12. Optik 12.1 Einführung: Lehre vom Licht. Sie gehört zu den ältesten Gebieten der Physik. Frage nach der Natur des Lichts. ( sehr viele Theorien ) Kapitel.

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1 12. Optik 12.1 Einführung: Lehre vom Licht. Sie gehört zu den ältesten Gebieten der Physik. Frage nach der Natur des Lichts. ( sehr viele Theorien ) Kapitel 12 Optik

2 WAS IST LICHT? Newton Huygens ? Teilchen Welle Kapitel 12 Optik

3 Abnahme Beleuchtungsstärke
Kapitel 12 Optik

4 Reflexion Brechung Medium 1 Medium 2 Spiegel Kapitel 12 Optik

5 Brechungsgesetz von Snellius
Huygenssche Wellentheorie A B E C F 1 2 Brechungsgesetz von Snellius Kapitel 12 Optik

6 elektromagnetische Wellen James Clerk MAXWELL Heinrich HERTZ
Feldgleichungen elektromagnetische Wellen Heinrich HERTZ Kapitel 12 Optik

7 QED - Quantenelektrodynamik
Geometrische Optik QED   d Wellenoptik Photoeffekt, Comptoneffekt Photonen „Teilchen“ QED - Quantenelektrodynamik Kapitel 12 Optik

8 DUALISMUS Welle - Teilchen → Quantentheorie.
(Äußerer fotoelektrischer Effekt (=Bestrahlen von Metallen mit Licht löste aus dem Metall Elektronen heraus)). [ Compton konnte zeigen, dass Licht hoher Energie so in Materie gestreut wird, als ob es aus Korpuskeln bestände, die beim Stoß mit den Elektronen der Materie Energie und Impuls gemäß den Erhaltungssätzen austauschen.] Trotzdem ließen sich viele Phänomene nur mit der Wellennatur beschreiben. DUALISMUS Welle - Teilchen → Quantentheorie. Kapitel 12 Optik

9 12.2 Geometrische Optik 12.2.1 Reflexion und Brechung:
Reflexionsgesetz am ebenen Spiegel: Die Linse +50 wird etwa 13cm vor der Experimen-tierleuchte aufgestellt. Der Blendenhalter mit Schlitzblende wird der Linse "aufgesetzt". Die optische Scheibe wird ca. 32cm vor der Leuchte aufgestellt. Zentrieren! Wenn der einfallende Strahl in Richtung des Lots auf den Spiegel trifft, soll der reflektierte Strahl mit dem einfallenden zusammenfallen. Miss:  in Grad 10° 20° 30° 50° ' in Grad Kapitel 12 Optik

10 α = α‘ Es ist zu erkennen: Reflexionsgesetz (Vgl.Wellenlehre)
Kapitel 12 Optik

11 Brechungsgesetz Aufbau wie vorhin.
Der Spiegel wir durch einen Plexiglas-Halbzylinder ersetzt. Die gerade Seite schaut zur Lampe. Bringe sie mit der Durchmesser-linie der opt. Scheibe zur Deckung. (Zentrieren!!) Miss den Brechungswinkel ß und ergänze die Tabelle:  in Grad 10° 20° 30° 40° 50° 60° ß in Grad - Kapitel 12 Optik

12 Aus der Tabelle erkennt man:
Bei diesem Brechungsversuch gelangt der Lichtstrahl vom optisch dünneren ins optisch dichtere Medium. Aus der Tabelle erkennt man: Der Brechungswinkel ß ist stets als der Einfallswinkel. Es findet Brechung Lot statt. Der Quotient ist für alle Winkel Der Mittelwert für beträgt bei diesem Versuch Brechungsgesetz Dieser Quotient ist eine für die beiden Medien (Luft, Glas) charakteristische Größe und wird als Brechungsindex bezeichnet. Kapitel 12 Optik

