Modulbeschreibung

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.

Vorausgesetzt sind die vier Module Mechanik & Werkstoffe / Chemie I, Mechanik & Werkstoffe / Chemie II, Elektrotechnik & Lineare Algebra I sowie Elektrotechnik & Lineare Algebra II.

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.

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.

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.

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)

Vorlesung, Übungen, Optiksimulation

Hecht, E: Optik

Der Unterricht findet alternierend à 4 und 6 Lektionen statt