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FRIEDRICH - SCHILLER - UNIVERSITÄT
J E N A
PHYSIKALISCH-ASTRONOMISCHE FAKULTÄT
M O D U L K A T A L O G
f ü r d e n
S T U D I E N G A N G P H Y S I K
mit dem Abschluss Master of Science
Stand: 06.04.2016
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Präambel
Der Modulkatalog für den Studiengang Physik mit dem Abschluss Master of Science beinhaltet alle Pflicht- und Wahlpflichtmodule des physikalischen Fachstudiums und des Kontextstudiums, die entsprechend der Prü-fungsordnung für den Studiengang Physik § 22 zum Erreichen des Studienabschlusses Master of Science er-folgreich zu absolvieren sind. Die Modulbeschreibungen informieren über den Modulverantwortlichen, die Vo-raussetzungen zur Teilnahme, die Verwendbarkeit, den Status eines Moduls, die Lern- und Arbeitsformen, den Arbeitsaufwand und die zu erreichenden Leistungspunkte, die Inhalte und Qualifikationsziele des Moduls, sowie die Art der Prüfungsleistungen und deren Gewichtung. Die Modulbeschreibung informiert weiterhin über die Häufigkeit des Angebotes des Moduls sowie die Dauer.
Der Modulkatalog entspricht den Anforderungen gemäß der Studienordnung Physik mit dem Abschluss Master of Science in § 7 und wird jedes Semester insbesondere bezüglich der Lehrverantwortlichen aktualisiert. Die Module werden entsprechend dem Studienplan auf Seite 4 angeboten. Wenn nichts anderes in der Modulbe-schreibung vermerkt ist, beträgt die Moduldauer ein Semester. Inhaltsverzeichnis Regelstudienpläne ................................................................................................................................................ 5 Experimentalphysik .............................................................................................................................................. 7
1. Semester ................................................................................................................................................... 7 Festkörperphysik I .......................................................................................................................................... 7
Theoretische Physik ............................................................................................................................................. 8 2. Semester ................................................................................................................................................... 8 Quantenmechanik II ....................................................................................................................................... 8
Physikalische Wahlfächer - Astronomie/Astrophysik ...................................................................................... 9 1. Semester ................................................................................................................................................... 9 Einführung in die Astronomie ......................................................................................................................... 9 Physik der Sterne ......................................................................................................................................... 10 Terra-Astronomie ......................................................................................................................................... 11 Astronomisches Praktikum........................................................................................................................... 12 Himmelsmechanik ........................................................................................................................................ 13 Spektroskopie .............................................................................................................................................. 14 Einführung in die Radioastronomie .............................................................................................................. 15 Physik der Planetensysteme ........................................................................................................................ 16 2. Semester ................................................................................................................................................. 17 Astronomische Beobachtungstechnik .......................................................................................................... 17 Sonne und sonnenähnliche Sterne .............................................................................................................. 18 Oberseminar Astronomie/Astrophysik ......................................................................................................... 19 Extragalaktik ................................................................................................................................................. 20 Kosmologie .................................................................................................................................................. 21 Laborastrophysik .......................................................................................................................................... 22 Neutronensterne .......................................................................................................................................... 23
Physikalische Wahlfächer - Festkörperphysik/Materialwissenschaft ........................................................... 24 1. Semester ................................................................................................................................................. 24 Festkörperphysik II - Einführung in die Spezialisierungsrichtung ................................................................ 24 Festkörpermodifikation mit Ionenstrahlen .................................................................................................... 25 Optische Eigenschaften von Festkörpern und Festkörperschichten ........................................................... 26 Phasenfeldtheorie ........................................................................................................................................ 27 Nanomaterialien und Nanotechnologie ........................................................................................................ 29 Materialwissenschaft .................................................................................................................................... 31 Metalle .......................................................................................................................................................... 32 Vakuum- und Dünnschichtphysik ................................................................................................................. 33 Supraleitende Materialien ............................................................................................................................ 34 Einführung in die Quanten-Informationstheorie ........................................................................................... 35 2. Semester ................................................................................................................................................. 36 Kern- und Teilchenphysik............................................................................................................................. 36 Oberseminar Festkörperphysik/ Materialwissenschaft ................................................................................ 37 Nukleare Festkörperphysik .......................................................................................................................... 38
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Modern Methods in Nuclear Physics: Theory and Applications................................................................... 39 Polymerphysik .............................................................................................................................................. 40 Organische und anorganische Halbleiter ..................................................................................................... 41 Oberflächenanalytische Methoden der Festkörperphysik............................................................................ 42 Optoelectronics ............................................................................................................................................ 43 3. Semester ................................................................................................................................................. 44 Gravitational Wave Detection ...................................................................................................................... 44
Physikalische Wahlfächer - Gravitations- und Quantentheorie ..................................................................... 45 1. Semester ................................................................................................................................................. 45 Einführung in die Teilchenphysik ................................................................................................................. 45 Allgemeine Relativitätstheorie ...................................................................................................................... 46 Pfadintegrale ................................................................................................................................................ 47 Symmetrien in der Physik ............................................................................................................................ 48 Physik der Skalen – die Renormierungsgruppe .......................................................................................... 49 Introduction to Cosmology ........................................................................................................................... 50 Mathematische Methoden der Physik für Fortgeschrittene ......................................................................... 51 Relativistische Astrophysik .......................................................................................................................... 52 Quantenfeldtheorie II .................................................................................................................................... 53 Quantenfeldtheorien auf dem Gitter ............................................................................................................. 54 Solitonen ...................................................................................................................................................... 55 Numerische Relativitätstheorie .................................................................................................................... 56 Mathematische Relativitätstheorie ............................................................................................................... 57 Computational Physics III............................................................................................................................. 58 Eichtheorien / Gauge theories ..................................................................................................................... 59 Physik des Quantenvakuums in starken Feldern ........................................................................................ 60 Theoretische Atomphysik ............................................................................................................................. 61 Atome in externen Feldern ........................................................................................................................... 62 Teilchen in starken elektromagnetischen Feldern ....................................................................................... 63 Einführung in Stringtheorie und AdS/CFT.................................................................................................... 65 Quantenphysik mit dem Rechner ................................................................................................................. 66 2. Semester ................................................................................................................................................. 67 Quantenfeldtheorie I ..................................................................................................................................... 67 Grundkurs Theoretische Physik I – Kontinuumsmechanik für Lehramtstudenten ....................................... 68 Oberseminar Gravitations- und Quantentheorie .......................................................................................... 69 Spektrale Methoden in der Theoretischen Physik ....................................................................................... 70 Supersymmetrie ........................................................................................................................................... 71 Magnetohydrodynamik ................................................................................................................................. 72 Selbststudium: Nacharbeit (Vorlesung, Übung): 30 ................................................................................ 72 Quantenfeldtheorie des Festkörpers, Dichtefunktionaltheorie ..................................................................... 73 Electronic Structure Theory ......................................................................................................................... 74
Physikalische Wahlfächer - Optik ..................................................................................................................... 76 1. Semester ................................................................................................................................................. 76 Fundamentals of modern optics ................................................................................................................... 76 Nonlinear optics ........................................................................................................................................... 77 Biomedical imaging – ionizing radiation ....................................................................................................... 78 Introduction to applications of modern optics and photonics in astronomy ................................................. 80 Biophotonics ................................................................................................................................................. 82 High intensity/relativistic optics .................................................................................................................... 84 Introduction to optical modeling ................................................................................................................... 86 Introduction to accelerator physics .............................................................................................................. 87 2. Semester ................................................................................................................................................. 88 Grundlagen der Laserphysik ........................................................................................................................ 88 Laser physics ............................................................................................................................................... 89 Plasma physics ............................................................................................................................................ 90 Lens design I ................................................................................................................................................ 91 Imaging and aberration theory ..................................................................................................................... 92 Microoptics ................................................................................................................................................... 93 Active photonic devices................................................................................................................................ 94 Diffractive optics ........................................................................................................................................... 95 Theory of microscopic imaging .................................................................................................................... 96 Lens design II ............................................................................................................................................... 97
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Physical optics design .................................................................................................................................. 98 Attosecond laser physics ........................................................................................................................... 100 Fundamentals of x-ray physics .................................................................................................................. 101 Computational photonics............................................................................................................................ 102 Biomedical imaging – non-ionizing radiation ............................................................................................. 104 Oberseminar Optik ..................................................................................................................................... 106 Physics of free-electron lasers ................................................................................................................... 107 Physical Optics Modeling ........................................................................................................................... 108 Light Source Modeling ............................................................................................................................... 109 Holography ................................................................................................................................................. 110 Specialization I: Applied laser technology –Laser as a probe ................................................................... 111 Applied laser technology II (Laser as a tool) .............................................................................................. 112 XUV and X-ray optics ................................................................................................................................. 113 Moderne Methoden der Spektroskopie ...................................................................................................... 114 Micro/nanotechnology ................................................................................................................................ 115 Introduction to nanooptics .......................................................................................................................... 116 Image processing ....................................................................................................................................... 117 Design and correction of optical systems .................................................................................................. 118 Ultrafast optics ........................................................................................................................................... 119 Kohärenzoptik und optische Informationsverarbeitung .............................................................................. 120 Fiber optics ................................................................................................................................................. 121 Photonic materials – basics and applications ............................................................................................ 122 Fundamentals of quantum optics ............................................................................................................... 123 Physics foundations of renewable energies............................................................................................... 124 Theorie der Nichtlinearen Optik ................................................................................................................. 125 Theory of nonlinear optics .......................................................................................................................... 126 Physics of extreme electromagnetic fields: experiment and theory ........................................................... 127 Interaction of high-energy radiation with matter ......................................................................................... 128
Nichtphysikalisches Nebenfach ...................................................................................................................... 129 Beispiel ..................................................................................................................................................... 130 Grundlagen der Physikgeschichte ............................................................................................................. 130 Spezielle Fragen der Physikgeschichte I ................................................................................................... 131 Spezielle Fragen der Physikgeschichte II .................................................................................................. 132
Übergreifende Inhalte ....................................................................................................................................... 133 3. Semester ............................................................................................................................................... 133 Einführung in das wissenschaftliche Arbeiten ........................................................................................... 133 Projektplanung zur Masterarbeit ................................................................................................................ 134
Masterarbeit....................................................................................................................................................... 135 4. Semester ............................................................................................................................................... 135 Masterarbeit ............................................................................................................................................... 135
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Regelstudienpläne
LP – Leistungspunkte Masterprüfung nach 4 Semestern 120 LP
Physikalische Wahlfächer: Astronomie/Astrophysik, Festkörperphysik/ Materialwissenschaft, Gravitations- und Quantentheorie, Optik Im 1. Semester und 2. Semester müssen zwei Wahlfachmodule aus unterschiedlichen Wahlfächern belegt werden. Die Auswahl eines dritten Wahlfaches im 2. oder 3. Semester ist möglich.
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Experimentalphysik
1. Semester
Modulnummer
Modulbezeichnung: Festkörperphysik I
Modulverantwortliche(r): Prof. Dr. Fritz
Sprache: deutsch
Zuordnung zu den Studiengängen Pflichtmodul für den Studiengang MA Physik im 1. Semester
Lehrform / SWS: Vorlesung: 4 SWS
Übung: 2 SWS
Arbeitsaufwand: Präsenzstunden: Vorlesung: 60, Übung: 30
Selbststudium: Nacharbeit (Vorlesung, Übung): 60 Lösen von Übungsaufgaben: 60 Prüfungsvorbereitung: 30
Gesamtarbeitsaufwand: 240 Stunden
Leistungspunkte: 8
Voraussetzungen
Lernziele / Kompetenzen: - Vermittlung von Begriffen, Phänomenen und Konzepten der experimentellen Festkörperphysik
- Entwicklung von Fähigkeiten zum selbständigen Lösen von Aufgaben aus diesem Gebiet
Inhalt: Dynamik des Kristallgitters, Phononen und thermische Eigenschaf-ten, mechanische Eigenschaften, Elektronen im Festkörper, elekt-rische Eigenschaften, thermoelektrische Eigenschaften
spezielle Eigenschaften (Dielektrika, Magnetismus, Supraleitung), nichtkristalline Festkörper, dünne Schichten, elektronische Bau-elemente
Voraussetzungen für die Zulas-sung zur Modulprüfung (Prüfungs-vorleistungen)
Übungsaufgaben, aktive Teilnahme an den Übungen
Detaillierte Festlegungen werden zu Semesterbeginn bekannt ge-geben.
Voraussetzung für die Vergabe von Leistungspunkten (Prüfungs-form):
Semesterabschlussklausur (60 Minuten)
Medienformen: Medienunterstützte Vorlesung und Übungen
Literatur: Lehrbücher der Festkörperphysik
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Theoretische Physik
2. Semester
Modulnummer
Modulbezeichnung: Quantenmechanik II
Modulverantwortliche(r): Prof. Dr. A. Wipf, Prof. Dr. H. Gies
Dozent(in):
Sprache: Deutsch, (Englisch auf Wunsch)
Zuordnung zu den Studiengängen: Pflichtmodul für den Studiengang MA Physik im 1. Semester
Lehrform / SWS: Vorlesung: 4 SWS
Übung: 2 SWS
Arbeitsaufwand: Präsenzstunden: Vorlesung: 60, Übung: 30
Selbststudium: Nacharbeit (Vorlesung, Übung): 60
Lösen von Übungsaufgaben: 60
Prüfungsvorbereitung: 30
Gesamtarbeitsaufwand: 240 Stunden
Leistungspunkte: 8
Voraussetzungen: Bachelor, Modul Quantenmechanik I
Lernziele / Kompetenzen: Vermittlung der Methoden zur Beschreibung und Modellierung von nichtrelativistischen und relativistischen physikalischen Systemen in der Quantenmechanik.
Entwicklung der Fähigkeiten zum selbständigen Lösen von an-spruchsvolleren Aufgaben und der Behandlung von komplexeren Systemen.
Inhalt: Mehrkörpersysteme
identische Teilchen
Symmetrien, Addition von Drehimpulsen
Zeitabhängige Störungstheorie
Streutheorie
Einführung in relativistische Quantenmechanik
Voraussetzungen für die Zulas-sung zur Modulprüfung (Prüfungs-vorleistungen):
Regelmäßige Teilnahme an Übungen, Abgabe der Übungsaufga-ben; Detaillierte Festlegungen werden zu Semesterbeginn bekannt gegeben.
Voraussetzung für die Vergabe von Leistungspunkten (Prüfungs-form):
Klausur oder mündliche Prüfung am Ende des Semesters (Art der Prüfung wird zu Beginn des Moduls bekannt gegeben)
Medienformen: Kreidetafel, Overheadprojektor, Computerunterstützte Demonstra-tionen, Skript zur Vorlesung
Literatur: Lehrbücher der Theoretischen Physik z.B. F. Schwabl; W. Nolting; Straumann; K. Gottfried und T.M. Yan; C. Cohen-Tannoudji.
