Inhalt

1. Einführung
2. Strahlung und Lichttechnik
3. Geometrische Optik
4. Wellenoptik
5. Optische Komponenten
6. Fourier-Theorie
7. Skalare Beugungstheorie
8. Frequenzanalyse optischer Systeme
9. Beugungsbegrenzte Auflösung und deren Überwindung
10. Phasensichtbarmachung
11. Holographie
12. Diffraktive Optik
13. Photonische Kristalle
14. Metamaterialien
15. Optische Systeme

Ausführliches Inhaltsverzeichnis (vorläufig):

1. Einführung
   1. 1.1 Worüber reden wir?
   2. 1.2 Entwicklung der Optik
   3. 1.3 Bedeutung optischer Technologien
   4. 1.4 Was kann man mit Photonen machen?
   5. 1.5 Optische Technologien heute
   
   
2. Strahlung und Lichttechnik
   1. 2.1 Motivation und physikalische Grundlagen
   2. 2.2 Colorimetrie
   3. 2.3 Radiometrie, strahlungsphysikalische Größen
   4. 2.4 Photometrie, lichttechnische Größen
   5. 2.5 Strahlungsquellen
   6. 2.6 Zusammenfassung
   
   
3. Geometrische Optik
   1. 3.1 Einführung in die geometrische Optik
   2. 3.2 Optische Abbildung
   3. 3.3 Optische Instrumente
   4. 3.4 Konstruktion abbildender Systeme mit Hilfe von Systemmatrizen
   5. 3.5 Ray-Tracing (Strahlverfolgung)
   6. 3.6 Zusammenfassung
   
   
4. Wellenoptik
   1. 4.1 Die Maxwellschen Gleichungen
   2. 4.2 Lösungen der Maxwell Gleichungen
   3. 4.3 Interferenz zweier Wellen
   4. 4.4 Vielstrahlinterferenz: Fabry-Perot-Interferometer
   5. 4.5 Kohärenz (zeitlich und räumlich)
   6. 4.6 Polarisation, Jones-Matrizen, Spannungsoptik
   7. 4.7 Reflexion und Brechung ebener Wellen, Fresnelsche Formeln
   8. 4.8 Evaneszente Wellen
   9. 4.9 Zusammenfassung
   
   
5. Optische Komponenten
   1. 5.1 Polarisatoren
   2. 5.2 Strahlteiler
   3. 5.3 Lichtleiter
   4. 5.4 CCD-Kameras
   
   
6. Fourier-Theorie
   1. 6.1 Grundlagen der Signalverarbeitung
   2. 6.2 Eigenschaften der Fourier-Transformation
   3. 6.3 Lineare Systeme
   4. 6.4 Fourier-Analyse abgetasteter Funktionen
   5. 6.5 Die Chirp-Funktion
   6. 6.6 Signalverarbeitung in zwei Dimensionen
   7. 6.7 Die schnelle Fourier-Transformation (FFT)
   8. 6.8 Zusammenfassung
   
   
7. Skalare Beugungstheorie
   1. 7.1 Die Fresnel-Kirchhoffsche Beugungsformel
   2. 7.2 Fresnel-Approximation
   3. 7.3 Fraunhofer-Approximation
   4. 7.4 Dünne Linse
   5. 7.5 Lichtausbreitung als lineares System
   6. 7.6 Beugungsspektren verschiedener Strukturen
   7. 7.7 Zusammenfassung
   
   
8. Frequenzanalyse optischer Systeme
   1. 8.1 Motivation
   2. 8.2 Impulsantwort einer positiven Linse
   3. 8.3 Frequenzanalyse bei kohärenter und inkohärenter Beleuchtung
   4. 8.4 Vergleich von kohärenter und inkohärenter Abbildung
   5. 8.5 Auflösungsvermögen optischer Systeme
   6. 8.6 Zusammenfassung
   
