Modulbeschreibung
Photonik I
Kürzel:
Durchführungszeitraum:
ECTS-Punkte:
Arbeitsaufwand:
Lernziele:
Die Studierenden
- kennen die Grundlagen von Reflexion, Brechung und Dispersion, verstehen das Konzept der optischen Abbildung und kennt wichtige Strahlengänge.
- kennen die Begriffe zur Beschreibung optischer Grundelemente (Linsen, Spiegel, Filter, usw.) und können optische Abbildungen an diesen Grundelementen konstruieren und berechnen.
- können optische Grundelemente zu einfachen optischen Instrumenten zusammensetzen, können die optische Abbildung durch diese Systeme konstruieren und berechnen und kennen deren Anwendungen.
- können in einem einschlägigen Optik-Simulationsprogramm (sequentiell) einfache optische Systeme und Instrumente aufbauen, bewerten und optimieren.
- kennen die grundlegenden Elemente und Funktionen eines parametrischen 3D CAD-Systems und können dieses für die Konstruktion einfacher dreidimensionaler Bauelemente einsetzen.
- können aus dem 3D Modell zweidimensionale technische Zeichnungen erstellen.
- können zu einer gegebenen Fragestellung selbstständig photonische Baugruppen im CAD modellieren.
- kennen die wichtigsten Werkstoffe der Optik und deren optische Eigenschaften.
- können optische Werkstoffe anwendungsbezogen auswählen.
- kennen ausgewählte Verfahren zur Bestimmung optischer Werkstoffeigenschaften.
- kennen die unterschiedlichen formgebenden Bearbeitungsverfahren um optische Bauelemente herzustellen sowie die unterschiedlichen Schleif- und Polierverfahren für optische Oberflächen.
- kennen exemplarisch den Prozessablauf ausgewählter Fertigungstechnologien.
- kennen die physikalischen Prinzipien der Halbleitertheorie.
- kennen den Aufbau und die Funktionsweise der wichtigsten analogen Bauelemente.
- kennen die Vorgehensweise bei der Schaltungsentwicklung.
- kennen die wichtigsten analogen Schaltungstopologien.
- können Schaltungen mit den analogen Standardbauteilen entwerfen.
Verantwortliche Person:
Telefon/EMail:
Standort (angeboten):
Fachbereiche:
Zusätzlich vorausgesetzte Kenntnisse:
Vorausgesetzt sind die vier Module Mechanik & Werkstoffe / Chemie I, Mechanik & Werkstoffe / Chemie II, Elektrotechnik & Lineare Algebra I sowie Elektrotechnik & Lineare Algebra II.
Anschlussmodule:
Modultyp:
ECTS-Punkte pro Kategorie
Modulbewertung
Bewertungsart:
Leistungsbewertung
Während der Prüfungssession:
Bemerkungen zur Prüfung:
Am Ende des Semesters findet eine abgesetzte Modulschlussprüfung in drei Teilen statt. Die Kurse Grundlagen optischer Systeme, Werkstoffe und Fertigungsverfahren und Grundlagen der Elektronik bilden je einen Teil der abgesetzten Modulschlussprüfung.
Während des Semesters:
Während der Unterrichtsphase wird in den Kursen Grundlagen optischer Systeme und Grundlagen der Elektronik je eine Prüfung geschrieben. Im Kurs CAD für die Photonik wird eine Projektarbeit bewertet. Im Kurs Grundlagen der Elektronik wird eine Laborübung bewertet.
Bewertungsart:
Gewichtung:
Während der Unterrichtsphase wird in den Kursen Grundlagen optischer Systeme (Gewicht 20%) und Grundlagen der Elektronik (Gewicht 10%) je eine Prüfung geschrieben. Im Kurs CAD für die Photonik wird eine Projetkarbeit (Gewicht 5%) bewertet. Im Kurs Grundlagen der Elektronik wird eine Laborübung (Gewicht 10%) bewertet.
Am Ende des Semesters findet eine abgesetzte Modulschlussprüfung in drei Teilen statt. Die Kurse Grundlagen optischer Systeme (Gewicht 20%), Werkstoffe und Fertigungsverfahren (Gewicht 20%) und Grundlagen der Elektronik (Gewicht 15%) bilden je einen Teil der abgesetzten Modulschlussprüfung.
Bemerkungen:
Teilbewertung:
Kurse in diesem Modul
Grundlagen optischer Systeme
Kürzel:
Arbeitsaufwand:
Semester:
Lernziele:
Die Studierenden
- kennen die Grundlagen von Reflexion, Brechung und Dispersion, verstehen das Konzept der optischen Abbildung und kennen wichtige Strahlengänge.
