Inhaltsübersicht
Strahlenoptik
Kapitel 1: Lichtausbreitung
Die Optik nennt man auch die Lehre vom Licht. Sie beschäftigt sich vornehmlich mit der Ausbreitung des Lichts z. B. durch Linsen oder Blenden. Die Erzeugung und der Nachweis des Lichts müssen dabei manchmal mit behandelt werden, obwohl dies nicht der Fokus der Optik ist. Licht bezeichnet dabei meist elektromagnetische Strahlung im sichtbaren Bereich des Spektrums, obwohl viele Überlegungen auch für die angrenzenden Spektralbereiche zutreffen. Der Begriff „Optik“ stammt wie viele andere Begriffe der Physik aus dem Griechischen (όπτικόϛ) und bedeutet so viel wie „zum Sehen gehörend“.
Kapitel 2: Geometrische Optik
Wir behandeln in diesem Kapitel die Ausbreitung des Lichts als Strahlen. Man nennt diesen Ansatz die geometrische oder Strahlenoptik, Wir beginnen mit Spiegeln als einfache Anordnungen und arbeiten uns zu komplexeren Systemen vor. Auf dem Weg dahin lernen Sie unterschiedliche Verfahren zur Bestimmung der Abbildungen kennen. Am Ende haben wir noch ein Kapitel angefügt, indem wir einige wichtige optische Apparate näher besprechen.
Kapitel 3: Fotometrie
Licht stellt einen Energiestrom dar. Mit dem Licht wird Energie von der Lichtquelle – eventuell durch eine Optik hindurch – in die Bildebene transportiert, wo sie von der Netzhaut des Auges, einem elektronischen Sensor, einem chemischen Film, einer Leinwand oder etwas Ähnlichem aufgefangen wird. In Kap. 1 und Kap. 2 haben wir diskutiert, wie sich das Licht ausbreitet, d.h., wir sind der Frage nachgegangen, wohin sich die Energie ausbreitet. Nun wollen wir untersuchen, wie viel Energie transportiert wird. Dies werden wir in zwei Schritten tun. Im ersten Schritt beschäftigen wir uns mit den sogenannten strahlenphysikalischen Größen, die den Energietransport unabhängig vom Spektrum des jeweiligen Lichts charakterisieren. Im zweiten Schritt betrachten wir dann die lichttechnischen Größen, die das Sehempfinden unserer Augen mit berücksichtigen. Diese Größen beschreiben, wie hell wir ein bestimmtes Licht empfinden. Am Ende des Kapitels wollen wir dann noch auf einen besonderen Strahler, den schwarzer Körper, eingehen, da er für die Wärmelehre von Bedeutung ist und eine wichtige Rolle in der Entwicklung der Quantenphysik spielte.
Wellenoptik
Kapitel 4: Wellenoptik
Licht ist eine elektromagnetische Welle. Bisher haben wir Licht als Strahlen beschrieben. Die Welleneigenschaften haben wir weitgehend ignoriert. In diesem Kapitel wollen wir uns nun den Phänomenen zuwenden, die auf den Welleneigenschaften des Lichts beruhen. Vielleicht das wichtigste dieser Phänomene ist die Interferenz, mit deren Betrachtung wir dieses Kapitel beginnen wollen. Sie tritt nur bei Wellen auf. Man kann in der Beobachtung von Interferenzerscheinungen gar einen Beweis für die Wellennatur des Lichts sehen.
Kapitel 5: Laser
Wir haben diese Reihe über die Experimentalphysik mit der klassischen Physik begonnen. Hier fügt sich auch der vorliegende Band Optik ein. Doch zum Abschluss dieses Bands müssen wir die klassische Physik verlassen, denn die Behandlung der Optik wäre unvollständig, wenn wir nicht wenigstens das Grundprinzip des Lasers erklären würden. Dieses kann aber nur im Rahmen der Quantenoptik geschehen. Sie haben sicherlich bemerkt, dass wir in vielen Experimenten und Beispielen immer wieder auf Laser zurückgegriffen haben. Auch aus dem Alltag sind diese heutzutage kaum noch wegzudenken. Insbesondere basiert unsere Informationsgesellschaft auf der schnellen Datenübertragung, deren Rückgrat mit Lasern betriebene Glasfaserleitungen bilden. Doch mit der Behandlung der Laser müssen wir zwangläufig die klassische Physik verlassen, denn ihr Funktionsprinzip ist nur unter Einbeziehung der Quantenphysik zu erfassen. Dies wird einen gewissen „Spagat“ erfordern zwischen einer Einführung in die Quantenphysik, die wir Ihnen hier nur oberflächlich anbieten können, und dem Ziel, das grundlegende Prinzip des Lasers zu verstehen.