Photonik: Grundlagen, Technologie und Anwendung

Inhaltsverzeichnis......Page 15
1.1.1 Lichtstrahlen......Page 22
1.1.2 Reflexion des Lichts......Page 23
1.1.3 Brechung des Lichts......Page 25
1.1.4.1 Sphärische Linsen......Page 30
1.1.5 Matrixmethoden der paraxialen Optik......Page 37
1.2.1 Elektromagnetische Wellen......Page 44
1.2.2.1 Polarisationsformen......Page 49
1.2.2.2 Mathematische Beschreibung des Polarisationszu-stands......Page 50
1.2.2.3 Polarisationsoptische Komponenten......Page 54
1.2.3.1 Zweistrahlinterferenz......Page 57
1.2.3.2 Kohärenz......Page 61
1.2.3.3 Interferometer......Page 62
1.2.3.4 Vielstrahlinterferenz......Page 63
1.2.3.5 Beugung am Spalt......Page 67
1.2.3.6 Beugung am Gitter......Page 71
1.2.3.7 Gruppengeschwindigkeit......Page 74
1.2.3.8 Holografie......Page 75
1.3 Radio- und Fotometrie......Page 77
1.3.1 Strahlungsphysikalische Größen......Page 78
1.3.2 Lichttechnische Größen......Page 81
1.4.1 Photonen......Page 82
1.4.2 Schwarzer Strahler......Page 84
1.4.3 Laser Besetzungsinversion......Page 87
1.5.1 Strahlende Rekombination......Page 91
1.5.2 Lumineszenzdioden Injektion und Rekombination......Page 94
1.5.3.1 Laserstrukturen......Page 98
1.5.3.2 Optische Eigenschaften......Page 103
1.5.3.3 Modulation......Page 105
1.5.3.4 DFB- und DBR-Laser......Page 109
1.5.3.5 Oberflächenemittierende Laser (VCSEL)......Page 110
1.6.1 Absorption in Halbleitern......Page 112
1.6.3.1 Wirkungsweise von Sperrschicht-Detektoren......Page 114
1.6.3.2 pin-Fotodioden......Page 117
1.6.3.3 Lawinen-Fotodioden, APD......Page 122
1.7 Literatur......Page 125
2.1 Übersicht......Page 126
2.2.1 Übersicht......Page 128
2.2.2 Formen (Trennen, Schleifen, Diamantdrehen)......Page 129
2.2.3 Glätten......Page 132
2.2.4 Messtechnik......Page 136
2.3.1 Übersicht......Page 137
2.3.2 Glas abformen (Blankpressen)......Page 138
2.3.3 Kunststoff abformen......Page 140
2.3.4 Messtechnik......Page 141
2.4.1 Diffraktive Optik......Page 142
2.4.2 Lithografie......Page 143
2.5.1 Prinzip......Page 144
2.5.2 Herstellung optischer Komponenten......Page 145
2.5.3 Bedampfen mit PVD-Verfahren......Page 146
2.5.4 Sputter-Technologie......Page 147
2.5.5 Abscheiden organmetallischer Lösungen......Page 148
2.5.6 Messtechnik......Page 149
3.1 Einführung......Page 150
3.2 Glasfasern......Page 152
3.2.1 Dämpfung in Glasfasern......Page 154
3.2.2 Dispersionen in Glasfasern......Page 158
3.2.3 Typenklassen von Glasfasern......Page 167
3.3 Optische Sender und Empfänger......Page 169
3.4.1 Direktübertragungssysteme......Page 174
3.4.2 Kohärente Übertragungssysteme......Page 178
3.4.3 Faserverstärker......Page 181
3.4.4 Solitonenübertragung......Page 183
3.4.5 Optische Übertragung auf der Fernebene im Ortsnetz und im LAN- bzw. Metrobereich......Page 186
3.5 Literatur......Page 194
4.2 Lichtschranken und Lichttaster......Page 196
4.2.1 Einweg-Lichtschranken......Page 197
4.2.2 Lichtgitter......Page 198
4.2.3 Reflexions-Lichtschranken......Page 200
4.2.4 Reflexions-Lichttaster......Page 204
4.2.5 Lichtleiter-Lichtschranken und -Lichttaster......Page 207
4.2.6 Kontrasttaster......Page 209
4.2.7 Lumineszenztaster......Page 210
4.2.8 Farbsensoren......Page 211
4.3 Distanzsensoren......Page 212
4.3.1 Triangulations-Sensoren......Page 213
4.3.2 Pulslaufzeit-Sensoren......Page 214
