Modulbeschreibung

Die Studierenden

• kennen das Konzept des Äquivalenzbrechungsindex von Viertelwellenschichten und können damit die Funktion beliebiger Viertelwellensysteme beurteilen.
• können unter Verwendung von Viertelwellenschichten einfache AR-, HR- und Filtersysteme auslegen und deren Performance bei der Designwellenlänge berechnen.
• können zur Beurteilung des gesamten spektralen Verhaltens einfache Simulationstools (wie z.B. OpenFilter) nutzen.
• kennen die relevanten Beschichtungsverfahren für die Herstellung von dielektrischen und metallischen Beschichtungen sowie ihre Vor- und Nachteile.
• kennen die verschiedenen Kenngrössen optischer Beschichtungen und die entsprechenden Analyseverfahren, um diese zu charakterisieren.
• kennen opto-mechanische Konstruktionskonzepte für photonische Systeme.
• können opto-mechanische Konstruktionskonzepte an einfachen Beispielen anwenden.
• kennen die wichtigsten opto-mechanischen Montagekonzepte.
• können normgerechte technische Zeichnungen optischer Elemente und Systeme inkl. aller fertigungs- und montagetechnischen Toleranzangaben lesen und interpretieren.
• können normgerechte technische Zeichnungen optischer Elemente und Systeme inkl. aller fertigungs- und montagetechnischen Toleranzangaben erstellen.
• verstehen das Funktionsprinzip eines Lasers und die zugrundeliegenden physikalischen Konzepte sowie deren mathematische Beschreibung über Differentialgleichungen.
• kennen die besonderen Eigenschaften von Laserlicht und weiss diese für photonische Systeme nutzbringend einzusetzen.
• kennen die Konzepte der bedeutendsten Lasertypen mit ihren jeweiligen Vor- und Nachteilen und können die wichtigsten Schritte zu ihrer Auslegung durchführen.
• kennen wichtige Laseranwendungen und können die dafür notwendigen photonischen Systeme in ihren Grundzügen auslegen.
• kennen die bedeutendsten Verfahren der Lasermaterialbearbeitung für Gläser, Kunststoffe und Metalle und können diese mit den mechanischen Verfahren in Kontext setzen.
• kennen die grundlegenden Vorschriften des Laserschutzes und wissens diese anzuwenden.
• kennen die Anwendungsbereiche eines gängigen Simulationsprogramms im nicht-sequentiellen Modus, können dieses situationsbezogen richtig einsetzen und kennen dessen Limitationen.
• sind in der Lage dieses für die Auslegung, Bewertung und die Optimierung von optischen Systemen einsetzen.
• sind in der Lage anhand von Datenblättern entsprechende optische Komponenten in einem Simulationsprogramm zu implementieren und kennen deren Funktion (z.B. diverse Strahlungsquellen, Detektoren, Filter).
• kennen den wesentlichen Aufbau eines photonischen Systems, entwickelt Verständnis über die Implementation von optischen Methoden/Eigenschaften (z.B. LED Kollimation/Streuung) in einem Simulationsprogramm.
• können ein gängiges Simulationsprogramm im Rahmen von einer technischen Problemstellung/Designaufgabe anwenden und selbstständig kleinere Projekte bearbeiten und dokumentieren.
• kennen die verbreiteten Lichtquellen-Technologien, deren praktische Anwendung und Nutzung sowie deren typische Beschaltungen.
• kennen die wichtigsten Unterschiede zwischen linearen und getakteten Treibern und können den geeigneten Treiber für die spezifische Situation auswählen und auslegen.
• kennen die unterschiedlichen Lichtdetektortypen (Photowiderstand, PN und PIN Photodiode, Phototransistor, Pyroelektrische Detektoren, Low Light Detektoren wie APD und Photomultiplier).
• kennen die wichtigsten Unterschiede zwischen CCD und CMOS Sensoren, können deren Vor- und Nachteile beurteilen und können sie anwendungsbezogen auswählen.
• kennen die wichtigsten Aktoren für photonische Anwendungen und können sie anwendungsbezogen auswählen.
• kennen die unterschiedlichen Displaytechnologien und können sie für eine spezifische Anwendung auswählen.

Während der Unterrichtsphase wird im Kurs Optoelektronik in Theorie und Praxis eine Prüfung geschrieben. Im Kurs Design optischer Systeme wird eine Projektarbeit bewertet.

Während der Unterrichtsphase wird im Kurs Optoelektronik in Theorie und Praxis eine Prüfung (Gewicht 15%) geschrieben. Im Kurs Simulation optischer Systeme wird eine Projektarbeit (Gewicht 15%) bewertet.

Am Ende des Semesters findet eine abgesetzte Modulschlussprüfung in vier Teilen statt. Die Kurse Optische Dünnschichten (Gewicht 20%), Optikkonstruktion (Gewicht 15%), Laser und Laseranwendungen (Gewicht 20%) sowie Optoelektronik in Theorie und Praxis (Gewicht 15%) bilden je einen Teil der abgesetzten Modulschlussprüfung.

Die Studierenden

• verstehen das Funktionsprinzip eines Lasers und die zugrundeliegenden physikalischen Konzepte sowie deren mathematische Beschreibung über Differentialgleichungen.
• 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 können die wichtigsten Schritte zu ihrer Auslegung durchführen.
• kennen wichtige Laseranwendungen und können die dafür notwendigen photonischen Systeme in ihren Grundzügen auslegen.
• kennen die bedeutendsten Verfahren der Lasermaterialbearbeitung für Gläser, Kunststoffe und Metalle und können diese mit den mechanischen Verfahren in Kontext setzen.
• kennen die grundlegenden Vorschriften des Laserschutzes und wissen diese anzuwenden.
   

Elektromagnetische Strahlung und atomare Systeme

• Bolzmannverteilung und Einsteinkoeffizienten

Laserprinzip

• Besetzungsinversion und Verstärkung
• Anregungsmethoden
• Ratengleichungsmodell von 2-, 3- und 4-Niveaulaser

Laserbetrieb

• Laserschwelle
• Stationärer Betrieb
• Laserdynamik

Laserresonatoren

• Resonatortypen
• Stabilitätskriterien
• Thermische und Beugungseffekte bei Resonatoren

Lasermoden

• Homogene und inhomogene Verbreiterung
• Entstehung von Lasermoden
• Der Gauss’sche Strahl und seine Eigenschaften
• Gauss-Moden

Gepulste Laser

• Güteschaltung und Cavity-Dumping
• Modenkopplung

Frequenzvervielfachung

• Methoden der Phasenanpassung
• Frequenzverdopplung und -verdreifachung

Technische Realisierung von Lasern

• Halbleiterlaser (Laserdioden, Laserbarren, Laserstapel)
• Festkörperlaser (Stab-, Scheiben- und Faserlaser)
• Gaslaser (HeNe, CO2- und Excimerlaser)

Laseranwendungen

• Fertigungstechnik
• Medizin
• Forschung
• Messtechnik
• Mikroskopie

Lasersicherheit

• Laserklassen und Schutzmassnahmen

Vorlesung, Übungen, Demonstrationen, Selbststudium

• 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)