Fourier-Optik und Holographie

1. Interferenz und Kohärenz (Menzel).- 1.1. Die ebene Lichtwelle.- 1.2. Interferenzen mit Doppelspalt.- 1.2-a. Intensitätsverteilung und Kontrast.- 1.2-b. Messungen an dünnen Schichten.- 1.3. Doppelspalt mit ausgedehnter Lichtquelle.- 1.3-a. Zwei Quellen verschwindender Ausdehnung, die Kohärenzbedingung.- 1.3-b. Quelle mit endlicher Ausdehnung, die spatiale Kohärenzfunktion.- 1.3-c. Das Michelsonsche Sterninterferometer.- 1.4. Einige allgemeine Beziehungen der Fourier-Optik.- 1.4-a. Die Dirac-Funktion.- 1.4-b. Fourier-Transformation und Koordinaten-Transformation.- 1.4-c. Kohärenzfunktion bei inkohärenter Beleuchtung.- 1.5. Nicht-monochromatische Zweistrahlinterferenzen.- 1.5-a. Die chromatische Kohärenzfunktion.- 1.5-b. Fourier-Spektroskopie.- 2. Beugung (Menzel).- 2.1. Allgemeines.- 2.1-a Skizze einer allgemeinen Theorie.- 2.1-b. Das Kirchhoff-Integral.- 2.2. Fresnel- und Fraunhofer-Beugung.- 2.2-a. Vereinfachungen des Kirchhoff-Integrals.- 2.2-b. Die Fresnelsche Näherung.- 2.2-c. Die Fraunhofersche Näherung.- 2.2-d. Eindimensionale Objekte.- 2.3. Fraunhofer-Beugung an ausgewählten eindimensionalen Objekten.- 2.3-a. Fourier-Darstellung von Gittern.- 2.3-b. Fourier-Spektrum allgemeiner Absorptionsobjekte.- 2.3-c. Harmonische Elementargitter.- 2.3-d. Absorptions- und Phasenobjekte.- 2.3-e. Harmonische Gitter mit großer Modulation.- 2.3-f. Der Dirac-Kamm.- 2.3-g. Echelette-Gitter.- 2.3-h. Beugung am Spalt.- 2.4. Fraunhofer-Beugung an ausgewählten zweidimensionalen Objekten.- 2.4-a. Allgemeines.- 2.4-b. Separierbare Objekte.- 2.4-c. Kreisblende.- 2.5. Abbildung eines Punkts als Fresnel-Beugung an besonderen Objekten.- 2.5-a. Die Linse.- 2.5-b. Die Fresnelsche Zonenplatte.- 2.6. Beugung an dreidimensionalen Objekten.- 2.6-a. Fraunhofer-Beugung in erster Bornscher Näherung.- 2.6-b. Entwicklung nach ebenen Wellen, Beugung im Nahfeld.- 2.6-c. Dicke und dünne Objekte.- 2.7. Intensität im Fraunhoferschen Beugungsbild bei kohärenter Beleuchtung; das Autokorrelationsintegral.- 2.8. Fraunhofer-Beugung bei ausgedehnter, inkohärenter Lichtquelle; die Faltung.- 2.8-a. Allgemeines.- 2.8-b. Faltung mit Dirac-Funktionen.- 2.8-c. Die Linsenblende bei der Abbildung inkohärenter Objekte.- 2.8-d. Der Faltungssatz.- 2.8-e. Spaltbreite bei Spektrometern, Entfaltung.- 2.9. Abbildung inkohärenter Objekte durch lineare Übertragung von Intensitäten.- 2.9-a. Das Duffieux-Integral.- 2.9-b. Das beugungsbegrenzte Kantenbild.- 2.9-c. Eigenschaften der t7bertragungsfunktion.- 2.9-d. Lineare Ketten.- 2.9-e. Isoplanatische Bereiche.- 2.10. Fourier-Transformation von zusammengesetzten Funktionen.- 2.10-a. Das Moiré.- 2.10-b. Gitter mit endlicher Strichzahl.- 2.10-c. Apodisation.- 2.10-d. Apodisation bei der Fourier-Spektroskopie.