4.3.3 Phasenkorrelations-Sensoren......Page 215
4.4.1 Funktionsprinzip des Laserscanners......Page 218
4.4.2 Barcode-Scanner......Page 225
4.4.2.1 Geräteaufbau......Page 227
4.4.3 Laser-Radar Funktionsprinzip......Page 230
4.5 Kamerasensoren......Page 235
4.5.1 1-D-Sensoren......Page 237
4.5.2 2-D-Sensoren......Page 239
4.5.3 3-D-Sensoren......Page 240
4.6 Optische Sensoren für spezielle Anwendungen......Page 244
4.6.1 Staubkonzentrationsmessung Aufgabenstellung......Page 245
4.6.2 Gaskonzentrationsmessung......Page 250
4.7 Literatur......Page 252
5.1 Abstandsmessung......Page 254
5.1.1 Triangulation Messprinzip......Page 255
5.1.2 Inkrementalgeber......Page 257
5.1.3 Interferometer Messprinzip......Page 259
5.2.1 Schattenwurfverfahren Messprinzip......Page 260
5.2.2 Streifenprojektion Einsatzbereich und Eigenschaften......Page 262
5.2.3 Weißlichtinterferometrie Einsatzbereich und Eigenschaften......Page 264
5.3 Verformungsmessung mit der Holografischen Interferometrie......Page 266
5.4.1 Spannungsoptische Verfahren......Page 269
5.4.3 Faseroptische Sensorik (FOS) zur Spannungs- und Dehnungsmessung......Page 270
5.5.1 Laser-Doppler-Vibrometer Messprinzip......Page 273
5.5.2 Holografische Interferometrie und Speckle-Pattern- Interferometrie......Page 276
5.6 Temperaturmessung......Page 277
5.8.1.1 Einsatzbereiche......Page 281
5.8.1......Page 0
5.9.1 Stand und Entwicklung der Messtechnik......Page 284
5.9.2 Weißlichtinterferometrie (WLI)......Page 285
5.9.3 Weißlichtinterferometrie mit Sonderoptiken......Page 287
5.9.4 Weißlicht-Heterodyn-Interferometer (WHI)......Page 293
5.9.5 Rückführung der Weißlichtinterferometrie auf amtliche Normale......Page 299
5.10 Zusammenfassung und Ausblick......Page 301
5.11 Literatur......Page 302
6.1.1 Laserstrahlquellen......Page 304
6.1.2 Strahlqualität......Page 308
6.1.3 Fertigungsverfahren und Materialien......Page 311
6.2.1 Selektives Laser-Sintern (SLS)......Page 312
6.2.2 Selektives Laser-Schmelzen (SLM: Selective Laser Melting)......Page 313
6.3 Umformen......Page 314
6.4.1 Schneiden......Page 315
6.4.2 Bohren und Abtragen......Page 319
6.5.1 Schweißen......Page 320
6.5.2 Löten......Page 325
6.6 Beschichten......Page 326
6.7.1 Härten......Page 328
6.7.2 Umschmelzen......Page 329
6.8 Markieren und Beschriften......Page 330
6.9 Strukturieren und Mikrobearbeiten......Page 332
6.10 Produktentwicklung mit Laser......Page 334
6.11 Literatur......Page 337
7.1 Einleitung......Page 338
7.2 Lichttechnische Größen......Page 339
7.3.1 Beleuchtungssystem aus Lichtquellen und Reflektor......Page 341
7.3.3 Arbeitsplatzleuchte......Page 343
7.3.4 Kraftfahrzeug-Frontbeleuchtung......Page 347
7.3.5 Operationsleuchten (OP-Leuchten)......Page 349
7.3.6 Lichtleiter für Beleuchtung......Page 352
7.4.1 Straßenverkehrsignal (Ampel)......Page 354
7.4.2 Fahrzeug-Signalleuchten......Page 356
7.5.1 Beleuchtetes Bedienelement......Page 357
7.5.2 Lichtleiter zur Hinterleuchtung von Displays......Page 359
7.5.3 Lichtleiter zur Hinterleuchtung von Statusanzeigen......Page 360
7.6.1 Simulationsprogramme für Entwicklung optischer Systeme......Page 361
7.6.2 Modellbildung für die optische Simulation......Page 363
7.6.3 Auswertungen der optischen Simulation......Page 369
7.7 Literatur......Page 370
8.1 Wirkungsweise der Solarzelle......Page 372
8.2 Wirkungsgrad......Page 376
