Modulbeschreibung: Photonik

Titel des Moduls:

Photonik

Photonics

Leistungspunkte nach ECTS:

6

Verantwortliche/-r für das Modul:
Prof. Dr. rer. nat. Heinz Lehr

Sekreteriat:
EW 3

E-Mail:
lehr@fmt.tu-berlin.de

Modulbeschreibung

1. Qualifikationsziele

ERWERB VON KENNTNISSEN:
- Aufbau von Lichtquellen, Einsatzmöglichkeiten
- formale Beschreibung der elektromagnetischen Strahlung
- optische Verfahren in der Mess- und Kommunikationstechnik
- Aufbau Laser, Ausbreitung der Laserstrahlung, Anwendungen
- optische Grenzflächen, Entspiegelungstechniken
- Aufbau und Strahlengang optischer Instrumente
- Grenzen der Abbildungsgenauigkeit mit optischen Instrumenten
- interferometrische Messverfahren, Anwendungen
- optische Gitter und Spektralapparate
- Aufbau und Funktion optischer Sensoren

FERTIGKEITEN:
- grundlegendes Verständnis der Anwendung optischer Prinzipien in der Technik
- ingenieurtechnischer Umgang mit Lichtquellen und optischen Instrumenten
- Anwendung optischer Instrumente in der Messtechnik
- Einsatz abbildender Verfahren zur Bilderzeugung
- optische Verfahren in der Kommunikationstechnik
- eigenständiger Entwurf und Aufbau optischer Geräte
- Fähigkeit zum Einsatz optischer Verfahren in der Mechatronik

KOMPETENZEN:
- praxisorientierte Auswahl anwendungsgerechter Lichtquellen
- optimaler Einsatz optischer Messinstrumente
- Beurteilung der Qualität optischer Geräte
- Entwicklung optischer und mikrooptischer Systeme
- souveräner Umgang mit optischen Fragestellungen

Fachkompetenz: 40% Methodenkompetenz: 30% Systemkompetenz: 20% Sozialkompetenz: 10%

2. Inhalte

VORLESUNGEN:
- Aufbau und Funktion von Lichtquellen
- Wellenbild, Maxwell-Gleichungen, Wellenausbreitung
- Lichtbrechung, Dispersion, praktische Anwendungen
- optisches Verhalten von Werkstoffen
- polarisiertes Licht, Erzeugung, Anwendung
- Aufbau Laser, Ausbreitung Laserstrahlung, Güteschaltung
- dielektrische Grenzflächen, Entspiegelung, dielektrische Spiegel
- evaneszentes Feld, Sensorik, SNOM
- Beugung, Auflösungsvermögen optischer Instrumente
- optische Gitter, Spektralapparate
- Interferometer, interferometrische Messtechnik
- Mikroskop, Fernrohr, Kollimator, Endoskop, Autofokus, Zoom
- optische Sensoren, CCD- und CMOS-Chips, Bildschärfe
- Glasfasern, Lichtleitung, optische Kommunikationstechnik

ÜBUNGEN:
- Parameter von Lichtquellen: monochromatische und "weiße" LEDs, Halbleiterlaser, Gaslaser, Vermessung der Winkelverteilung von Lichtquellen, Vermessung der spektralen Intensitätsverteilung, additive Farbmischung
- Polarisation: polarisierte und unpolarisierte Lichtquellen, lineare und zirkulare Polarisation, polarisierende Strahlteiler, Doppelbrechung, polarisationsdrehende Substanzen, Brewsterwinkel, technische Anwendungsbeispiele der Polarisation
- Abbildung mit Linsen und Linsensystemen: Einfluß der Aperturblende auf die Abbildungsschärfe, Aufbau und Bewertung eines Objektivs, veränderliche Brennweite zur Objektabbildung
- Aufbau und Funktion von Interferometern: praktische Messungen mit einem Michelson-Interferometer, Bestimmung der Kohärenzlänge einer Laserdiode, Messung der Laserwellenlänge, optischer Dopplereffekt, Bestimmung der Geschwindigkeit einer Lautsprechermembran

