Modulbeschreibung

Die Studierenden

• kennen die Grundlagen von Reflexion, Brechung und Dispersion, verstehen das Konzept der optischen Abbildung und kennen wichtige Strahlengänge.
• 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.

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

Optische Systeme

• Optik-Design Beispiel - Vorgabe Spezifikationen, Vorgehensweise
• Beugung (Kreisblende) / Rayleigh / Abbildung / Auflösungsvermögen (Mikroskop, …)
• Performance-Beurteilung optischer Systeme

Während der Unterrichtsphase wird eine Prüfung geschrieben. Zusätzlich findet eine abgesetzte Modulschlussprüfung zusammen mit den Kursen Werkstoffe und Fertigungsverfahren sowie Elektronik statt.

Vorlesung, Übungen, Optiksimulation

Hecht, E: Optik

Die Studierenden

• können die physikalischen Prinzipien von Halbleiterbauteilen erklären.
• können den Aufbau und die Funktionsweise der wichtigsten analogen Bauelemente skizzieren und erklären.
• können die wichtigsten analogen Schaltungstopologien erkennen und beschreiben.
• können Verstärkertypen anwendungsspezifisch auswählen und können Verstärkerschaltungen auslegen.
• können elektronische Schaltungen mit den analogen Standardbauteilen mittels strukturierter Vorgehensweise entwerfen.

• Einführung in die Halbleitertheorie 
• Grundlagen der elektrischen Eigenschaften der wichtigsten analogen Bauelemente 
• Diode, Halbleiterdioden mit speziellen Eigenschaften
• Bipolartransistor, Sperrschicht und MOS-Feldeffekttransistor 
• Operationsverstärker Grundschaltungstopologien 
• Signalverstärker, Filter, Integratoren, Schmitt-Trigger 
• Bandgap-Prinzip, Konstant-Spannungsquelle, Konstant-Stromquelle, Stromspiegel
• Oszillatoren, Kippschaltungen 
• Elektronik-Projekt

Es findet eine abgesetzte Modulschlussprüfung zusammen mit den Kursen Werkstoffe und Fertigungsverfahren sowie Grundlagen optischer Systeme statt.

Vorlesung, Übungen, Labordemonstrationen, Selbststudium, Laborübung / Projektarbeit

Tietze, Schenk: Halbleiterschaltungstechnik
Hering/Bressler/Gutekunst, Elektronik für Ingenieure und Naturwissenschaftler

Die Unterrichtssprache ist Deutsch, die Unterrichtsunterlagen sind zum Teil auf Englisch

Die Studierenden

• kennen die wichtigsten Werkstoffe der Mikrotechnik und der Photonik (Gläser, Kristalle, Metalle, Keramiken, Polymere) und deren mechanische, chemische und optische Eigenschaften.
• können Werkstoffe anwendungsbezogen auswählen.
• können binäre Zustandsdiagramme lesen und daraus Schlüsse hinsichtlich Werkstoffeigenschaften ziehen.
• können das physikalische Eigenschaftsprofil von Polymeren aus deren chemischer Struktur und Zusammensetzung abschätzen.
• können das elastische und plastische Verhalten von Werkstoffen aus deren atomarem Aufbau und Mikrostruktur heraus erklären.
• kennen ausgewählte Messtechniken zur Charakterisierung von Werkstoffen und zur Bestimmung von Werkstoffeigenschaften.
• kennen einige grundlegende Prozesse (Legieren, Diffundieren, Rekristallisieren, Löten, Sintern) zum Modifizieren und Verbinden von metallischen und keramischen Werkstoffen.
• kennen relevante Fertigungsverfahren und Einsatzgebiete für Polymere in der Mikrotechnik.
• kennen unterschiedliche formgebende Bearbeitungsverfahren (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, …). 

Optische Werkstoffe:

Teil 1: Anorganische Werkstoffe:

• Mechanische Eigenschaften und ihre strukturellen Hintergründe (Gitterfehler, Härtungsmechanismen, Bruchvorgänge)
• Legierungsbildung und Zustandsdiagramme (Phasenregel, Hebelgesetz, Grundtypen binärer Phasendiagramme, Anwendungen)
• Thermisch aktivierte Vorgänge (Diffusion, Rekristallisation, Löten, Sintern)

Teil 2: Polymere Werkstoffe:

• Gruppen und Chemie der Polymerwerkstoffe: Thermoplaste, Elastomere, Duromere, Modifikation und Funktionalisieren 
• Struktur-Eigenschafts-Beziehungen: thermische, mechanische, rheologische Eigenschaften, Permeation und Migration
• Messmethoden: mechanische Prüfung, Thermoanalyse, Molekülspektrometrie, Rheologie
• Verfahrenstechnik: Verarbeitung der Materialgruppen zu Bauteilen, Kombinieren von Werkstoffen (Kleben, Mehrschichtsysteme)
• Typische Anwendungen von Polymeren in der Mikrotechnik

Teil 3: Optische Werkstoffe:

• Grundlagen zu Kristallgittern
• 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 Bauelementen (exemplarisch)

Es findet eine abgesetzte Modulschlussprüfung zusammen mit den Kursen Grundlagen optischer Systeme sowie Elektronik statt.

Vorlesung, Übungen

Bliedtner, J.; Gräfe, G.: Optiktechnologie:  Grundlagen, Verfahren, Anwendungen, Beispiele (Hardcover / ebook)
Eigene Skripte, Übungsunterlagen

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 und mikrotechnische Baugruppen im CAD modellieren.
   

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, Mikrosystems)

Während der Unterrichtsphase wird eine Projektarbeit bewertet.

Vorlesung, Übungen, Projektarbeit