Modulbeschreibung
Photonik III
Kürzel:
Durchführungszeitraum:
ECTS-Punkte:
Arbeitsaufwand:
Lernziele:
Die Studierenden
- können grundsätzliche Funktionsprinzipien von Sensoren und Aktoren verstehen und erklären.
- können Sensor-Aktor-Prinzipien in Mikrosystemen identifizieren.
- können geeignete MEMS-Sensoren und -Aktoren in Mikrosystemen einsetzen.
- können MEMS-Sensoren und -Aktoren entwerfen.
- können die Materialeigenschaften von Festkörpern korrekt beschreiben.
- verstehen die Grundlagen der Lichtführung in dielektrischen Wellenleitern.
- kennen den Aufbau und die Funktion von Glasfasern sowie mikrotechnisch gefertigte integriert-optische Wellenleiter.
- können Loss Budgets und Dispersionsverhalten in Wellenleitern berechnen.
- kennen die Anwendungen von Wellenleitern in der Sensorik und in der optischen Telekommunikation.
- kennen Design, Funktion und Fertigungstechnologien mikrooptischer Komponenten.
- kennen die grundlegenden Konzepte zur Realisierung optischer Vergütungsschichten.
- können einfache AR-, HR- und Filtersysteme auslegen und simulieren.
- können die wichtigsten Konzepte zur Elimination parasitärer Effekte in Sensorsignalen benennen und prinzipiell erklären.
- können die wichtigsten integrierten Schaltungsblöcke der Sensor-Signalverarbeitungskette in Schaltungen identifizieren und können deren Funktion beschreiben.
- können die Funktionsweise wichtiger AD/DA-Wandler prinzipiell beschreiben und AD/DA-Wandler anforderungsgerecht einsetzen.
- können Logikschaltungen und Mixed-Signal-Schaltungen sensorspezifisch entwerfen.
- können Sensoren betreiben und auslesen, sowie Sensorelektronik entwerfen, realisieren, in Betrieb nehmen und Signale entlang der Verarbeitungskette messen, analysieren und bewerten.
- haben praktische Erfahrungen im Bereich geometrische Optik gesammelt, insbesondere beim Einsatz von optischen Grundelementen und beim Aufbau von einfachen Freistrahloptiken.
- verfügen über praktische Erfahrungen beim Einsatz von Mikroskopen.
- haben praktische Erfahrung im Bereich Wellenoptik gesammelt, insbesondere auf den Gebieten Beugung, Interferometrie und Polarimetrie.
- sind mit dem Führen eines Laborjournals vertraut und können technische Berichte verfassen.
Verantwortliche Person:
Telefon/EMail:
Standort (angeboten):
Fachbereiche:
Vorausgesetzte Module:
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 Sensoren und Aktoren, Photonische Mikrosysteme und Sensorelektronik bilden je einen Teil der abgesetzten Modulschlussprüfung.
Während des Semesters:
Während der Unterrichtsphase wird im Kurs Sensorelektronik und im Kurs Photonische Mikrosysteme eine Projektarbeit bewertet. Im Kurs Photonikpraktikum werden Protokolle bewertet.
Bewertungsart:
Gewichtung:
Während der Unterrichtsphase wird im Kurs Sensorelektronik (Gewicht 10%) und im Kurs Photonische Mikrosysteme (Gewicht 10%) eine Projektarbeit bewertet. Im Kurs Photonikpraktikum werden Protokolle (Gewicht 20%) bewertet.
Am Ende des Semesters findet eine abgesetzte Modulschlussprüfung in drei Teilen statt. Die Kurse Sensoren und Aktoren (Gewicht 30%), Photonische Mikrosysteme (Gewicht 20%) und Sensorelektronik (Gewicht 10%) bilden je einen Teil der abgesetzten Modulschlussprüfung.