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Physikalische Wahlfächer - Astronomie/Astrophysik
1. Semester
Modulnummer:
Modulbezeichnung: Einführung in die Astronomie
Modulverantwortliche(r), Dozent: Prof. Dr. Krivov
Sprache: deutsch
Zuordnung zu den Studiengän-gen
Wahlpflichtmodul Diplom Physik, Bachelor Physik, Master Physik, Lehramt
Häufigkeit des Angebots (Zyklus) Wintersemester
Dauer des Moduls: 1 Semester
Lehrform / SWS: Vorlesung: 2 SWS plus Übung: 2 SWS
Arbeitsaufwand (work load): Präsenzstunden: Vorlesung: 30, Übung: 30
Selbststudium: Nacharbeit (Vorlesung, Übung): 30
Prüfungsvorbereitung: 30
Gesamtarbeitsaufwand: 120 Stunden
Leistungspunkte (ECTS credits): 4
Voraussetzungen:
Lernziele / Kompetenzen: Vorstellung von Astronomie als exakter Naturwissenschaft, Me-thoden und Erkenntnisse, Vermittlung des modernen Weltbilds
Inhalt: - Was ist Astronomie? - "Kosmographische" Beschreibung des Weltalls - Theoretische und beobachtende Methoden der Astronomie - Sphärische Astronomie, Astrometrie - Himmelsmechanik, Keplersche Gesetze - Sonnensystem - Sonne und Sterne - Milchstraßensystem - Galaxien - Kosmologie
Voraussetzungen für die Zulas-sung zur Modulprüfung (Prü-fungsvorleistungen)
Regelmäßige Teilnahme an Vorlesungen und Übungen
Voraussetzung für die Vergabe von Leistungspunkten (Prüfungs-form):
Übungsaufgaben oder Klausur oder mündliche Prüfung
Medienformen: Tafel, Overhead, Beamer
Literatur: Karttunen, Kröger, Oja, Poutanen, Donner, Fundamental Astro-nomy (Springer), Unsöld, Baschek, Der neue Kosmos (Springer),
Voigt, Abriss der Astronomie (BI Wissenschaftsverlag)
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Modulnummer:
Modulbezeichnung: Physik der Sterne
Modulverantwortliche(r), Dozent: Prof. Dr. Ralph Neuhäuser
Sprache: deutsch (manchmal teils englisch)
Zuordnung zu den Studiengän-gen
Wahlpflichtmodul Diplom Physik, Master Physik, Lehramt
Häufigkeit des Angebots (Zyklus) Wintersemester
Dauer des Moduls: 1 Semester
Lehrform / SWS: Vorlesung: 4 SWS
Übung: 2 SWS
Arbeitsaufwand (work load): Präsenzstunden: Vorlesung: 60, Übung: 30
Selbststudium: Nacharbeit (Vorlesung, Übung): 60
Lösen von Übungsaufgaben: 60
Prüfungsvorbereitung: 30
Gesamtarbeitsaufwand: 240 Stunden
Leistungspunkte (ECTS credits): 8
Voraussetzungen: Inhalte des Moduls Einführung in die Astronomie
Lernziele / Kompetenzen: - Vermittlung der grundlegenden Begriffe, Phänomene und
Konzepte der Stellarphysik
- Entwicklung von Fähigkeiten zum selbständigen Lösen von
Aufgaben und Problemen der Stellarphysik
Inhalt: Entstehung und Entwicklung von Sternen als Funktion der Mas-se durch das Hertzsprung-Russell Diagramm, Sternatmosphä-ren, Spektroskopie, Photometrie, Kernfusion als Energiequelle
Voraussetzungen für die Zulas-sung zur Modulprüfung (Prü-fungsvorleistungen)
Regelmäßige Teilnahme an den Übungen und Abgabe der Übungsaufgaben (mindestens 80%)
Voraussetzung für die Vergabe von Leistungspunkten (Prüfungs-form):
Klausur (120 min Dauer) oder mündliche Prüfung am Ende des Semesters oder erfolgreiche Teilnahme an den Übungen (Form der Prüfung wird zu Beginn der Vorlesungen angegeben, Form der Wiederholungsprüfung nach der ersten Prüfung)
Medienformen: Medienunterstützte Vorlesung (Tafel, Overheadfolien, Beamer)
mit Übungen und praktischen Vorführungen
Literatur: Scheffler, Elsässer, Physik der Sterne und der Sonne (BI), sehr ausführlich, sehr gut
Carroll, Ostlie, Introduction to Modern Astrophysics (Addison-Wesley), englisch, sehr gute Einführung
Stahler, Palla, The formation of stars (Wiley-VCH, 2004), eng-lisch, sehr ausführlich, sehr gut, sehr aktuell
Unsöld, Baschek, Der neue Kosmos (Springer), ausführlich, ak-tuell und gut geeignet
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Modulnummer:
Modulbezeichnung: Terra-Astronomie
Modulverantwortliche(r), Dozent: Prof. Dr. R. Neuhäuser
Sprache: deutsch
Zuordnung zu den Studiengängen Wahlpflichtmodul für die Studiengänge MSc Physik, Lehramt im Drittfach Astronomie, Wahlmodul für Nebenfächler
Häufigkeit des Angebots (Zyklus) Sommersemester (in ungeraden Jahren)
Dauer des Moduls: 1 Semester
Lehrform / SWS: Vorlesung: 2 SWS
Übung: 2 SWS
Seminar 2 SWS
Arbeitsaufwand (work load): Präsenzstunden: Vorlesung: 30, Übung: 30, Seminar 30
Selbststudium: Nacharbeit (Vorlesung, Übung): 60
Lösen von Übungsaufgaben: 30
Prüfungsvorbereitung: 30
Gesamtarbeitsaufwand: 180 Stunden
Leistungspunkte (ECTS credits): 6
Voraussetzungen: keine
Lernziele / Kompetenzen: - Vermittlung der grundlegenden Begriffe, Phänomene und
Konzepte der Terra-Astronomie
- Entwicklung von Fähigkeiten zum selbständigen Lösen von
Aufgaben aus diesen Gebieten
- Entwicklung von Fähigkeiten zum selbständigen Vortragen
in einem der Teilgebiete
- Beiträge von Natur- und Geisteswissenschaften
Inhalt: Sonnenaktivität und -wind, kosmische Strahlung und ihre Quellen, Supernovae und ihre Überreste, Neutronensterne, Gamma-Ray-Bursts, Radionukleide auf der Erde, Auswirkung kosmischer Er-eignisse auf Erde und Biosphäre, historische Beobachtungen zur Rekonstruktion der Sonnenaktivität und kosmischer Explosionen
Voraussetzungen für die Zulas-sung zur Modulprüfung (Prüfungs-vorleistungen)
Regelmäßige Teilnahme an Übungen oder Seminar (entweder mindestens 80 % der Lösungen abgegeben oder einen Vortrag im Seminar gehalten)
Voraussetzung für die Vergabe von Leistungspunkten (Prüfungs-form):
Erfolgreiche Teilnahme an Übungen (mindestens 50 % der Punk-te) oder Seminar (guter Vortrag), oder mündliche Prüfung oder Klausur
Medienformen: Medienunterstützte Vorlesung mit Beispielen, Experimenten und Übungen
Literatur: Lehrbücher zur Sonnenphysik (z.B. Vaquero & Vasquez) und Su-pernovae (z.B. Stephenon & Green)
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Studiengang: Diplom Physik, Master Physik, Lehramt
Modulbezeichnung: Astronomisches Praktikum
ggf. Kürzel Astrolab
ggf. Untertitel
ggf. Lehrveranstaltungen: Laborpraktikum Astronomie/Astrophysik
Semester: Sommersemester
Modulverantwortliche(r): Prof. Neuhäuser
Dozent(in): Prof. Neuhäuser, Dr. Mugrauer, Dr. Mutschke, Dr. Löhne
Sprache: Deutsch
Zuordnung zum Curriculum Master Physik, Diplom Physik, Lehramt
Lehrform / SWS: 4 SWS Praktikum: teils Beobachtungspraktikum, teils Labor-Astrophysik-Praktikum
Arbeitsaufwand: 60h Präsenz bei Praktikum,
120h Eigenstudium für Vor- und Nachbereitung
Leistungspunkte: 8
Voraussetzungen: Grundstudium Bachelor Physik
Einführung in die Astronomie empfohlen
Lernziele / Kompetenzen: Funktionsweise und Beobachtung von Sternen, Staublaborversu-che, Datenauswertung, Fehlerrechnung
Inhalt: Spektroskopie und Photometrie am Teleskop,
interstellarer Staub, Sternentstehung, Infrarot-Astronomie
Studien- und Prüfungsleistungen: Protokolle ausarbeiten und abgeben, ggf. Prüfung
Medienformen: Tafelanschrieb, Overheadfolien, praktiksches Vorführen
Literatur: Voigt, Abriss der Astronomie (BI Wissenschaftsverlag)
Unsöld, Baschek, Der neue Kosmos (Springer)
Scheffler, Elsässer, Physik der Sterne und der Sonne (BI)
Carroll, Ostlie, Intro to Modern Astrophysics (Addison-Wesley)
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Modulnummer:
Modulbezeichnung: Himmelsmechanik
Modulverantwortliche(r): Prof. Alexander Krivov
Dozent(in): Prof. Alexander Krivov
Sprache: Englisch
Zuordnung zu den Studiengängen Wahlpflichtmodul Diplom Physik, Master Physik
Häufigkeit des Angebots Wintersemester (alle 1 bis 2 Jahre)
Dauer des Moduls 1 Semester
Lehrform / SWS: Vorlesung: 2 SWS, Übung: 2 SWS
Arbeitsaufwand: Präsenzstunden: Vorlesung: 30 h, Übung: 30 h
Selbststudium: Nacharbeit (Vorlesung, Übung): 30 h
Lösen von Übungsaufgaben: 30 h
Prüfungsvorbereitung: 60 h
Gesamtarbeitsaufwand: 180 Stunden
Leistungspunkte (ECTS credits): 6
Voraussetzungen: Modul Einführung in die Astronomie empfohlen
Lernziele / Kompetenzen Erlernen von grundlegenden Begriffen, Problemen und Methoden der klassischen und modernen Himmelsmechanik und deren An-wendungen auf verschiedene astronomische Probleme
Entwicklung von Fähigkeiten zum selbstständigen Lösen von vergleichsweise einfachen Aufgaben aus diesen Gebieten
Inhalt: Gegenstand der Himmelsmechanik; Zwei-Körper-Problem; einge-schränktes Drei-Körper-Problem; gestörte Bewegungen; Dynamik der Planetensysteme: resonante, säkulare und periodische Stö-rungen; Chaos und Stabilität; moderne Erweiterungen: relativisti-sche Himmelsmechanik, nichtgravitative Himmelsmechanik, Ast-rodynamik
Voraussetzungen für die Zulas-sung zur Modulprüfung (Prüfungs-vorleistungen)
Regelmäßige Teilnahme an Vorlesungen und Übungen, Abgabe der Übungsaufgaben (mindestens 80%)
Voraussetzung für die Vergabe von Leistungspunkten (Prüfungs-form):
Übungen, Klausur oder mündliche Prüfung am Ende des Semes-ters (Art der Prüfung und Wiederholungsprüfung wird zu Beginn der Vorlesung bekannt gegeben)
Medienformen: Tafel, Overheadfolien, Beamer
Literatur: Murray, Dermott, Solar System Dynamics (Cambridge Univ. Press, 1999)
Danby, Fundamentals of Celestial Mechanics (Willmann-Bell, 1988)
Guthmann, Einführung in die Himmelsmechanik und Ephemeridenrechnung (BI-Wissenschaftsverlag)
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Modulnummer:
Modulbezeichnung: Spektroskopie
Modulverantwortliche(r): Prof. Artie Hatzes
Dozent(in): Prof. Artie Hatzes
Sprache: Englisch
Zuordnung zu den
Studiengängen:
Wahlpflichtmodul Diplom Physik und Master Physik
(alle 1-2 Jahre im WiSe)
Lehrformen / SWS: 2 SWS Vorlesung
Dauer des Moduls 1 Semester
Leistungspunkte: 4
Arbeitsaufwand: Präsenzstunden: 30 h Vorlesung
Selbststudium: Nacharbeit: 60 h
Prüfungsvorbereitung: 30 h
Gesamtarbeitsaufwand: 120 Stunden
Voraussetzungen: Vorlesung Einführung in die Astronomie empfohlen
Lernziele / Kompetenzen: Grundlagen der Spektroskopie und Sternatmosphären
Inhalt: Spektroskopie: Instrumente, Beobachtung, Auswertung; Theorie der Sternatmosphären, Sternaufbau, Anwendungen
Voraussetzungen für die Zulas-sung zur Modulprüfung (Prü-fungsvorleistungen)
Regelmäßige Teilnahme an Vorlesungen
Voraussetzung für die Vergabe von Leistungspunkten (Prüfungs-form):
Klausur oder mündliche Prüfung am Ende des Semesters
Medienformen: Tafel, Overheadfolien, Beamer
Literatur: Gray, Stellar Photospheres (Cambridge Univ. Press)
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Modulnummer:
Modulbezeichnung: Einführung in die Radioastronomie
Modulverantwortliche(r), Dozent: PD Dr. habil Katharina Schreyer, Dr. Matthias Hoeft
Sprache: deutsch
Zuordnung zu den
Studiengängen:
Wahlflichtmodul für Master Physik, Lehramt Physik
Häufigkeit des Angebots (Zyklus) alle 2 Jahre im Wintersemester, in geraden Jahren
Dauer des Moduls: 1 Semester
Lehrform / SWS: Vorlesung 2 SWS, Übung 2 SWS
Arbeitsaufwand (work load): Präsenzstunden: Vorlesung: 30, Übung 30
Selbststudium: Nacharbeit, Lösen von Übungsaufgaben 90
Prüfungsvorbereitung: 30
Gesamtarbeitsaufwand: 180 Stunden
Leistungspunkte (ECTS credits): 6
Voraussetzungen: Inhalte des Moduls Einführung in die Astronomie
Lernziele / Kompetenzen: Vermittlung grundlegende Begriffe, Phänomene und Konzepte der Radioastronomie (Submm bis Meterwellenlängen)
Fähigkeiten, eigene Beobachtungen mit einem Radioteleskopen vorzubereiten, durchzuführen und auszuwerten
Inhalt: Antennentechnik & -parameter, Empfängertypen, Backends, Ar-beitsweise von Einzelteleskopen und Radiointerferometern
Kalibration von Radiomessungen, Datenanalyse und Interpretati-on, Anwendungsbeispiele
Kosmische Radiostrahler: Radiokontinuumsstrahlung und Radio-linienspektren
Voraussetzungen für die Zulas-sung zur Modulprüfung (Prü-fungsvorleistungen)
Regelmäßige Teilnahme an der Vorlesung und Abgabe der Übungsaufgaben (mindestens 80%)
Voraussetzung für die Vergabe von Leistungspunkten (Prüfungs-form):
Erfolgreiche Teilnahme an den Übungen; Klausur oder mündliche Prüfung am Ende des Semesters (Art der Prüfung und Wiederho- lung der Prüfung wird zu Beginn der Vorlesung bekannt gegeben)
Medienformen: Medienunterstützte Vorlesung (Tafel, Overheadfolien, Beamer)
mit Übungen
Literatur: Rohlfs, Tools of Radio Astronomy (Springer)
Burke, Graham-Smith, An introduction to radio astronomy (Cambridge Univ. Press)
Thompson, Interferometry and synthesis in radio atronomy (Wiley)
Wilson, Tools of radio astronomy: problems and solutions (Springer)
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Modulnummer:
Modulbezeichnung: Physik der Planetensysteme
Modulverantwortliche(r): Prof. Alexander Krivov
Dozent(in): Prof. Alexander Krivov, Prof. Artie Hatzes
Sprache: meist englisch (manchmal teilweise deutsch)
Zuordnung zu den Studiengängen Wahlpflichtmodul Diplom Physik, Master Physik, Lehramt
Häufigkeit des Angebots Jedes Sommersemester
Dauer des Moduls 1 Semester
Lehrform / SWS: Vorlesung: 4 SWS, Übung: 2 SWS
Arbeitsaufwand: Präsenzstunden: Vorlesung: 60 h, Übung: 30 h
Selbststudium: Nacharbeit (Vorlesung, Übung): 60 h
Lösen von Übungsaufgaben: 60 h
Prüfungsvorbereitung: 30 h
Gesamtarbeitsaufwand: 240 Stunden
Leistungspunkte (ECTS credits): 8
Voraussetzungen: Modul Einführung in die Astronomie empfohlen
Lernziele / Kompetenzen: Erlernen von Eigenschaften, Entstehung und Entwicklung des Sonnensystems und extrasolarer Planetensysteme
Entwicklung von Fähigkeiten zum selbstständigen Lösen von ver-gleichsweise einfachen Aufgaben aus diesen Gebieten
Inhalt: Das Sonnensystem und extrasolare Planetensysteme: Überblick und historischer Abriss;
Detektionsmethoden von Exoplaneten (Radialgeschwindigkeit, Astrometrie, Transit, Direktaufnahme, Mikrolensing, Interferomet-rie);
beobachtete Eigenschaften und Diversität von Planetensystemen;
Theorie der Planetenentstehung (Akkretionsscheibe, Staub-Gas-Wechselwirkung, Agglomeration vom Staub zu Planetesimalen, Wachstum der Planetesimale zu Embryonen, Entstehung der Rie-sen- und terrestrischen Planeten, Migration, Trümmerscheiben)
Voraussetzungen für die Zulas-sung zur Modulprüfung (Prüfungs-vorleistungen)
Regelmäßige Teilnahme an Vorlesungen und Übungen, Abgabe der Übungsaufgaben (mindestens 80%)
Voraussetzungen für die Vergabe von Leistungspunkten (Prüfungs-form)
Übungen, Klausur oder mündliche Prüfung am Ende des Semes-ters (Art der Prüfung und Wiederholungsprüfung wird zu Beginn der Vorlesung bekannt gegeben)
Medienformen: Tafel, Overheadfolien, Beamer
Literatur: Safronov, Evolution of the protoplanetary cloud and formation of the Earth and the planets (1969) Clark, Extrasolar Planets (Wiley,1998) Garzon, Eiroa, de Winter, Mahoney (Eds.), Disks, Planetesimals, and Planets, ASP Conf. Ser., V. 219, 2000 Deming , Seager (Eds.), Sci. Frontiers in Research on Extrasolar Planets , ASP Conf. Ser., V. 294, 2003 “Protostars and Planets III-V” (Univ. Arizona Press, 1993-2006)
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2. Semester
Modulnummer:
Modulbezeichnung: Astronomische Beobachtungstechnik
Modulverantwortliche(r): Prof. Ralph Neuhäuser
Dozent(in): Prof. Ralph Neuhäuser, Dr. Markus Mugrauer
Sprache: Deutsch
Zuordnung zu den Studiengängen Wahlpflichtmodul: Master Physik, Lehramt; Pflichtmodul: LA Drittfach Astronomie
Lehrformen / SWS: 2 SWS Vorlesung + 2 SWS Übung
Dauer des Moduls 1 Semester
Arbeitsaufwand: Präsenzstunden: 30 h Vorlesung + 30 h Übungen
Selbststudium: Nacharbeit + Übungsaufgaben: 120 h
Gesamtarbeitsaufwand: 180 Stunden
Leistungspunkte: 6
Voraussetzungen:
Lernziele / Kompetenzen: Methoden der beobachtenden Astronomie in allen Wellenlängen; Beobachtungstechnik und Datenauswertung. Kenntnis der Tele-skoptechnik in allen Wellenlängen
Inhalt: - Strahlungstheorie, Leuchtkraft - CCD-Detektoren, Datenreduktion - Aufbau und Funktion optischer und Infrarot-Teleskope - Grundlagen der Infrarot-Astronomie - Speckle-Technik, Adaptive Optik, Interferometrie - Radioastronomie: Teleskope und Wissenschaft - Ultraviolett-, Röntgen- und Gamma-Astronomie
Voraussetzungen für die Zulas-sung zur Modulprüfung (Prü-fungsvorleistungen)
Regelmäßige Teilnahme an Vorlesungen und Übungen, Abgabe der Übungsaufgaben
Voraussetzung für die Vergabe von Leistungspunkten (Prüfungs-form):
Klausur oder mündliche Prüfung am Ende des Semesters (wird am Anfang der Vorlesungszeit bekannt gegeben), Wiederho-lungsprüfung als mündliche Prüfung
Medienformen: Tafel, Overheadfolien, Beamer
Literatur: Karttunen, Kröger, Oja, Poutanen, Donner, Astronomie – eine Einführung (Springer)
Unsöld, Baschek, Der neue Kosmos (Springer)
Weigert, Wendker, Wisotzki, Astronomie und Astrophysik : ein Grundkurs (Wiley VCH)
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Modulbezeichnung Sonne und sonnenähnliche Sterne
Modulnummer
Modulverantwortliche(r) Prof. Artie Hatzes
Dozent(in) Dr. Eike Guenther (Vorlesung); Cosmos Dumba (Übungen)
Sprache Deutsch (Vorlesung), Englisch + Deutsch (Übun-gen)
Ort SR 1 Ph.
Zuordnung zu den Studiengängen Wahlpflichtmodul Master Physik
Lehrformen / SWS Vorlesung 2 Stunden pro Woche + 2 Stunden Übungen pro Woche
Dauer des Moduls: Ein Semester
Arbeitsaufwand: Präsenzstunden: 34 h Vorlesung + 32 h Übun-gen. 34 h Lösen der Übungsaufgaben, 40 Nach-arbeit der Vorlesung, Prüfungsvorbereitung 40 h. Gesamtarbeitsaufwand: 180 h
Leistungspunkte: 6
Voraussetzungen: Einführung in die Astronomie
Lernziel / Kompetenzen: Erlangung der Grundkenntnisse im Bereich der Physik sonnenähnlicher Sterne die es ermögli-chen mit einer Bachelor Arbeit in diesem Bereich zu beginnen.
Inhalt: - Entstehung der Sonne
- Grundgleichungen des Sternaufbaus
- Polytropentheorie
- Photosphäre, Chromosphäre, Korona
- Sonnenwind
- Zukünftige Entwicklung der Sonne
Voraussetzungen für die Zulassung zur Mo-dulprüfung (Prüfungsvorleistungen)
Regelmäßige Teilnahme an den Vorlesungen, Übungen, korrekte und selbstständige Bearbei-tung der Hausaufgaben (>50%), vorrechnen an der Tafel.
Voraussetzung für die Vergabe von Leistungs-punkten (Prüfungsform):
Regelmäßige Teilnahme an den Vorlesungen, Übungen, korrekte und selbstständige Bearbei-tung der Hausaufgaben (>50%), vorrechnen an der Tafel, mündliche Prüfung.
