Photonik

Photonik MIW 4. Fachsemester Lübeck

Photonik MIW 4. Fachsemester Lübeck


E. S.
Diese Karteikarten behandeln grundlegende und fortgeschrittene Konzepte der Photonik auf Universitätsniveau. Sie decken Themen wie Lichtwellen, Strahlenoptik, Interferenz, optische Geräte und Polarisation ab. Die Karteikarten sind besonders nützlich für Studierende der Physik, die sich mit der Theorie und Praxis der Photonik vertraut machen möchten, um ein tieferes Verständnis der Lichtphänomene und ihrer Anwendungen zu erlangen.
Karten
100
Lernende
2
Sprache
Deutsch
Kategorie
Physik
Stufe
Universität
Erstellt / Aktualisiert
11.07.2016 / 05.06.2017

Lernkarten

Was begrenzt ultimativ die Auflösung abbildender Instrumente? Wie kann die erreichbare
Auflösung mathematisch beschrieben werden?

Das Rayleigh-Kriterium für die Auflösung begrenzt die erreichbare Auflösung.

Es ist eine Bedingung für den Abstand zweier Lichtquellen, um sie als getrennt erkennen zu können.

\(\alpha=arcsin(\frac \lambda d )\approx \frac \lambda d\)

lambda=Wellenlänge

d= Spaltbreite

Was ist notwendig, damit ein optisches Instrument die Auflösung des Auges wirklich erhöht
und nicht nur ein vergrößertes Bild liefert?

Die Wimkelauflösung des optischen Gerätes muss an das Auge angepasst werden. Das Auge kann unter guten bedingungen einen Winkelabstand von 2 Bogenminuten auflösen. Alles darüber hinaus liefert ein vergrößertes Bild, aber keine bessere Auflösung.

Was bezeichnet man bei Spektrometern als nutzbaren Spektralbereich. Wie groß ist er bei
einem Prisma-, einem Gitter- und einem Fabry-Perot-Spektrometer?

Der freie Spektralbereich bezeichnet den Frequenzabstand verschiedener vom Gerät unterstützter Moden oder Interferenzordnungen.

Fabry-Perot-Spektrometer:\(\triangle \nu _{FSB} =\frac c {2nLcos\alpha}\)

Gitter:\(A=\frac \lambda {\triangle \lambda} =mN\) mit \(\lambda = \frac { \lambda _1 +\lambda _2} 2\)Mittenwellenlänge; Delta_lambda=Wellenlängendifferenz, N=Zahl der beleuchteten Gitterlinien

Prisma: \(\triangle \lambda = \frac \lambda m\)

m= ordnung des Maximum

Wie viele unabhängige Polarisationszustände besitzt Licht?

6, nach VL

Warum sind Schallwellen nicht polarisierbar?

Da Schallewellen keine Transversalwellen sind. Nur Transversalwellen sind polarisierbar. Longitudinalwellen nicht.

Wie kann der Polarisationszustand und seine Änderung durch optische Bauteile mathematisch
beschrieben werden?

Mithilfe des Jones-Vektors.
 

Wie arbeitet ein Polarisator?

Er filtert einfallende Strahlung so, dass nur Strahlung mit einer Polarisationsrichtung seinen Ausgang verlässt. Dazu bedient sich der Polarisator verschiedener Physikalischer prinzipien. Mathematisch ist das eine Matrix.

Erklären sie das Phänomen von zirkular polarisiertem Licht. Was ist der Unterschied zu linear
und elliptisch polarisiertem Licht?

zirkulare Polarisation: DerBetrag der Auslenkung ist konstant, ihre Richtung ändert sich innerhalb der senkrecht zum Wellenvektor stehenden Ebene mit konstanter Winkelgeschwindigkeit.

Linear: Die Richtung der Schwingung ist konstant. Die Auslenkung aus der Ruhelage ändert periodisch ihren Betrag und ihr Vorzeichen. Die Richtung in Bezug auf eine bestimmte Ebene kann als Winkel angegeben werden.

elliptisch ist ne Mischung aus linear und zirkular.

Was sind lambda/2 und lambda/4-Platte? Wie und warum beeinflussen sie den Polarisationszustand von
Licht?

\(\lambda/2\): 45°gedrehte Polarisationsrichtung

\(\lambda/4 \):zirkulare Polarisation

Erklären sie das Phänomen des Brewster-Winkels?

kein reflektiertes s-polarisiertes Licht unter dem Brewster-Winkel.

In Richtung des Brewster-Winkels wird s-polarisiertes Licht verstärkt in das Medium gebrochen anstatt reflektiert, das heißt auch für unpolarisiert einfallendes Licht ist das beim Brewster-Winkel ausfallende Licht immer s-polarisiert. Gilt nur für reflektierende Flächen

Warum ändern einige optische Medien den Polarisationszustand von Licht?

Aufgrund der "Ordnung" der Medien. Es gibt Medien die wie ein Gitter funktionieren (Flüssigkristall, kristall)

Was bezeichnet man als optische Aktivität?

Die optische Aktivität ist eine Eigenschaft mancher durchsichtiger Materialien, die Polarisationsrichtung des Lichts zu drehen.

Wo wird in der Natur polarisiertes Licht beobachtet?

An Kristallen, bei Reflexionen an Wasseroberflächen.

Warum ist das Licht einer Glühbirne unpolarisiert?

Weil eine Glühbirne ein Thermischer Strahler ist, und somit unkontrolliert in alle Richtungen abstrahlt.

Wie kann Licht in einer Wellenleiter-Struktur geführt werden?

Licht wird durch Reflexion in einer Glas/Quarz/Kunststoff-Faser geleitet

Aufbau: Kern, Mantel, Schutzbeschichtung, äußere Hülle

Was bezeichnet man als Moden in einem Wellenleiter? Wodurch wird die Modenstruktur
gegeben?

Oberschwingungen. (Wikipedia). Die Modenstruktur wird durch die länge des Leiters und die Frequenz der Welle gegeben.

Wodurch wir der Akzeptanzwinkel einer Faser bestimmt? Wie groß kann er maximal werden?

Durch den Brechungsindex der Faser und des umliegenden Mediums

\(\theta _{max}=arcsin(\frac 1 {n_0}\sqrt{n_1^2-n_2^2})\)

Maximal vermutlich <90°, aber ob das Praktisch umsetzbar ist...

Wie sind praktisch verwendbare Lichtleitfasern aufgebaut?

  1. Kern
  2. Mantel
  3. Schutzbeschichtung
  4. äußere Hülle

Was bezeichnet man als Dezibel (dB)?

Dezibel (dB) ist eine Einheit, die genutzt wird um relative Differenzen zwischen Signalstärken auszudrücken. Ein Dezibel stellt den log zur Basis 10 der rate der Kraft zweier Signale dar.

Welche physikalischen Phänomene beeinflussen die Transmission von Fasern?

Dispersion

  • Modedispersion
    • Unterschiedliche Ausbreitungsgeschwindigkeit verschiedener Moden
  • Materialdispersion
    • Unterschiedliche Ausbreitungsgeschwindigkeit verschiedener Wellenlängen durch Wellenlängennabhängigkeit der Brechzahl
  • Wellenleiterdispersion
    • Unterschiedliche Ausbreitungsgeschwindigkeit verschiedener Wellenlängen durch Einfluss des Mantels auf Lichtwellenfeld

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