   
9. Beugungsbegrenzte Auflösung und deren Überwindung
   1. 9.1 Filtern im Ortsfrequenzbereich
   2. 9.2 4-f-Aufbau
   3. 9.3 Definition der Apertur, beugungsbegrenzte Abbildung
   4. 9.4 Beispiele: Mikroskopie, Astronomie
   5. 9.5 Synthetische Aperturen
   6. 9.6 Raster-Nahfeld-Mikroskopie (SNOM)
   7. 9.7 Superlinsen aus Metamaterialien
   8. 9.8 STED (Stimulated Emission Depletion)
   9. 9.9 Schlussfolgerungen
   
   
10. Phasensichtbarmachung
    1. 10.1 Phasenkontrastmikroskopie
    2. 10.2 Schlierenmethode
    3. 10.3 Mach-Zehnder-Interferometrie
    4. 10.4 Zusammenfassung
    
    
11. Holographie
    1. 11.1 Prinzip
    2. 11.2 Holographische Aufnahme und Wiedergabe
    3. 11.3 Typen von Hologrammen
    4. 11.4 Holographische Interferometrie
    5. 11.5 Digitale Holographie
    6. 11.6 Anwendungen
    7. 11.7 Zusammenfassung
    
    
12. Diffraktive Optik
    1. 12.1 Ablenkung von Licht
    2. 12.2 Beugung an einfachen Strukturen
    3. 12.3 Beugung an Phasengittern
    4. 12.4 Arten von Gittern
    5. 12.5 Blazed Gitter (Echelette-Gitter)
    6. 12.6 Berechnung und Anwendung diffraktiver optischer Elemente
    7. 12.7 Zusammenfassung
    
    
13. Photonische Kristalle
    1. 13.1 Natürlich vorkommende photonische Kristalle
    2. 13.2 Einfaches Modell eines photonischen Kristalls
    3. 13.3 Maxwell‘schen Gleichungen und photonische Kristalle
    4. 13.4 Symmetrien
    5. 13.5 Photonische Bandstruktur
    6. 13.6 Photonische Bandlücke
    7. 13.7 Beispiele für Photonische Kristalle
    8. 13.8 Anwendungen
    9. 13.9 Zusammenfassung
    
    
14. Metamaterialien
    1. 14.1 Positiver und negativer Brechungsindex
    2. 14.2 Elektromagnetische Wellen in Metamaterialien
    3. 14.3 Materie mit ε < 0 und μ < 0
    4. 14.4 Metamaterialien für Mikrowellen: Brechungsindexmessungen
    5. 14.5 Planparallelplatte mit n = -1
    6. 14.6 Superlinsen
    7. 14.7 Aktuelle Entwicklungen
    8. 14.8 Zusammenfassung
    
    
15. Optische Systeme

Literatur

• E. Hecht: „Optik“ 4. Auflage (Oldenbourg, München, 2005)
  Standardwerk für geometrische und Wellenoptik, gut illustriert, viele Übungsaufgaben, zum großen Teil mit Lösungen
• K. D. Möller: „Optics – learning by computing, with examples using Mathcad“ (Springer-Verlag New York, 2003)
  Geometrische Optik und Wellenoptik mit vielen kurzen Mathcad-Skripts auf der mitgelieferten CD, die das numerische Experimentieren mit den Zusammenhängen erlauben
• J. W. Goodman: „Introduction to Fourier Optics“, 3. Auflage (Roberts and Co., 2004)
  Grundlegendes Buch zur Wellenoptik, hervorragende Darstellung (aufgrund dieses Buches gibt es inzwischen den Joseph-Goodman-Award für wissenschaftliches Schreiben)
• K. Iizuka: „Elements of Photonics“, (Wiley-Interscience, 2002) Volume I: In free space and special media, Volume II: For fiber and integrated optics
  Umfangreich, spricht eine Vielzahl von optischen Themen an
• W. Lauterborn, T. Kurz, M. Wiesenfeld: „Kohärente Optik“, (Springer, 1993)
  Verständliche Einführung in ausgewählte Anwendungen der Wellenoptik
• Th. Kreis: „Handbook of Holographic Interferometry“, (Wiley, Weinheim, 2005)
  Standardwerk zur Holographie