3. Modulbestandteile

Lehrveranstaltung	Art	SWS	LP (ECTS)	P/W/WP	Semester
Photonik	VL	2	3	Pflicht	Wintersemester
Photonik	UE	2	3	Pflicht	Wintersemester

4. Beschreibung der Lehr- und Lernformen

VORLESUNGEN:
- Vermittlung der Lehrinhalte (siehe Punkt 2), illustriert anhand vieler aktueller Beispiele aus der Praxis

ÜBUNGEN:
- Einführung in die Theorie
- experimentelle Übungen zur Vertiefung des Lehrstoffs und zum Erwerb praktischer Fähigkeiten
- Aufnahme eigener Messdaten, Auswertung der Messungen, Hausaufgaben

5. Voraussetzungen für die Teilnahme

wünschenswert:
- Feinwerktechnik und elektromechanische Systeme
- klassische Physik
- Messtechnik und Sensorik

6. Verwendbarkeit

Geeignet für Master-Studiengänge mit folgenden Schwerpunkten:
- Maschinenbau
- Physikalische Ingenieurwissenschaften
- Biomedizinische Technik
- Verkehrswesen
- Informationstechnik im Maschinenwesen

Das erworbene Know-how ist in allen ingenieurtechnischen Disziplinen einsetzbar, insbesondere in der
Feinwerktechnik, Mechatronik, Medizintechnik, Mess- und Automatisierungstechnik, Automobiltechnik.

7. Arbeitsaufwand und Leistungspunkte

Aufteilung der Arbeitszeit:
2 SWS Anwesenheit Vorlesung Photonik: 15 x 2 h = 30 h
2 SWS Nachbereitung der Vorlesung (Selbststudium): 15 x 2 h = 30 h
2 SWS Anwesenheit Übung Photonik: 4 x 6 h = 24 h
2 SWS Vor- und Nachbearbeitung der Übungen (Selbststudium): 4 x 6 h = 24 h
Hausaufgaben: 8 x 4 h = 32 h
Vorbereitung auf die drei Kurztests: 3 x 5 h = 15 h
Vorbereitung auf den Schlusstest: 25 h
Summe: 180 h

Gesamtaufwand über ein Semester: 180 h. Dies entspricht 6 Leistungspunkten.

8. Prüfung und Benotung des Moduls

Prüfungsäquivalente Studienleistungen:
Im Verlauf der Übungen weisen die Studierenden Kenntnisse anhand von drei Kurztests nach. Am Kursende findet ein schriftlicher, frei zu formulierender Schlusstest statt. Aus den Kurztests und dem Schlusstest ergibt sich die Abschlussnote.

9. Dauer des Moduls

Das Modul kann in einem Semester abgeschlossen werden.

10. Teilnehmer(innen)zahl

Für den experimentellen Teil der Übung ist eine Aufteilung in Kleingruppen erforderlich.

11. Anmeldeformalitäten

Verbindliche Anmeldung für die Übungen und Einteilung der Gruppen nach der ersten Vorlesung.
Prüfungsmeldung: in den ersten vier Semesterwochen über das zentrale elektronische Anmeldesystem.

12. Literaturhinweise, Skripte

Skript in Papierform vorhanden?	Ja
Wenn ja, wo kann das Skript gekauft werden?	Ausgabe vor jeder Vorlesung, kostenlos
Skript in elektronischer Form vorhanden?	Ja
Wenn ja, Internetseite angeben:	Übungsskript, passwortgeschützt: www.fmt.tu-berlin.de unter Aktuelles
Literatur:	Glaser, W., Photonik für Ingenieure, Verlag Technik, Berlin, 1997, ISBN 3-341-01188-9 Hecht, E., Optik, Oldenbourg Verlag, 2005, ISBN 3-486-27359-0 Pedrotti, Bausch, Schmidt, Optik, Eine Einführung, Prentice Hall, 1996, ISBN 3-8272-9510-6 Saleh, B., Teich, M., Fundamentals of Photonics, John Wiley & Sons, 1991, ISBN 0-471-83965-5

13. Sonstiges

Aktualisiert am: 16.05.2012 12:28:52