Medienformen / Instrument: Beamer + PC
Literatur: Barnes, Jeanette: A Beginner’s Guide to Using IRAF
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Modulnummer
Modulbezeichnung Oberseminar Astronomie/Astrophysik
Modulverantwortliche(r), Dozent: Prof. Dr. Ralph Neuhäuser, Prof. Dr. Alexander Krivov
Sprache: deutsch
Zuordnung zu den Studiengän-gen
Oberseminar Diplom Physik, Master Physik, Lehramt
Häufigkeit des Angebots (Zyklus) Winter- und Sommersemester
Dauer des Moduls: 1 Semester
Lehrform / SWS: Seminar: 2 SWS
Arbeitsaufwand (work load): Präsenzstunden: Seminar: 30
Selbststudium: Nacharbeit: 45
Vortragsvorbereitung: 45
Gesamtarbeitsaufwand: 120
Leistungspunkte (ECTS credits): 4
Voraussetzungen: Inhalte des Moduls Einführung in die Astronomie
und eines Wahlpflichtmoduls Astrophysik
Lernziele / Kompetenzen: Vertiefte Vermittlung von Konzepten der beobachtenden und theoretischen Astronomie/Astrophysik
Selbständiges Einarbeiten in ein Spezialgebiet
Selbständiges Auffinden und Auswerten wiss. Literatur
Entwicklung von Fähigkeiten zum selbständigen Lösen von aktuellen Aufgaben der Astronomie/Astrophysik
Vorbereiten und Halten eigener Vorträge, Diskussion von aktuelle Forschungsfeldern
Systematische Erarbeitung von Spezialkenntnissen auf dem Ge-biet der Astronomie/Astrophysik
Inhalt: Schwerpunkt bei Theoretischer Astrophysik z.B. zirkumstellare Scheiben, Planetenentstehung Schwerpunkte bei beobachtender Astrophysik z.B. Infrarot-Astronomie, sub-stellare Objekte, Interferometrie, Adaptive Optik,
Endstadien der Sternentwicklung, insbesondere Neutronensterne
Voraussetzungen für die Zulas-sung zur Modulprüfung (Prü-fungsvorleistungen)
Regelmäßige Teilnahme an den Seminaren (mindestens 80%)
Voraussetzung für die Vergabe von Leistungspunkten (Prüfungs-form):
ein Fachvortrag (benotet)
regelmäßige Teilnahme
Medienformen: Medienunterstützte Vorträge und Diskussionen (Tafel, Overhead-folien, Beamer)
Literatur: Spezialliteratur des jeweiligen Fachgebietes (vorwiegend in eng-lischer Sprache)
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Modulnummer
Modulbezeichnung Extragalaktik
Modulverantwortliche(r), Dozent: Prof. Dr. Helmut Meusinger
Sprache: deutsch
Zuordnung zu den Studiengän-gen
Wahlflichtmodul Diplom Physik, Master Physik, Lehramt
Häufigkeit des Angebots (Zyklus) alle 2 Jahre im Sommersemester in ungeraden Jahren
Dauer des Moduls: 1 Semester
Lehrform / SWS: Vorlesung: 2 SWS Übung: 2 SWS
Arbeitsaufwand (work load): Präsenzstunden: Vorlesung: 30
Selbststudium: Nacharbeit + Übungen: 90
Prüfungsvorbereitung: 60
Gesamtarbeitsaufwand: 180 Stunden
Leistungspunkte (ECTS credits): 6
Voraussetzungen: Inhalte des Moduls Stellarphysik
Lernziele / Kompetenzen: - Vermittlung der grundlegenden Begriffe, Phänomene und Kon-zepte der beobachtenden Extragalaktik
- Verständnis extragalaktischer und kosmologischer Phänomene
Inhalt: Milchstrassensystem: Bestandteile des Sternsystems, Kinematik der Sterne; Galaxien: Normale und aktive Galaxien, supermasse-reiche Schwarze Loecher, Galaxienhaufen; beobachtende Kos-mologie: Entfernungsbestimmung, Supernovae, Gamma-Ray Bursts, Hintergrundstrahlung, Weltmodelle, Dunkle Materie
Voraussetzungen für die Zulas-sung zur Modulprüfung (Prü-fungsvorleistungen)
Regelmäßige Teilnahme an der Vorlesung (mindestens 80%)
Voraussetzung für die Vergabe von Leistungspunkten (Prüfungs-form):
Klausur (120 min Dauer) oder mündliche Prüfung am Ende des Semesters oder erfolgreiche Teilnahme an den Übungen (Form der Prüfung wird zu Beginn der Vorlesungen angegeben, Form der Wiederholungsprüfung nach der ersten Prüfung)
Medienformen: Medienunterstützte Vorlesung (Tafel, Overheadfolien, Beamer)
z.T. mit Übungen
Literatur: Schneider, Extragalaktische Astronomie (Springer), sehr ausführ-lich, sehr aktuell
Unsoeld & Baschek, Der neue Kosmos (Springer), sehr ausführ-lich zu Stellarphysik
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Modulbezeichnung: Kosmologie
Modulnummer
Modulverantwortliche(r): Prof. Karl-Heinz Lotze
Dozent(in): Prof. Karl-Heinz Lotze
Sprache: Deutsch
Zuordnung zu den
Studiengängen
Wahlpflichtmodul Master Physik, Lehramt
(alle 2 Jahre im SoSe in geraden Jahren)
Lehrformen / SWS: 2 SWS Vorlesung plus 2 SWS Übung
Dauer des Moduls 1 Semester
Leistungspunkte: 6
Arbeitsaufwand: Präsenzstunden: 30 h Vorlesung + 30 h Seminar
Selbststudium: Nacharbeit + Übungen: 30 h
Prüfungsvorbereitung: 90h
Gesamtaufwand: 180 Stunden
Voraussetzungen: Bachelor in Physik, Vorlesungen Allgemeine Relativitätstheorie und Extragalaktik empfohlen
Lernziele / Kompetenzen: Probleme, Methoden und Aussagen der theoretischen und be-obachtenden Kosmologie
Inhalt: Robertson-Walker-Kosmen, Friedmannsche Weltmodelle, kosmo-logisch relevante astronomische Beobachtungen, Modelle mit kosmologischer Konstante, Horizonte, thermische Geschichte der frühen Universums, Strukturbildung
Voraussetzungen für die Zulas-sung zur Modulprüfung (Prü-fungsvorleistungen)
Regelmäßige Teilnahme an Vorlesungen und Übungen, Abgabe der Übungsaufgaben
Voraussetzung für die Vergabe von Leistungspunkten (Prüfungs-form):
Übungen, Klausur oder mündliche Prüfung am Ende des Semes-ters
Medienformen: Tafel, Overheadfolien mit handouts
Literatur: Schneider, Extragalaktische Astronomie (Springer)
Harrison: Cosmology (Cambridge University Press)
Goenner: Einführung in die Kosmologie (Spektrum Akademischer Verlag)
Peacock: Cosmological Physics (Cambridge Univ. Press)
Gesamtdarstellungen der Allgemeinen Relativitätstheorie
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Modulbezeichnung: Laborastrophysik
Modulnummer
Modulverantwortliche(r): Dr. Cornelia Jäger
Dozent(in): Dr. Cornelia Jäger, Dr. Harald Mutschke
Sprache: Deutsch
Zuordnung zu den
Studiengängen
Wahlpflichtmodul Diplom Physik, Master Physik, Lehramt
(Sommersemester in geraden Jahren, ggf. auch in ungeraden Jahren)
Lehrformen / SWS: 2 SWS Vorlesung + 1-2 SWS Übung + 2 SWS Praktikum
Dauer des Moduls 1 Semester
Leistungspunkte: 6
Arbeitsaufwand: Präsenzstunden: 30 h Vorlesung 30 h Übung 60 h Praktikum
Selbststudium: Nacharbeit: 30 h
Prüfungsvorbereitung: 30 h
Gesamtarbeitsaufwand: 180 Stunden
Voraussetzungen: Vordiplom oder Bachelor in Physik
Lernziele / Kompetenzen: Kenntnisse über interstellare und zirkumstellare Medien, Konzep-tion von astrophysikalischen Laborexperimenten, Molekül- und Festkörperspektroskopie, optische Eigenschaften von Clustern, Nanoteilchen und Festkörperpartikeln
Inhalt: Mineralogie und Evolution kosmischer Staubpartikel; Emission, Absorption und Streuung elektromagnetischer Strahlung durch Partikel (Mie-Theorie); Festkörper-Spektroskopie bei kurzen und langen Wellenlängen sowie tiefen Temperaturen; Erzeugung und Analytik von Nanopartikeln und anderen Analogmaterialien im Labor; Quantenmechanische Effekte in Nanoteilchen; Photolumi-neszenz; Erzeugung von Molekül- und Clusterstrahlen; Absorpti-ons- spektroskopie von Molekülen und Clustern in der Gasphase;
Voraussetzungen für die Zulas-sung zur Modulprüfung (Prü-fungsvorleistungen)
Regelmäßige Teilnahme an Vorlesungen
Voraussetzung für die Vergabe von Leistungspunkten (Prüfungs-form):
Klausur oder mündliche Prüfung am Ende des Semesters
Medienformen: Tafel, Overheadfolien, Beamer
Literatur: Krügel, The Physics of Dust (IOP)
Henning (Hrsg.), Astromineralogy (Springer)
Kuzmany, Festkörperspektroskopie (Springer)
Ehrenfreund u.a. (Hrsg.), Laboratory Astrophysics and Space Research (Kluwer)
Tielens & Snow, The Diffuse Interstellar Bands (Kluwer)
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Studiengang: Master Physik, Diplom Physik, Lehramt Astronomie
Modulbezeichnung: Neutronensterne
Semester: 1 Semester, Sommersemester in geraden Jahren
Modulverantwortliche(r): Prof. Neuhäuser
Dozent(in): Prof. Neuhäuser
Sprache: Deutsch
Zuordnung zum Curriculum Wahlpflichtfach Diplom Physik, Master Physik
Lehrform / SWS: 2 SWS Vorlesung + 2 SWS Übung
Arbeitsaufwand: 30h Vorlesungen
30h Übung
90h Eigenstudium für Vor- und Nachbereitung
Leistungspunkte: 6
Voraussetzungen: Einführung in die Astronomie, Stellarphysik empfohlen
Lernziele / Kompetenzen: Entwicklung von Sternen verschiedener Massen, Endstadien, Methoden der Hochenergie-Astrophysik
Inhalt: Entwicklung von Sternen als Funktion der Masse, Nach-Hauptreihen-Entwicklung, Endstadien: weiße Zwerge, Neutro-nensterne, schwarze Löcher, Supernovae, Hochenergie-Astrophysik: Röntgen- und Gamma-Strahlung
Studien- und Prüfungsleistungen: Klausur oder mündliche Prüfung
Voraussetzungen für die Zulas-sung zur Modulprüfung (Prü-fungsvorleistungen)
erfolgreiche Teilnahme an Übungen
Medienformen: Tafelanschrieb, Overheadfolien, PowerPoint
Literatur: Unsöld, Baschek, Der neue Kosmos (Springer)
Scheffler, Elsässer, Physik der Sterne und der Sonne (BI)
Carroll, Ostlie, Intro to Modern Astrophysics (Addison-Wesley)
Longair, High Energy Astrophysics vol. 1 & 2 (Cambridge)
Lorimer, Kramer, Handbook of Pulsar Astronomy (Cambridge)
Haensel, Potekhin, Yakovlev, Neutron stars (Springer)
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Physikalische Wahlfächer - Festkörperphysik/Materialwissenschaft
1. Semester
Modulnummer
Modulbezeichnung: Festkörperphysik II - Einführung in die Spezialisierungsrich-tung
Modulverantwortliche(r): Prof. Dr. Silvana Botti
Dozent(in):
Sprache: Vorlesung in Englisch; Skripte, Seminare und Übungsaufgaben in Deutsch
Zuordnung zum Curriculum Wahlmodul für den Studiengang M.Sc. Physik
Lehrform / SWS: Vorlesung: 4 SWS
Übung: 2 SWS
Arbeitsaufwand: Präsenzstunden: Vorlesung: 60
Übung, Seminar: 30
Selbststudium: Nacharbeit der Vorlesung: 45
Übungsaufgaben: 60
Klausurvorbereitung: 45
Gesamtarbeitsaufwand: 240 Stunden
Leistungspunkte: 8
Voraussetzungen:
Lernziele / Kompetenzen: Vermittlung grundlegender Fähigkeiten für die Beschreibung, Mo-dellierung, Messung und Interpretation von Strukturen, Effekten, Phänomenen und Anregungen in kondensierter Materie
Entwicklung der Fähigkeit, physikalische Probleme in komplexen Strukturen auf Grundtatsachen zurückzuführen
Inhalt: Elastische Eigenschaften, Elektronenstruktur kristalliner und nichtkristalliner Systeme, Magnetismus, Spinphänomene, Bewe-gung von Elektronen in äußeren Feldern, Halbleiter, Transport-phänomene, Dielektrische Eigenschaften, Ordnung-Unordnungs-Phänomene, Elementaranregungen
Voraussetzungen für die Zulas-sung zur Modulprüfung (Prü-fungsvorleistungen)
Regelmäßige Teilnahme an Übungen, Abgabe der Übungsaufga-ben; Detaillierte Festlegungen werden zu Semesterbeginn be-kannt gegeben.
Voraussetzung für die Vergabe von Leistungspunkten (Prüfungs-form):
Klausur am Ende des Semesters
Medienformen: Mediengestützte Vorlesung mit Computerdemonstrationen und Übungen, LaTeX-Script
Literatur: Lehrbücher der Festkörperphysik und –theorie: Ibach/Lüth, Kittel, Ashcroft/Mermin, Valenta/Jäger
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Modulnummer:
Modulbezeichnung: Festkörpermodifikation mit Ionenstrahlen
Modulverantwortliche(r): apl. Prof. Dr. Elke Wendler
Dozent(in): apl. Prof. Dr. Elke Wendler
Sprache: Deutsch
Zuordnung zu den Studiengängen: Wahlmodul für M.Sc. Physik im Wahlfach Festkörperphy-
sik/Materialwissenschaft
Häufigkeit des Angebotes (Zyklus): in unregelmässigen Abständen
Dauer des Moduls: 1 Semester
Lehrform / SWS: Vorlesung: 2 SWS
Übung: 1 SWS
Arbeitsaufwand: Präsenzstunden: Vorlesung: 30, Übung: 15
Selbststudium: Nacharbeit (Vorlesung, Übung): 30
Lösen von Übungsaufgaben: 30
Prüfungsvorbereitung: 15
Gesamtarbeitsaufwand: 120
Leistungspunkte: 4
Voraussetzungen: Bachelor in Physik
Lernziele / Kompetenzen: - Vermittlung der grundlegenden Begriffe, Phänomene und
Konzepte zur Ion-Festkörper-Wechselwirkung
- Anwendungen von Ionenstrahlen zur Modifikation von Mate-
rialien
Inhalt: Energieverlust der eingeschossenen Ionen durch nukleare
und elektronische Wechselwirkung; Wirkung der übertrage-
nen Energie im Festkörper (z.B. in Halbleitern und Kerami-
ken); Nachweis und Modellierung der Schädenbildung und
Amorphisierung; Anwendungsbeispiele
Voraussetzungen für die Zulassung
zur Modulprüfung (Prüfungsvorleis-
tungen)
wird in der Vorlesung bekanntgegeben
Voraussetzung für die Vergabe von
Leistungspunkten (Prüfungsform):
mündliche Prüfung oder Abschlussklausur (Details werden in
der 1. Vorlesung bekannt gegeben)
Medienformen: medienunterstützte Vorlesung mit Übung
Literatur: Nukleare Festkörperphysik (Schatz, Weidinger),
Ionenimplantation (Ryssel, Ruge),
Ion-Solid-Interactions (Nastasi, Mayer, Hirvonen)
High Energy Ion Beam Analysis (Götz, Gärtner)
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Modulnummer:
Modulbezeichnung: Optische Eigenschaften von Festkörpern und Festkör-perschichten
Modulverantwortliche(r): apl. Prof. Dr. Elke Wendler
Dozent(in): apl. Prof. Dr. Elke Wendler
Sprache: Deutsch
Zuordnung zu den Studiengängen: Wahlmodul für M.Sc.Physik
Häufigkeit des Angebotes: in unregelmässigen Abständen
Dauer des Moduls: 1 Semester
Lehrform / SWS: Vorlesung: 2 SWS
Übung: 1 SWS
Arbeitsaufwand: Präsenzstunden: Vorlesung: 30, Übung: 15
Selbststudium: Nacharbeit (Vorlesung, Übung): 30
Lösen von Übungsaufgaben: 30
Prüfungsvorbereitung: 15
Gesamtarbeitsaufwand: 120
Leistungspunkte: 4
Voraussetzungen: Bachelor Physik
Lernziele / Kompetenzen: Vermittlung grundlegende Begriffe, Phänomene und Konzep-
te zu optischen Eigenschaften von Festkörpern und Anwen-
dung auf reale Schichtsysteme
Inhalt: Einführung der mikro- und makroskopischen dielektrischen
Funktion; Kramers-Kronig-Relation; Einfluss der dielektri-
schen Eigenschaften auf die Feldverteilung der elektromag-
netischen Welle - Transmission und Reflexion; Transfer-
matrixmethode; dielektrische Funktion verschiedener Mate-
rialien; Anwendungsbeispiele
Voraussetzungen für die Zulassung
zur Modulprüfung:
wird in der Vorlesung bekanntgegeben
Voraussetzung für die Vergabe von
Leistungspunkten (Prüfungsform):
mündliche Prüfung oder Abschlussklausur (Details werden in
der 1. Vorlesung bekannt gegeben)
Medienformen: medienunterstützte Vorlesung mit Übung
Literatur: L.D. Landau und E.M. Lifschitz, Lehrbuch der Theoretischen
Physik, Band VIII, Elektrodynamik der Kontinua, Akademie-
Verlag Berlin
F. Wooten, Optical Properties of Solids, Academic Press
New York 1972
P. Yeh, Optical Waves in Layered Media, John Wiley & Sons,
New York 1988
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Modulbezeichnung Phasenfeldtheorie
Modulnummer
Modulverantwortliche(r): P. Galenko PhD / Prof. M. Rettenmayr
Dozent: P. Galenko
Sprache: Deutsch, Englisch auf Wunsch
Zuordnung zu den Studiengängen Wahlpflichtmodul für Studiengang Physik (Master) im Schwerpunkt „Festkörperphysik/Materialwissenschaft“
Lehrform(en) / SWS: Im WS 3 SWS Vorlesung + 1 SWS Seminar:
Dauer des Moduls 1 Semester
Arbeitsaufwand (work load) Präsenzstunden: Vorlesung: 45, Seminar/Übungen: 15
Selbststudium: Nacharbeit (Vorlesung, Seminar): 70
Vorbereitung Vorträge: 15
Prüfungsvorbereitung: 35
Gesamtarbeitsaufwand: 180 Stunden
Leistungspunkte: 6
Voraussetzungen für die Zulas-sung zum Modul
keine
Lernziele / Kompetenzen: Kenntnisse über Grundlagen der Theorie der Phasenübergänge mit diffuser und scharfer Grenze
Aufstellen von Phasenfeld-Gleichungen, analytische Lösung der Gleichungen für stationäre Systeme und für selbstähnliche Re-gimes
Definition der physikalischen Bedeutung der thermodynami-schen und kinetischen Parameter des Phasenfelds
Numerische Integration der einfachsten Phasenfeld-Gleichungen in nichtstationären Systemen
Selbständiges Lösen von Problemen zum Verständnis der Struk-turbildung in der Praxis
Inhalt: Einführung: Mean-Field-Theorie, Phasenübergänge, Ordnungspa-rameter
konservative und nicht-konservative Phasenfeld-Modelle
Analytische Lösungen: Gleichgewicht und Dynamik
Erweiterte Modelle: Mehrphasen-Felder; ”Phase Field Crystal“; schnelle diffuse Grenzflächen
Modellierung: Grundlagen numerischer Algorithmen, numeri-scher Schemen und Verfahren
Voraussetzung für die Zulassung zur Modulprüfung (Prüfungsvor-leistungen)
Lösung von mind. 50% der Übungsaufgaben
Voraussetzung für die Vergabe von Leistungspunkten (Prüfungs-form):
mündliche Abschlussprüfung (30min)
Medienformen: Beamer, Overheadprojektor, Tafel
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Literatur: Ausführliches Vorlesungsskript
N. Provatas, K. Elder: Phase-field methods in Materials Science and Engineering, WILEY-VCH, Weinheim, 2010
H. Emmerich: The diffuse interface approach in materials science, Springer, Berlin 2003
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Modulnummer:
Modulbezeichnung: Nanomaterialien und Nanotechnologie
Modulverantwortliche(r): Prof. Dr. Carsten Ronning
Dozent(in): Prof. Dr. Carsten Ronning
Sprache: Deutsch
Zuordnung zu den Studiengängen: Wahlmodul für Master Physik im Wahlfach Festkörperphy-
sik/Materialwissenschaft, Wahlmodul Master Materialwissen-
schaften
Häufigkeit des Angebotes (Zyklus): in unregelmässigen Abständen
Dauer des Moduls: 1 Semester
Lehrform / SWS: Vorlesung: 2 SWS
Übung: 1 SWS
Arbeitsaufwand: Präsenzstunden: Vorlesung: 30, Übung: 15
Selbststudium: Nacharbeit (Vorlesung, Übung): 45
Prüfungsvorbereitung: 30
Gesamtarbeitsaufwand: 120
Leistungspunkte: 4
Voraussetzungen: Gute Kenntnisse in Festkörperphysik
Lernziele / Kompetenzen: Die Studierenden erwerben Fähigkeiten zur Präparation und
Charakterisierung der Nanomaterialien sowie Wissen über
deren theoretische Beschreibung. Sie lernen die Methoden
der Nanotechnologie kennen. Darüber hinaus wird die Vorbe-
reitung eines Seminarvortrages geübt.
Inhalt: Theorie der Dimensionseffekte
Elektronenquantisierung
Einzelelektronen-Transistor
Synthese von Nanomaterialien
Charakterisierung von Nanomaterialien
Materialsysteme: Kohlenstoffnanoröhren, Graphen, Halb-
leitermaterialien, magnetische Nanomaterialien, Bionano-
materialien
Anwendung und Technologie der Nanomaterialien
Voraussetzungen für die Zulassung
zur Modulprüfung (Prüfungsvorleis-
tungen)
Regelmäßige Teilnahme an den Lehrveranstaltungen
Voraussetzung für die Vergabe von
Leistungspunkten (Prüfungsform):
Seminarvortrag und mündliche Prüfung oder Abschlussklau-
sur (Details werden in der 1. Vorlesung bekannt gegeben)
Medienformen: Tafel, Beamer, Laborbesichtigung
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Literatur: Springer Handbook of Nanotechnology (Editor: B. Bushan),
Basics of Nanotechnology (Wiley, H.G. Rubahn), Nanophys-
ics and Nanotechnology (Wiley, E.L. Wolf), Mesoscopic Elec-
tronics in Solid State Nanostructures (Wiley, T. Heinzel)
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Modulnummer:
Modulbezeichnung: Materialwissenschaft
Modulverantwortliche(r): Prof. Dr. K. D. Jandt
Dozent: Prof. Dr. K. D. Jandt, AOR PD Dr. Jörg Bossert und Mitarbeiter
Sprache: Deutsch, Englisch auf Wunsch
Zuordnung zu den Studiengängen: Wahlpflichtkurs im Studiengang MA Physik im Wahlfach „Festkör-perphysik/Materialwissenschaft“ im 3. Semester
Lehrform(en) / SWS: 2 SWS Vorlesung, 1 SWS Seminar. Angebot im WS
Dauer des Moduls 1 Semester
Arbeitsaufwand: Präsenzstunden: 30 h Vorlesung + 15 h Seminar
Selbststudium: Nacharbeit + Übungsaufgaben: 40 h
Prüfungsvorbereitung: 35 h
Gesamtarbeitsaufwand: 120 Stunden
Leistungspunkte: 4
Voraussetzungen für die Zulas-sung zum Modul:
Lernziele / Kompetenzen: Nach erfolgreichem Absolvieren des Moduls beherrscht der/die Studierende wichtige grundlegende Begriffe, Phänomene und Ver-fahren in der Materialwissenschaft bzw. kann diese nennen. Dar-über hinaus entwickelt er/sie Fähigkeiten zum selbstständigen Lö-sen von Problemen und Aufgaben aus dem Gebiet der Material-wissenschaft.
Inhalt: Systematische Darstellung materialwissenschaftlicher Grundlagen. Einführung, atomare Struktur und Bindungsarten, Struktur von Me-tallen und Keramik und Polymeren, Störungen im Aufbau von Festkörpern, Diffusion, mechanische Eigenschaften von Materia-lien, Deformations- und Verstärkungs-Mechanismen, Versagen
Voraussetzung für die Zulassung zur Modulprüfung (Prüfungsvor-leistungen):
Regelmäßige Teilnahme am Seminar und Lösen der Übungsauf-gaben, Vorträge, CAL-IT
Voraussetzung für die Vergabe von Leistungspunkten (Prüfungs-form):
Lösung der Aufgaben im Seminar, bestandene mündliche Prüfung, bei Wiederholungsprüfung ggf. andere Prüfungsform; Detaillierte Festlegungen werden zu Semesterbeginn bekannt gegeben.
