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Die Photonik beschäftigt sich mit der kontrollierten Erzeugung, Ausbreitung, Manipulation und Detektion von – vorwiegend kohärenten – Lichtfeldern. Das Buch vermittelt ein fundiertes Verständnis dieses modernen Wissensgebietes, von den physikalischen Grundlagen bis zur Ebene der photonischen `Bauelemente': Laser, Verstärker, Wellenleiter, Modulatoren und Schalter, Interferometer, Detektoren etc. Gegenüber der zweiten Auflage wurde dieses bei Studierenden und Praktikern, Technikern und Physikern gleichermaßen beliebte Werk revidiert und aktualisiert, wobei didaktische Erfahrungen an der TU Wien eingeflossen sind. Außerdem wurden weitere Themen aus der Nichtlinearen Optik, Polarisationsoptik, Fourier-Optik, Farbmesstechnik sowie der free electron laser aufgenommen. Sämtliche theoretischen Ergebnisse werden aus fundamentalen Grundlagen hergeleitet, wobei der Leser auch mit modernen Werkzeugen zur Analyse photonischer Komponenten vertraut gemacht wird und so der Weg zur Rezeption der einschlägigen Spezialliteratur aus Lasertechnik, optischer Nachrichtentechnik, Sensorik, Materialbearbeitung oder Laser-Medizintechnik etc geebnet wird.

 

 

Aus dem Inhalt:

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 Polarisationszustande des Lichts 16 / 1.5.1 JONES-Formalismus 17 / 1.5.2 Zirkular polarisierte Basis 24 / 1.5.3 Polarisationseigenzustande 25 / / 2 Ebene Wellen in Materie 27 / 2.1 Übergang zwischen verschiedenen Medien 28 / 2.1.1 Phasenanpassung 28 / 2.1.2 Reflexions- und Transmissionskoeffizienten 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-Modell 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 Richtungen 61 / 2.3.3 Doppelbrechende Bauelemente 70 / 2.3.4 Wellenausbreitung in elektrooptischen Medien 71 / 2.3.5 Flüssigkristall-Bauelemente 77 / 2.4 Spezielle Ausbreitungseffekte 79 / 2.4.1 Optische Aktivität 79 / 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 Wellenleiter 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 / 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 / / 6 Wechselwirkung Licht/Materie 215 / 6.1 Übergange 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-Zustande im Halbleiter 238 / 6.7.2 Optische Übergange in Halbleitern 244 / 6.7.3 Verstärkungsbedingung 248 / 6.7.4 Ladungsträger-induzierte Brechungsindexänderung . . . . 251 / / 7 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 Zeitverhalten von Lasern 261 / 7.2.1 Viellinien- 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 Gute-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-well-Laser 294 / 7.5.4 Ausführungsformen und Betriebseigenschaften 297 / / 8 Nichtlineare Optik und Akustooptik 305 / 8.1 Nichtlineare Suszeptibilitat 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-Rohren 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 /