13 Totalreflexion Beim diesem Brechungsversuch trifft der Lichtstrahl radial auf den Halbzylinder und wird daher beim Eintritt in das Glas nicht gebrochen. Uns interessiert der Übergang vom optisch dichteren (Glas) ins optisch dünnere Medium (Luft). Beachte: Ein Teil des Lichts wird immer reflektiert. Miss daher auch die Reflexionswinkel. Hier tritt bei einem bestimmten Einfallswinkel der Fall ein, dass der gebrochene Strahl den Brechungswinkel 90° hat. Trage diesen Wert in der Tabelle in die leere Spalte ein  in Grad 10° 20° 30° 40° 50° 60° ß in Grad ' in Grad Kapitel 12 Optik

14 G .... Grenzwinkel der Totalreflexion
Ist der Einfallswinkel > G , so wird der gesamte Lichtstrahl reflektiert. Er beträgt bei unserem Versuch etwa Daraus lässt sich die Brechzahl bestimmen: Totalreflexion Überprüfe rechnerisch: sinG = Kapitel 12 Optik

15 Schülerversuch Lichtbrechung
5 25 50 Lampe Linse +100 Linse +50 Kapitel 12 Optik

16 Schülerversuch Lichtbrechung
Kapitel 12 Optik

17 Schülerversuch Lichtbrechung
Übergang dünneres in dichteres Medium Lot Kapitel 12 Optik

18 Schülerversuch Lichtbrechung
Übergang dichteres in dünneres Medium Licht von hier Kapitel 12 Optik

19 Anwendungen und Beispiele für Totalreflexion
Umkehrprisma Ablenkprisma Fata Morgana = Luftspiegelung (Abb Buch Basiswissen 6RG) Lichtfaserleitung: (Abb Buch Basiswissen 6RG) und Versuch. Kapitel 12 Optik

20 Aufgaben zu Reflexion und Brechung: Basiswissen 6RG S. 97 A1 u. A3
Infolge Totalreflexion tritt das Licht erst am Ende der Leitung aus. Meist sind die Fasern mit einer Lackschicht umgeben. Der Durchmesser dieser Fasern beträgt ø10- 500µm, in der Nachrichtentechnik bis ø 1µm. Vorteile der Übertragung mit Lichtfaserleitungen: Geringe Abmessungen, geringes Gewicht, Freiheit von Nebengeräuschen und Störfreiheit (z.B. von magnet. Feldern). Aufgaben zu Reflexion und Brechung: Basiswissen 6RG S. 97 A1 u. A3 Kapitel 12 Optik

21 12.2.2 Optische Linsen Einteilung:
Sammellinsen oder Konvexlinsen (in der Mitte dicker als am Rand) Zerstreuungslinsen oder Konkavlinsen (in der Mitte dünner als am Rand) Kapitel 12 Optik

22 Wovon die Brennweite einer Linse abhängt
Linsen Ein Parallelbündel fällt auf verschiedene Linsen: Abb. 1-5: Es wird in einem Punkt gesammelt (Sammellinsen; Sie sind in der Mitte dicker als außen). Abb. 6 u. 7: Es wird zerstreut (Zerstreuungslinsen ; Sie sind in der Mitte dünner als außen). Die zerstreuten Strahlen scheinen von einem gemeinsamen Punkt vor den Linsen (Brennpunkt) zu stammen. Die Brennweite wird hier negativ gewertet. Man erkennt: Beide Seiten der Linse tragen zur Bündelwandlung bei. Die Seiten können konvex, plan oder konkav sein. Je stärker die Krümmung, desto stärker ihre Wirkung. Konvexe und konkave Krümmung beeinflussen die Wirkung der Linse in entgegengesetzter Weise. Zu Folie 12: Im Realexperiment sollten für verschiedene Linsen mit Hilfe einer Punktlichtlampe und einer Mattscheibe die Brennweiten bestimmt werden. Bilder: BRENNW1.jpg-BRENNW7.jpg Kapitel 12 Optik

23 Bildkonstruktion für eine Sammellinse:
Parallelstrahl wird zu Brennstrahl gebrochen. Mittelpunktstrahl geht ungebrochen durch b ... Bildweite g ... Gegenstandsweite f ... Brennweite B ... Bildgröße G ... Gegenstandsgröße Kapitel 12 Optik

24 Herleitung der Linsengleichung:
Andererseits ergibt sich aus den ähnlichen Dreiecken: oder : bf = bg - fg Wir dividieren durch bgf Linsengleichung für Sammellinsen Kapitel 12 Optik

