Modulbeschreibung

Photonik I

ECTS-Punkte:
12
Lernziele:

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 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.

Kurse in diesem Modul

Grundlagen optischer Systeme:

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)
Klassenunterricht mit 6 Lektionen pro Woche
Grundlagen der Elektronik:

Einführung in die Halbleitertheorie
Grundlagen der elektrischen Eigenschaften der wichtigsten analogen Bauelemente

  • Diode, Halbleiterdioden mit speziellen Eigenschaften
  • Bipolartransistor, Sperrschicht und MOS-Feldeffekttransistor
  • Operationsverstärker

Grundschaltungstopologien

  • Dioden, Transistoren und Operationsverstärkern

Wichtige analoge Schaltungstopologien

  • Oszillatoren, Schmitt-Trigger, Kippschaltungen, Integratoren, etc.
Klassenunterricht mit 4 Lektionen pro Woche
Werkstoffe und Fertigungsverfahren:

Optische Werkstoffe:

  • Aufbau von Gläsern, Kunststoffen, Kristallen
  • Optische, mechanische, elektrische und thermische Eigenschaften
  • Optische Kenngrössen und ihre Bestimmung (Brechzahl, Dispersion, Abbe-Zahl, Reflexion / Absorption / Transmission, …) zur Interpretation von Diagrammen und Datenblättern
  • Auswahl optischer Werkstoffe für spezifische Anwendungen

Urformen:

  • Urformende Verfahren für Gläser zur Herstellung von Gobs und Presslingen, Glasblöcken, Flachglas
  • Urformende Verfahren für Kunststoffe: Giessen, Spritzgiessen, Heissprägen, Spritzprägen
  • Urformende Verfahren für Kristallwerkstoffe: Züchtung aus Gasphase, Lösung und Schmelze

Umformen:

  • Pressen, Senken und Ziehen von optischem Glas
  • Prozesse und Anwendungsgebiete

Ausgewählte trennende Fertigungsverfahren:

  • Zerteilen (Brechen und Spalten, Sägen)
  • Spanen (Drehen, Fräsen & Bohren, Schleifen, Läppen & Polieren)
  • Reinigen

Ausgewählte Fügeverfahren:

  • Lösbare, stoffschlüssige Verbindungen im technologischen Prozess (Blocken, Kitten, Kleben, Gipsen, Ansprengen, Spannen)
  • Montageprozesse optischer Bauelemente (Zentrieren, Richten & Justieren, Feinkitten, Kleben, Löten, Fassen, Diffusionsschweissen)

Fertigungstechnologien:

  • Lösungswege zur Herstellung von Bauelemente (exemplarisch)
Klassenunterricht mit 2 Lektionen pro Woche
Disclaimer

Diese Beschreibung ist rechtlich nicht verbindlich! Weitere Informationen finden Sie in der detaillierten Modulbeschreibung.