Modulbeschreibung
Photonik I
Kurzzeichen:
Unterrichtssprache:
ECTS-Credits:
Arbeitsaufwand (h):
Leitidee:
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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
Modulverantwortung:
Lehrpersonen:
Standort (angeboten):
Zusätzliche Eingangskompetenzen:
Vorausgesetzt sind die vier Module Mechanik & Materials Egineering I, Mechanik & Materials Egineering II, Elektrotechnik & Lineare Algebra I sowie Elektrotechnik & Lineare Algebra II.
Modultyp:
Modulbewertung:
Leistungsnachweise und deren Gewichtung
Modulschlussprüfung:
Bemerkungen zur Prüfung:
Am Ende des Semesters findet eine abgesetzte Modulschlussprüfung in drei Teilen statt. Die Kurse Grundlagen optischer Systeme, Werkstoffe und Fertigungsverfahren und Elektronik bilden je einen Teil der abgesetzten Modulschlussprüfung.
Während der Unterrichtsphase:
Während der Unterrichtsphase wird im Kurs Grundlagen optischer Systeme eine Prüfung geschrieben. Im Kurs CAD wird eine Projektarbeit bewertet.
Bewertungsart:
Gewichtung:
Während der Unterrichtsphase wird im Kurs Grundlagen optischer Systeme eine Prüfung (Gewicht 15%) geschrieben. Im Kurs CAD wird eine Projektarbeit (Gewicht 17%) bewertet.
Am Ende des Semesters findet eine abgesetzte Modulschlussprüfung in drei Teilen statt. Die Kurse Grundlagen optischer Systeme (Gewicht 18%), Werkstoffe und Fertigungsverfahren (Gewicht 33%) und Elektronik (Gewicht 17%) bilden je einen Teil der abgesetzten Modulschlussprüfung.
Bemerkungen:
Inhalte
Angestrebte Lernergebnisse (Abschlusskompetenzen):
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.
Modul- und Lerninhalt:
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
Lehr- und Lernmethoden:
Vorlesung, Übungen, Optiksimulation
Lehrmittel/-materialien:
Hecht, E: Optik