- 2.10-e. Das Sampling-Theorem.- 2.10-f. Strukturamplitude von Beugungsgittern.- 2.10-g. Bewegungsunschärfe bei der inkohärenten Abbildung.- 3. Abbildung bei kohärenter Beleuchtung (Menzel).- 3.1. Allgemeines.- 3.2. Die Lichterregung in der Pupille.- 3.3. Bildamplitude durch Integration über die Pupille.- 3.4. Intensitätsbilder von Objekten mit kleiner Modulation.- 3.5. Einige spezielle Pupillenfunktionen.- 3.5-a. Beugungsgrenze der Auflösung.- 3.5-b. Absorptionsobjekte im symmetrischen Hellfeld.- 3.5-c. Phasenobjekte im symmetrischen Hellfeld.- 3.5-d. Einseitenband-trbertragung.- 3.5-e. Extrafokale Abbildung von Phasenobjekten.- 3.5-f. Extrafokale Abbildung einer Kante.- 3.5-g. Phasenkontrast nach Zernike.- 3.6. Wellenflächen mit Aberrationen.- 3.6-a. Allgemeines.- 3.6-b. Aberrationen von Fresnelschen Zonenplatten.- 3.7. Die Phase von Lichterregungen, Interferenzen.- 3.7-a. Allgemeines.- 3.7-b. Interferenzkontrast.- 3.7-c. Interferenzstreifen.- 3.7-d. Differentialinterferenzen.- 3.8. Allgemeine Amplitudenübertragung durch Linsen (Weingärtner).- 4. Felder von Zweistrahlinterferenzen (Menzel).- 4.1. Punktquelle.- 4.2. Ausgedehnte Lichtquelle. Ort der Interferenzen.- 5. Räumliche Filterung (Menzel).- 5.1. Übersicht.- 5.2. Kompensation von Aberrationen.- 5.2-a. Filterung bei inkohärenter Abbildung in Echtzeit.- 5.2-b. Filterung bei kohärenter Abbildung in Echtzeit.- 5.2-c. Nachträgliche Filterung photographischer Aufnahmen.- 5.2-d. Nachträgliche Amplitudenfilterung.- 5.2-e. Umsetzen einer Intensitätsverteilung in eine kohärente Amplitudenverteilung.- 5.3. Weitere Umformungen durch kohärente Filterung.- 5.3-a. Phasenkontrastverfahren.- 5.3-b. Optisches Differenzieren.- 5.3-c. Eliminierung von Objektfrequenzen aus dem Bild.- 5.3-d. Willkürlicher Ersatz des Objekts.- 5.4. Bildvervielfachung inkohärenter Objekte durch Gitterbeugung.- 5.5. Zeichenerkennung.- 5.5-a. Allgemeines.- 5.5-b. Das inverse Filter.- 5.5-c. Das Korrelationsfilter.- 5.5-d. Korrelation von Gradienten.- 5.5-e. Korrelationsfilterung mit inkohärenter Beleuchtung.- 6. Kohärenzfunktionen für spatiale und chromatische Teilkohärenz (Weingärtner).- 6.1. Allgemeines.- 6.2. Spatiale Teilkohärenz.- 6.2-a. Die Kohärenzfunktion.- 6.2-b. Die Abbildung mit Kohärenzfunktionen.- 6.2-c. Die Kohärenzübertragungsfunktion.- 6.2-d. Kontrastübertragungsfunktion und Phasenkontrastfunktion bei kleiner Objektaussteuerung.- 6.3. Spatiale und chromatische Teilkohärenz.- 6.3-a. Die Kohärenzfunktion.- 6.3-b. Die Abbildung mit Kohärenzfunktionen.- 6.3-c. Die Kohärenzübertragungsfunktion.- 6.4. Realisierbarkeit von spatial inkohärenter Beleuchtung.- 7. Grundzüge und Anwendungen der Holographie (Menzel).- 7.1. Vorgeschichte.