25 Bestimme im Schülerversuch die Brennweite einer Sammellinse:
Ein leuchtender Gegenstand ("L") wird in einem Blenden-halter auf die Experimentier-leuchte aufgesteckt. Befindet sich die Experimentierleuchte auf 0, so ist das Dia auf 3,5 cm. Stelle nebenstehende Gegenstandsweiten ein und miss die dazugehörigen Bildweiten (wo sich ein scharfes Bild ergibt)! (S verschieben!) g [cm] 40 35 30 25 20 15 b [cm] G [cm] B [cm] Kapitel 12 Optik

26 Welche Bilder ergeben sich ?
g > 2f g < f g = 2f g = f f < g < 2f verkehrt, verkleinert, reell aufrecht, vergrößert, virtuell verkehrt, gleich groß, reell kein Bild verkehrt, vergrößert, reell Brechkraft: ist der Kehrwert der Brennweite in Metern. Sie wird in Dioptrien angegeben. Ein negatives Vorzeichen bedeutet dabei Zerstreuungslinse. Kapitel 12 Optik

27 Kapitel 12 Optik

28 Diaprojektor: Gute Ausleuchtung: fObj  2*fKond Overheadprojektor
Für den Kondensor verendet man eine Fresnellinse. Kapitel 12 Optik

29 12.3 Spektren Versuchsaufbau: Kapitel 12 Optik

30 Führe folgende Aufgaben durch:
Bilde die Glühwendel der Lichtquelle mit dem Kondensor auf den Ort ab, wo du später das Prisma hingeben wirst! (ca. 40 cm von der Lampe entfernt) Bilde den Spalt scharf auf den Schirm ab! (Zunächst ohne Prisma) Protokolliere die Abstände! Gib das Prisma zwischen Abbildungslinse und Schirm! Beachte, dass du dabei den Schirm verschieben musst! Wiedervereinigung Schreibe die Beobachtung auf! Wie ist die Anordnung der Farben? Art des Spektrums? Was kannst du über den Brechungsindex des Prismas sagen? Emissionsspektrum Kapitel 12 Optik

31 Wiedervereinigung 5. Bringe hinter dem Prisma eine Sammellinse (+50mm) in den Strahlengang und verschiebe sie solange, bis auf dem Schirm weiß erscheint! Was schließt du daraus? Was ist “weiß” für eine Farbe? 6. Blende mit Hilfe eines Trinkhalms, den du hinter der "Vereinigungslinse" anbringst, einzelne Farben aus. Welche Beziehung haben die ausgeblendete Farbe und die Farbe am Schirm? Schreibe zwei Farbenpaare auf: Komplementärfarben Kapitel 12 Optik

32 Das so erzeugte Spektrum heißt Absorptionsspektrum.
7. Entferne die Vereinigungslinse! Stecke auf den Kondensor hintereinander Farbgläser und vergleiche mit dem ursprünglichen Spektrum! (eventuell Farbglas nur halb hineinschieben) Welche Farben werden jeweils absorbiert ? Rotes Glas: Blaues Glas: Grünes Glas: Pink-Folie: Absorptionsspektrum Das so erzeugte Spektrum heißt Absorptionsspektrum. Kapitel 12 Optik

33 Kapitel 12 Optik

34 12.3.1 Einteilung der Spektren
nach ihrer Entstehung: Emissionsspektren und Absorptionsspektren Körper, die Licht aussenden liefern ein Emissionsspektrum. Beispiel: Licht einer Glühlampe. Zusatzversuche: Ähnlicher Versuchsaufbau wie vorhin (Lehrerversuch). Als Lichtquelle wird eine Hg-Dampflampe oder eine Heliumlampe verwendet. Ergebnis: Am Schirm sehen wir farbige Linien. (Linienspektrum) Beobachte das Licht einer Leuchtstoffröhre durch ein Spektrometer → Linien des Hg sind zu erkennen. Geht das Licht durch einen Körper (Gas, Flüssigkeit, Farbglas), sieht man im Spektrum dunkle Linien → Absorptionsspektrum Beispiele: Weißes Licht durch KMnO4-Lösung : Nur rote und violette Linien sichtbar. Fraunhofersche Linien beim Beobachten des Sonnenspektrums. Kapitel 12 Optik

