Photonik: eine Einführung in die Grundlagen
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| Format: | Book |
| Language: | German |
| Published: |
Wien [u.a.]
Springer
2005
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| Edition: | 2., überarb. und erw. Aufl. |
| Series: | Springer-Lehrbuch Technik
|
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| Online Access: | Inhaltsverzeichnis |
| Physical Description: | XII, 386 S. zahlr. graph. Darst. 25 cm |
| ISBN: | 3211219013 9783211219010 |
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Inhaltsverzeichnis
1 Licht als elektromagnetische Welle. 1
1.1 Das elektromagnetische Feld. 2
1.2 Die Wellengleichung. 4
1.3 Ausbreitungsgeschwindigkeit. 8
1.3.1 Phasengeschwindigkeit. 8
1.3.2 Gruppengeschwindigkeit. 9
1.3.3 Strahlgeschwindigkeit·. 10
1.4 Energietransport. 11
1.5 Polarisationszustände des Lichts. 16
1.5.1 JONES-Formaüsmus. 17
1.5.2 Zirkular polarisierte Basis. 24
1.5.3
PolarisationseigenzuBtánde
. 25
2 Ebene Wellen in Materie. 27
2.1 Übergang zwischen verschiedenen Medien. 28
2.1.1 Phasenanpassung. 28
2.1.2 Reflexion»- und TVanenüasionskoeffizienten. 32
2.1.3 Totalreflexion. 39
2.2 Brechungsindex und Absorption. 44
2.2.1 Lineares Oszillator-Modell. 44
2.2.2 Absorption und Reflexion. 47
2.2.3 Freies Elektronengas-ModeU der Metalle. 50
2.2.4 KRAMERS-KRONIG-Beziehungen'. 53
2.3 Wellenausbreitung in anisotropen Medien. 55
2.3.1 Ausbreitung in Richtung der Hauptachsen. 60
2.3.2 Ausbreitung in beliebigen
Riditungen
. 61
2.3.3 Doppelbrechende Bauelemente. 70
2.3.4 Wellenausbreitung in elektrooptiachen Medien. 71
2.3.5 Fluaigknstau-Bauelemente. 77
2.4 SpofeOe
Auebreátunguefiekte
. 79
2.4.1 Optische
AktWitåt
. 79
X
Inhaltsverzeichnis
2.4.2 Magnetooptischer Effekt . 81
2.4.3 Wellenausbreitung in bewegten Medien. 83
3 Strahl- und Impulsausbreitung. 87
3.1 Strahlartige Wellenfelder. 87
3.1.1 Paraxiale Wellengleichung. 87
3.1.2 GAUSSsche Strahlen. 88
3.1.3 Optische Komponenten im GAUSSschen Strahl. 94
3.1.4 ABCD-Transformation des GAUSSschen Strahls.101
3.1.5 HERMiTE-GAUSSsche Strahlen.106
3.1.6 FouRiER-optische Behandlung der Strahlausbreitung . 108
3.2 Impulsausbreitung in Materie.111
3.2.1
Dispersive
Ausbreitungseffekte.111
3.2.2 Nichtlineare Ausbreitungseffekte.122
3.2.3 Kombinierte nichtlineare und
dispersive
Effekte,
Solitonen.125
4 Interferenz optischer Felder.129
4.1 Zweistrahlinterferenz.129
4.1.1 MiCHELSON-Interferometer.130
4.1.2 Mach-Zehnder- und SAGNAC-Interferometer.133
4.1.3 Streumatrix.133
4.1.4 YouNGscher Doppelspalt.136
4.2 Vielstrahlinterferenz.138
4.2.1 Optische Liniengitter.139
4.2.2 Dielektrische Vielschichtsysteme.141
4.2.3 FABRY-PEROT-Interferometer .146
4.3 Resonatoren.150
4.3.1 Kugelspiegel-Resonatoren.152
4.3.2 Hohlraumresonatoren.158
4.4 Kohärenz.159
4.4.1 Zeitliche Kohärenz.159
4.4.2 Räumliche Kohärenz.164
