUFENINDEX-FASER .......................................................... 232 7.5.2 BITRATE EINER PLASTIKFASER....................................................................233 7.5.3 KOMBINATION VON DISPERSIONSMECHANISMEN ..................................... 233
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