Modulbeschreibung

Die Studierenden

• kennen den Begriff des Welle-Teilchen-Dualismus und können Licht als elektromagnetische Welle und als Teilchen (Photon) beschreiben.
• kennen das (semi-) klassische Konzept der Licht-Materie Wechselwirkung und können Dipolstrahlung und Streuung sowie Dispersion und Absorption in Dielektrika und Metallen qualitativ erklären.
• kennen das (quantenmechanische) Konzept diskreter Energieniveaus in Atomen und das Bändermodell in Festkörpern.
• können mittels E(k)-Diagramm in einem reduzierten Bandschema den Unterschied zwischen direkten und indirekten Halbleitern erklären.
• kennen die verschiedenen Absorptions- und Emissionsprozesse in atomaren Systemen und in Halbleitern und können diese qualitativ beschreiben.
• können sowohl das Prinzip der Lichtentstehung bei LEDs wie auch das Grundprinzip der Lichtdetektion bei einer HL-Photodiode erklären.
• kennen das Konzept elektromagnetischer Wellen als Transversalwellen und deren mathematische Beschreibung über komplexe Zeiger.
• verstehen das Konzept der Polarisation, kennen die unterschiedlichen Polarisationsformen sowie das Konzept der Doppelbrechung und können diese mathematisch erfassen.
• kennen die wichtigsten optischen Elemente zur Beeinflussung der Polarisation (Polfilter, Halb -und Viertelwellenplättchen, LCD, Pockelszellen) und können diese einsetzen.
• kennen das Konzept von Kohärenz und Interferenz und können diese für einfache Systeme in den Bereichen Dünnschichtinterferenz und Interferometrie berechnen.
• können Beugungsphänomene (Fresnel- und Fraunhoferbeugung) erkennen, und beschreiben.
• kennen das Konzept und die Anwendungen idealer und realer Beugungsgitter und können die entstehenden Beugungsmuster berechnen.
• kennen die grundlegenden Unterschiede verschiedener Lichtquellen (thermische Strahler / Linienstrahler / Halbleiterlichtquellen) sowie die wichtigsten Kenngrössen von Lichtquellen (Wellenlänge, Brillanz, Bandbreite, Betriebsmodi).
• kennen konkrete Lichtquellen wie Glühlampen, Entladungslampen, Laser, LEDs, … in unterschiedlichen Spektralbereichen UV / VIS / NIR / IR und können diese situationsbezogen auswählen und richtig einsetzen.
• kennen die grundlegenden Vorschriften der photobiologischen Sicherheit.
• kennen die unterschiedlichen lichttechnischen (radiometrischen und photometrischen) Grössen und können diese richtig einsetzen.
• kennen die Grundlagen der Bewertung von Licht und Farbe, unterschiedliche Farbräume und können die Farbwiedergabequalität des Lichtes beurteilen.
• können Beleuchtungskonzepte auswählen und aufbauen.
• kennen die Grundprinzipien des Rauschens und der Verzerrung, können die Kaskade von mehreren Verstärkerstufen auslegen und deren Vor- und Nachteile in Bezug auf Rauschen und Verzerrungen beurteilen.
• kennen die Grundlagen analoger Filter und kann passive und aktive Filter auslegen.
• kennen die Grundprinzipien der Signal-diskretisierung (Sampling, Quantisierungsrauschen, Aliasing) sowie die Hauptfehlerquellen der Signalwandlung (Offset-, Verstärkung- und Linearitätsfehler).
• kennen die wichtigsten A/D und D/A Signalwandlertopologien, können deren Vor- und Nachteile einschätzen und für eine spezielle Anwendung den richtigen Wandlertyp auswählen.
• kennen die wichtigsten Schnittstellen zwischen Signalwandlern und digitalen Systemen.
• 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.
• verfügen über praktische Erfahrungen beim Charakterisieren verschiedener Lichtquellen.
• sind mit dem Führen eines Laborjournals vertraut und können technische Berichte verfassen.

Während der Unterrichtsphase wird im Kurs Wellenoptik eine Prüfung geschrieben.

Während der Unterrichtsphase wird im Kurs Wellenoptik eine Prüfung (Gewicht 15%) geschrieben.

Am Ende des Semesters findet eine abgesetzte Modulschlussprüfung in vier Teilen statt. Die Kurse Licht und Materie (Gewicht 15%), Lichttechnik (Gewicht 15%), Mixed-Signal Elektronik (Gewicht 30%) und Photonikpraktikum I (Gewicht 25%) bilden je einen Teil der abgesetzten Modulschlussprüfung.

Die Studierenden

• kennen die grundlegenden Unterschiede verschiedener Lichtquellen (thermische Strahler / Linienstrahler / Halbleiterlichtquellen) sowie die wichtigsten Kenngrössen von Lichtquellen (Wellenlänge, Brillanz, Bandbreite, Betriebsmodi).
• kennen konkrete Lichtquellen wie Glühlampen, Entladungslampen, Laser, LEDs, … in unterschiedlichen Spektralbereichen UV / VIS / NIR / IR und können diese situationsbezogen auswählen und richtig einsetzen.
• kennen die grundlegenden Vorschriften der photobiologischen Sicherheit.
• kennen die unterschiedlichen lichttechnischen (radiometrischen und photometrischen) Grössen und können diese richtig einsetzen.
• kennen die Grundlagen der Bewertung von Licht und Farbe, unterschiedliche Farbräume und können die Farbwiedergabequalität des Lichtes beurteilen.
• können Beleuchtungskonzepte auswählen und aufbauen.

Grundlagen der Lichterzeugung

• Lichterzeugung mittels Plasmen
• Lichterzeugung bei Temperaturstrahlern
• Lichterzeugung in Halbleitern (anorganisch und organisch)

Messung und Bewertung optischer Strahlung

• Das Auge und Sehen beim Menschen
• Strahlungsphysikalische (radiometrische) Grundgrössen
• Lichttechnische (photometrische) Grundgrössen
• Farbmetrik (Farbsysteme, MacAdam-Ellipsen, Judd-Gerade,  Farbwiedergabeindex)

Technik der Lichtquellen

• Glühlampen
• Niederdruck-Entladungslampen (Leuchtstoff-, Kaltkathoden-, Natriumdampfniederdruck-, Spektrallampen)
• Hochdruckentladungslampen (Quecksilberhochdrucklampe, Na-Dampf-Hochdruck, Halogenmetalldampf-, Xenonlampen)
• Halbleiterlichtquellen (LED, Besonderheiten LEDs, weisse LEDs, Datenblatt)
• Organische LEDs

Photobiologische Sicherheit von Lichtquellen, Lampen und Lampensystemen

Vorlesung, Übungen, Labordemonstrationen, Selbststudium, Projektarbeit

Hentschel: Licht und Beleuchtung;
Hans Rudolf Ries: Beleuchtungstechnik für Praktiker: VDE-Verlag;
Siegfried Banda: Lichttechnische Berechnungen (Reihe Technik);
Lange: Handbuch für Beleuchtung, Verlag ecomed