Wellenoptik

Einführung

Einführung in die Wellenoptik 30 min.

Diese Lerneinheit bildet die Einführung in die Wellenoptik. Nach der motivierenden Darstellung einiger bekannter alltäglicher (wellen-)optischer Phänomene wird die Notwendigkeit der Einführung eines Wellenmodells der Lichtausbreitung sowie dessen geschichtliche Entwicklung aufgezeigt.

Elektromagnetische Strahlung30 min.

Es werden die Begriffe Strahlung und elektromagnetische Strahlung, Licht und elektromagnetisches Spektrum erklärt. Ferner werden die Zusammenhänge von Wellenzahl, Wellenlänge und Frequenz sowie der Welle-Teilchen-Dualismus und das Photon beschrieben. [Stand: Oktober 2011]

Beugung

Doppelspaltversuche 60 min.

In dieser Lerneinheit geht es darum, die Interferenz als wichtiges Charakteristikum von Lichtwellen kennen zu lernen. Herausgestellt wird hierbei die historische Bedeutung der Entdeckung dieser Eigenschaft bei Licht, die dem Wellenmodell der Lichtausbreitung nach und nach Akzeptanz verschaffte. Besprochen wird hier zunächst die Zweistrahlinterferenz am Doppelspalt.

Der Mehrfachspalt 20 min.

In dieser Lerneinheit geht es darum, die Interferenz als wichtiges Charakteristikum von Lichtwellen kennen zu lernen. Besprochen wird hier die Mehrstrahlinterferenz am optischen Gitter.

Beugung am Einfachspalt 30 min.

In dieser Lerneinheit geht es darum, die Interferenz als wichtiges Charakteristikum von Lichtwellen kennen zu lernen. Herausgestellt wird hierbei die historische Bedeutung der Entdeckung dieser Eigenschaft bei Licht, die dem Wellenmodell der Lichtausbreitung nach und nach Akzeptanz verschaffte. Besprochen wird hier abschließend die Beugung am Einfachspalt.

Beugung an kreisförmigen Öffnungen 30 min.

In dieser Lerneinheit geht es darum, die Lerneinheiten zur Interferenz von Licht zu vertiefen. Zahlreiche Phänomene und Anwendungen aus Natur und Technik werden hier besprochen. In diesem Abschnitt geht es speziell um die Auflösungsbegrenzung optischer Instrumente durch das Auftreten von Beugung.

Fresnel'sche Betrachtungsweise der Interferenz (Beugung) 30 min.

In dieser Lerneinheit geht es darum, das Thema Interferenz von Licht zu vertiefen. Zahlreiche Phänomene und Anwendungen aus Natur und Technik werden hier besprochen. In diesem Abschnitt geht es speziell um die Frensel'sche Betrachtungsweise von Interferenz und Beugung.

Interferenz

Optische Gitter 30 min.

In diesem Lerneinheitenzyklus geht es darum, den vorangegangenen, dreiteiligen Lerneinheitenzyklus zur Interferenz von Licht zu vertiefen. Zahlreiche Phänomene und Anwendungen aus Natur und Technik werden hier besprochen. In diesem Abschnitt geht es speziell um die Gitterbeugung und deren Anwendung im Rahmen der Spektralanalyse.

Exkurs: Transmissions-Phasen-Gitter 10 min.

Diese Lerneinheit bietet einen Exkurs zum Transmissions-Phasen-Gitter.

Interferenzen an dünnen Schichten 60 min.

In dieser Lerneinheit geht es darum, das Thema Interferenz von Licht zu vertiefen. Zahlreiche Phänomene und Anwendungen aus Natur und Technik werden hier besprochen. In diesem Abschnitt geht es speziell um die Interferenzen an dünnen Schichten und deren Nutzung in der Technik.

Vom geometrischen Gangunterschied zur optischen Weglängendifferenz 20 min.

In diesem Lerneinheitenzyklus geht es darum, den vorangegangenen, dreiteiligen Lerneinheitenzyklus zur Interferenz von Licht zu vertiefen. Zahlreiche Phänomene und Anwendungen aus Natur und Technik werden hier besprochen. In diesem Abschnitt geht es speziell um das Konzept der optischen Weglänge, welches das des bekannten geometrischen Gangunterschieds erweitert.

Interferometrie - Interferenz und Längenmessung 25 min.

In dieser Lerneinheit geht es darum, das Thema Interferenz von Licht zu vertiefen. Zahlreiche Phänomene und Anwendungen aus Natur und Technik werden besprochen. In diesem Abschnitt geht es speziell um die Interferometrie als Beispiel einer technischen Anwendung.

Kohärenz - wichtige Vorrausetzung für die Interfernez von Lichtwellen 45 min.

In dieser Lerneinheit geht es darum, die Kohärenz als unverzichtbare Bedingung für die Beobachtung von Interferenzerscheinungen bei Lichtwellen vorzustellen. Erläutert werden die räumliche und die zeitliche Kohärenz als Beispiele partieller Kohärenz eines Wellenfeldes. Verschiedene Methoden zur Erlangung kohärenten Lichtes (Laser, Strahleinengung, Strahlaufspaltung) werden vorgestellt.

Das Babinet'sche Theorem 20 min.