Medienformen: Beamer, Overheadprojektor, Tafel, Computer Aided Learning (CAL), Videos
Literatur: William D. Callister Jr, Fundamentals of Materials Science and En-gineering – An integrated approach, 3rd Edition, John Wiley & Sons, Inc. New York 2009
Alternativ: Werkstoffe 1 & 2. M. F. Ashby, D. R. H. Jones, Spekt-rum Akademischer Verlag Heidelberg 2006
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Modulnummer
Modulbezeichnung Metalle
Modulverantwortliche(r): Prof. Dr. M. Rettenmayr
Dozent: Prof. Dr. M. Rettenmayr
Sprache: Deutsch, Englisch auf Wunsch
Zuordnung zu den Studiengängen Wahlpflichtkurs im Studiengang M.Sc. Physik im Wahlfach „Fest-körperphysik/Materialwissenschaft“ im 3. Semester
Lehrform(en) / SWS: 3 SWS Vorlesung+ 1 SWS Seminar:
Dauer des Moduls 1 Semester
Arbeitsaufwand (work load) Präsenzstunden: 30 h Vorlesung + 15 h Seminar
Selbststudium: Nacharbeit + Übungsaufgaben: 40 h
Prüfungsvorbereitung: 35 h
Gesamtarbeitsaufwand: 120 Stunden
Leistungspunkte: 4
Voraussetzungen für die Zulas-sung zum Modul
Lernziele / Kompetenzen: Kenntnis von Aufbau und Eigenschaften der Metalle sowie deren Zusammenhang, Verständnis der Wechselwirkung von techni-schen und physikalischen Prozessen
Selbständiges Lösen von Problemen bei Materialentwicklung und Materialeinsatz
Inhalt: Aufbau metallischer Werkstoffe (Kristallstruktur, null-, ein-, zweidi-mensionale Defekte, Gefüge)
Mechanismen der Festigkeitssteigerung: Ausscheidung/ Dispersi-on, Mischkristall, Rekristallisation, Textur
zeitunabhängige und zeitabhängige mechanische Eigenschaften
Physikalische Eigenschaften
Diffusion
Voraussetzung für die Zulassung zur Modulprüfung (Prüfungsvor-leistungen)
Regelmäßige Teilnahme am Seminar und Lösen der Übungsauf-gaben; Detaillierte Festlegungen werden zu Semesterbeginn be-kannt gegeben.
Voraussetzung für die Vergabe von Leistungspunkten (Prüfungs-form):
Mündliche Prüfung nach der Vorlesung ’Metalle II’
Medienformen: Beamer, Overheadprojektor, Tafel
Literatur: Ausführliches Vorlesungsskript
G. Gottstein: Physikalische Grundlagen der Materialkunde, Sprin-ger, Berlin 1998
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Modulnummer:
Modulbezeichnung: Vakuum- und Dünnschichtphysik
Modulverantwortliche(r): Prof. Dr. P. Seidel
Dozent(in): Prof. Dr. P. Seidel
Sprache: Deutsch
Zuordnung zum Curriculum: Wahlpflichtkurs im Studiengang M.Sc. Physik im Wahlfach „Fest-körperphysik/Materialwissenschaft“ im 1. oder 3. Semester
Häufigkeit des Angebotes (Zyk-lus):
Wintersemester
Lehrform / SWS: Vorlesung: 2 SWS
Seminar: 1 SWS
Arbeitsaufwand: Präsenzstunden: 30 h Vorlesung + 15 h Seminar
Selbststudium: Nacharbeit: 40 h
Klausurvorbereitung: 35 h
Gesamtarbeitsaufwand: 120 Stunden
Leistungspunkte: 4
Voraussetzungen: keine
Lernziele / Kompetenzen: Es werden grundlegende Kenntnisse über moderne Methoden und Verfahren zur Herstellung dünner Schichten einschließlich der zugehörigen Vakuumphysik und -technik vermittelt.
Inhalt: - Grundlagen der Vakuumphysik und deren Anwendung in Beschichtungsanlagen
- Übersicht der Dünnschichtabscheidungsverfahren - Physik der Schichtbildungsprozesse und des Schicht-
wachstums - Struktur-Eigenschaftsbeziehungen und mechanische Ei-
genschaften
Voraussetzungen für die Zulas-sung zur Modulprüfung (Prü-fungsvorleistungen):
Regelmäßige Teilnahme an Seminaren; Detaillierte Festlegungen werden zu Semesterbeginn bekannt gegeben.
Voraussetzung für die Vergabe von Leistungspunkten (Prüfungs-form):
mündliche Prüfung 30 min
Medienformen: Tafel, Overhead, Beamer
Literatur: W. Pupp, H. K. Hartmann, `Vakuumtechnik, Grundlagen und An-
wendungenA, Hanser-Verlag, München, 1991.
C. Edelmann, `VakuumphysikA, Spektrum, Berlin, 1998.
R. Haefer, `Oberflächen-und Dünnschicht-TechnologieA, Sprin-
ger, Berlin, 1987. J.E. Mahan, `Physical vapor deposition of thin filmsA, John Wiley,
New York, 2000. J.A. Venables, `Introduction to surface and thin film processesA,
Cambridge University Press, Cambridge, 2000.
Seite 34 von 135
Modulnummer:
Modulbezeichnung: Supraleitende Materialien
Modulverantwortliche(r): Prof. Dr. P. Seidel
Dozent(in): Prof. Dr. P. Seidel
Sprache: Deutsch
Zuordnung zum Curriculum: Wahlpflichtkurs im Studiengang M.Sc. Physik im Wahlfach „Fest-körperphysik/Materialwissenschaft“ im 2. Semester
Häufigkeit des Angebotes (Zyk-lus):
Sommersemester
Lehrform / SWS: Vorlesung: 2 SWS
Seminararbeit (Hausarbeit mit Kurzvortrag): 1 SWS
Arbeitsaufwand: Präsenzstunden: 30 h Vorlesung + 15 h Seminar
Selbststudium: Nacharbeit + Vortrag (Hausarbeit): 50 h
Prüfungsvorbereitung: 25 h
Gesamtarbeitsaufwand: 120 Stunden
Leistungspunkte: 4
Voraussetzungen: Modul Festkörperphysik I
Lernziele / Kompetenzen: Vermittlung grundlegender Kenntnisse über Grundlagen und An-wendungen der Supraleitung und der Josephsoneffekte
Inhalt: Grundlegende Effekte der Supraleitung
Kenngrößen von Supraleitern
Supraleiter im Magnetfeld
Josephsoneffekte und Quanteninterferometer
Supraleitende Materialien
Anwendungsbeispiele
Voraussetzungen für die Zulas-sung zur Modulprüfung (Prü-fungsvorleistungen)
Regelmäßige Teilnahme an Seminaren, Hausarbeit zu Vortrag, Detaillierte Festlegungen werden zu Semesterbeginn bekannt gegeben.
Voraussetzung für die Vergabe von Leistungspunkten (Prüfungs-form):
Mündliche Prüfung am Ende des Semesters
Medienformen: Vorlesung
Seminar mit Vorträgen und Laborbesuchen
Literatur: aktuelle Bücher und ausgewählte Zeitschriftenartikel zur Supralei-tung
Seite 35 von 135
Modulnummer
Modulbezeichnung: Einführung in die Quanten-Informationstheorie
Modulverantwortliche(r): PD Dr. Wolfram Krech
Dozent(in): PD Dr. Wolfram Krech
Sprache: deutsch
Zuordnung zu den Studiengängen Wahlmodul BA/MA Physik; Wahlkurs im Bereich Festkörper-physik/Materialwissenschaft oder Gravitations- und Quanten-theorie
Lehrform / SWS: 2 SWS Vorlesung + 1 SWS Übung
Dauer des Moduls 1 Semester
Arbeitsaufwand: Präsenzstunden: 30 h Vorlesung + 15 h Seminar
Selbststudium: Nacharbeit + Übungsaufgaben: 60h
Prüfungsvorbereitung: 15
Gesamtarbeitsaufwand: 120 Stunden
Leistungspunkte: 4
Voraussetzungen: Quantentheorie
Lernziele / Kompetenzen: Vermittlung grundlegender Kenntnisse zur Übertragung und Verarbeitung von Information mit Hilfe von Quantensystemen als Informationsträger
Informationstheoretische Beherrschung der Verschränktheit von Quantensystemen
Inhalt: Qubit
Quantenentropie der Information
Quanten-Datenkompression
Verborgene Quanteninformation/Nichtlokalität
Bellsche Ungleichungen
Entanglement
Voraussetzungen für die Zulassung zur Modulprüfung (Prüfungsvorleis-tungen)
Durchgängige Teilnahme an Übungen, Bearbeitung der Übungsaufgaben
Voraussetzungen für die Vergabe von Leistungspunkten (Prüfungsform)
Prüfung (Klausur) am Ende des Semesters
Medienformen: Tafel, Overheadfolien
Literatur: Aktuelle Bücher/Monografien (werden am Beginn der Vorle-sung durch Dozenten empfohlen)
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2. Semester
Modulnummer 128.2130
Modulbezeichnung: Kern- und Teilchenphysik
Modulverantwortliche(r): Prof. C. Ronning, apl. Prof. E. Wendler
Dozent(in): Dr. Claudia Schnohr
Sprache: deutsch
Zuordnung zu den Studiengängen Wahlpflichtkurs im Studiengang MA Physik im Wahlfach
„Festkörperphysik/Materialwissenschaft“ im 2. Semester
Lehrform / SWS: Vorlesung 2 SWS;
Seminar/Übungen 1 SWS
Arbeitsaufwand: Präsenzstunden: Vorlesung: 30, Seminar 15
Selbststudium: Nacharbeit (Vorlesung, Seminar): 25
Lösen von Übungsaufgaben:25
Prüfungsvorbereitung: 25
Gesamtarbeitsaufwand: 120 Stunden
Leistungspunkte 4
Voraussetzungen:
Lernziele / Kompetenzen: Die Studierenden erwerben weiterführende Kenntnisse auf dem Gebiet der Kern-und Teilchenphysik und der in der Kernphysik eingesetzten Werkzeuge
Inhalt: Streuprozesse; Eigenschaften stabiler Kerne; Kernmodelle; starke und schwache Wechselwirkung; instabile Kerne; Kernzerfälle; Kernreaktionen; Elementarteilchen (Übersicht)
Erzeugung und Nachweis energiereicher Teilchen;
Studien- und Prüfungsleistungen: Teilnahme an den Übungen, Lösung von mindestens 50% der Übungsaufgaben
Klausur oder mündliche Prüfung am Ende des Semesters
Medienformen: Tafel, Overhead;
Literatur: Lehrbücher der Experimental- und der Kern- und Teilchenphysik, z.B.:
Mayer-Kuckuck: Kernphysik; W. Demtröder: Experimentalphysik 4; Povh, Rith, Scholz, Zetsche: Teilchen und Kerne; Musiol, Ranft, Reif, Seeliger: Kern- und Elementarteilchenphysik; Das, Ferbel: Kern- und Teilchenphysik; Bethge,Schröder: Elementarteilchen und ihre Wechselwirkungen
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Modulnummer
Modulbezeichnung Oberseminar Festkörperphysik/ Materialwissenschaft
Modulverantwortliche(r): Prof. Dr. P. Seidel, Prof. Dr. T. Fritz
Art des Moduls (Pflicht-, Wahl-pflicht- oder Wahlmodul)
Wahlpflichtmodul
Sprache: Deutsch, Englisch (auf Wunsch)
Zuordnung zu den Studiengängen Wahlpflichtkurs im Studiengang MA Physik im Wahlfach „Festkör-perphysik/Materialwissenschaft“ im 2. Semester
Lehrform(en) / SWS: Seminar: 2 SWS
Dauer des Moduls 1 Semester
Arbeitsaufwand: Präsenzstunden: Seminar: 30
Selbststudium: Vorarbeit: 90
Gesamtarbeitsaufwand: 120 Stunden
Leistungspunkte: 4
Voraussetzungen: Festkörperphysik I
Lernziele / Kompetenzen: - Selbständiges Einarbeiten in ein Spezialgebiet
- Selbständiges Auffinden und Auswerten wiss. Literatur
- Präsentation wissenschaftlicher Sachverhalte
- Vertiefte Kenntnisse auf den Gebieten Festkörperphysik und Ma-terialwissenschaft
Inhalt: -Systematische Erarbeitung von Spezialkenntnissen auf den Ge-bieten Festkörperphysik und Materialwissenschaft
- Präsentation und Diskussion aktueller festkörperphysikalischer und materialwissenschaftlicher Probleme
Voraussetzung für die Zulassung zur Modulprüfung (Prüfungsvor-leistungen)
Regelmäßige Teilnahme am Seminar
Voraussetzung für die Vergabe von Leistungspunkten (Prüfungs-form):
1 Fachvortrag (benotet)
Medienformen: Beamer, Overheadprojektor, Tafel
Literatur: Spezialliteratur des jeweiligen Fachgebietes (vorwiegend in engli-scher Sprache)
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Modulnummer
Modulbezeichnung: Nukleare Festkörperphysik
Modulverantwortliche(r): Prof. Dr. C. Ronning
Dozent(in): Prof. Dr. C. Ronning
Sprache: Deutsch
Zuordnung zum Curriculum Wahlpflichtkurs im Studiengang MSc Physik im Wahlfach „Fest-körperphysik/Materialwissenschaft“
Häufigkeit des Angebotes (Zyklus) in unregelmässigen Abständen
Dauer des Moduls Ein Semester
Lehrform / SWS: Vorlesung: 2 SWS
Übungen: 1 SWS
Arbeitsaufwand: Präsenzstunden: 30 h Vorlesung + 15 h Übungen
Selbststudium: Nacharbeit + Übungsaufgaben: 45 h
Prüfungsvorbereitung: 30 h
Gesamtarbeitsaufwand: 120 Stunden
Leistungspunkte: 4
Voraussetzungen: sehr gute Kenntnisse in Festkörperphysik und Kernphysik
Lernziele / Kompetenzen: Vermittlung grundlegender Kenntnisse über Grundlagen und An-wendungen der Nuklearen Festkörperphysik
Inhalt: Grundlagen Hyperfeinwechselwirkungen, Detektoren, Mößbauer-effekt, Positronenvernichtung, Myon-Spin-Rotation, Magnetische Kernresonanz, Tracermethoden, Ionenstrahlphysik
Voraussetzungen für die Zulas-sung zur Modulprüfung (Prü-fungsvorleistungen)
Regelmäßige Teilnahme an Vorlesungen und Übungen
Voraussetzung für die Vergabe von Leistungspunkten (Prüfungs-form):
Mündliche Prüfung oder/und Klausur oder/und Vortrag (Details werden in der 1. Vorlesungsstunde bekannt gegeben)
Medienformen: Vorlesung mit Folien, Übungsaufgaben, Laborbesichtigung
Literatur: Schatz/Weidinger: „Nukleare Festkörperphysik“
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Modulnummer
Modulbezeichnung: Modern Methods in Nuclear Physics: Theory and Applica-tions
Modulverantwortliche(r): Prof. Dr. T. Stöhlker
Dozent(in): Dr. O. Forstner
Sprache: Englisch
Zuordnung zum Curriculum Wahlmodul für den Studiengang M.Sc. Physik
Lehrform / SWS: Vorlesung: 2 SWS
Übung: 1 SWS
Arbeitsaufwand: Präsenzstunden: Vorlesung: 30, Übung: 15
Selbststudium: Nacharbeit (Vorlesung, Übung): 30
Lösen von Übungsaufgaben: 30
Prüfungsvorbereitung: 15
Gesamtarbeitsaufwand: 120 Stunden
Leistungspunkte: 4
Voraussetzungen: Grundkurs Atom- und Kernphysik
Lernziele / Kompetenzen: The course provides an insight in the fundamental techniques and concepts in modern nuclear physics and to demonstrate their relevance to nowadays applications. Experimental methods and the related theoretical description will be reviewed in great de-tails.
Inhalt: Radioactive Ion Beam Facilities
Nuclear Astrophysics
Precision Mass Measurements
Particle and Radiation Detectors
Voraussetzungen für die Zulas-sung zur Modulprüfung (Prü-fungsvorleistungen)
aktive Teilnahme an den Übungen; Detaillierte Festlegungen werden zu Semesterbeginn bekannt gegeben.
Voraussetzung für die Vergabe von Leistungspunkten (Prüfungs-form):
Schriftliche und/oder mündliche Prüfungen (Art der Prüfungen wird zu Beginn des Moduls bekannt gegeben)
Medienformen: Kreidetafel, Overheadprojektor, Aushändigung von Illustrations-material, ggf. Computerdemonstrationen
Literatur: Zum Beispiel: Kenneth S. Krane, Introductory Nuclear Physics
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Modulnummer:
Modulbezeichnung: Polymerphysik
Modulverantwortliche(r): Prof. Dr. Klaus D. Jandt
Dozent(in): Prof. Dr. Klaus D. Jandt und Mitarbeiter
Sprache: Deutsch, Englisch auf Wunsch
Zuordnung zum Curriculum Wahlpflichtkurs im Studiengang MA Physik im Wahlfach „Fest-körperphysik/Materialwissenschaft“ im 4. Semester
Lehrform / SWS: Vorlesung: 2 SWS, Seminar: 1 SWS, Angebot im SS
Arbeitsaufwand: Präsenzstunden: 30 h Vorlesung + 15 h Seminar
Selbststudium: Nacharbeit + Übungsaufgaben: 40 h
Prüfungsvorbereitung: 35 h
Gesamtarbeitsaufwand: 120 Stunden
Leistungspunkte: 4
Voraussetzungen:
Lernziele / Kompetenzen: Nach erfolgreichem Absolvieren des Moduls besitzt der/die Stu-dierende Verständnis für wesentliche materialwissenschaftli-che Grundlagen der Polymere (Soft Matter). Darüber hinaus hat er/sie Fähigkeiten entwickelt, grundlegende Probleme im Bereich der Polymere zu erkennen, zu formulieren und zu lösen und selbst-ständig im Bereich Polymere zu lernen.
Inhalt: Größe und Form von Makromolekülen, Einzelketten, Morphologie von Polymeren, Schmelzen und Glasübergang Polymer-Lösungen und Mischungen, Festkörpereigenschaften von Poly-meren, mechanische Eigenschaften und Viskoelastizität, Verar-beitung polymerer Werkstoffe, Anwendungen polymerer Werk-stoffe
Voraussetzungen für die Zulas-sung zur Modulprüfung (Prü-fungsvorleistungen):
Lösung der Aufgaben im Seminar; Detaillierte Festlegungen wer-den zu Semesterbeginn bekannt gegeben.
Voraussetzung für die Vergabe von Leistungspunkten (Prüfungs-form):
Bestandene mündliche Prüfung, bei Wiederholungsprüfung ggf. andere Prüfungsform
Medienformen: Beamer, Overheadprojektor, Tafel, Computer Aided Learning (CAL), Videos
Literatur: Essentials of Polymer Science and Engineering. P. C. Painter, M. M. Coleman, Destech Pubns Inc, 2008
Alternativ: Polymers: Chemistry and Physics of Modern Materials, J. M. G. Cowie, Taylor & Francis, 2007
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Modulnummer:
Modulbezeichnung: Organische und anorganische Halbleiter
Modulverantwortliche(r): Prof. Dr. Torsten Fritz
Dozent(in): Prof. Dr. Torsten Fritz / Dr. Roman Forker
Sprache: Deutsch, Bildmaterial auf Englisch
Zuordnung zum Curriculum: Wahlpflichtkurs für die Studiengänge M.Sc. Physik und Werk-stoffwissschaft (Bachelor / Master, ab 6. Semester B.Sc. bzw. 1. Semester M.Sc.) im Wahlfach „Festkörperphy-sik/Materialwissenschaft“
Häufigkeit des Angebotes (Zyklus): Sommersemester
Lehrform / SWS: Vorlesung: 2 SWS , Übung: 1 SWS
Arbeitsaufwand: Präsenzstunden: Vorlesung: 30 Übung, Seminar: 15
Selbststudium: Nacharbeit (Vorlesung, Seminar): 30
Lösen von Übungsaufgaben, Vorträge etc.: 15
Prüfungsvorbereitung: 30
Gesamtarbeitsaufwand: 120 Stunden
Leistungspunkte: 4
Voraussetzungen: Festkörperphysik
Lernziele / Kompetenzen: - Vermittlung der grundlegenden Begriffe, Phänomene und Konzepte der Halbleiterphysik unter Berücksichtigung des modernen Gebietes der organischen Halbleiter
- Entwicklung von Fähigkeiten zum selbständigen Lösen von Aufgaben aus diesen Gebieten
Inhalt: - Struktur - halbleitende und optische Eigenschaften - Ladungsträgergeneration - Dotierung - Messung elektrischer Kenngrößen - Messung optischer Kenngrößen - Bauelemente
Voraussetzungen für die Zulas-sung zur Modulprüfung (Prüfungs-vorleistungen):
Regelmäßige Teilnahme an Übungen/Seminaren
Voraussetzung für die Vergabe von Leistungspunkten (Prüfungs-form):
wird in der 1. Vorlesung bekannt gegeben
Medienformen: Mediengestützte Vorlesung mit Computerdemonstrationen und Übungen
Literatur: Aktuelle Bücher zur Halbleiterphysik
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Modulnummer:
Modulbezeichnung: Oberflächenanalytische Methoden der Festkörperphysik
Modulverantwortliche(r): Prof. Dr. Torsten Fritz
Dozent(in): Prof. Dr. Torsten Fritz / Dr. Roman Forker
Sprache: Deutsch, Bildmaterial auf Englisch
Zuordnung zum Curriculum Wahlpflichtkurs für die Studiengänge M.Sc. Physik und Werk-stoffwissschaft (Bachelor / Master, ab 6. Semester B.Sc. bzw. 1. Semester M.Sc.) im Wahlfach „Festkörperphy-sik/Materialwissenschaft“
Häufigkeit des Angebotes (Zyklus): Sommersemester
Lehrform / SWS: Vorlesung: 2 SWS , Übung: 1 SWS
Arbeitsaufwand: Präsenzstunden: Vorlesung: 30 Übung, Seminar: 15
Selbststudium: Nacharbeit (Vorlesung, Seminar): 30
Lösen von Übungsaufgaben, Vorträge etc.: 15
Prüfungsvorbereitung: 30
Gesamtarbeitsaufwand: 120 Stunden
Leistungspunkte: 4
Voraussetzungen: Festkörperphysik
Lernziele / Kompetenzen: Vermittlung der wichtigsten Methoden der Festkörperanalyse.