- kennen die Begriffe zur Beschreibung optischer Grundelemente (Linsen, Spiegel, Filter, usw.) und können optische Abbildungen an diesen Grundelementen konstruieren und berechnen.
- können optische Grundelemente zu einfachen optischen Instrumenten zusammensetzen, können die optische Abbildung durch diese Systeme konstruieren und berechnen und kennen deren Anwendungen.
- können in einem einschlägigen Optik-Simulationsprogramm (sequentiell) einfache optische Systeme und Instrumente aufbauen, bewerten und optimieren.
Plan und Lerninhalt:
Grundlagen der Strahlenoptik
- geradlinige Ausbreitung, Fermat'sches Prinzip, Welle-Teilchen-Dualismus, Reflexion, Brechung, Brechungsindex, Dispersion, Abbe-Zahl
Optische Abbildung
- Brechung an sphärischer Fläche, Brennweite, Abbildungsgleichung dünne Linse, Abbildungsgleichung sphärischer Spiegel
- Bildkonstruktion mit Konstruktionsstrahlen für dünne Linse, Spiegel
- Dicke Linsen und Matrixmethode
- Aberrationen
- Blenden und ihre Wirkung (Apertur-/Feldblende), Schärfentiefe, Pupillen und Luken, Öffnungsverhältnis und Blendenzahl, Asphären
- Reflexionsprismen und Spiegel (gefaltete Strahlengänge)
Optische Systeme
- Optik-Design Beispiel - Vorgabe Spezifikationen --> Vorgehensweise, worauf ist zu achten? (Kamerasensor gegeben, DOF, FOV, etc. vorgeben)
- Beugung (Kreisblende) / Rayleigh / Abbildung / Auflösungsvermögen (Mikroskop, …)
- Performance-Beurteilung optischer Systeme (PSF, Zernike, Seidel)
Ansprechspersonen:
Fachbereiche:
Unterrichtssprache:
Leistungsnachweis:
Während der Unterrichtsphase wird eine Prüfung geschrieben. Zusätzlich findet eine abgesetzte Modulschlussprüfung zusammen mit den Kursen Werkstoffe und Fertigungsverfahren sowie Grundlagen der Elektronik statt.
Lehr- und Lernmethoden:
Vorlesung, Übungen, Optiksimulation
Bibliographie:
Hecht, E: Optik
Kursart:
Durchführung gemäss Stundenplan
Bemerkungen:
Der Unterricht findet alternierend à 4 und 6 Lektionen statt
Grundlagen der Elektronik
Kürzel:
Arbeitsaufwand:
Semester:
Lernziele:
Die Studierenden
- kennen die physikalischen Prinzipien der Halbleitertheorie.
- kennen den Aufbau und die Funktionsweise der wichtigsten analogen Bauelemente.
- kennen die Vorgehensweise bei der Schaltungsentwicklung.
- kennen die wichtigsten analogen Schaltungstopologien.
- können Schaltungen mit den analogen Standardbauteilen entwerfen.
Plan und Lerninhalt:
Einführung in die Halbleitertheorie
Grundlagen der elektrischen Eigenschaften der wichtigsten analogen Bauelemente
- Diode, Halbleiterdioden mit speziellen Eigenschaften
- Bipolartransistor, Sperrschicht und MOS-Feldeffekttransistor
- Operationsverstärker
Grundschaltungstopologien
- Dioden, Transistoren und Operationsverstärkern
Wichtige analoge Schaltungstopologien
- Oszillatoren, Schmitt-Trigger, Kippschaltungen, Integratoren, etc.
Ansprechspersonen:
Fachbereiche:
Unterrichtssprache:
Leistungsnachweis:
Während der Unterrichtsphase wird eine Prüfung geschrieben und eine Laborübung bewertet. Zusätzlich findet eine abgesetzte Modulschlussprüfung zusammen mit den Kursen Werkstoffe und Fertigungsverfahren sowie Grundlagen optischer Systeme statt.
Lehr- und Lernmethoden:
Vorlesung, Übungen, Labordemonstrationen, Selbststudium, Laborübung / Projektarbeit
Bibliographie:
Tietze, Schenk: Halbleiterschaltungstechnik
Horowitz, Hill: The Art of Electronics
Kursart:
Durchführung gemäss Stundenplan
Werkstoffe und Fertigungsverfahren
Kürzel:
Arbeitsaufwand:
Semester:
Lernziele:
Die Studierenden
- kennen die wichtigsten Werkstoffe der Optik (Gläser, optische Kristalle, Polymere) und deren optische Eigenschaften.
