Modulbeschreibung

Photonik IV

ECTS-Punkte:
10
Lernziele:

Die Studierenden

  • kennen die grundlegenden Unterschiede verschiedener Lichtquellen sowie deren wichtigste Kenngrössen.
  • kennen konkrete Lichtquellen und können diese situationsbezogen auswählen und richtig einsetzen.
  • kennen die unterschiedlichen lichttechnischen Grössen und können diese richtig einsetzen.
  • verstehen das Funktionsprinzip eines Lasers und die zugrundeliegenden physikalischen Konzepte.
  • kennen die besonderen Eigenschaften von Laserlicht und wissen diese für photonische Systeme nutzbringend einzusetzen.
  • kennen die Konzepte der bedeutendsten Lasertypen und verstehen die wichtigsten Schritte zu ihrer Auslegung.
  • kennen einige wichtige Laseranwendungen und können die dafür notwendigen photonischen Systeme auslegen. 
  • kennen den Aufbau und die Funktionsweise ausgewählter optischer Messsysteme.
  • können die Grundprinzipien ausgewählter optischer Messverfahren erklären.
  • können optische Messsysteme für definierte Messaufgaben auswählen und können ihre Einsatzgrenzen beurteilen.
  • können ausgewählte optische Messgeräte anwenden. 
  • können Methoden zur Qualifizierung optischer Bauelemente anwenden.
  • kennen die grundlegende Methodik zur Berechnung von zufälligen und systematischen Messabweichungen mittels statistischer Methoden und Regressionsverfahren.
  • können selbstständig praktische Arbeiten an photonischen und mikrotechnischen Fragestellungen im Labor durchführen. 
  • können Messergebnisse nachvollziehbar protokollieren, Daten auswerten und Messunsicherheiten berechnen.
  • können Messergebnisse bewerten und daraus sinnvolle Schlussfolgerungen ziehen.
  • sind mit dem Führen eines Laborjournals vertraut und können einen technischen Bericht verfassen.
  • kennen den gesamten Prozessablauf bei der Bildverarbeitung: Beleuchtung, Detektion (Bildaufnahme), Signalverarbeitung, Segmentierung, Objekterkennung, Klassifikation.
  •  können Bildverarbeitungssysteme für unterschiedliche Anwendungen konzipieren und aufbauen.
  • können Automatisierungsprozesse mit optischen Komponenten konzipieren und aufbauen und optische Sensoren in ein Produktionsumfeld integrieren.
  • kennen typische Anwendungsfelder der industriellen Bildverarbeitung.
  • kennen die Anwendungsbereiche eines gängigen Simulationsprogramms im nicht-sequentiellen Modus und 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.
  • kennen den wesentlichen Aufbau eines photonischen Systems und entwickeln ein Verständnis für die Implementation in einem Simulationsprogramm.
  • können das Simulationstool in einer technischen Problemstellung/Designaufgabe anwenden und selbstständig kleinere Projekte bearbeiten und dokumentieren.

Kurse in diesem Modul

Licht und Lasertechnik:
  • Grundlagen der Lichterzeugung
  • Messung und Bewertung optischer Strahlung
  • Technik der Lichtquellen
  • Laserprinzip
  • Laserbetrieb
  • Laserresonatoren
  • Lasermoden
  • Gepulste Laser
  • Technische Realisierung von Lasern
  • Laseranwendungen
Klassenunterricht mit 2 Lektionen pro Woche
Messtechnik:

Funktionsprinzip, Eigenschaften, Anwendung und Rückführung folgender optischen Messverfahren:

  • Chromatische Weisslichtsensoren
  • Fokusvariationsverfahren
  • Weisslichtinterferometer
  • Streulichtverfahren
  • Autofokussensoren
  • Lichtschnittverfahren und Lasertriangulation
  • Streifenprojektionssysteme
  • Fotogrammetrie
  • Speckleverfahren
  • Laserinterferometer und Laserscanner
  • Laser-Mikroskopie (Konfokal, STED, Raman, opt. Pinzette)
  • Lasertracker und Lasertracer
  • Verifikation geometrischer Eigenschaften von optischen und anderen Bauteilen 
Klassenunterricht mit 2 Lektionen pro Woche
Praktikum:

Praktika aus dem Bereich der Messtechnik wie z.B. 

  • Bestimmung dimensioneller und geometrischer Merkmale
  • Chromatische und interferometrische Messverfahren
  • Streifenprojektion und Fotogrammetrie


Praktika aus dem Bereich Dünnschichten / Wellenleiter wie z.B. 

  • Charakterisierung dünner Schichten: Reflexion, Transmission, Brechungsindex, Dicke, Single-/Multilayer
  • Faseroptik: NA, Dämpfung, Handling


Praktika aus dem Bereich Licht- und Lasertechnik wie z.B. 

  • Charakterisierung unterschiedlicher Lichtquellen
  • Aufbau eines Lasers: Pumpe, Resonator, SHG
  • Photoeffekt


Praktika aus dem Bereich Mikrotechnik wie z.B. 

  • Mikroskopie
  • Schichtdickenmessung
  • Messung von Dünnschichtwiderständen


Praktika aus dem Bereich Bildverarbeitung wie z.B. 

  • Bildaufnahmetechnik
  • Objekt- und Lageerkennung
  • Objektklassifikation (klassisch vs. Maschinelles Lernen)
Klassenunterricht mit 4 Lektionen pro Woche
Simulation optischer Systeme:
  • Aufbau und Grenzen eines Simulationsprogramms im nicht sequentiellen Modus
  • Simulation von Systemkomponenten (Lichtquellen, Detektoren, Linsen, Spiegel, etc.) anhand ihrer Spezifikationen erstellen 
  • Simulation optischer Eigenschaften von Komponenten (Transmission, Reflexion, Streuung, Polarisation, …)
  • Auslegung einfacher optischer Systeme
  • Optimierung einfacher Systeme (z.B. von Strahleigenschaften wie Kollimation, Homogenität, maximale Intensität)
  • Simulation einfacher Interferenzerscheinungen
  • Import/Export von Dateiformaten
  • Analysemöglichkeiten eines optischen Systems mit einem Simulationsprogramm
Klassenunterricht mit 2 Lektionen pro Woche
Bildverarbeitung:

Bildakquisition (Bildaufnahmetechnik)

  • Beleuchtung
  • Optik
  • Kameratechnik
  • Echtzeitsteuerung und -verarbeitung

Grundlagen der Bildverarbeitung

  • Bilder und statistische Merkmale
  • Methoden der Bildverbesserung (Glättungsfilter, morphologische Operationen)
  • Objekterkennung über Kantendetektion (Gradientenfilter, Hough Transformation), über Regionen und Oberfläche (Textur)
  • Klassifikation

Exemplarische Anwendungen

  • Positions- und Lageerkennung
  • Vermessung
Klassenunterricht mit 2 Lektionen pro Woche
Disclaimer

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