Modulbeschreibung
Photonik 3
Kürzel:
Durchführungszeitraum:
ECTS-Credits:
Arbeitsaufwand (h):
Lernziele:
Die Studierenden
- kennen die quantenmechanischen Grundlagen vom Aufbau der Materie und können diese für die Licht – Materie Wechselwirkung anwenden
- verstehen die Leitungsmechanismen in Halbleitern und kennen grundlegende optoelektronische Bauelemente
- kennen das Konzept elektromagnetischer Wellen als Transversalwellen
- verstehen das Prinzip eines Lasers und die zugrundeliegenden physikalischen Konzepte
- kennen die grundlegenden Konzepte zur Realisierung optischer Vergütungsschichten und können einfache AR-, HR- und Filtersysteme auslegen und simulieren
- haben Praxiserfahrung bei der Durchführung grundlegender Photonischer Experimente gesammelt und können technische Berichte verfassen
Verantwortliche Person:
Telefon/EMail:
Standort (angeboten):
Vorausgesetzte Module:
Anschlussmodule:
Modultyp:
ECTS-Credits pro Kategorie
Modulbewertung
Bewertungsart:
Leistungsbewertung
Während der Prüfungssession:
Mündliche Prüfung, 40 Minuten
Bemerkungen zur Prüfung:
Am Ende des Semesters findet eine abgesetzte Modulschlussprüfung in drei Teilen statt. Die Kurse Wellenoptik und Lasertechnik, Licht und Materie sowie Optische Dünnschichten bilden je einen Teil der Modulschlussprüfung.
Die Prüfungen in Wellenoptik und Lasertechnik sowie Licht und Materie sind mündlich und dauern je 20 Minuten. Die Prüfung in Optische Dünnschicht ist schriftlich und dauert je 45 Minuten.
Während des Semesters:
Während der Unterrichtsphase wird im Kurs Optische Dünnschichten eine Projektarbeit bewertet. Im Kurs Photonikpraktikum I werden 5 Praktikumsprotokolle bewertet.
Bewertungsart:
Gewichtung:
Während der Unterrichtsphase wird im Kurs Optische Dünnschichten eine Projektarbeit (Gewicht 10%) bewertet. Im Kurs Photonikpraktikum I werden 5 Praktikumsprotokolle (Gewicht 25%) bewertet.
Am Ende des Semesters findet eine abgesetzte Modulschlussprüfung in drei Teilen statt. Die Kurse Wellenoptik und Lasertechnik (Gewicht 25%), Licht und Materie (Gewicht 25%) sowie Optische Dünnschichten (Gewicht 15%) bilden je einen Teil der Modulschlussprüfung.
Bemerkungen:
Teilbewertung:
Kurse in diesem Modul
Wellenoptik und Lasertechnik
Kürzel:
Arbeitsaufwand (h):
Semester:
Lernziele:
Die Studierenden
- kennen das Konzept elektromagnetischer Wellen als Transversalwellen.
- verstehen das Konzept der Polarisation, kennen die unterschiedlichen Polarisationsformen und die wichtigsten optischen Elemente zur Beeinflussung der Polarisation.
- kennen das Konzept von Kohärenz und Interferenz.
- können Beugungsphänomene (Fresnel- und Fraunhoferbeugung) erkennen, und beschreiben.
- verstehen das Prinzip eines Lasers und die zugrundeliegenden physikalischen Konzepte.
- kennen die besonderen Eigenschaften von Laserlicht und wissen diese für photonische Systeme nutzbringend einzusetzen.
- kennen die Konzepte der bedeutendsten Lasertypen mit ihren jeweiligen Vor- und Nachteilen und verstehen die wichtigsten Schritte zu ihrer Auslegung.
- kennen einige wichtige Laseranwendungen und können die dafür notwendigen photonischen Systeme in ihren Grundzügen auslegen.