5 Dielektrische Wellenleiter.165
5.1 Planare WeUenleiter.166
5.1.1 Eigenmoden des
planaren
Wellenleiters.167
5.1.2 Transversales Modenprofil.171
5.1.3 Dispersionsrelation.172
5.2 Glasfaser-Wellenleiter.174
5.2.1 Gradientenindex-Glasfaser-Wellenleiter.174
5.2.2 Stufenindex-Glasfaser-Wellenleiter.176
5.2.3 Verluste und Dispersion.183
5.3 Wellenleiterintegrierte Optik.188
5.3.1 Wellenleiterkoppler.189
Inhaltsverzeichnis
XI
5.3.2 Eigenmoden des Wellenleiterkopplers .196
5.3.3 Wellenleitergitter.199
5.3.4 Wellenleiter-Interferometer und -Modulatoren.207
5.3.5 Aktive Wellenleiterkomponenten .212
Wechselwirkung Licht/Materie.215
6.1 Übergänge im Zwei-Niveau-System.215
6.2 Absorption und stimulierte Emission .222
6.3 Spontane Emission.224
6.4 Linienformen .226
6.5 Sättigung der Absorption.230
6.6 Kohärente Lichtverstärkung .234
6.7 Optische Wechselwirkung mit Halbleitern.238
6.7.1 Energie-Zustände im Halbleiter .238
6.7.2 Optische Übergänge in Halbleitern.244
6.7.3 Verstärkungsbedingung.248
6.7.4 Ladungsträger-induzierte Brechungsindexänderung .251
Optische Oszillatoren.253
7.1 Stationäres Verhalten.254
7.1.1 Vier-Niveau-Ratengleichungen .254
7.1.2 Laser-Kennlinie.256
7.1.3 Drei-Niveau-Laser.260
7.2 Frequenz- und Zeit
ver
halten von Lasern.261
7.2.1 Vielünien- und Einzellinienbetrieb.261
7.2.2 Modenauswahl.262
7.2.3 Theoretische Linienbreite.265
7.2.4 Relaxationsoszillationen und Gewinnmodulation.266
7.3 Gepulste Laser.270
7.3.1 Verstärkungs-Schalten .270
7.3.2 Güte-Schalten .271
7.3.3 Modenverkopplung.273
7.4 Atomare und molekulare Laser.278
7.4.1 Atomare Festkörper-Laser.280
7.4.2 Gas-Laser.286
7.5 Halbleiter-Laser.288
7.5.1 Homostruktur-Laser.289
7.5.2 Heterostruktur-Laser .292
7.5.3 Quantum-tueii-Laser.294
7.5.4 Ausführungsformen und Betriebseigenschaften.297
XII Inhaltsverzeichnis
8 Nichtlineare Optik und Akustooptik.305
8.1 Nichtlineare Suszeptibilität .305
8.2 Frequenzmischung in nichtlinearen Medien.308
8.3 Anharmonischer Oszillator.312
8.4 Nichtlineare Prozesse zweiter Ordnung.314
8.4.1 Frequenzverdopplung.314
8.4.2 Parametrische Verstärkung.324
8.4.3 Parametrische Frequenzkonversion*.328
8.5 Nichtlineare Prozesse dritter Ordnung.329
8.5.1 Frequenzverdreifachung.329
8.5.2 Optischer KERR-Effekt.330
8.5.3
Raman-
Verstärkung.334
8.5.4 Phasenkonjugation .336
8.6 Elektrooptische Effekte.340
8.6.1 Linearer elektrooptischer Effekt.341
8.6.2 Quadratischer elektrooptischer Effekt* .342
8.6.3 Feldinduzierte Frequenzverdopplung· .343
8.7 Akustooptik.344
9 Photodetektion.351
9.1 Photoelektrischer Effekt.351
9.1.1 Photoelektronen-Vervielfacher-Röhren.352
9.1.2 Halbleiter-Photodioden .355
9.1.3 Photoleiter.363
9.2 Detektorkenngrößen.364
9.3 Photometrische Maßeinheiten.365
9.4 Photonenstatistik.366
Literatur.371
Sachverzeichnis.375 |
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