35 Kontinuierliche Spektren - Linienspektren (Diskontinuierlich)
nach ihrem Aufbau: Kontinuierliche Spektren - Linienspektren (Diskontinuierlich) Ein Linienspektrum enthält die für das entsprechende Element charakteristischen Linien. Gase: liefern ein Linienspektrum Festkörper und Flüssigkeiten, sowie Gase unter sehr hohem Druck liefern ein kontinuierliches Spektrum. Kapitel 12 Optik

36 SPEKTREN Fraunhofer Kapitel 12 Optik

37 Kontinuierliches Spektrum
Kapitel 12 Optik

38 Linienspektrum Kapitel 12 Optik

39 Absorptionsspektrum Kapitel 12 Optik

40 Sonnenspektrum Kapitel 12 Optik

41 Genaues Sonnenspektrum
Kapitel 12 Optik

42 Sternspektren Sternspektren OBAFGKM Kapitel 12 Optik Ende

43 12.4 Entstehung von Licht Nimmt ein Körper in einem System alle Energiewerte an, nennt man die Energiezustände kontinuierlich. Oft aber sind nur bestimmte diskrete Energiezustände möglich. A1: Gib Beispiele von Systemen aus dem Alltag an, die kontinuierliche Energiezustände annehmen können! A2: Gib Beispiele nicht kontinuierlicher (diskreter) Vorgänge des Alltags an! Lösung: A1: z. B. kinetische Energie (Fußball, ...), Spannungsenergie einer Feder, potentielle Energie A2: Tropfen eines Wasserhahns, Bezahlen in 1€ - Sprüngen Kapitel 12 Optik

44 Elektron im Atom Grundzustand: ( Zustand geringst- möglicher Energie)
Um welches Atom könnte es sich handeln? Vgl. Abb Physik compact 7 Kapitel 12 Optik

45 Anregung eines Elektrons
Absorption Zufuhr von Energie: Stoß, Wärme, Licht, … Kapitel 12 Optik

46 Emission Energie wird abgegeben in Form von elektromagnetischer Strahlung. E = E2 - E1 Da es sich um diskrete Energieniveaus handelt, erfolgt die Abstrahlung in Form von Lichtquanten (Portionen). Je höher die Energiedifferenz, desto höher die Frequenz. Aus experimentellen Befunden: Die Energie wächst mit der Frequenz. E = h·f Energie eines Lichtquants gilt für alle Atome. Kapitel 12 Optik

47 Plancksches Wirkungsquantum
E = E2–E1 = h·f h=6,63·10–34Js Plancksches Wirkungsquantum Kapitel 12 Optik

48 E = h·f Energie eines Lichtquants
h = 6, Js (Planksches Wirkungsquantum) (Naturkonstante) Die Energie wird in der Atomphysik meist in ElektronenVolt angegeben. 1 eV = 1, J e ... Elementarladung (e = 1, C) Die Dauer eines solchen Energieübergangs ist sehr kurz. (  10-8s) Diese Zeitdauer legt auch die Länge eines Wellenzuges fest. (Achtung dies ist nicht die Wellenlänge!!!!) Abschätzung der Länge eines Wellenzuges:   10-8s s = v·t s = 3·108·10-8 = 3 m. Kapitel 12 Optik

49 Die Wellenlängen des sichtbaren Lichts:
UV (Ultraviolett) Blau Rot IR (Infrarot) 400 nm 800 nm Beispiel: Frequenzspektrum des Wasserstoffs. Berechne die Wellenlängen einiger Linien des Wasserstoffs! Kapitel 12 Optik

50 E Termschema für H: n= n=3 M n=2 L n=1 K
Beispiel: Frequenzspektrum des Wasserstoffs. Termschema E für H: –13,6eV –3,4eV –1,5eV n=1 K n=2 L n=3 M n= Lyman Balmer Paschen Brackett Kapitel 12 Optik