Entwicklung der Fähigkeit, ein geeignetes Analyseverfahren zur Bestimmung von Material, Struktur oder chemischer Bindung auszuwählen.
Inhalt: Oberflächenanalyse von Festkörpern, z.B.: - Elektronenbeugung (LEED, RHEED) - Auger-Spektroskopie - Photoelektronenspektroskopie - Rasterkraft- und Tunnelmikroskopie / -spektroskopie - optische Verfahren
Voraussetzungen für die Zulas-sung zur Modulprüfung (Prüfungs-vorleistungen):
Regelmäßige Teilnahme an Übungen/Seminaren
Voraussetzung für die Vergabe von Leistungspunkten (Prüfungs-form):
wird in der 1. Vorlesung bekannt gegeben
Medienformen: Mediengestützte Vorlesung mit Computerdemonstrationen und Übungen
Literatur: D.J. O´Connor, B.A. Sexton, R.S.C. Smart (Eds.): "Surface Analysis Methods in Materials Science", Springer Verlag 2003. John A. Venables, "Introduction to surface and thin film pro-cesses", Cambridge Univ. Press, 2000.
D. P. Woodruff and T. A. Delchar "Modern techniques of surface science", Cambridge Univ. Press, 1994.
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Number ASP_MP_S1.12
Name Optoelectronics
Coordinator Prof. Dr. Frank SCHMIDL
Learning objectives In this course the student will learn the fundamentals of semiconductor opti-cal devices such as photodiodes, solar cells, LEDs, laser diodes and semi-conductor optical amplifiers.
Content - Waveguides - Semiconductors - Photodiodes - Light emitting diodes - Semiconductor optical amplifier
Course type lectures: 2 h/week exercises: 1 h/week
ECTS credits 4
Category submodule which can be elected out of the list of offered submodules in module Specialization I according to the student's education objectives
Usability this submodule is part of the module Specialization I in the 2nd semester of the M.Sc. Photonics program
Frequency of offer summer semester
Duration 1 semester
Workload lectures: 30 h exercises: 15 h self-study: 75 h - 45 h (lectures, exercises) - 15 h solving of physical problems - 15 h exam preparation total workload: 120 h
Language English
Prerequisites none
Exam prerequisites
Requirements to complete this submodule
written examination at the end of the semester
Used media blackboard and electronic presentations
Literature list of selected publications given during the lecture
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3. Semester
Modulnummer
Modulbezeichnung: Gravitational Wave Detection
Modulverantwortliche(r): Prof. Dr. P. Seidel, Dr. R. Nawrodt
Dozent(in): Prof. Dr. P. Seidel, Dr. R. Nawrodt
Sprache: Deutsch, Englisch (auf Wunsch)
Zuordnung zum Curriculum Wahlpflichtmodul für den Studiengang MA Physik im Wahlfach „Festkörperphysik“ im 3. Semester
Lehrform / SWS: Vorlesung: 2 SWS
Übung: 1 SWS
Arbeitsaufwand: Präsenzstunden: Vorlesung: 30
Übung: 15
Selbststudium: Nacharbeit (Vorlesung, Übung): 30
Lösen von Übungsaufgaben: 45
Gesamtarbeitsaufwand: 120 Stunden
Leistungspunkte: 4
Voraussetzungen: Grundkenntnisse der Optik und Messtechnik
Lernziele / Kompetenzen:
Vermittlung vertiefter Kenntnisse der Präzisionsmesstechnik anhand der Detektion von Gravitationswellen, experimentelle Behandlung von Rauschprozessen, Laserstabilisierung und Interferometrie
Inhalt: Grundlagen von Gravitationswellen
Mögliche Detektionsprinzipien und deren Empfindlichkeit
Rauschprozesse in Gravitationswellendetektoren
Empfindlichkeitssteigerung für zukünftige Gravitationswellendetekto-ren
Festkörperphysikalische Untersuchungen an Materialien für zukünfti-ge Detektoren
Voraussetzungen für die Zulas-sung zur Modulprüfung (Prü-fungsvorleistungen)
aktive Teilnahme an den Übungen; Detaillierte Festlegungen werden zu Semesterbeginn bekannt gegeben.
Voraussetzung für die Vergabe von Leistungspunkten (Prüfungs-form):
Klausur oder mündliche Prüfung am Ende des Semesters (Art der Prüfung wird zu Beginn des Moduls bekannt gegeben)
Medienformen: Kreidetafel, Anschauungsexperimente,
Literatur: Maggiore „Gravitational Waves“, Saulson „Gravitational Wave Detec-tion“, Nagourney „Quantum Electronics for Atomic Physics“
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Physikalische Wahlfächer - Gravitations- und Quantentheorie
1. Semester
Modulnummer
Modulbezeichnung: Einführung in die Teilchenphysik
Modulverantwortliche(r): Prof. Dr. Andreas Wipf
Dozent(in): Dr. A. Sternbeck
Sprache: Deutsch, Englisch (auf Wunsch)
Zuordnung zum Curriculum Wahlpflichtkurs für den Studiengang M.Sc. Physik im 1. Semester
Lehrform / SWS: Vorlesung: 2 SWS
Übung: 2 SWS
Arbeitsaufwand: Präsenzstunden: Vorlesung: 30
Übung: 30
Selbststudium: Nacharbeit (Vorlesung, Übung): 15
Lösen von Übungsaufgaben: 30
Prüfungsvorbereitung: 15
Gesamtarbeitsaufwand: 120 Stunden
Leistungspunkte: 4
Voraussetzungen: Module Quantenmechanik und Elektrodynamik
Lernziele / Kompetenzen: Vermittlung der Phänomenologie und der grundlegenden Konzepte der modernen Teilchenphysik. Umgang mit den Begriffen Teilchen, Wechselwirkungen und Klassifikationsschemata. Anwen-dung einfacher Modelle der Teilchenphysik
Inhalt: Das Standardmodell der Teilchenphysik: Symmetrien Quantenelektrodynamik Starke Wechselwirkung, das Quarkmodell und die Quantenchro-modynamik, Hadronen und asymptotische Freiheit Schwache Wechselwirkungen und der Higgseffekt Streuversuche Grenzen des Standardmodells
Voraussetzungen für die Zulas-sung zur Modulprüfung (Prüfungs-vorleistungen)
Werden zu Semesterbeginn festgesetzt. In der Regel erfolgreiche Bearbeitung der Übungsaufgaben zu einem gewissen Prozentsatz.
Voraussetzung für die Vergabe von Leistungspunkten (Prüfungs-form):
Mündliche Prüfung am Ende des Semesters
Medienformen: Tafel
Literatur: Nachtmann, Peskin & Schroeder; Ryder; Schwartz; Weinberg
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Modulnummer
Modulbezeichnung: Allgemeine Relativitätstheorie
Modulverantwortliche(r): Prof. Dr. B. Brügmann
Dozent(in): Professoren der Theoretischen Physik
Sprache: Deutsch, Englisch (auf Wunsch)
Zuordnung zum Curriculum Wahlpflichtkurs für den Studiengang MA Physik im Wahlfach „Gra-vitations- und Quantentheorie“ im 1. Semester
Lehrform / SWS: Vorlesung: 4 SWS
Übung: 2 SWS
Arbeitsaufwand: Präsenzstunden: Vorlesung: 60, Übung: 30
Selbststudium: Nacharbeit (Vorlesung, Übung): 60
Lösen von Übungsaufgaben: 60
Prüfungsvorbereitung: 30
Gesamtarbeitsaufwand: 240 Stunden
Leistungspunkte: 8
Voraussetzungen: Kenntnisse des Moduls Relativistische Physik sind hilfreich
Lernziele / Kompetenzen: Vermittlung von Kenntnissen der relativistische Gravitationsphysik
Entwicklung von Fähigkeiten zur selbständigen Behandlung astro-physikalischer Fragestellungen im Bereich hoher Geschwindigkei-ten und starker Gravitationsfelder
Inhalt: Grundlagen der Allgemeinen Relativitätstheorie
Einsteinsche Feldgleichungen Grenzfall Newtonscher Gravitation Gravitationswellen Schwarze Löcher
Kosmologie und Urknall
Voraussetzungen für die Zulas-sung zur Modulprüfung (Prüfungs-vorleistungen)
aktive Teilnahme an den Übungen; Detaillierte Festlegungen wer-den zu Semesterbeginn bekannt gegeben.
Voraussetzung für die Vergabe von Leistungspunkten (Prüfungs-form):
Schriftliche und/oder mündliche Prüfungen (Art der Prüfungen wird zu Beginn des Moduls bekannt gegeben)
Medienformen: Kreidetafel, Overheadprojektor, Aushändigung von Illustrationsma-terial, ggf. Computerdemonstrationen
Literatur: Zum Beispiel: Carroll, Geometry and Gravitation (2004); Wald, General Relativity (1984); Straumann, General Relativity with Ap-plications to Astrophysics (2004); Schutz, First Course in General Relativity (2009)
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Modulnummer
Modulbezeichnung: Pfadintegrale
Modulverantwortliche(r): Prof. Dr. H. Gies, Prof. Dr. A. Wipf
Dozent(in): Professoren der Theoretischen Physik
Sprache: Deutsch, Englisch (auf Wunsch)
Zuordnung zum Curriculum Wahlpflichtmodul für den Studiengang MA Physik im Wahlfach „Gravitations- und Quantentheorie“ im 1. Semester
Lehrform / SWS: Vorlesung: 2 SWS
Übung: 2 SWS
Arbeitsaufwand: Präsenzstunden: Vorlesung: 30
Übung: 30
Selbststudium: Nacharbeit (Vorlesung, Übung): 30
Lösen von Übungsaufgaben: 30
Gesamtarbeitsaufwand: 120 Stunden
Leistungspunkte: 4
Voraussetzungen: Modul Quantenmechanik I (kann parallel zur Quantenmechanik gehört werden)
Lernziele / Kompetenzen: Vermittlung der Grundlagen zur Pfadintegralquantisierung von phy-sikalischen Systemen.
Fähigkeit zur Berechnung von Größen und/oder Prozessen in der Quantenmechanik, Quantenstatistik und Quantenfeldtheorie mit der Pfadintegralmethode.
Inhalt Pfadintegraldarstellung für den Propagator Pfadintegral für getriebenen harmonischen Oszillator Quantenstatistik im Pfadintegralformalismus Hochtemperatur- und semiklassische Entwicklungen Pfadintegral für Theorien mit Fermionen Weltlinienformalismus Probleme in äußeren Feldern, effektive Potentiale
Voraussetzungen für die Zulas-sung zur Modulprüfung (Prüfungs-vorleistungen)
aktive Teilnahme an den Übungen; Detaillierte Festlegungen wer-den zu Semesterbeginn bekannt gegeben.
Voraussetzung für die Vergabe von Leistungspunkten (Prüfungs-form):
Klausur oder mündliche Prüfung am Ende des Semesters (Art der Prüfung wird zu Beginn des Moduls bekannt gegeben)
Medienformen: Kreidetafel, Overheadprojektor, Skript zur Vorlesung
Literatur: Lehrbücher, z.B. L. Schulman; R. Feynman und Hibbs; H. Kleinert
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Modulnummer
Modulbezeichnung: Symmetrien in der Physik
Modulverantwortliche(r): Prof. Dr. A. Wipf
Dozent(in): Professoren der Theoretischen Physik
Sprache: Deutsch, Englisch (auf Wunsch)
Zuordnung zum Curriculum Wahlpflichtmodul für den Studiengang MA Physik im Wahlfach „Gravitations- und Quantentheorie“ im 1. Semester
Lehrform / SWS: Vorlesung: 2 SWS
Übung: 2 SWS
Arbeitsaufwand: Präsenzstunden: Vorlesung: 30
Übung: 30
Selbststudium: Nacharbeit (Vorlesung, Übung): 30
Lösen von Übungsaufgaben: 30
Gesamtarbeitsaufwand: 120 Stunden
Leistungspunkte: 4
Voraussetzungen: Modul Theoretische Mechanik und Quantenmechanik I wird emp-fohlen
Lernziele / Kompetenzen: Vermittlung der Grundlagen über diskrete und kontinuierliche Gruppen, Lie-Algebren und deren Darstellungen mit Anwendungen auf Raumzeit- und innere Symmetrien der Physik. Beherrschung der Anwendung gruppentheoretischer Methoden in Quantenme-chanik, Kristallographie und Elementarteilchenphysik
Inhalt Symmetrien und Gruppen Raumzeit-Symmetrien Endliche Gruppen und kontinuierliche Liegruppen Lie-Algebren Darstellungstheorie, Charakteren Ausgewählte Anwendungen in der Festkörperphysik, Atomphysik, Quantenfeldtheorie und Teilchenphysik
Voraussetzungen für die Zulas-sung zur Modulprüfung (Prüfungs-vorleistungen)
aktive Teilnahme an den Übungen; Detaillierte Festlegungen wer-den zu Semesterbeginn bekannt gegeben.
Voraussetzung für die Vergabe von Leistungspunkten (Prüfungs-form):
Klausur oder mündliche Prüfung am Ende des Semesters (Art der Prüfung wird zu Beginn des Moduls bekannt gegeben)
Medienformen: Kreidetafel, Overheadprojektor, Skript zur Vorlesung
Literatur: Lehrbücher, z.B. J. Conway; M. Wagner; H. Jones; M. Hamermesh
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Modulnummer
Modulbezeichnung: Physik der Skalen – die Renormierungsgruppe
Modulverantwortliche(r): Prof. Dr. H. Gies
Dozent(in): Prof. Dr. H. Gies, Prof. Dr. A. Wipf
Sprache: Deutsch, Englisch (auf Wunsch)
Zuordnung zum Curriculum Wahlpflichtkurs für den Studiengang MA Physik im Wahlfach „Gra-vitations- und Quantentheorie“ im 1. Semester
Lehrform / SWS: Vorlesung: 2 SWS
Arbeitsaufwand: Präsenzstunden: Vorlesung: 30
Selbststudium: Nacharbeit (Vorlesung): 30
Lösen von Übungsaufgaben oder Anfertigen ei- ner Hausarbeit: 45
Prüfungsvorbereitung: 15
Gesamtarbeitsaufwand: 120 Stunden
Leistungspunkte: 4
Voraussetzungen: Kenntnisse des Moduls Quantenfeldtheorie sind hilfreich
Lernziele / Kompetenzen: Vermittlung von Kenntnissen der Renormierungstheorie
Entwicklung von Fähigkeiten zur selbständigen Behandlung quan-tenfeldtheoretischer Fragestellungen zum Thema laufender Kopp-lungskonstanten, Lang- u. kurzreichweitiges Verhalten von QFTn
Inhalt: Störungstheoretishe Renormierung
Klassifikation perturbativ renormierbarer Theorien
Renormierbarkeitsbeweise
Renormierung in statistischen Systemen
Renormierungsgruppengleichungen, Flussgleichungen
Voraussetzungen für die Zulas-sung zur Modulprüfung (Prüfungs-vorleistungen)
aktive Teilnahme; Detaillierte Festlegungen werden zu Semester-beginn bekannt gegeben.
Voraussetzung für die Vergabe von Leistungspunkten (Prüfungs-form):
Schriftliche und/oder mündliche Prüfungen (Art der Prüfungen wird zu Beginn des Moduls bekannt gegeben), Hausarbeit
Medienformen: Kreidetafel, Overheadprojektor, Aushändigung von Illustrationsma-terial, ggf. Computerdemonstrationen
Literatur: Zum Beispiel: J. Cardy (Scaling and Renormalization), J. Zinn-Justin (QFT & Critical Phenomena), Peskin, Schroeder (An Intro-duction to QFT), K. Huang (From Operators to Pathintegrals)
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Modulnummer
Modulbezeichnung: Introduction to Cosmology
Modulverantwortliche(r):
Dozent(in): Professoren der Theoretischen Physik
Sprache: Deutsch, Englisch (auf Wunsch)
Zuordnung zum Curriculum Wahlpflichtmodul für den Studiengang MA Physik im Wahlfach „Gravitations- und Quantentheorie“ im 1. Semester
Lehrform / SWS: Vorlesung: 4 SWS
Übung: 2 SWS
Arbeitsaufwand: Präsenzstunden: Vorlesung: 60
Übung: 30
Selbststudium: Nacharbeit (Vorlesung, Übung): 60
Lösen von Übungsaufgaben: 60 Prüfungsvorbereitung: 30
Gesamtarbeitsaufwand: 240 Stunden
Leistungspunkte: 8
Voraussetzungen: Kenntnisse des Moduls Relativistische Physik sind hilfreich
Lernziele / Kompetenzen: Understanding the basic ideas and ingredients of modern cosmolo-gy and acquiring skills to follow the growing literature in cosmolgy
Inhalt Expanding universe
Early Universe, BBN
Fluctuations
CMB Physics
Inflation
Voraussetzungen für die Zulas-sung zur Modulprüfung (Prüfungs-vorleistungen)
aktive Teilnahme an den Übungen; Detaillierte Festlegungen wer-den zu Semesterbeginn bekannt gegeben.
Voraussetzung für die Vergabe von Leistungspunkten (Prüfungs-form):
Schriftliche und/oder mündliche Prüfungen (Art der Prüfung wird zu Beginn des Moduls bekannt gegeben)
Medienformen: Kreidetafel, Overheadprojektor, Aushändigung von Illustrationsma-terial, ggf. Computerdemonstrationen
Literatur: Weinberg, Cosmology (2008); Kolb, Turner, The Early Universe (1990); Dodelson, Modern Cosmology (2003), Ryden, Introduction to Cosmology (2002); Carroll; Geometry and Gravitation (2004)
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Modulnummer 128.3302
Modulbezeichnung: Mathematische Methoden der Physik für Fortgeschrittene
Modulverantwortliche(r): Prof. Dr. M. Ansorg
Dozent(in): Professoren der Theoretischen Physik
Sprache: Deutsch, Englisch (auf Wunsch)
Zuordnung zum Curriculum Physikalisches Wahlfach (Gravitations- und Quantentheorie) für M.Sc. Physik im 1. Semester
Lehrform / SWS: Vorlesung: 2 SWS
Übung: 1 SWS
Arbeitsaufwand:
Präsenzstunden: Vorlesung: 30
Übung: 15
Selbststudium: Nacharbeit (Vorlesung, Übung): 30
Lösen von Übungsaufgaben: 30
Prüfungsvorbereitung: 15
Gesamtarbeitsaufwand: 120 Stunden
Leistungspunkte: 4
Voraussetzungen: Bachelor of Science in Physik
Lernziele / Kompetenzen: Vermittlung von für Physiker wichtigen mathematischen Methoden
Entwicklung der Fähigkeit zum Lösen analytischer und algebrai-scher Probleme in der Physik.
Inhalt: Funktionentheorie
Einführung in die Gruppentheorie
Variationsrechnung
Laplace-Transformationen
Spezielle Funktionen der Physik
Voraussetzungen für die Zulas-sung zur Modulprüfung (Prü-fungsvorleistungen)
aktive Teilnahme an den Übungen
Voraussetzung für die Vergabe von Leistungspunkten (Prüfungs-form):
Klausur oder mündliche Prüfung am Ende des Semesters
Medienformen: Kreidetafel, Overheadprojektor, Computerunterstützte Demonstrati-onen; schriftliches Begleitmaterial
Literatur: Lehrbücher zur Mathematischen Physik
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Modulnummer
Modulbezeichnung: Relativistische Astrophysik
Modulverantwortliche(r): Prof. Dr. Reinhard Meinel
Dozent(in): Professoren der Theoretischen Physik
Sprache: Deutsch, Englisch (auf Wunsch)
Zuordnung zum Curriculum Wahlpflichtmodul für den Studiengang MA Physik im Wahlfach „Gravitations- und Quantentheorie“ im 3. Semester
Lehrform / SWS: Vorlesung: 2 SWS
Übung: 1 SWS
Arbeitsaufwand: Präsenzstunden: Vorlesung: 30
Übung: 15
Selbststudium: Nacharbeit (Vorlesung, Übung): 30
Lösen von Übungsaufgaben: 45
Gesamtarbeitsaufwand: 120 Stunden
Leistungspunkte: 4
Voraussetzungen: Grundkenntnisse der Allgemeinen Relativitätstheorie
Lernziele / Kompetenzen: Vermittlung vertiefter Kenntnisse der relativistischen Gravitations-physik, Himmelsmechanik und Astrophysik.