- können optische Werkstoffe anwendungsbezogen auswählen.
- kennen ausgewählte Verfahren zur Bestimmung optischer Werkstoffeigenschaften.
- kennen die unterschiedlichen formgebenden Bearbeitungsverfahren um optische Bauelemente herzustellen (Drehen, Fräsen, Bohren von Gläsern; Abformen von Gläsern – z.B. Blankpressen- und Kunststoffen) sowie die unterschiedlichen Schleif- und Polierverfahren für optische Oberflächen.
- kennen exemplarisch den Prozessablauf ausgewählter Fertigungs-technologien, z.B. Linsenfertigung (Sphären, Asphären, …).
Plan und Lerninhalt:
Optische Werkstoffe:
- Aufbau von Gläsern, Kunststoffen, Kristallen
- Optische, mechanische, elektrische und thermische Eigenschaften
- Optische Kenngrössen und ihre Bestimmung (Brechzahl, Dispersion, Abbe-Zahl, Reflexion / Absorption / Transmission, …) zur Interpretation von Diagrammen und Datenblättern
- Auswahl optischer Werkstoffe für spezifische Anwendungen
Urformen:
- Urformende Verfahren für Gläser zur Herstellung von Gobs und Presslingen, Glasblöcken, Flachglas
- Urformende Verfahren für Kunststoffe: Giessen, Spritzgiessen, Heissprägen, Spritzprägen
- Urformende Verfahren für Kristallwerkstoffe: Züchtung aus Gasphase, Lösung und Schmelze
Umformen:
- Pressen, Senken und Ziehen von optischem Glas
- Prozesse und Anwendungsgebiete
Ausgewählte trennende Fertigungsverfahren:
- Zerteilen (Brechen und Spalten, Sägen)
- Spanen (Drehen, Fräsen & Bohren, Schleifen, Läppen & Polieren)
- Reinigen
Ausgewählte Fügeverfahren:
- Lösbare, stoffschlüssige Verbindungen im technologischen Prozess (Blocken, Kitten, Kleben, Gipsen, Ansprengen, Spannen)
- Montageprozesse optischer Bauelemente (Zentrieren, Richten & Justieren, Feinkitten, Kleben, Löten, Fassen, Diffusionsschweissen)
Fertigungstechnologien:
- Lösungswege zur Herstellung von Bauelemente (exemplarisch)
Ansprechspersonen:
Fachbereiche:
Unterrichtssprache:
Leistungsnachweis:
Es findet eine abgesetzte Modulschlussprüfung zusammen mit den Kursen Grundlagen optischer Systeme sowie Grundlagen der Elektronik statt.
Lehr- und Lernmethoden:
Vorlesung, Übungen
Bibliographie:
Bliedtner, J.; Gräfe, G.: Optiktechnologie: Grundlagen, Verfahren, Anwendungen, Beispiele (Hardcover / ebook)
Kursart:
Durchführung gemäss Stundenplan
CAD für die Photonik
Kürzel:
Arbeitsaufwand:
Semester:
Lernziele:
Die Studierenden
- kennen die grundlegenden Elemente und Funktionen eines parametrischen 3D CAD-Systems und können dieses für die Konstruktion einfacher dreidimensionaler Bauelemente einsetzen.
- können aus dem 3D Modell zweidimensionale technische Zeichnungen erstellen.
- können zu einer gegebenen Fragestellung selbstständig photonische Baugruppen im CAD modellieren.
Plan und Lerninhalt:
CAD-Einführung:
- 3D Modele erstellen (Rotationskörper und prismatische Körper)
- Technische Zeichnungen aus den 3D Modellen erstellen
- Baugruppen erstellen (inkl. Importieren von Step.-Files ins CAD)
CAD-Projektarbeit:
- Erstellen einer Baugruppe und der zugehörigen technischen Zeichnungen an einer konkreten Aufgabenstellung aus der Photonik (z.B. 3D Modell eines Fernrohrs)
Ansprechspersonen:
Fachbereiche:
Unterrichtssprache:
Leistungsnachweis:
Während der Unterrichtsphase wird eine Projektarbeit bewertet.
Lehr- und Lernmethoden:
Vorlesung, Übungen, Projektarbeit
Kursart:
Durchführung gemäss Stundenplan
Bemerkungen:
Der Unterricht findet jede zweite Woche à 2 Lektionen statt.