Bemerkungen:
Teilbewertung:
Kurse in diesem Modul
Sensoren und Aktoren
Kürzel:
Arbeitsaufwand:
Semester:
Lernziele:
Die Studierenden
- können grundsätzliche Funktionsprinzipien von Sensoren und Aktoren verstehen und erklären.
- können Sensor-Aktor-Prinzipien in Mikrosystemen identifizieren.
- können geeignete MEMS-Sensoren und -Aktoren in Mikrosystemen einsetzen.
- können MEMS-Sensoren und -Aktoren entwerfen.
- können die Materialeigenschaften von Festkörpern korrekt beschreiben.
Plan und Lerninhalt:
- Grundlagen MEMS Sensoren und Aktoren
- Sensorprinzipien mit Beispielen (kapazitiv, induktiv, optisch, thermisch, Time-of-Flight, resonant, resistiv, piezoresistiv)
- Sensitivität und totales Differential
- Einführung Tensoren und Silizium als mechanisches Material
- Aktorprinzipien mit Beispielen (kapazitiv, magnetisch, thermisch, piezoelektrisch)
Ansprechspersonen:
Fachbereiche:
Unterrichtssprache:
Leistungsnachweis:
Am Ende des Semesters findet eine abgesetzte Modulschlussprüfung gemeinsam mit den Kursen Photonische Mikrosysteme und Sensorelektronik statt.
Lehr- und Lernmethoden:
Vorlesung, Übungen, Labordemonstrationen, Selbststudium
Bibliographie:
- J Fraden, Handbook of Modern Sensors, Springer, 2016
- E Hering, Sensoren in Wissenschaft und Technik, Springer, 2018
- W Göpel et al., Sensors, A Comprehensive Survey, Wiley, 1989
Kursart:
Durchführung gemäss Stundenplan
Bemerkungen:
Die Unterrichtssprache ist Deutsch, die Unterrichtsunterlagen sind zum Teil auf Englisch.
Übergangsregelungen:
Photonische Mikrosysteme
Kürzel:
Arbeitsaufwand:
Semester:
Lernziele:
Die Studierenden
- verstehen die Grundlagen der Lichtführung in dielektrischen Wellenleitern.
- kennen den Aufbau und die Funktion von Glasfasern sowie mikrotechnisch gefertigte integriert-optische Wellenleiter.
- können Loss Budgets und Dispersionsverhalten in Wellenleitern berechnen.
- kennen die Anwendungen von Wellenleitern in der Sensorik und in der optischen Telekommunikation.
- kennen Design, Funktion und Fertigungstechnologien mikrooptischer Komponenten.
- kennen die grundlegenden Konzepte zur Realisierung optischer Vergütungsschichten.
- können einfache AR-, HR- und Filtersysteme auslegen und simulieren.
Plan und Lerninhalt:
Glasfaser und Wellenleiter:
- Moden im Schichtwellenleiter, V-Parameter, Prismenkopplung
- Fasertypen und Herstellverfahren
- Bauformen und Herstellverfahren von IO-Wellenleitern
- Wellenleiterdämpfung und Dispersion
- Wellenleiter in Sensorik und optischer Telekommunikation
Mikrooptik:
- Refraktive und diffraktive Mikrooptiken
- Einsatzgebiete mikrooptischer Elemente
Optische Dünnschichten
- Anwendungsbereiche, Materialsysteme und Herstellverfahren
- Viertelwellenschichten, Äquivalenzbrechungsindex
- Auslegung von AR-, HR und Filter-Schichten
- Simulation von AR-, HR und Filter-Schichten mit Openfilters
- Projektarbeit Dünnschichtsimulation
Ansprechspersonen:
Fachbereiche:
Unterrichtssprache:
Leistungsnachweis:
Während des Semesters wird eine Projektarbeit bewertet. Am Ende des Semesters findet eine abgesetzte Modulschlussprüfung gemeinsam mit den Kursen Sensoren und Aktoren und Sensorelektronik statt.