Entwicklung von Fähigkeiten zur selbständigen Lösung astrophysi-kalischer Fragestellungen auf Gebieten hoher Geschwindigkeit und starker Gravitation.
Inhalt: Newtonsche und relativistische Sternmodelle
Weiße Zwerge
Neutronensterne
Schwarze Löcher
Voraussetzungen für die Zulas-sung zur Modulprüfung (Prüfungs-vorleistungen)
aktive Teilnahme an den Übungen; Detaillierte Festlegungen wer-den zu Semesterbeginn bekannt gegeben.
Voraussetzung für die Vergabe von Leistungspunkten (Prüfungs-form):
Klausur oder mündliche Prüfung am Ende des Semesters (Art der Prüfung wird zu Beginn des Moduls bekannt gegeben)
Medienformen: Kreidetafel, Overheadprojektor, Aushändigung von Illustrationsma-terial, ggf. Computerdemonstrationen
Literatur: Zum Beispiel: Hartle, Shapiro/Teukolsky, Goenner, Straumann, d‘Inverno, Landau/Lifschitz, Misner/Thorne/Wheeler
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Modulnummer
Modulbezeichnung: Quantenfeldtheorie II
Modulverantwortliche(r): Prof. Dr. M. A. Ammon
Dozent(in): Professoren der Theoretischen Physik
Sprache: Deutsch, Englisch (auf Wunsch)
Zuordnung zum Curriculum Wahlpflichtmodul für den Studiengang MA Physik im Wahlfach „Gravitations- und Quantentheorie“ im 3. Semester
Lehrform / SWS: Vorlesung: 3 SWS
Übung: 1 SWS
Arbeitsaufwand: Präsenzstunden: Vorlesung: 45
Übung: 15
Selbststudium: Nacharbeit:(Vorlesung, Übung) 30
Übungsaufgaben: 30
Gesamtarbeitsaufwand: 120 Stunden
Leistungspunkte: 4
Voraussetzungen: Empfohlen: Quantenfeldtheorie I im Masterstudiengang
Lernziele / Kompetenzen: Vermittlung tieferer Kenntnisse der Quantenfeldtheorie
Entwicklung der Fähigkeiten zur Behandlung von stark gekoppel-ten Feldtheorien auch bei endlicher Temperatur
Inhalt: Quantenfeldtheorien bei endlicher Temperatur
Fermionen, Eichtheorien
Symmetrien in der Quantenfeldtheorie
Standardmodelle in der Teilchenphysik
Voraussetzungen für die Zulas-sung zur Modulprüfung (Prü-fungsvorleistungen)
aktive Teilnahme an den Übungen; Detaillierte Festlegungen wer-den zu Semesterbeginn bekannt gegeben.
Voraussetzung für die Vergabe von Leistungspunkten (Prüfungs-form):
Klausur oder mündliche Prüfung am Ende des Semesters (Art der Prüfung wird zu Beginn des Moduls bekannt gegeben.)
Medienformen: Kreidetafel, Overheadprojektor, schriftliches Begleitmaterial
Literatur: Zum Beispiel: Peskin und Schroeder
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Modulnummer
Modulbezeichnung: Quantenfeldtheorien auf dem Gitter
Modulverantwortliche(r): Prof. Dr. A. Wipf
Dozent(in): Prof. Dr. A. Wipf und Dr. Andre Sternbeck
Sprache: Deutsch, Englisch (auf Wunsch)
Zuordnung zum Curriculum Wahlpflichtmodul für den Studiengang MA Physik im Wahlfach „Gravitations- und Quantentheorie“ im 3. Semester
Lehrform / SWS: Vorlesung: 4 SWS
Übung: 2 SWS
Arbeitsaufwand: Präsenzstunden: Vorlesung: 60, Übung: 30
Selbststudium: Nacharbeit (Vorlesung, Übung): 60
Übungsaufgaben, Programmieren: 60
Prüfungsvorbereitung: 30
Gesamtarbeitsaufwand: 240 Stunden
Leistungspunkte: 8
Voraussetzungen: Grundkenntnisse in Quantenfeldheorie
Lernziele / Kompetenzen: Vermittlung von Konzepten und Methoden zum Verständnis von Quantenfeldtheorien auf dem Raumzeit-Gitter und deren engen Beziehung zu Systemen der Statistischen Physik. Entwicklung der Fähigkeiten zur numerischen Simulation von Quantenfeldtheorien incl. Eichtheorien auf dem Gitter.
Inhalt • Quantenfeldtheorien bei endlicher Temperatur
• Euklidische Quantenfeldtheorien
• Gitterfeldtheorien und Spinmodelle
• Exakte Resultate und Näherungen
• Monte-Carlo-Simulationen
• Renormierungsgruppe
• Gittereichtheorien
• Quantenchromodynamik auf dem Gitter
Voraussetzungen für die Zulassung zur Modulprüfun (Prüfungsvor-leistungen):
aktive Teilnahme an den Übungen; Detaillierte Festlegungen werden zu Semesterbeginn bekannt gegeben.
Voraussetzung für die Vergabe von Leistungspunkten (Prüfungsform)
Schriftliche und/oder mündliche Prüfungen (Art der Prüfung wird zu Beginn des Moduls bekannt gegeben)
Medienformen: Kreidetafel, Overheadprojektor, Computerexperimente, schriftli-ches Begleitmaterial
Literatur: A. Wipf, „Statistical Approach to QFT“, Lecture Notes in Physics 864; I. Montvay und G. Münster, „Quantum Fields on the Lattice“, CUP 2010; M. Creutz, „Quarks, Gluons and Lattices“, Cambridge Monographs on MMP, 1983; Gattringer und Lang,“Quantum Chromodynamics on the Lattice“, Lecture Notes in Physics 788
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Modulnummer
Modulbezeichnung: Solitonen
Modulverantwortliche(r): Prof. Dr. R. Meinel
Dozent(in): Prof. Dr. R. Meinel
Sprache: Deutsch
Zuordnung zum Curriculum Wahlpflichtmodul für den Studiengang MA Physik im Wahlfach „Gravitations- und Quantentheorie“
Häufigkeit des Angebots (Zyklus): Vorlesung wird alle zwei Jahre angeboten
Lehrform / SWS: Vorlesung: 2 SWS
Übung: 1 SWS
Arbeitsaufwand: Präsenzstunden: Vorlesung: 30
Übung: 15
Selbststudium: Nacharbeit (Vorlesung, Übung): 30
Lösen von Übungsaufgaben: 45
Gesamtarbeitsaufwand: 120 Stunden
Leistungspunkte: 4
Voraussetzungen:
Lernziele / Kompetenzen: Vermittlung der Grundlagen und Methoden der Solitonenphysik
Entwicklung von Fähigkeiten zum selbständigen Lösen von Aufga-ben aus diesem Gebiet
Inhalt: Integrable nichtlineare Gleichungen (zum Beispiel Sinus-Gordon-Gleichung, Korteweg-de Vries-Gleichung, Nichtlineare Schrödin-gergleichung, Toda-Gitter, Ernst-Gleichung)
Methoden zur Konstruktion spezieller exakter Lösungen (zum Bei-spiel n-Solitonenlösungen) und zur Lösung von Anfangs- und Randwertproblemen (Bäcklundtransformation und Inverse Streumethode)
Erhaltungssätze und Integrabilität
Solitonen in der Hydrodynamik, der Allgemeinen Relativitätstheorie und in der Nichtlinearen Optik
Voraussetzungen für die Zulas-sung zur Modulprüfung (Prüfungs-vorleistungen)
Aktive Teilnahme an den Übungen; Detaillierte Festlegungen wer-den zu Semesterbeginn bekannt gegeben.
Voraussetzung für die Vergabe von Leistungspunkten (Prüfungs-form):
Klausur oder mündliche Prüfung am Ende des Semesters (Art der Prüfung wird zu Beginn des Moduls bekannt gegeben)
Medienformen: Tafel, Overheadprojektor
Literatur: Zum Beispiel: G. Eilenberger, Solitons-Mathematical Methods for Physicists; S. Novikov et al., Solitons and the Inverse Scattering Transform
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Modulnummer:
Modulbezeichnung: Numerische Relativitätstheorie
Modulverantwortliche(r): Prof. Dr. B. Brügmann
Dozent(in): Professoren der Theoretischen Physik
Sprache: Deutsch, Englisch
Zuordnung zum Curriculum Wahlpflichtmodul für den Studiengang MSc Physik im Wahlfach „Gravitations- und Quantentheorie“ im 3. oder 4. Semester
Lehrform / SWS: Vorlesung: 2 SWS
Übung: 2 SWS
Arbeitsaufwand: Präsenzstunden: Vorlesung: 30
Übung: 30
Selbststudium: Nacharbeit (Vorlesung, Übung): 30
Lösen von Übungsaufgaben: 30
Gesamtarbeitsaufwand: 120 Stunden
Leistungspunkte: 4
Voraussetzungen: Grundkenntnisse der Computational Physics und Allgemeinen Re-lativitätstheorie
Lernziele / Kompetenzen: Vermittlung der Grundlagen und Methoden des numerischen Zu-gangs zur Allgemeinen Relativitätstheorie
Entwicklung von Fähigkeiten zum selbständigen Lösen von Aufga-ben aus diesem Gebiet
Inhalt: Numerische Relativitätstheorie für Schwarze Löcher und Gravitati-onswellen
3+1 Zerlegung der 4-dimensionalen Einsteingleichungen
Numerische Behandlung des Elliptischen Anfangswertproblems
Numerische Behandlung von Zeitentwicklungsgleichungen
Voraussetzungen für die Zulas-sung zur Modulprüfung (Prüfungs-vorleistungen)
aktive Teilnahme an den Übungen; Detaillierte Festlegungen wer-den zu Semesterbeginn bekannt gegeben.
Voraussetzung für die Vergabe von Leistungspunkten (Prüfungs-form):
Schriftliche oder mündliche Prüfung (Art der Prüfung wird zu Be-ginn des Moduls bekannt gegeben)
Medienformen: Tafel, Folien, Beamer
Literatur: Zum Beispiel: T. Baumgarte and S. Shapiro, Numerical Relativity and Compact Binaries, Phys.Rept. 376 (2003) 41-131; Alcubierre, Introduction to 3+1 Numerical Relativity (2008)
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Modulnummer:
Modulbezeichnung: Mathematische Relativitätstheorie
Modulverantwortliche(r): Dr. David Hilditch, Prof. Dr. B. Brügmann
Dozent(in): Professoren der Theoretischen Physik
Sprache: Deutsch, Englisch
Zuordnung zum Curriculum Wahlmodul für den Studiengang MSc Physik, Wintersemester (1./2. Semester)
Lehrform / SWS: Vorlesung: 2 SWS
Übung: 2 SWS
Arbeitsaufwand: Präsenzstunden: Vorlesung: 30
Übung: 30
Selbststudium: Nacharbeit (Vorlesung): 20
Lösen von Übungsaufgaben: 30
Prüfungsvorbereitung: 30
Gesamtarbeitsaufwand: 120 Stunden
Leistungspunkte: 4
Voraussetzungen: Allgemeinen Relativitätstheorie (optional: Gravitationswellen, Nu-merische Relativitätstheorie)
Lernziele / Kompetenzen: - Vermittlung der Grundlagen und Methoden der Mathematischen Relativitätstheorie
- Einarbeitung in einzelne, wichtige Arbeiten des Fachgebiets
Inhalt: - Einführung in (relevante) Gebiete der Funktionalanalysis
- Wohl-definierte partielle Differentialgleichungen
- Die Energiemethode für Wellengl. in gekrümmter Raumzeit
- Allg. Relativitätstheorie als Anfangswertproblem
- Das Theorem der positiven Masse
- Kugelsymmetrischer Kollaps
- Stabilität der Minkowski-Raumzeit
Voraussetzungen für die Zulas-sung zur Modulprüfung (Prüfungs-vorleistungen)
Aktive Teilnahme an den Übungen; Präsentation einer wichtigen Veröffentlichung aus dem Gebiet. Details werden zu Semesterbe-ginn bekannt gegeben.
Voraussetzung für die Vergabe von Leistungspunkten (Prüfungs-form):
Schriftliche oder mündliche Prüfung (Art der Prüfung wird zu Be-ginn des Moduls bekannt gegeben)
Medienformen: Tafel, Folien, Beamer
Literatur: Literatur wird zu Beginn der Vorlesung bekannt gegeben. Partial Differential Equations. L. C. Evans. Partial Differential Equations in General Relativity. A. Rendall. The Cauchy Problem in General Relativity. Hans Ringström. Mathematical Problems of GR, I. Demetrios Christodoulou.
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Modulnummer
Modulbezeichnung: Computational Physics III
Modulverantwortliche(r): Prof. Dr. B. Brügmann
Dozent(in): Professoren der Theoretischen Physik und der Angewandten Ma-thematik
Sprache: Deutsch, Englisch
Zuordnung zum Curriculum Wahlpflichtmodul für den Studiengang MA Physik im Wahlfach „Gra-vitations- und Quantentheorie“ im 3. Semester
Lehrform / SWS: Vorlesung: 2 SWS
Übung: 1 SWS
Arbeitsaufwand: Präsenzstunden: Vorlesung: 30
Übung: 15
Selbststudium: Nacharbeit (Vorlesung, Übung): 30
Lösen von Übungsaufgaben: 45
Gesamtarbeitsaufwand: 120 Stunden
Leistungspunkte: 4
Voraussetzungen: Kenntnis der Module Computational Physics I und II ist hilfreich
Lernziele / Kompetenzen: Vermittlung der Grundlagen und Methoden der numerischen Be-handlung partieller Differentialgleichungen der Physik.
Selbständige Arbeit an einem individuell abgestimmten numerischen Projekt
Inhalt: Grundlagen Differentialgleichungen
Grundlagen elliptischer, parabolischer und hyperbolischer Differenti-algleichungen
Explizite und Implizite Verfahren, Stabilitätsanalyse
Poissongleichung, Diffusionsgleichung, Advektionsgleichung, Wel-lengleichung, Schocks
Differenzenverfahren, Pseudospektralmethoden, Mehrfachgitter
Voraussetzungen für die Zulas-sung zur Modulprüfung (Prü-fungsvorleistungen)
Übungsaufgaben, aktive Teilnahme an den Übungen; Detaillierte Festlegungen werden zu Semesterbeginn bekannt gegeben.
Voraussetzung für die Vergabe von Leistungspunkten (Prüfungs-form):
Numerisches Projekt und/oder schriftliche Prüfung
Medienformen: Tafel, Computer
Literatur: Zum Beispiel Lehrbücher von Garcia; Press/Vetterling/Teukolsky/Flannery; Gustafsson/Kreiss/Oliger; Tre-fethen
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Modulnummer
Modulbezeichnung: Eichtheorien / Gauge theories
Modulverantwortliche(r): Prof. Dr. H. Gies
Dozent(in): Professoren der theoretischen Physik
Sprache: Deutsch, Englisch (auf Wunsch)
Zuordnung zum Curriculum Wahlpflichtmodul für den Studiengang MA Physik im Wahlfach „Gravitations- und Quantentheorie“ im 3. Semester
Lehrform / SWS: Vorlesung: 2 SWS
Übung: 2SWS / [Alternativ: Hausarbeit]
Arbeitsaufwand: Präsenzstunden: Vorlesung: 30
Übung: 30
Selbststudium: Nacharbeit (Vorlesung, Übung): 30
Lösen von Übungsaufgaben: 15
[Alternativ: Hausarbeit: 45]
Prüfungsvorbereitung: 15
Gesamtarbeitsaufwand: 120 Stunden
Kreditpunkte: 4
Voraussetzungen: Grundkenntnisse in Quantenfeldtheorie
Lernziele / Kompetenzen: Vermittlung der Konzepte und Methoden und Erlangung der Fä-higkeiten zur theoretischen Behandlung von Eichtheorien mit An-wendungen in der Teilchenphysik
Inhalt: Eichsymmetrie
Klassische Yang-Mills-Theorie
Quantisierung von Eichtheorien/BRST formalismus/Gribov Prob-lem
Störungstheorie, Semiklassische Entwicklungen
Topologische Konfigurationen
Confinement Kriterien und Szenarios
Voraussetzungen für die Zulas-sung zur Modulprüfung (Prüfungs-vorleistungen):
aktive Teilnahme an Vorlesung und Übung
Voraussetzung für die Vergabe von Leistungspunkten (Prüfungs-form):
Klausur oder mündliche Prüfung am Ende des Semesters (Art der Prüfung wird zum Zeitpunkt der verbindlichen Anmeldung des Mo-duls bekannt gegeben)
Medienformen: Kreidetafel, Overheadprojektor, schriftliches Begleitmaterial
Literatur: z.B. Peskin, Schröder; Pokorski; Dittrich, Reuter
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Modulnummer
Modulbezeichnung: Physik des Quantenvakuums in starken Feldern
Modulverantwortliche(r): Prof. Dr. H. Gies
Dozent(in): Prof. Dr. H. Gies und Dr. F. Karbstein
Sprache: Deutsch, Englisch (auf Wunsch)
Zuordnung zum Curriculum Wahlpflichtmodul für den Studiengang MA Physik im Wahlfach „Gravitations- und Quantentheorie“ im 3. Semester
Lehrform / SWS: Vorlesung: 2 SWS
Übung: 2 SWS
Arbeitsaufwand: Präsenzstunden: Vorlesung: 30
Übung: 30
Selbststudium: Nacharbeit (Vorlesung, Übung): 30
Lösen von Übungsaufgaben: 15
Prüfungsvorbereitung: 15
Gesamtarbeitsaufwand: 120 Stunden
Leistungspunkte: 4
Voraussetzungen: Grundkenntnisse in Quantenfeldtheorie
Lernziele / Kompetenzen: Vermittlung der Konzepte und Methoden und Erlangung der Fä-higkeiten zur Bearbeitung von Fragestellungen der Quantenelekt-rodynamik in starken elektromagnetischen Feldern.
Inhalt: Theoretische Grundlagen der Quantenelektrodynamik (QED) in starken elektromagnetischen Feldern,
Ableitung elementarer Signaturen der Starkfeld-QED,
Diskussion von Vorschlägen für deren Nachweis mit aktuellen ex-perimentellen Methoden.
Voraussetzungen für die Zulas-sung zur Modulprüfung (Prü-fungsvorleistungen):
aktive Teilnahme an Vorlesung und Übung
Voraussetzung für die Vergabe von Leistungspunkten (Prüfungs-form):
Klausur oder mündliche Prüfung am Ende des Semesters (Art der Prüfung wird zum Zeitpunkt der verbindlichen Anmeldung des Mo-duls bekannt gegeben)
Medienrormen: Kreidetafel, Overheadprojektor, schriftliches Begleitmaterial
Literatur: Peskin & Schröder; Dittrich & Gies; Battesti & Rizzo: Rept. Prog. Phys. 76 (2013).
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Modulnummer
Modulbezeichnung: Theoretische Atomphysik
Modulbezeichnung (engl.): Atomic Theory
Modulverantwortliche(r): Prof. Dr. S. Fritzsche
Dozent(in):
Sprache: Deutsch, Englisch (auf Wunsch)
Zuordnung zu den Studiengän-gen
Wahlpflichtkurs für den Studiengang MA Physik im Wahlfach "Gravitations- und Quantentheorie" im 1. Semester, M.Sc. Pho-tonics
Lehrform / SWS: Vorlesung: 2 SWS
Übung: 2 SWS
Arbeitsaufwand: Präsenzstunden: Vorlesung: 30, Übungen: 30
Selbststudium: Nacharbeit (Vorlesung, Übungen) : 30
Lösung von Übungsaufgaben: 30
Gesamtaufwand: 120 Stunden
Leistungspunkte 4
Voraussetzungen: Modul Quantenmechanik I
Lernziele / Kompetenzen: Vermittlung der Grundlagen der Atomstruktur und atomarer Stoßprozesse
Inhalt: Überblick zu den Einelektronenatomen Modelle unabhängiger Elektronen Hartree-Fock Theorie Schalen- und Termstruktur von Atomen Wechselwirkung mit dem Strahlungsfeld Korrelierte Vielteilchenmethoden Bethe-Bloch Potentialstreuung, atomare Stoßprozesse Grundlagen der Dichtematrixtheorie
Voraussetzungen für die Zulas-sung zur Modulprüfung (Prü-fungsvorleistungen)
aktive Teilnahme an den Übungen; detaillierte Festlegungen wer-den zu Semesterbeginn bekannt gegeben.
Voraussetzung für die Vergabe von Leistungspunkten (Prüfungs-form):
Klausur oder mündliche Prüfung am Ende des Semesters (Art der Prüfung wird zu Beginn des Moduls bekanngegeben)
Medienformen: Kreidetafel, Overheadprojektor, Computerexperimente, schriftli-ches Begleitmaterial.