51 Grundzustand: - 13,6 eV 1. angeregter Zustand: - 3,39 eV
Energiedifferenz E = 10,21 eV E = h·f = h·c/ Lyman - Serie: e, die von einem angeregten Zustand in den Grundzustand übergehen (UV) Balmer - Serie: e, die von einem angeregten Zustand in den 1. angeregten Zustand übergehen ( sichtbares Licht) Paschen - Serie: e, die von einem angeregten Zustand in den 2. angeregten Zustand übergehen (Infrarot) Kapitel 12 Optik Ende

52 “Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation“
12.5 Der Laser: LASER “Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation“ (Lichtverstärkung durch angeregte Aussendung von Strahlung) Kapitel 12 Optik

53 Inkohärentes, weißes Licht Inkohärentes, monochromatisches Licht
Kohärentes Licht Kapitel 12 Optik

54 12.5 Der Laser: (Light Amplified Stimulated Emission of Radiation)
Bisher: Die Lichtaussendung ist ein spontaner Vorgang, der bei den vielen Atomen zeitlich unterschiedlich und unbeeinflusst vor sich geht. Wird die Lichtaussendung eines energiereichen Atoms durch Licht selbst angeregt, spricht man von stimulierter Emission oder auch induzierter Emission. Diese ist Grundlage für den Laser. Man benötigt dazu LASER-wirksame Materialien. Diese besitzen Energieniveaus, die unterschiedlich lange mit Elektronen besetzt sind. Kapitel 12 Optik

55 Ein angeregtes Atom gibt Strahlung ab.
Absorption - Emission E Spontane Emission Induzierte Emission Absorption Ein Atom wird durch ein auftreffendes Energie-quant in einen angeregten Zustand versetzt. Ein angeregtes Atom gibt Strahlung ab. Auftreffende Energiequanten veranlassen angeregte Atome zur Emission von gleichartigen Quanten. Kapitel 12 Optik

56 Vorgang: Man pumpt zunächst auf das höhere Energieniveau E2
Vorgang: Man pumpt zunächst auf das höhere Energieniveau E2. Dort beträgt die Verweildauer 10-8s. Darauf wechseln sie in das metastabile Zwischenniveau E1, wo sie eine Verweildauer von 10-4s haben. Inversion. Das metastabile Zwischenniveau ist höher besetzt als der Grundzustand. Werden die Elektronen des Zwischenniveaus durch einen Wellenzug, dessen Energie der Energiedifferenz des Übergangs E1 - E0 entspricht, angeregt, so erfolgt induzierte Emission. Es kommt zur Verstärkung des Lichtwellenzugs, weil alle e von E1 unter gleichzeitiger Aussendung von Licht in den Zustand E0 übergehen. Kapitel 12 Optik

57 Kristalllaser Das Blitzlicht pumpt Atome mit Energie auf.
teilweise verspiegelte Endfläche verspiegelte Endfläche Das Blitzlicht pumpt Atome mit Energie auf. Beginn der Kaskade: Ein Photon induziert weitere Emissionen. Die Lichtlawine wird reflektiert und verstärkt sich dabei. Der Laserstrahl ist erzeugt. Kapitel 12 Optik

58 Dadurch erhalten wir eine gleichartig aufgebaute Lichtwelle mit
gleicher Phase (kohärentes Licht) gleicher Frequenz (monochromatisch) , sehr stark gebündelt, weil parallel durch die Reflexion. polarisiert wegen des Laserfensters Arten von Lasern: Lies B. (BW 7 S. 31 ff.) Kapitel 12 Optik

59 Zum Pumpen wird eine Blitzlampe verwendet. Impulsbetrieb.
Arten von Lasern: Festkörperlaser: von Maiman 1960 erfunden. Z. B. Rubinlaser (=Aluminiumoxid mit Chromionen (sie haben die Lasereigenschaften)) Zum Pumpen wird eine Blitzlampe verwendet. Impulsbetrieb. Kapitel 12 Optik

60 Gaslaser: z. B. He-Ne - Laser ( = 633 nm) (Ne ist hier das Lasermaterial, Helium sorgt für das Pumpen). Er ist ein kontinuierlich arbeitender Laser. Kapitel 12 Optik