- 7.2. Holographie von punktförmigen Objekten.- 7.2-a. Fourier-Holographie.- 7.2-b. Quasi-Fourier-Holographie.- 7.2-c. Fresnel-Holographie.- 7.3. Praktische Holographie.- 7.3-a. Rekonstruierte Wellenfronten.- 7.3-b. Das Intermodulationsbild.- 7.3-c. In-Line-Holographie.- 7.3-d. Off-Axis-Holographie.- 7.3-e. Eigenschaften der Hologrammplatte und nutzbarer Objektraum.- 7.3-f. Granulation.- 7.3-g. Dreidimensionale Speichermedien.- 7.4. Holographie von Objekten mit wohl definierter Amplitude.- 7.4-a. Abgrenzung.- 7.4-b. Fresnel-Holographie.- 7.4-c. Fresnel-In-Line-Holographie.- 7.4-d. Fourier-Holographie.- 7.4-e. Quasi-Fourier-Holographie.- 7.4-f. Bildebenen-Holographie.- 7.5. Holographie mit kohärenten, nicht homozentrischen Beleuchtungswellen.- 7.5-a. Allgemeines.- 7.5-b. Fourier-Holographie.- 7.5-c. Bildebenen-Holographie.- 7.5-d. Allgemeiner Fall.- 7.5-e. Kompensation von Inhomogenitäten der Objektbeleuchtung.- 7.6. Filterung bei der Holographie.- 7.6-a. Allgemeines.- 7.6-b. Orte für Fourier-Filter.- 7.6-c. Nicht-isoplanatische Eingriffe.- 7.6-d. Holographische Herstellung von Vander-Lugt-Filtern.- 7.7. Holographische Interferometrie.- 7.7-a. Allgemeines.- 7.7-b. Konventionelle Interferometrie mit Hologrammen.- 7.7-c. Das holographische Probeglas.- 7.7-d. Subtraktion von Amplituden.- 7.7-e. Eliminierung von überlagernden Phasenstrukturen.- 7.7-f. Konturen von rauhen Objekten.- 7.7-g. Vielstrahl-Interferenzen.- 7.7-h. Verrückung und Deformation von Objekten mit rauher Oberfläche.- 7.7-i. Bewegte und schwingende Oberflächen.- 7.7-i-1. Zwei Objektpositionen.- 7.7-i-2. Stetig sich ändernde Objektpositionen, gemittelte Lichtamplituden.- 7.7-i-3. Stetig sich ändernde Objektpositionen, gemittelte Lichtintensität in Echtzeit.- 7.8. Multiplex-Holographie.- 7.8-a. Allgemeines.- 7.8-b Einzelhologramme nebeneinander.- 7.8-c Einzelhologramme übereinander (dünne photographische Schichten).- 7.8-d. Einzelhologramme übereinander (dicke photographische Schichten).- 7.8-e. Synthese von Hologrammen aus mehreren zweidimensionalen Aufnahmen.- 7.9. Hologrammaufnahme und Rekonstruktion mit verschiedenen Medien.- 7.9-a. Allgemeines.- 7.9-b. Akustische Holographie.- 7 9-c Mikrowellen.- 7.9-d. Elektronen- und Röntgenstrahlen.- 7.9-e. Computer-Holographie.- 8. Aufnahmemedien für Hologramme (Mirandé).- 8.1. Die photographische Emulsion.- 8.1-a. Die Schwärzungskurve.- 8.1-b. Die Amplitudentransparenz-Kennlinie.- 8.2. Der Beugungswirkungsgrad von Amplitudenhologrammen.- 8.2-a. Einfache Belichtung.- 8.2-b. Zusätzliche inkohärent überlagerte Belichtungen.- 8.2-b-1. Zusätzliche Belichtung mit homogener Intensitätsverteilung.- 8.2-b-2. Mehrfachbelichtung mit verschiedenen Interferenzmustern.- 8.3. Die Modulationsübertragungsfunktion der Photoschicht.