Literatur: Zum Beispiel: Johnson ”Atomic Structure Theory: Lectures on Atomic Physics”, Brandsen & Joachain ”Physics of Atoms and Molecules”.
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Modulnummer
Modulbezeichnung: Atome in externen Feldern
Modulbezeichnung (engl.): Atoms in External Fields
Modulverantwortliche(r): Prof. Dr. S. Fritzsche
Dozent(in): Professoren der Theoretischen Physik
Sprache: Deutsch / Englisch
Zuordnung zu den Studiengän-gen
Wahlkurs für den Studiengang M.Sc. Physik im Wahlfach "Gravi-tations- und Quantentheorie" im 1. Semester, M.Sc. Photonics
Lehrform / SWS: Vorlesung: 2 SWS
Übung: 2 SWS
Arbeitsaufwand: Präsenzstunden: Vorlesung: 30, Übungen: 30
Selbststudium: Nacharbeit (Vorlesung) : 20
Lösung von Übungsaufgaben: 30
Prüfungsvorbereitung: 10
Gesamtaufwand: 120 Stunden
Leistungspunkte 4
Voraussetzungen: Successful participation of modules classical physics (theoretical mechanics, electrodynamics) and quantum mechanics.
Lernziele / Kompetenzen: - Abilities to describe and solve the behaviour of atoms in external fields.
- Basic understanding of the electron dynamics in intense fields
as well as for (laser-) cooling processes and Bose-Einstein condensation of atomic clouds.
- Computer-algebraic and numerical techniques for studying sim-ple quantum systems.
Inhalt: - Hydrogen in external electric and magnetic fields.
- Rotating-wave approximation; radiative damping.
- Laser cooling and trapping.
- Forces in light fields.
- Magnetic trapping; BEC.
- Ion traps.
- Atoms in intense fields: Ionization & High-harmonic generation.
Voraussetzungen für die Zulas-sung zur Modulprüfung (Prü-fungsvorleistungen)
Home tasks, active participation at the tutorials
Voraussetzung für die Vergabe von Leistungspunkten (Prüfungs-form):
Oral or written exam
Medienformen: Lectures on blackboard (with selected material in powerpoint)
Literatur: A list of literature will be given at the beginning of the class.
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Modulnummer
Modulbezeichnung: Teilchen in starken elektromagnetischen Feldern
Modulbezeichnung (engl.): Particles in strong electromagnetic fields
Modulverantwortliche(r): Prof. Dr. Matt Zepf
Dozent(in): Prof. Dr. Matt Zepf
Sprache: Englisch
Zuordnung zu den Studiengän-gen
Wahlkurs für den Studiengängen M.Sc. Physik und M.Sc. Photon-ics (Submodule which can be elected out of the list of offered submodules in module Specialization I and Specialization II ac-cording to the student's education objectives. This submodule is part of the module Specialization II in the 3rd semester of the Mas-ter of Photonics program. It is also suitable for Master of Physics.)
Häufigkeit des Angebots (Zyklus) Sommer- und Wintersemester
Dauer des Moduls 1 Semester
Lehrform / SWS: Vorlesung: 2 SWS
Übung: 1 SWS
Arbeitsaufwand: Präsenzstunden: Vorlesung: 30, Übungen: 15
Selbststudium: 75
Gesamtaufwand: 120 Stunden
Leistungspunkte 4
Voraussetzungen: Classical Electrodynamics and Special Relativity (introductory level course)
Lernziele / Kompetenzen: This course is devoted to the dynamics of charged particles in electromagnetic fields. Starting with motion of electrons in con-stant magnetic and electric fields, the course continues with the electron motion in electromagnetic pulses (i.e. laser pulses) of high strength (i.e. when laser pressure becomes dominant). Ra-diation produced by electrons in extreme motion will be calculated for several most important cases: synchrotron radiation, Thomson scattering, undulator radiation. Effects of radiation reaction on electron motion will be discussed. The last part of the course will briefly discuss the QED effects in strong laser fields: stochasticity in radiation reaction, pair production by focused laser pulses and QED cascades. Analytical framework will be complemented with the help of numerical calculations.
Inhalt: - Electrons in constant fields - Electrons in electromagnetic pulses - Radiation produced by particles in extreme motion - Radiation reaction - QED effects in strong laser fields
Voraussetzungen für die Zulas-sung zur Modulprüfung (Prü-fungsvorleistungen)
Regular participation in lectures and exercises
Voraussetzung für die Vergabe von Leistungspunkten (Prüfungs-form):
Presentation and oral examination
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Medienformen: Electronic presentations, blackboard
Literatur: - J.D. Jackson, “Classical Electrodynamics” - L.D. Landau and E.M. Lifshitz “Classical Theory of Fields” - P. Gibbon, “Short Pulse Laser Interactions with Matter” - G.A. Mourou, T. Tajima, and S.V. Bulanov, “Optics in the relativ-
istic regime”, Reviews of Modern Physics, 78, 309 (2006)
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Modulnummer
Modulbezeichnung: Einführung in Stringtheorie und AdS/CFT
Modulbezeichnung (engl.): Introduction to string theory and AdS/CFT
Modulverantwortliche(r): Prof. Dr. M. Ammon
Dozent(in): Professoren der Theoretischen Physik
Sprache: Deutsch, Englisch (auf Wunsch)
Zuordnung zum Curriculum Wahlpflichtmodul für den Studiengang M.Sc. Physik im Wahlfach „Gravitations- und Quantentheorie“ im 3. Semester
Lehrform / SWS: Vorlesung: 4 SWS
Übung: 2 SWS
Arbeitsaufwand: Präsenzstunden: Vorlesung: 60
Übung: 30
Selbststudium: Nacharbeit: 60
Lösen von Übungsaufgaben: 60
Prüfungsvorbereitung: 30
Gesamtarbeitsaufwand: 240 Stunden
Leistungspunkte: 8
Voraussetzungen: Bachelor; Quantenfeldtheorie I sowie Allgemeine Relativitätstheo-rie im Masterstudiengang empfohlen
Lernziele / Kompetenzen: Vermittlung der grundlegenden Prinzipien und Strukturen von Stringtheorie.
Erlangung von Fähigkeiten zur Beschreibung der Wechselwirkun-gen in supersymmetrischen Theorien mittels Gravitationstheorien
Inhalt: Relativistischer bosonischer String & dessen Quantisierung,Offene Strings & D-branen, Aspekte der konformen Feldtheorie, Polyakov Pfadintegral, Streuung von Strings, Niederenergie effektive Wir-kung, Dualitäten, Kompaktifierung, Einführung in AdS/CFT, Test von AdS/CFT, Erweiterung und Anwendungen von AdS/CFT
Voraussetzungen für die Zulas-sung zur Modulprüfung (Prüfungs-vorleistungen)
aktive Teilnahme an den Übungen; Detaillierte Festlegungen wer-den zu Semesterbeginn bekannt gegeben.
Voraussetzung für die Vergabe von Leistungspunkten (Prüfungs-form):
Klausur oder mündliche Prüfung am Ende des Semester (Art der Prüfung wird zu Beginn des Moduls bekannt gegeben)
Medienformen: Kreidetafel, Overheadprojektor
Literatur: Polchinski; Becker, Becker, Schwarz; Blumenhagen, Lüst, Theisen
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Modulnummer
Modulbezeichnung: Quantenphysik mit dem Rechner
Modulverantwortliche(r): Prof. Dr. S. Fritzsche
Dozent(in): Professoren der Theoretischen Physik
Sprache: Deutsch
Zuordnung zum Curriculum Wahlpflichtkurs für den Studiengang MSc Physik im 1. Semester
Lehrform / SWS: Vorlesung: 2 SWS
Übung: 2 SWS
Arbeitsaufwand: Präsenzstunden: Vorlesung: 30
Übung: 30
Selbststudium: Nacharbeit (Vorlesung): 20
Lösen von Übungsaufgaben: 30 (inkl. einfacher Programme)
Prüfungsvorbereitung: 10
Gesamtarbeitsaufwand: 120 Stunden
Leistungspunkte: 4
Voraussetzungen: Empfohlen: Erfolgreicher Abschluss der Module Theoretische Me-chanik, Elektrodynamik, Quantentheorie
Lernziele / Kompetenzen: - Vermittlung computeralgebraischer und numerischer Methoden bei der Beschreibung einfacher Quantenmodelle.
- Fähigkeiten zum selbständigen Lösen einfacher Modelle und Aufgaben; Formulierung von Pseudo-Code und effizienter Umgang mit Computeralgebra-Systemen.
Inhalt: - Coulomb-Problem - Teilchen mit Spin - Qubits, Quantenregister und Quantengatter - Darstellung reiner und gemischter Zustände (Blochkugel). - Zusammengesetzte Systeme; nichtunterscheidbare Teilchen - Hartree-Fock Methode - Kopplung von Drehimpulsen
Voraussetzungen für die Zulas-sung zur Modulprüfung (Prüfungs-vorleistungen)
Übungsaufgaben, aktive Teilnahme an den Übungen
Voraussetzung für die Vergabe von Leistungspunkten (Prüfungs-form):
Ausarbeitung oder schriftliche Leistungskontrolle
Medienformen: Tafelvorlesung mit Übungen im Computerlabor.
Literatur: Ausführliche Literaturliste wird zu Vorlesungsbeginn angegeben.
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2. Semester
Modulnummer
Modulbezeichnung: Quantenfeldtheorie I
Modulverantwortliche(r): Prof. Dr. M. Ammon
Dozent(in): Professoren der Theoretischen Physik
Sprache: Deutsch, Englisch (auf Wunsch)
Zuordnung zum Curriculum Wahlpflichtkurs für den Studiengang MA Physik im Wahlfach „Gra-vitations- und Quantentheorie“ im 2. Semester
Lehrform / SWS: Vorlesung: 4 SWS
Übung: 2 SWS
Arbeitsaufwand: Präsenzstunden: Vorlesung: 60
Übung: 30
Selbststudium: Nacharbeit: 60
Lösen von Übungsaufgaben: 60
Prüfungsvorbereitung: 30
Gesamtarbeitsaufwand: 240 Stunden
Leistungspunkte: 8
Voraussetzungen: keine
Lernziele / Kompetenzen: Vermittlung der grundlegenden Prinzipien und Strukturen von Quantenfeldtheorien.
Erlangung von Fähigkeiten zur Beschreibung der Wechselwirkun-gen zwischen Elementarteilchen und zur Berechnung wichtiger Streu- und Zerfallsprozesse.
Inhalt Prinzipien für relativistische Quantenfeldtheorien
Quantisierung von Klein-Gordon-, Dirac-, und elektromagnetischen Feldern Störungstheorie und Feynman-Diagramme, S-Matrix und Wirkungsquerschnitte, Darstellungen der Lorentz-Gruppe, Funktionalintegrale, effektive Wirkungen und Korrelationsfunktionen
Regularisierung und Renormierung
Voraussetzungen für die Zulas-sung zur Modulprüfung (Prüfungs-vorleistungen)
aktive Teilnahme an den Übungen; Detaillierte Festlegungen wer-den zu Semesterbeginn bekannt gegeben.
Voraussetzung für die Vergabe von Leistungspunkten (Prüfungs-form):
Klausur oder mündliche Prüfung am Ende des Semesters (Art der Prüfung wird zu Beginn des Moduls bekannt gegeben)
Medienformen: Kreidetafel, Overheadprojektor, Computerdemonstrationen, schrift-liches Begleitmaterial
Literatur: Peskin und Schroeder; Ryder; Weinberg; Itzykson und Zuber; Kaku
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Modulnummer 128.201LA
Modultitel Grundkurs Theoretische Physik I – Kontinuumsmechanik für Lehramtstudenten
Modul-Verantwortlicher Prof. Dr. R. Meinel
Voraussetzung Modul Theoretische Mechanik
Verwendbarkeit (Voraussetzung wofür)
Module Theoretische Physik I und II für Lehramtstudenten
Art des Moduls (Pflicht-, Wahlpflicht-, Wahlmo-dul)
Pflichtmodul für Physik-Lehramtstudenten (Gymnasium und Re-gelschule)
Häufigkeit des Angebots (Zyklus) Sommersemester
Dauer des Moduls 1 Semester
Zusammensetzung des Moduls / Lehrformen (VL, Ü, S, Praktikum)
2 SWS Vorlesung 1 SWS Übung
Leistungspunkte (ECTS credits) 4
Arbeitsaufwand (work load) in: - Präsenzstunden und - Selbststudium (einschl.
Prüfungsvorbereitung) in h
Vorlesung: 30, Übung: 15 Nacharbeit (Vorlesung, Übung): 30 Lösen von Übungsaufgaben: 30 Prüfungsvorbereitung: 15
Inhalte - Mechanik deformierbarer Körper (Bahnkurven, Stromlinien, Wirbel, Potentialströmungen, Tensor der Deformationsgeschwin-digkeit) - Bilanzgleichungen - Materialgleichungen (Spannungs-Dehnungs-Diagramm, Hook-sches Gesetz, Zustandsgleichungen, Reibungsgesetz) - Lineare Elastizitätstheorie (Torsion, Biegung, Wellen, Schwin-gungen) - Hydrodynamik (Strömungen, Kraft auf umströmte Gegenstän-de, Zirkulations- und Wirbelsätze, Ähnlichkeitsgesetze, Turbu-lenz, Grenzschichten)
Lern- und Qualifikationsziele
- Vermittlung der grundlegenden Begriffe, Phänomene und Kon-zepte der Kontinuumsmechanik - Entwicklung von Fähigkeiten zum selbständigen Lösen von Aufgaben aus diesem Gebiet
Voraussetzung für die Zulassung zur Modulprüfung
Übungsaufgaben, aktive Teilnahme an den Übungen
Voraussetzung für die Vergabe von Leistungspunkten (Prüfungs-formen); einschl. Notengewich-tung in %
Schriftliche Prüfung (90 Minuten)
Zusätzliche Informationen zum Modul
Die Note dieses Moduls geht mit dem Gewicht 1 in die Fachend-note Physik ein.
Empfohlene Literatur Lehrbücher der theoretischen Physik von z.B. Sommerfeld, Landau/Lifschitz, Scheck; Budó: Theoretische Mechanik; Ste-phani/Kluge: Theoretische Mechanik
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Modulnummer
Modulbezeichnung: Oberseminar Gravitations- und Quantentheorie
Modulverantwortliche(r): Prof. Dr. Stephan Fritzsche, Prof. Dr. M. Ansorg, Prof. Dr. H. Gies, Prof. Dr. A. Wipf
Dozent(in): Professoren der Theoretischen Physik
Sprache: Deutsch, Englisch (auf Wunsch)
Zuordnung zum Curriculum Wahlpflichtmodul für den Studiengang MA Physik im Wahlfach „Gravitations- und Quantentheorie“ im 2. Semester (Im Winters-mester 2014/15 auch 1. Semester)
Lehrform / SWS: Seminare: 2 SWS
Moduldauer: 1 Semester
Arbeitsaufwand: Präsenzstunden: Seminare: 30
Selbststudium: Vorarbeit: 90
Gesamtarbeitsaufwand: 120 Stunden
Leistungspunkte: 4
Voraussetzungen: Kenntnisse in Theoretischer Mechanik, Elektrodynamik, Quanten-mechanik, Thermodynamik, Grundlagenwissen in Gravitationstheo-rie und/oder Quantenfeldtheorie
Lernziele / Kompetenzen: Selbständiges Einarbeiten in ein Spezialgebiet
Selbständiges Auffinden und Auswerten wiss. Literatur
Präsentation wissenschaftlicher Sachverhalte
Vertiefte Kenntnisse auf den Gebieten Gravitationstheorie und Quantentheorie
Inhalt: Systematische Erarbeitung von Spezialkenntnissen auf den Gebie-ten Gravitationstheorie und Quantentheorie
Präsentation und Diskussion aktueller gravitationstheoretischer und quantentheoretischer Probleme
Voraussetzungen für die Zulas-sung zur Modulprüfung (Prüfungs-vorleistungen)
Regelmäßige Teilnahme am Seminar; Detaillierte Festlegungen werden zu Semesterbeginn bekannt gegeben.
Voraussetzung für die Vergabe von Leistungspunkten (Prüfungs-form):
1 Fachvortrag (benotet)
regelmäßige Teilnahme
Medienformen: Beamer, Overheadprojektor, Tafel
Literatur: Spezialliteratur des jeweiligen Fachgebiets (vorwiegend in engli-scher Sprache)
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Modulnummer
Modulbezeichnung: Spektrale Methoden in der Theoretischen Physik
Modulverantwortliche(r): Prof. Dr. M. Ansorg
Dozent(in): Professoren der theoretischen Physik
Sprache: Deutsch
Zuordnung zum Curriculum Wahlpflichtmodul für den Studiengang MA Physik im Wahlfach „Gravitations- und Quantentheorie“ im 3. oder 4. Semester Modul im Hauptstudium des Studiengangs Physik mit Abschluss Diplom-Physiker/Diplom-Physikerin
Lehrform / SWS: Vorlesung: 2 SWS
Übung: 1 SWS
Arbeitsaufwand: Präsenzstunden: Vorlesung: 30
Übung: 15
Selbststudium: Nacharbeit (Vorlesung, Übung): 30
Lösen von Übungsaufgaben: 45
Gesamtarbeitsaufwand: 120 Stunden
Leistungspunkte: 4
Voraussetzungen: Grundkenntnisse der Computational Physics
Lernziele / Kompetenzen: Vermittlung der Grundlagen spektraler Verfahren und ihrer Anwen-dungen in der Theoretischen Physik
Entwicklung von Fähigkeiten zum selbständigen Lösen von Aufga-ben aus diesem Gebiet.
Inhalt: Entwicklungen von Funktionen nach spektralen Basisfunktionen, spektrale Interpolationen und deren Konvergenz, Pseudospektrale und Galerkin-Methoden, Approximation der Ableitungen von Funkti-onen, Gauss-Integration, Gewöhnliche Differentialgleichungen: Rand- und Anfangswertprobleme, Mehrgebietsverfahren, pseudo-spektrale Methoden in höheren Dimensionen
Voraussetzungen für die Zulas-sung zur Modulprüfung (Prü-fungsvorleistungen):
aktive Teilnahme an den Übungen; Detaillierte Festlegungen wer-den zu Semesterbeginn bekannt gegeben.
Voraussetzung für die Vergabe von Leistungspunkten (Prüfungs-form):
Schriftliche oder mündliche Prüfung (Art der Prüfung wird zu Be-ginn des Moduls bekannt gegeben)
Medienformen: Tafel, Computer
Literatur: Zum Beispiel:
J.P. Boyd : Chebyshev and Fourier spectral methods, Dover (New York,2001), http://www-personal.umich.edu/~jpboyd/BOOK_Spectral2000.html
Benyu Guo,Pen-Yu Kuo: Spectral methods and their applications, World Scientific Publishing, Singapore
Lloyd N. Trefethen: Spectral Methods in Matlab, Society for Indus-trial and Applied Mathematics, Philadelphia
B. Fornberg : A practical guide to pseudospectral methods, Cam-bridge Univ.Press (Cambridge, 1998)
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Modulnummer
Modulbezeichnung: Supersymmetrie
Modulverantwortliche(r): Prof. Dr. A. Wipf
Dozent(in): Professoren der Theoretischen Physik
Sprache: Deutsch, Englisch (auf Wunsch)
Zuordnung zum Curriculum Wahlpflichtmodul für den Studiengang MA Physik im Wahlfach „Gravitations- und Quantentheorie“ im 4. Semester
Lehrform / SWS: Vorlesung: 2 SWS
Übung: 2 SWS
Arbeitsaufwand: Präsenzstunden: Vorlesung: 30
Übung: 30
Selbststudium: Nacharbeit (Vorlesung, Übung): 30
Lösen von Übungsaufgaben: 30
Gesamtarbeitsaufwand: 120 Stunden
Leistungspunkte: 4
Voraussetzungen: Modul Quantenfeldtheorie I empfohlen
Lernziele / Kompetenzen: Vermittlung der Eigenschaften von supersymmetrischen Theorien und der Grundlagen zum Verständnis der modernen Teilchenphy-sik und Stringtheorie.
Entwicklung der Fähigkeiten zur Berechnung einfacher Prozesse in supersymmetrischen Modellen.
Inhalt Supersymmetrische Quantenmechanik Symmetrien und Spinoren Wess-Zumino-Modelle Supersymmetrie-Algebren und Darstellungen Superraum und Superfelder Supersymmetrische Yang-Mills-Theorien
Voraussetzungen für die Zulas-sung zur Modulprüfung (Prüfungs-vorleistungen)
aktive Teilnahme an den Übungen; Detaillierte Festlegungen wer-den zu Semesterbeginn bekannt gegeben.