61 Halbleiterlaser: für CDs wichtig!
Kapitel 12 Optik

62 LASER Laser-Anwendungen Medizin
Augen-, Zahnheilkunde, Operationen, ... Forschung und Wissenschaft Laserdrucker CD-, DVD-Player Show-vorführungen Holografie LASER Liniencodeleser Vermessungs-technik Industrie Schneiden, Bohren, Schweißen, Gravieren Militär Lenksysteme, Aufklärung, Zerstörung Kapitel 12 Optik Ende

63 12.5.1 Holographie Fotografie
Bei der herkömmlichen Fotografie wird ein Gegenstand mit Hilfe eines Objektivs in eine Ebene - die Filmebene - abgebildet. In dieser Ebene geht die Tiefengestaltung des Gegenstandes verloren. Objektpunkte außerhalb der idealen Abbildungsebene werden, entsprechend dem Schärfentiefenbereich, mehr oder weniger unscharf abgebildet. Kapitel 12 Optik

64 Aufnahme eines Hologramms:
Die Holografie ist keine Fotografie des Objekts. Bei der Beleuchtung mit kohärentem (!!) Licht werden die vom Gegenstand ausgehenden Licht-wellen mit einem kohärenten Referenz-lichtbündel aus der gleichen Lichtquelle (Strahlungsteilung) überlagert. Das entstehende Interferenzmuster wird in einer Filmschicht mit hoher Auflösung (bis zu 7000 Linien/mm; schärfste SW-Filme haben ca. 400 Linien/mm) gespeichert. Es enthält Informationen über Phase und Ampli­tude des eingestrahlten Lichts. Kapitel 12 Optik

65 Wiedergabe eines Hologramms:
Zur Wiedergabe beleuchtet man das Hologramm mit einem monochro-matischen Lichtbündel, dessen Richtung dem Referenzstrahl während der Aufnahme entsprechen soll. Das Licht wird an den mikroskopisch feinen Interferenzstrukturen des Hologramms - ähnlich wie an einem Gitter - gebeugt. Dem betrachtenden Auge erscheint hinter dem Hologramm ein Wellenfeld, das aus den Bestimmungsstücken Amplitude, Bezugsphase und Ausbreitungsrichtung der Wellenzüge des Objekts nicht unterscheidbar vom Original (dreidimensional) rekonstruiert. Kapitel 12 Optik

66 Das oben Beschriebene gibt das Prinzip der Holografie wieder
Das oben Beschriebene gibt das Prinzip der Holografie wieder. Die Holografie wurde von Denis Gabor in den Jahren 1947/48 entwickelt. Er hatte leider keine leistungsfähigen kohärenten Lichtquellen zur Verfügung. Erst durch die Erfindung des Lasers durch Maiman im Jahre 1960 stand eine solche zur Verfügung. Gabor bekam im Jahr 1971 für seine Arbeiten auf diesem Gebiet den Nobelpreis. Erst in den 80-er Jahren nahm die Holografie einen großen Aufschwung, seit auch Massenproduktionen in Form von Prägehologrammen möglich sind. Kapitel 12 Optik

67 12.6 Welleneigenschaften des Lichts
Interferenz des Lichts Zur Interferenz ist es nötig, dass die sich überlagernden Wellenzüge ein Phasenbeziehung zueinander haben (Ebenso muss die Frequenz stimmen). Kohärenzbedingung: Licht wird von Atomen und Molekülen in spontaner Emission ausgestrahlt. Dabei werden lauter einzelne Wellenzüge ausgestrahlt, die zusammen die Lichtwelle ergeben. (Dauer eines Elementaraktes ca. 10-8s.) Die einzelnen Wellenzüge haben meist keine Beziehung zueinander (Phase, Frequenz, Schwingungsrichtung) und können daher auch nicht interferieren. Kapitel 12 Optik

68 Inkohärentes, weißes Licht Inkohärentes, monochromatisches Licht
Vgl. Buch BW 7 Abb. 31.1 Kohärentes Licht Kapitel 12 Optik

