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Vom Objekt zum Bild Wellen- und Strahlenoptik. Inhalt Zwei Schritte vom Objekt zum Bild: Wechselwirkung eines Objekts mit auftreffenden Wellen Beispiele:

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1 Vom Objekt zum Bild Wellen- und Strahlenoptik

2 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 Strahlen- optik Theorie der Auflösung

3 Ein Regentag am Teich Interferenzen von Wellen im Wasser

4 Überraschung am Regentag Wie das ? Beachtet die Phasen!

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

6 Beispiel für inkohärente Strahlung: Fluoreszenz-Strahlung beim Photoeffekt Photon ionisiert ein AtomDie 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

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

12 Abstand der Punkte etwa gleich dem Abstand zwischen zwei Wellenbergen

13 Abstand der Punkte etwa doppelt so groß wie der Abstand zwischen zwei Wellenbergen

14 Abstände der Punkte noch größer

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 Zwei Punkte

18 Schritte zur Erzeugung eines Interferenzmusters in einem Empfänger, z. B. der Leinwand Zwei PunkteLeinwand 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

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

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

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

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

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

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

27 Zwei Schritte vom Objekt zum Bild Zur Abbildung der Punkte tragen zwei voneinander unabhängige Vorgänge bei: 1.Aufbau eines Musters mit auseinander laufenden Wellen Thema der Wellenoptik 2.Bei Zusammenführung einiger dieser Wellen erscheint das Bild Thema der Strahlenoptik

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

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

30 Das alles macht das Auge automatisch Zwei Punkte Leinwand

31 Das Auge

32 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 1.Mehrere Wellen sind zu erfassen (Apertur) 2.Divergente werden zu konvergenten Wellen umgelenkt (Linse) 3.Die Abbildungsebene muss am richtigen Ort stehen (Fokussierung) - empfindlicher Teil der Abbildung - Wellen- optik Strahlen- optik Theorie der Auflösung

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


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