- 8.3-a. Allgemeines.- 8.3-b. Die Messung der Modulationsübertragungsfunktion.- 8.4. Nichtlinearität des photographischen Prozesses.- 8.4-a. Punktobjekt.- 8.4-b. Allgemeine Objekte.- 8.5. „Dünne“ dielektrische Hologramme.- 8.5-a. Allgemeines.- 8.5-b. Der Beugungswirkungsgrad.- 8.6. Volumenhologramme.- 8.6-a. Allgemeines.- 8.6-b. Der Beugungswirkungsgrad.- 8.7. Spezielle Aufnahmemedien und Verfahren.- 8.7-a. Allgemeines.- 8.7-b. Silberhalogenidhaltige Photoschichten.- 8.7-c. Bichromat-Gelatine.- 8.7-d. Photolacke und Photopolymere.- 8.7-e. Thermoplaste.- 8.7-f. Photochromes Glas.- 8.7-g. Ferroelektrische Kristalle.- 8.7-h. Synthetische Hologramme.- 8.8. Nichtlinearitäten bei der Aufnahme von dünnen dielektrischen Hologrammen.- 9. Einfluß der Übertragungsfunktion der Photoschicht auf die Holographie (Weingärtner).- 9.1. Allgemeines.- 9.2. Fourier- und Quasi-Fourier-Holographie.- 9.3. Bildebenen-Holographie.- 9.4. Fresnel-Holographie.- 10. Teilkohärente Holographie (Weingärtner).- 10.1. Allgemeines.- 10.2. Verwaschungsfunktion und Übertragungsfunktion für Amplituden.- 10.3. Hologrammaufnahme bei spatialer Teilkohärenz.- 10.3-a. Grundgleichungen.- 10.3-b. Fresnel-Holographie.- 10.3-c. Fourier- und Quasi-Fourier-Holographie.- 10.3-d. Bildebenen-Holographie.- 10.3-d-1. Rekonstruktion.- 10.3-d-2. Hologrammaufnahme und allgemeine Beziehungen.- 10.3-d-3. Ideale Abbildungssysteme.- 10.3-d-4. Kompensation von Abbildungsfehlern bei kohärenter Beleuchtung.- 10.3-d-5. Kompensation von Aberrationen bei Teilkohärenz.- 10.3-d-6. Fehlerfreie beugungsbegrenzte Abbildung.- 10.4. Hologrammaufnahme bei chromatischer Teilkohärenz.- 10.4-a. Grundgleichungen.- 10.4-b. Fresnel-Holographie.- 10.4-c. Fourier- und Quasi-Fourier-Holographie.- 10.4-d. Bildebenen-Holographie.- 10.5. Hologrammaufnahme bei spatialer und chromatischer Teilkohärenz.- 10.5-a. Gabor-In-Line-Fresnel-Holographie.- 10.5-b. rbersicht über verschiedene Typen der Holographie.- 10.6. Diffus streuende Objekte.- 10.7. Rekonstruktion bei Teilkohärenz.- 10.7-a. Allgemeines.- 10.7-b. Spatiale Teilkohärenz.- 10.7-c. Chromatische Teilkohärenz.- 10.8. Spatial inkohärente Holographie.- 10.9. Verschiedene Anwendungen.- 10.9-a. Elektronen-Holographie.- 10.9-b. Röntgen-Holographie.- 10.10. Holographische Messung von Kohärenzfunktionen.- 10.10-a. Holographische Fourier-Spektroskopie.- 10.10-b. Holographische Messung spatialer Teilkohärenz.- 10.10-b-1. Homogene Kohärenzfunktionen.- 10.10-b-2. Inhomogene Kohärenzfunktionen.- 11. Anhang: Formeln und Sätze zur Fourier-Optik.- 11.1. Distributionen.- 11.2. Die Fourier-Transformierte einer reellen Funktion.- 11.3. Fourier-Reihen.- 11.4. Fourier-Transformationen spezieller Funktionen.- 11.5. Sätze.- Literatur und Autorenverzeichnis.