69 Die Länge eines solchen Wellenzuges bezeichnet man als Kohärenzlänge.
Diese beträgt bei weißem Licht einer Glühlampe ca. 10-6m bei einer Hg-Dampflampe ca. 1m und bei einem Laser einige km. Lichtwellen, die miteinander interferieren können bezeichnet man als kohärent. (- die anderen inkohärent) Kapitel 12 Optik

70 12.6.1.1 Interferenz an dünnen Schichten:
Versuch: 1. Beleuchtung mit monochro-matischem Licht: 2. Beleuchtung mit weißem Licht. Ergebnis: Bei monochromatischem Licht sehen wir helle und dunkle Streifen. Bei weißem Licht sehen wir Streifen in Regenbogenfarben Kurz vor dem Abreißen sehen wir einen schwarzen Fleck. Kapitel 12 Optik

71 1. Reflektiertes Licht: Wir betrachten die Strahlen 1' und 2
Gangunterschied: D = /2 +2d ( d .. Dicke der Wasserschicht) /2 von der Reflexion am festen Ende Verstärkung: 2d = */2  d =(2k+1).*/ k = 0, 1, 2,... *=/n (im dichteren Medium, nachher wieder , f bleibt gleich) Auslöschung: 2d = * → d = k.*/ k = 0, 1, 2,... Kapitel 12 Optik

72 2. Durchgehendes Licht Wir betrachten die Strahlen 1'' und 2'' D = 2d Es gibt keinen Phasensprung Verstärkung: 2d = * → d = k∙*/ k= 0, 1, 2,... Auslöschung: 2d = */2 → d =(2k+1)∙*/4 k= 0, 1, 2,... Kapitel 12 Optik

73 12.6.1.2 Optische Vergütung: ( Aufbringung eines Antireflexbelages)
nL ... Brechungsindex in Luft nV ... Brechungsindex in Vergütungsschicht nG ... Brechungsindex in Glas nV < nG Strahl 1 erfährt einen Phasensprung daher Gangunterschied /2 Strahl 2 erfährt einen Phasensprung daher Gangunterschied /2 Diese beiden Gangunterschiede heben sich auf. Um daher im reflektierten Licht Auslöschung zu erhalten, muss die Schichtdicke sein. Die Strahlen a und b (durchgehendes Licht) verstärken sich. Kapitel 12 Optik

74 empirisch: so wird an beiden Schichten etwa gleich viel reflektiert.
Die Löschung des reflektierten Lichts gelingt nur für eine bestimmte Wellenlänge. Wird beispielsweise LGrün (540 nm) angewählt, so wird blau und rot reflektiert. → Blaubelag bei Kameraobjektiven etc. Das Herstellen vergüteter Linsen erfolgt durch Aufdampfen im Vakuum (z. B. Fa. Balzers). Vergütungsmaterialien: Kryolith (Na3AlF6 ) n = 1,33 Magnesiumfluorid (MgF2) n = 1,38 Auch Mehrschichtbeläge sind möglich Kapitel 12 Optik

75 Interferenzfilter Teil des weißen Lichtes wird reflektiert, Komplementärfarbe geht durch ---> Farbteiler ) Interferenzfilter bestehen aus einem transparenten Material (z.B. Glas oder Quarz), auf das viele dünne Schichten mit abwechselnd hoher und niedriger Brechzahl aufgedampft sind. Eine in das Material eindringende Welle wird an den Brechzahl-Übergängen teilweise reflektiert. Haben die Schichten eine Dicke von ca. einer Viertelwellenlänge, erfahren die reflektierten Teile konstruktive Interferenz. Für alle anderen Wellenlängen entsprechen die Phasenunterschiede nicht genau einer Wellenlänge, so dass die Wellen destruktiv interferieren. Interferenzfilter können mit verschiedenen spektralen Bandbreiten und Transmissionsgraden hergestellt werden. Kapitel 12 Optik

76 Beugung Versuch: Vom hinteren Ende des Physiksaals aus beobachten wir durch einen Vorhangstoff eine am Pult stehende brennende Kerze. Ergebnis: Man sieht die Flamme mehrmals. Diese Erscheinungen nennt man Beugungserscheinungen. Kapitel 12 Optik

77 Kapitel 12 Optik

78 Kapitel 12 Optik

79 Kapitel 12 Optik