8.3 Technologie......Page 378
8.4 Literatur......Page 380
9.1 Spektroskopie......Page 382
9.1.1 Absorptionsspektroskopie......Page 384
9.1.2 Fluoreszenzspektroskopie......Page 385
9.1.3 Molekülschwingungsspektroskopie......Page 389
9.1.4 Beispiele weiterer spektroskopischer Methoden......Page 391
9.2 Streuung von Licht......Page 392
9.2.1 Remissionsfotometrie zur Bestimmung von Glucose......Page 393
9.2.2 Durchflusszytometrie......Page 394
9.2.3 Optische Kohärenztomographie......Page 395
9.3.1 Übersicht......Page 396
9.3.2 Auflösung, Schärfentiefe und förderliche Vergrößerung......Page 397
9.3.3 Köhler’sche Beleuchtung und Kontrastverstärkung......Page 398
9.3.4 Fluoreszenzmikroskopie......Page 400
9.3.5 Laser-Scanning-Mikroskopie......Page 401
9.3.6 Laserpinzette und Laser-Mikromanipulation......Page 403
9.4.1 Einführung......Page 405
9.4.2 Endoskopie-System......Page 406
9.4.3 Endoskopische Bildgebung......Page 409
9.4.4 Ausführungsformen medizinischer Endoskope......Page 412
9.5.1 Einführung......Page 415
9.5.2 Wirkungsmechanismen......Page 416
9.5.3 Laseranwendungen......Page 418
9.6 Literatur......Page 424
10 Gebrauchsgüter......Page 426
10.1.1 Analoge Fotokamera......Page 427
10.1.3 Handycam und Webcam......Page 428
10.1.4 Camcorder......Page 430
10.1.5 Flachbettscanner, Fotokopierer, Fax......Page 431
10.2.1 Mikroskop......Page 433
10.2.2 Lupe......Page 434
10.2.3 Teleskop......Page 436
10.3.1 Analoge Projektoren......Page 438
10.3.2 Digitale Projektoren......Page 439
10.3.3 Head Mounted Devices (HMD) und Head Up Displays (HUD)......Page 442
10.3.4 Zusammenfassung......Page 443
11.1.1 Geometrische Eigenschaften eines Bildsensors......Page 444
11.1.2 CCD-Sensor......Page 448
11.1.3 Architektur eines CCD......Page 455
11.1.4 Eigenschaften eines CCD-Imagers Quantenausbeute......Page 459
11.2 Kamera-User-Interface......Page 468
11.3 Bildverarbeitung......Page 469
11.3.1 Elementare Eigenschaften digitaler Bilder......Page 470
11.3.2 Punktoperationen......Page 471
11.3.3 Nachbarschaftsoperation......Page 474
11.3.4 Diskrete Fourier-Transformation......Page 478
11.4 Bildwiedergabe – Displays......Page 484
11.4.1 Flüssigkristall-Displays......Page 485
11.4.2 OLED-Displays......Page 495
11.5 Literatur......Page 499
12 Augenschutz und Augensicherheit......Page 500
12.1.1 Aufbau des Auges......Page 501
12.1.2 Optische Strahlung - Begriffsbestimmung......Page 503
12.1.3 Expositionsgrenzwerte......Page 504
12.1.4 Lichttransmission und Grenzwerte bei der Prüfung von Augenschutzprodukten......Page 505
12.2 Varianten im Augenschutz......Page 506
12.2.1 Schutz vor mechanischen Gefährdungen......Page 507
12.2.4 Biologische Gefährdungen......Page 508
12.2.7 Komponenten eines Augenschutzgerätes und Einsatzfelder......Page 509
12.2.8 Schutz vor optischer Strahlung......Page 510
12.3.1 Automatische Schweißerschutzfilter......Page 511
12.3.2 Laserschutzfilter......Page 513
12.4.1 Gesetzesgrundlage Richtlinie und GPSG......Page 517
12.4.2 CE-Zeichen......Page 519
12.4.3 GS-Zeichen / DIN-Qualitätszeichen......Page 520
12.5.1 Europäisch harmonisierte Normen......Page 521
12.5.2 BGI Informationen und Regeln......Page 522
12.5.5 Schutzstufen......Page 523
12.5.7 Mechanische Festigkeit......Page 524
12.5.9 Kennzeichnung von Tragkörpern......Page 525
12.6 Literatur......Page 529
Index......Page 532