Lehr- und Lernmethoden:
Vorlesung, Übungen, Selbststudium, Projektarbeit
Bibliographie:
J. Jahns: Photonik: Grundlagen, Komponenten und Systeme
MacLeod, Thin Film Optical Filters
Software: OpenFilters
Kursart:
Durchführung gemäss Stundenplan
Bemerkungen:
Die Unterrichtssprache ist Deutsch, die Unterrichtsunterlagen sind zum Teil auf Englisch.
Übergangsregelungen:
Sensorelektronik
Kürzel:
Arbeitsaufwand:
Semester:
Lernziele:
Die Studierenden
- können die wichtigsten Konzepte zur Elimination parasitärer Effekte in Sensorsignalen benennen und prinzipiell erklären.
- können die wichtigsten integrierten Schaltungsblöcke der Sensor-Signalverarbeitungskette in Schaltungen identifizieren und können deren Funktion beschreiben.
- können die erforderlichen Eigenschaften von Schaltungsblöcken anhand der Anforderungen spezifizieren.
- können die Funktionsweise wichtiger AD/DA-Wandler prinzipiell beschreiben und AD/DA-Wandler anforderungsgerecht einsetzen.
- können Rauschen entlang der Signalverarbeitungskette qualitativ und quantitativ beschreiben.
- können Logikschaltungen und Mixed-Signal-Schaltungen sensorspezifisch entwerfen.
- können Sensoren betreiben und auslesen, sowie Sensorelektronik entwerfen, realisieren, in Betrieb nehmen und Signale entlang der Verarbeitungskette messen, analysieren und bewerten.
Plan und Lerninhalt:
- Sensortypen und Elimination parasitärer Effekte
- Sensor-Signalverarbeitungskette und deren Schaltungsblöcke
- Analog-Digital-Wandler, Digital-Analog-Wandler
- Rauschen entlang der Signalverarbeitungskette
- Logik- und Mixed-Signal-Grundschaltungen: Selbststudium
- Projektarbeit Sensor und Signalverarbeitung
Ansprechspersonen:
Fachbereiche:
Unterrichtssprache:
Leistungsnachweis:
Während des Semesters wird eine Projektarbeit bewertet. Am Ende des Semesters findet eine abgesetzte Modulschlussprüfung gemeinsam mit den Kursen Sensoren und Aktoren und Photonische Mikrosysteme statt.
Lehr- und Lernmethoden:
Vorlesung, Übungen, Selbststudium, Projektarbeit
Bibliographie:
G Meijer et al., Smart Sensor Systems, Wiley, 2014
Kursart:
Durchführung gemäss Stundenplan
Bemerkungen:
Der Kurs findet 14 tägig à 4 Lektionen statt. Die Unterrichtssprache ist Deutsch, die Unterrichtsunterlagen sind zum Teil auf Englisch.
Übergangsregelungen:
Photonikpraktikum
Kürzel:
Arbeitsaufwand:
Semester:
Lernziele:
Die Studierenden
- haben praktische Erfahrungen im Bereich geometrische Optik gesammelt, insbesondere beim Einsatz von optischen Grundelementen und beim Aufbau von einfachen Freistrahloptiken.
- verfügen über praktische Erfahrungen beim Einsatz von Mikroskopen.
- haben praktische Erfahrung im Bereich Wellenoptik gesammelt, insbesondere auf den Gebieten Beugung, Interferometrie und Polarimetrie.
- sind mit dem Führen eines Laborjournals vertraut und können technische Berichte verfassen.
Plan und Lerninhalt:
- Mikroskopie
- Abbildenden Optiken
- Interferometrie
- Polarisation
- Beugung
Ansprechspersonen:
Fachbereiche:
Unterrichtssprache:
Leistungsnachweis:
Während des Semesters werden Praktikumsberichte bewertet.
Lehr- und Lernmethoden:
Praktikum
Bibliographie:
Praktikumsanleitungen
Kursart:
Durchführung gemäss Stundenplan
Bemerkungen:
Der Kurs findet 14-tägig à 4 Lektionen statt.