Plan und Lerninhalt:
- Elektromagnetische Wellen
- Polarisation
- Interferenz
- Beugung
- Diffraktive Optik
- Laserprinzip
- Laserbetrieb
- Laserresonatoren
- Lasermoden
- Gepulste Laser
- Technische Realisierung von Lasern
- Laseranwendungen
Ansprechspersonen:
Unterrichtssprache:
Leistungsnachweis:
Modulschlussprüfung
Lehr- und Lernmethoden:
Vorlesung, Übungen, Demonstrationen, Selbststudium
Bibliographie:
F. Pedrotti, Optik für Ingenieure, Springer (2008), E. Hecht, Optik, Oldenbourg/De Gruyter (2014), Dohlus, R., Technische Optik, De Gruyter (2015), Rainer Dohlus: Lasertechnik, De Gruyter (2015),
Hans Joachim Eichler, Jürgen Eichler: Laser, Springer Vieweg (2015), Wulfhard Lange: Einführung in die Laserphysik, Wissenschaftliche Buchgesellschaft (1994), Helmut Hügel, Thomas Graf: Laser in der Fertigung, Springer Vieweg (2014), N. Leibinger-Kammüller (Hrsg.): Werkzeug Laser, Vogel Buchverlag (2006)
Kursart:
Durchführung gemäss Stundenplan
Bemerkungen:
Die Unterrichtsprache ist Deutsch, die Unterrichtsunterlagen sind zum Teil auf Englisch.
Licht und Materie
Kürzel:
Arbeitsaufwand (h):
Semester:
Lernziele:
Die Studierenden
- kennen das Konzept diskreter Energieniveaus in Atomen und das Bändermodell in Festkörpern.
- verstehen die prinzipielle Funktionsweise von Halbleitern, insbesondere die Leitungsmechanismen.
- kennen die verschiedenen Absorptions- und Emissionsprozesse in atomaren Systemen und in Halbleitern und können diese qualitativ beschreiben.
Plan und Lerninhalt:
- Quantenmechanik Grundlagen (Photoeffekt, Schrödingergleichung, Wellenfunktion, Elektronen im unendlichen & endlichen Kastenpotential)
- Energiezustände in Atomen, Molekülen und Festkörpern (Das Wasserstoffatom, Einelektron-, Mehrelektronatome, Periodensystem, Moleküle, Festkörper)
- Atom-Photon Wechselwirkung (Absorption, Emission, induzierte Emission)
- Festkörper und Halbleiter (Halbleitermaterialien, Leitungsmechanismen, Bandstruktur, Energie-Impulsbeziehung und effektive Masse, Ladungsträgerkonzentration)
- Wechselwirkung von Licht mit Halbleitern (Rekombinationsmechanismen, Quantenwirkungsgrad, Beispiele: Si-Photodiode, LED, …)
Ansprechspersonen:
Unterrichtssprache:
Leistungsnachweis:
Modulschlussprüfung
Lehr- und Lernmethoden:
Vorlesung, Übungen, etc.
Bibliographie:
Vorlesungsskript, Applets
Kursart:
Durchführung gemäss Stundenplan
Bemerkungen:
Die Unterrichtsprache ist Deutsch, die Unterrichtsunterlagen sind zum Teil auf Englisch.
Optische Dünnschichten
Kürzel:
Arbeitsaufwand (h):
Semester:
Lernziele:
Die Studierenden
- 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:
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:
Unterrichtssprache:
Leistungsnachweis:
Projekt und Modulschlussprüfung
Lehr- und Lernmethoden:
Vorlesung, Übungen, Selbststudium, Projektarbeit
Bibliographie:
MacLeod, Thin Film Optical Filters, Software: OpenFilters, Skript
Kursart:
Durchführung gemäss Stundenplan
Bemerkungen:
Der Kurs findet während 7 Wochen à 4 Lektionen statt.
Die Unterrichtsprache ist Deutsch, die Unterrichtsunterlagen sind zum Teil auf Englisch.
Photonikpraktikum I
Kürzel:
Arbeitsaufwand (h):
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:
Unterrichtssprache:
Leistungsnachweis:
5 Praktikumsprotokolle
Lehr- und Lernmethoden:
Praktikum
Bibliographie:
Praktikumsanleitung
Kursart:
Durchführung gemäss Stundenplan
Bemerkungen:
Der Kurs findet während 7 Wochen à 4 Lektionen statt.