Wellen- und Strahlenoptik

Präsentation zum Thema: "Wellen- und Strahlenoptik"—  Präsentation transkript:

1 Wellen- und Strahlenoptik
Vom Objekt zum Bild Wellen- und Strahlenoptik

2 „Theorie der Auflösung“
Inhalt Zwei Schritte vom Objekt zum Bild: Wechselwirkung eines Objekts mit auftreffenden Wellen Beispiele: Ein punktförmiges Streuzentrum Zwei punktförmige Streuzentren in unterschiedlichem Abstand Auswahl der vom Objekt ausgehenden Wellen Zusammenführung der ausgewählten Wellen „Wellen-optik“ „Theorie der Auflösung“ „Strahlen-optik“

3 Interferenzen von Wellen im Wasser
Ein Regentag am Teich Interferenzen von Wellen im Wasser

4 Überraschung am Regentag
Beachtet die Phasen! Wie das ?

5 Entstehung einer von einem Punkt ausgehenden Welle
Voraussetzung: Kohärente Antwort des Objekts auf die einfallende Strahlung

6 Photon ionisiert ein Atom
Beispiel für inkohärente Strahlung: Fluoreszenz-Strahlung beim Photoeffekt Photon ionisiert ein Atom Die Lücke wird unter Emission von Fluoreszenz-Strahlung aufgefüllt Ionisation und Emission sind in jedem Atom um eine Zufalls-Zeit, die „Mittlere Lebensdauer“ des angeregten Zustands, verschoben

7 Versuch Anregung eines Streuzentrums in der Wasserwanne
Umlenkung der divergenten zu konvergenten Wellen mit Hilfe der Reflektion an der Wand des Gefäßes Das Bild des Streuzentrums entsteht bei Überlagerung der reflektierten Wellen

8 Von zwei Punkten ausgehende Wellen

9 Abstand der Punkte klein gegenüber dem Abstand zwischen zwei Wellenbergen

10 Abstand der Punkte klein gegenüber dem Abstand zwischen zwei Wellenbergen

11 Abstand der Punkte wenig kleiner als der Abstand zwischen zwei Wellebergen

12 Abstand der Punkte etwa gleich dem Abstand zwischen zwei Wellenbergen
30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330

13 Abstand der Punkte etwa doppelt so groß wie der Abstand zwischen zwei Wellenbergen
30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330

14 Abstände der Punkte noch größer
30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330

15 Abstände der Punkte etwa das 10-fache des Abstands zwischen den Wellenbergen

16 Abstand der Streuzentren und Beugungsbild
Änderung des Beugungsbilds mit zunehmendem Abstand der Streuzentren: Der Winkel zwischen den divergenten, „ebenen Wellen“ (Bereich der „Fraunhoferschen Beugung“) wird kleiner Der Nahbereich hinter dem Objekt (Bereich der „Fresnelschen Beugung“) dehnt sich aus

17 Interferenzmuster von zwei Punkten
30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 Zwei Punkte

18 Schritte zur Erzeugung eines Interferenzmusters in einem Empfänger, z
Schritte zur Erzeugung eines Interferenzmusters in einem Empfänger, z. B. der Leinwand Eine einfallende ebene Welle trifft das Objekt Kugelwellen erzeugen ein Interferenzmuster, Im „Fernfeld“ erscheint es als divergente, ebene Wellen Die Information über das Objekt steht in Richtung, Intensität und in der Phase der divergenten Wellen Am Empfänger, z. B. einem Film, ist aber die Phase nicht erkennbar Zwei Punkte Leinwand

19 „Film-Umkehr“ beim Muster von zwei Punkten auf einer Leinwand
Interferenzmuster nach Filmumkehr bei Überlagerung aller Wellen Filmumkehr: Das wäre ein Weg zum Bild! Zwei Punkte Leinwand

20 Anstelle der „Film-Umkehr“: 1. Man nehme mindestens zwei Wellen
Leinwand mit Kreis Ausschnitt Zwei Punkte

21 Leinwand mit Kreis Ausschnitt
2. Ändere ihre Richtung Leinwand mit Kreis Ausschnitt Zwei Punkte

22 Leinwand mit Kreis Ausschnitt
3. Und führe sie zusammen Leinwand mit Kreis Ausschnitt Zwei Punkte

23 4. Die Überlagerung zeigt ein Bild der Abstände zwischen den Punkten
Leinwand mit Kreis Ausschnitt Leinwand für das Bild Zwei Punkte

24 Konstruktion der Abbildung von zwei Punkten mit fünf Wellen
Q: Was muss alles „stimmen“, damit das Bild erscheint? A: Intensität, Richtung und Phase der einzelnen Wellen

25 Da Capo

26 Die Phase der dritten Welle
Tal der Welle aus dem Vordergrund trifft auf Berg der Welle von links Die Phasen der Wellen definieren das Bild

27 Zwei Schritte vom Objekt zum Bild
Zur Abbildung der Punkte tragen zwei voneinander unabhängige Vorgänge bei: Aufbau eines „Musters“ mit auseinander laufenden Wellen Thema der „Wellenoptik“ Bei Zusammenführung einiger dieser Wellen erscheint das Bild Thema der „Strahlenoptik“

28 Von zwei Punkten zum Bild
Leinwand mit Kreis Ausschnitt Leinwand für das Bild Zwei Punkte

29 1. Eine Kreisblende wähle zwei Wellen aus
Wie erzeugt man aus divergenten- konvergente Wellen? 2. Eine Linse wandelt die Wellen von divergent zu konvergent Leinwand Zwei Punkte

30 Das alles macht das Auge „automatisch“
Leinwand Zwei Punkte

31 Das Auge

32 „Theorie der Auflösung“
Zusammenfassung Bei kohärenter Anregung eines Objekts bilden die divergenten, auslaufenden Wellen ein Interferenzmuster Das Interferenzmuster trägt die Information in den „unendlichen“ Raum -robuster Teil der Abbildung, nur durch Absorption vermeidbar- Zur Abbildung führt die Überlagerung der vom Objekt auslaufenden Wellen Mehrere Wellen sind zu erfassen (Apertur) Divergente werden zu konvergenten Wellen umgelenkt (Linse) Die Abbildungsebene muss am richtigen Ort stehen (Fokussierung) - empfindlicher Teil der Abbildung - „Wellen-optik“ „Theorie der Auflösung“ „Strahlen-optik“

33 Wichtig ist aber auch, dass einer guckt
finis Wichtig ist aber auch, dass einer guckt Fotografie aus Time Magazine: Cactus Ferroguinus Pygmae Owl