In dieser Lerneinheit geht es darum, das Thema Interferenz von Licht zu vertiefen. Nachfolgend geht es speziell um das Babinet'sche Theorem.

Exkurs: Fraunhofer'sche Betrachtungsweise von Interferenz bei geringen Sichtschirmabständen 5 min.

Diese Lerneinheit bietet einen Exkurs zur Fraunhofer`schen Betrachtungsweise von Interferenz.

Exkurs: Herleitung der Antireflexbedingung 10 min.

Diese Lerneinheit bietet einen Exkurs zur Herleitung der Antireflexbedingung.

Interferenz von Lichtwellen - Multiple Select Test 30 min.

Dieser Multiple-Select-Test bildet das Ende des dreiteiligen Lerneinheitenzyklus zur Interferenz von Licht.

Reflexion und Streuung

Reflexion von Licht im Wellenmodell 30 min.

In dieser Lerneinheit geht es darum, das aus der geometrischen Optik bekannte Phänomen der Reflexion von Licht im Wellenmodell zu beschreiben und zu verstehen.

Reflexion und Brechung30 min.

In diesem Modul wird die Reflexion von mechanischen Wellen behandelt.

Streuung von Licht 30 min.

In dieser Lerneinheit geht es darum die Streuung von Lichtwellen vorzustellen, speziell die Rayleigh- und die Mie-Streuung. Deren Auswirkungen (z.B. Himmelsblau, Abendrot, Wolkenweiß etc.) werden genauso erläutert, wie einige weitere der wichtigsten Streuprozesse (Compton- und Raman-Streuung, Fluoreszenz.

Einordnung von Lichtwellen ins elektromagnetische Spektrum 30 min.

In dieser Lerneinheit geht es um die Bestätigung der Wellentheorie als einem Modelle zur Beschreibung der Lichtausbreitung. Die Einordnung der Lichtwellen in die Maxwell'sche Theorie und damit in das elektromagnetische Spektrum zeigt, dass alle für die sichtbaren Frequenzen gewonnenen Einsichten auch für das restliche Spektrum gelten.

Polarisation

Polarisation von Licht - Grundlagen 45 min.

In dieser Lerneinheit geht es darum, Polarisation als eine weitere für Lichtwellen charakteristische Eigenschaft kennen zu lernen. Eine Eigenschaft, die unserem Sehsinn nicht direkt zugänglich ist und dennoch zahlreiche technische Anwendungen findet. Hier werden zunächst die Grundlagen einer Polarisation von Licht besprochen.

Exkurs: Fresnel'sche Formeln 15 min.

Die Lerneinheit bietet einen mathematischen Exkurs zur Thematik Fresnel'sche Formeln.

Exkurs: Verlustfreie Drehung der Polarisationsebene beim LCD 15 min.

Diese Lerneinheit bietet einen mathematischen Exkurs, der die nahezu verlustfreie Drehung der Polarisationsebene des Lichtes durch die Molekül-Helix eines LCDs zum Inhalt hat.

Polarisationsmechanismen - Polarisation durch Doppelbrechung 30 min.

In dieser Lerneinheit geht es darum, Polarisation als eine weitere für Lichtwellen charakteristische Eigenschaft kennen zu lernen. Eine Eigenschaft, die unserem Sehsinn nicht direkt zugänglich ist und dennoch zahlreiche technische Anwendungen findet. Hier wird die Polarisation durch Doppelbrechung besprochen.

Polarisationsmechanismen - Polarisation durch Streuung 30 min.

In dieser Lerneinheit geht es darum, Polarisation als eine weitere für Lichtwellen charakteristische Eigenschaft kennen zu lernen. Eine Eigenschaft, die unserem Sehsinn nicht direkt zugänglich ist und dennoch zahlreiche technische Anwendungen findet. Hier wird die Polarisation durch Streuung besprochen.

Polarisationsmechanismen - Polarisation durch Reflexion 30 min.

In dieser Lerneinheit geht es darum, Polarisation als eine weitere für Lichtwellen charakteristische Eigenschaft kennen zu lernen. Eine Eigenschaft, die unserem Sehsinn nicht direkt zugänglich ist und dennoch zahlreiche technische Anwendungen findet. Hier wird die Polarisation durch Reflexion besprochen.

Wellenplatten und elliptische Polarisation, Spannungsdoppelbrechung 30 min.

In dieser Lerneinheit geht es darum, Polarisation als eine weitere für Lichtwellen charakteristische Eigenschaft kennen zu lernen. Eine Eigenschaft, die unserem Sehsinn nicht direkt zugänglich ist und dennoch zahlreiche technische Anwendungen findet. Hier wird der allgemeine Fall einer elliptischen Polarisation und deren Herstellbarkeit durch Wellenplatten besprochen. Zunächst erfolgt jedoch die Erläuterung der Spannungsdoppelbrechung.

Polarisation in Natur und Technik 30 min.

In dieser Lerneinheit geht es darum, Polarisation als eine weitere für Lichtwellen charakteristische Eigenschaft kennen zu lernen. Eine Eigenschaft, die unserem Sehsinn nicht direkt zugänglich ist und dennoch zahlreiche technische Anwendungen findet. Hier wird das Auftreten von Polarisation in Natur und Technik besprochen.