Voraussetzung für die Vergabe von Leistungspunkten (Prüfungs-form):
Klausur oder mündliche Prüfung am Ende des Semesters (Art der Prüfung wird zu Beginn des Moduls bekannt gegeben)
Medienformen: Kreidetafel, Overheadprojektor, schriftliches Begleitmaterial
Literatur: Lehrbücher, z.B. S. Weinberg; J. Bagger and J. Wess; P. West
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Modulnummer
Modulbezeichnung: Magnetohydrodynamik
Modulverantwortliche(r): Prof. Dr. R. Meinel
Dozent(in): Professoren der Theoretischen Physik
Sprache: Deutsch
Zuordnung zum Curriculum Wahlpflichtmodul für den Studiengang MA Physik im Wahlfach „Gravitations- und Quantentheorie“ im 2. oder 4. Semester
Häufigkeit des Angebots (Zyklus): Vorlesung wird alle zwei Jahre angeboten
Lehrform / SWS: Vorlesung: 2 SWS
Übung: 1 SWS
Arbeitsaufwand: Präsenzstunden: Vorlesung: 30
Übung: 15
Selbststudium: Nacharbeit (Vorlesung, Übung): 30
Lösen von Übungsaufgaben: 45
Gesamtarbeitsaufwand: 120 Stunden
Leistungspunkte: 4
Voraussetzungen:
Lernziele / Kompetenzen: Vermittlung der Grundlagen und Methoden der Magnetohydrody-namik
Entwicklung von Fähigkeiten zum selbständigen Lösen von Aufga-ben aus diesem Gebiet
Inhalt: Magnetohydrodynamische Näherung
Magnetohydrokinematik (Induktionsgleichung, freier Zerfall von Magnetfeldern, eingefrorene Feldlinien, Dynamoproblem) Ideale Magnetohydrodynamik, Magnetohydrostatik Hartmann-Strömung, Magnetohydrodynamische Wellen, Stabili-tätsuntersuchungen
Anwendungen in der Astrophysik (Magnetfelder von Planeten, Sternen, Galaxien; Sonnenphysik)
Voraussetzungen für die Zulas-sung zur Modulprüfung (Prüfungs-vorleistungen)
aktive Teilnahme an den Übungen; Detaillierte Festlegungen wer-den zu Semesterbeginn bekannt gegeben.
Voraussetzung für die Vergabe von Leistungspunkten (Prüfungs-form):
Klausur oder mündliche Prüfung am Ende des Semesters (Art der Prüfung wird zu Beginn des Moduls bekannt gegeben)
Medienformen: Tafel, Folien
Literatur: Zum Beispiel: Landau/Lifschitz Band 8; F. Cap, Lehrbuch der Plasmaphysik und Magnetohydrodynamik; D. Lortz, Magnetohyd-rodynamik; R. Kippenhahn und C. Moellenhoff, Elementare Plas-maphysik
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Modulnummer
Modulbezeichnung: Quantenfeldtheorie des Festkörpers, Dichtefunktionaltheorie
Modulverantwortliche(r): Prof. Dr. F. Bechstedt
Dozent(in): Professoren der Theoretischen Physik
Sprache: Deutsch
Zuordnung zum Curriculum Wahlpflichtmodul für den Studiengang MA Physik im Wahlfach „Gravitations- und Quantentheorie“ im 4. Semester
Lehrform / SWS: Vorlesung: 2 SWS
Übung: 1 SWS
Arbeitsaufwand: Präsenzstunden: Vorlesung: 30
Übung: 15
Selbststudium: Nacharbeit (Vorlesung, Übung): 30
Lösen von Übungsaufgaben: 45
Gesamtarbeitsaufwand: 120 Stunden
Leistungspunkte: 4
Voraussetzungen: Bachelor Physik, Module Quantenmechanik II und Festkörperphy-sik
Lernziele / Kompetenzen: Vermittlung von grundlegenden Methoden der Vielelektronentheo-rie und deren Anwendung auf die Berechnung von Eigenschaften kondensierter Materie
Inhalt: N-Elektronen-Systeme
Austausch (X) und Korrelation © Hohenberg-Kohn-Sham-Theorie XC-Funktionale (LDA, GGA, LSDA) Hellmann-Feynman-Kräfte ab initio Thermodynamik
zeitabhängige Dichtefunktionaltheorie
Voraussetzungen für die Zulas-sung zur Modulprüfung (Prüfungs-vorleistungen)
aktive Teilnahme an den Übungen; Detaillierte Festlegungen wer-den zu Semesterbeginn bekannt gegeben.
Voraussetzung für die Vergabe von Leistungspunkten (Prüfungs-form):
Klausur oder mündliche Prüfung am Ende des Semesters (Art der Prüfung wird zu Beginn des Moduls bekannt gegeben)
Medienformen: Kreidetafel, Overheadprojektor, Computerdemonstrationen und Übungen, begleitendes LaTeX-Skript
Literatur: R.M. Dreizler, E.K.U. Gross, Density-Funktional Theory; D. Joubert (Ed.), Density Functionals: Theory and Applications; P.L. Taylor, O. Heinonen, A Quantum Aproach to Condensed Matter Physics
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Modulnummer
Modulbezeichnung: Electronic Structure Theory
Modulverantwortliche(r): Prof. Dr. S. Botti
Dozent(in): Professoren der Theoretischen Physik
Sprache: Englisch
Zuordnung zum Curriculum Wahlpflichtmodul für den Studiengang M.Sc.Physik
Semester Sommersemester
Lehrform / SWS: Vorlesung: 2 SWS
Übung: 3 SWS (In the computer room)
Arbeitsaufwand: Präsenzstunden: Vorlesung: 30
Übung: 45
Selbststudium: Nacharbeit (Vorlesung): 20 Lösen von Übungsaufgaben: 0 (Practical classes) Prüfungsvorbereitung: 25 (Including the finalization and preparation of the presentation of the individual project)
Gesamtarbeitsaufwand: 120 Stunden
Leistungspunkte: 4
Voraussetzungen: Successful participation in the modules: classical physics (theoreti-cal mechanics, electrodynamics), quantum mechanics. Some ba-sics of structure of the matter and/or solid state physics.
Lernziele / Kompetenzen: Electronic structure theory is a successful and ever-growing field
shared by theoretical physics and theoretical chemistry, that takes
advantage from the increasing availability of high-performance
computers.
Starting only from the knowledge of the types of atoms that consti-tute a material (molecule, solid, nanostructure,..) we will learn how to determine without further experimental input, i.e. using only the laws of quantum physics, its structural and electronic properties.
The lectures will initiate the students to the state-of-the-art theoreti-cal and computational approaches used for electronic structure calculations.
In the practical classes the students will learn through tutorials to use different software for electronic structure simulations. During the last month they will realize a small independent scientific pro-ject.
Inhalt: - Introduction to the many-body problem - Wavefunction-based approaches for electronic structure - Density functional theory - Electronic excitations: beyond density functional theory
Voraussetzungen für die Zulas-sung zur Modulprüfung (Prüfungs-vorleistungen)
Active participation in the tutorials, individual research project dur-ing the practical classes
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Voraussetzung für die Vergabe von Leistungspunkten (Prüfungs-form):
Active participation in the tutorials, individual research project dur-ing the practical classes, oral exam;
Medienformen: Lectures on blackboard (with selected material in slides).
Literatur: A bibliography will be given a the beginning of the class. Lecture notes (in English) will also be given every week.
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Physikalische Wahlfächer - Optik
1. Semester
Number ASP_MP_A1.1
Name Fundamentals of modern optics
Coordinator Prof. Dr. Thomas PERTSCH
Learning objectives The course covers the fundamentals of modern optics which are necessary for the understanding of optical phenomena in modern science and technol-ogy. The students will acquire a thorough knowledge of the most important con-cepts of modern optics. At the same time the importance and beauty of op-tics in nature and in technology will be taught. This will enable students to follow more specialized courses in photonics.
Content - basic concepts of wave optics - dielectric function to describe light-matter interaction - propagation of beams and pulses - diffraction theory - elements of Fourier optics - polarization of light - light in structured media - optics in crystals
Course type lectures: 4 h/week exercises: 2 h/week
ECTS credits 8
Category submodule which may be advised compulsory to a student according to the student's previous knowledge
Usability submodule being part of module Adjustment for the M.Sc. Photonics in the 1st semester
Frequency of offer winter semester
Duration 1 semester
Workload 240 h divided in lectures: 60 h, exercises: 30 h, self-study: 150 h (90 h lec-tures and exercises, 30 h computer-based solving of physical problems, 30 h exam preparation)
Language English
Prerequisites elements of linear algebra and calculus successful completion of Bachelor’s degree in a related field
Exam prerequisites
Requirements to complete this submodule
written examination at the end of the semester (90 min duration)
Used media blackboard, overhead projector, computer demonstrations
Literature - B.E.A. Saleh and M.C. Teich, “Fundamentals of Photonics,” Wiley (2007). - H. Lipson, D.S. Tannhauser, S.G. Lipson, “Optical Physics,” Cambridge (2010). - E. Hecht and A. Zajac, “Optics,” Addison-Wesley Longman (2003). - F.L. Pedrotti, L.S. Pedrotti, L.M. Pedrotti, “Introduction to Optics,” Pearson (2006). - G. Brooker, “Modern Classical Optics,” Oxford (2002).
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Number ASP_MP_S2.21
Name Nonlinear optics
Coordinator Prof. Dr. Gerhard G. PAULUS
Learning objectives This course gives an introduction to optics in nonlinear media and discusses the main nonlinear effects.
Content Propagation of light in crystals Properties of the nonlinear susceptibility tensor Description of light propagation in nonlinear media Parametric effects Second harmonic generation Phase-matching Propagation of ultrashort pulses High-harmonic generation - Relativistic optics
Course type lectures: 2 h/week exercises: 1 h/week
ECTS credits 4
Category submodule which can be elected out of the list of offered submodules in module Specialization II according to the student's education objectives.
Usability this submodule is part of the module Specialization II in the 3rd semester of the M.Sc. Photonics program
Frequency of offer winter semester
Duration 1 semester
Workload lectures: 30 h exercises: 15 h self-study: 75 h - 45 h (lectures, exercises) - 15 h solving of physical problems - 15 h exam preparation total workload: 120 h
Language English
Prerequisites submodule Fundamentals of Modern Optics
Exam prerequisites regular participation in lectures and exercises
Requirements to complete this submodule
written or oral examination at the end of the semester
Used media blackboard and electronic presentations, computer based demonstrations, written supplementary material
Literature Boyd, Nonlinear optics Zernike/Midwinter, Applied nonlinear optics - Sauter, Nonlinear optics
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Number ASP_MP_S2.6
Name Biomedical imaging – ionizing radiation
Coordinator Prof. Dr. Jürgen R. REICHENBACH and Prof. Dr. Eckart FÖRSTER
Learning objectives The course introduces the physical principles, properties and technical con-cepts of imaging systems as they are applied today in medicine and physics. The focus is laid on the use and application of ionizing radiation, which has always been an important aspect of the application of physics to medicine. Applications and current developments will be presented. After having ac-tively participated the students should demonstrate a critical understanding of the theoretical basis and technologies of these imaging systems and have acquired an appreciation of instrumentation and practical issues with differ-ent imaging systems. The course is independent of the course Biomedical imaging – Nonionizing Radiation offered in the 2nd semester and does not require previous participation of that course.
Content - Introduction to biomedical and medical imaging systems - Physical principles behind the design of selected imaging systems - Technological aspects of each modality - Spatial and temporal resolution - Importance of each modality concerning physical, biological and clinical
applications
Course type lectures: 2 h/week exercises: 1 h/week
ECTS credits 4
Category submodule which can be elected out of the list of offered submodules in module Specialization II according to the student's education objectives
Usability this submodule is part of the module Specialization II in the 3rd semester of the M.Sc. Photonics program
Frequency of offer winter semester
Duration 1 semester
Workload lectures: 30 h exercises: 15 h self-study: 75 h - 45 h (lectures, exercises) - 15 h solving of physical problems - 15 h exam preparation total workload: 120 h
Language English
Prerequisites none
Exam prerequisites regular participation in lectures and exercises
Requirements to complete this submodule
oral examination
Used media electronic presentations, computer based demonstrations, blackboard
Literature - A. Oppelt, Imaging Systems for Medical Diagnostics: Fundamentals, Technical Solutions and Applications for Systems Applying Ionizing Radiation, Nuclear Magnetic Resonance and Ultrasound, Publicis, 2nd edition, 2006
- P. Suetens, Fundamentals of Medical Imaging, Cambridge University Press; 2nd edition, 2009
- W.R. Hendee, E.R. Ritenour, Medical Imaging Physics, Wiley-Liss, 4th
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Number ASP_MP_S2.3
Name Introduction to applications of modern optics and photonics in astron-omy
Coordinator Dr. Stefano MINARDI and Prof. Dr. Thomas PERTSCH
Learning objectives The lectures aim at presenting the emerging field of astrophotonics, i.e. pho-tonics for astronomical instrumentation. Educational goals are: - familiarization with detection problematic in astronomy and - understanding of how photonic technology can solve them, usage of
analytical tools for - modeling of photonic components and - system design of astronomical instruments.
Content - Telescopes – Classification, adaptive optics, wavefront sensors. - Photometry – Exoplanet transits, photometric scales and bands in
astronomy, semiconductor detectors, layer optics (coatings, filters), examples of instruments.
- Interferometry – Optical astronomical interferometry: survey of results, principles of interferometric aperture synthesis, fiber optics, photonic beam combiners, fiber interferometers, pupil remapping, the photonic interferometer.
- Spectroscopy – Historical introduction, Zeeman and Stark effects, Doppler shifts (binary systems, exoplanets, galaxies), review of dispersive elements, SWIFTS micro/nano spectrometers, AWGs, photon correlation spectroscopy, Multi-object and integral field spectroscopy, analysis of an instrument.
Course type lectures: 2 h/week exercises: 1 h/week
ECTS credits 4
Category submodule which can be elected out of the list of offered submodules in module Specialization II according to the student's education objectives
Usability this submodule is part of the module Specialization II in the 3rd semester of the M.Sc. Photonics program
Frequency of offer winter semester
Duration 1 semester
Workload lectures: 30 h exercises: 15 h self-study: 75 h - 45 h (lectures, exercises) - 15 h solving of physical problems - 15 h exam preparation total workload: 120 h
Language English
Prerequisites none
Exam prerequisites regular participation in lectures and exercises
Requirements to complete this submodule
oral or written examination at the end of the semester (will be specified at the beginning of the lecture)
Used media electronic presentations, computer based demonstrations, blackboard
Literature - Saleh, Teich 'Photonics' Wiley - Articles from special issue on Astrophotonics in Opt. Expr. 17(3) (2009)
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- Kitchin 'Astrophysical techniques' Ed. Adam Hilger - Bradt 'Astronomy methods' Cambridge - Roy & Clarke 'Astronomy: principles and practice' - Journal articles on astronomical instruments given during the lectures
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Submodule number ASP_MP_S1.3
Submodule name Biophotonics
Submodule coordinator: Prof. Dr. Rainer HEINTZMANN, Prof. Dr. Stefan H. HEINEMANN, PD Dr. Roland SCHÖNHERR, Prof. Dr. Michael SCHMITT, Dr. Kai WICKER
Learning objectives The aim of this course is to present modern methods in spectroscopy, mi-croscopy and imaging dedicated to biological samples. After the course the students will be able to choose and to apply appropriate spectroscopic methods and imaging technologies to resolve special biophotonic problems.
Content The module provides a deep introduction into the multitude of possible linear and non-linear light biological matter interaction phenomena and thus in modern techniques and applications of frequency-, spatially-, and time-resolved bio-spectroscopy. The course presents a comprehensive overview over modern spectroscopic and optical imaging techniques inclusive specific theoretical methodologies to analyze the experimental spectroscopic data to resolve problems in life sciences. The biological part introduces to molecular and cellular properties of living organisms, explains some major components of physiological function and diseases and sets the stage for biophotonics applications by highlighting some key methods necessary to prepare biological material for photonics experiments and by showing several examples of how biophotonics can help to shed light on biologically and clinically relevant processes. The mod-ule spans aspects of the scientific disciplines chemistry, physics, biology and medicine The exercises will be partly calculating examples and partly in the form a seminar talks of the students presenting current research publications..
Course type lectures: 2 h/week exercises: 1 h/week
ECTS credits 4
Category submodule which can be elected out of the list of offered submodules in module Specialization I according to the student's education objectives
Usability this submodule is part of the module Specialization I in the 2nd semester of the M.Sc. Photonics program
Frequency of offer summer semester
Duration 1 semester
Workload - lectures: 30 h - exercises: 15 h - self-study: 75 h - exam preparation: 15 h
total workload: 135 h
Language English
Prerequisites none
Exam prerequisites
Requirements to complete this submodule
The form of the exam will be announced at the beginning of the semester. Either written examination at the end of the semester (60 min duration) or oral exam (15 min.)
Used media blackboard, beamer, overhead projector, written supplementary material
Literature - Paras N. Prasad, Introduction to Biophotonics - Textbooks on laser spectroscopy, e.g. Demtröder; on quantum mechanics,
e.g. Atkins and on optics, e.g. Zinth/Zinth
Seite 83 von 135
- Jerome Mertz: Introduction to Optical Microscopy, Roberts & Company Publishers, 2010
- Selected chapters of Handbook of Biophotonics (Ed. J. Popp) WILEY
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Number ASP_MP_S2.11
Name High intensity/relativistic optics
Coordinator Prof. Dr. Malte KALUZA
Learning objectives The interaction of high intensity light fields with matter is the subject of this course. The students should learn the basic ideas of high intensity laser technology and its applications.
Content - High-intensity laser technology - Laser plasma physics - Laser accelerated particles and applications
Course type lectures: 2 h/week exercises: 1 h/week (will be given as 2 h every second week)
ECTS credits 4
Category submodule can be elected out of the list of offered submodules in module Specialization II according to the student's education objectives
Usability this submodule is part of the module Specialization II in the 3rd semester of the M.Sc. Photonics program
Frequency of offer winter semester
Duration 1 semester
Workload lectures: 30 h exercises: 15 h self-study: 75 h - 45 h (lectures, exercises) - 15 h solving of physical problems - 15 h exam preparation total workload: 120 h
Language English
Prerequisites none
Exam prerequisites
Requirements to complete this submodule
oral or written examination at the end of the semester (will be specified at the beginning of the lecture)
Used media blackboard, electronic presentations
Literature - W. L. Kruer, The Physics of Laser Plasma Interactions, Westview press (2003), Boulder Colorado
- P. Gibbon, Short Pulse Laser Interactions with Matter, Imperial College Press (2005), London
- F. F. Chen, Introduction to Plasma Physics and Controlled Fusion, Vol. 1: Plasma Physics, Springer (1984)
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Number ASP_MP_S2.26
Name Thin film optics
Coordinator Prof. Dr. Andreas TÜNNERMANN and Dr. Olaf STENZEL
Learning objectives This course is of use for anyone who needs to learn how optical coatings are used to tailor the optical properties of surfaces. After an introduction about the theoretical fundamentals of optical coatings the student should learn to calculate the optical properties of uncoated and coated surfaces. Based on this, typical design concepts and applications will be presented.
Content - Introduction into optical material properties (classical description) - Theory of interference films - Thin film characterization methods - Design concepts - Types and application of optical coatings - selected questions of the semiclassical treatment of thin film spectra
Course type lectures: 2 h/week exercises: 1 h/week
ECTS credits 4
Category Submodule which can be elected out of the list of offered submodules in module Specialization II according to the student's education objectives
Usability this submodule is part of the module Specialization II in the 3rd semester of the M.Sc. Photonics program
Frequency of offer winter semester
Duration 1 semester
Workload lectures: 30 h exercises: 15 h self-study: 75 h - 45 h (lectures, exercises) - 15 h solving of physical problems - 15 h exam preparation total workload: 120 h
Prerequisites knowledge on optics and electrodynamics of continua
Exam prerequisites
Requirements to complete this submodule
oral or written test, depending on number of participants
Used media blackboard, electronic presentations
Literature - Born/Wolf: Introduction to optics - H. A. Macleod, Thin Film Optical Filters, Adam Hilger Ltd. 2001 - R. Willey, Practical Design and Productions of Optical Thin Films, Marcel
Dekker Inc. 2003 - N. Kaiser, H. K. Pulker (Eds.), Optical Interference Coatings, Springer
Series in Optical Sciences, Vol. 88, 2003 - O. Stenzel, The Physics of Thin Film Optical Spectra. An Introduction,
Springer Series in Surface Sciences, Vol. 44, 2005
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Number ASP_MP_F1.2
Name Introduction to optical modeling
Coordinator Prof. Dr. Frank WYROWSKI and Dr. habil. Uwe ZEITNER
Learning objectives The course aims to show how linear optics is applied for modeling and design of optical elements and systems. In the first part of the lecture we focus on ray-tracing techniques and its application through image formation. Then we combine the concepts with physical optics and obtain field tracing. It enables the propagation of vectorial harmonic fields through optical systems. In prac-tical exercises the students will get an introduction to the use of commercial optics modeling and design software.
Content - Concepts of ray tracing - Modeling and design of lens systems - Image formation - Physical properties of lenses and lens materials in optical design - Image aberrations and methods to avoid them - Vectorial harmonic fields - Plane waves - Fourier transformation and spectrum of plane waves representation - Concepts of field tracing - Propagation techniques through homogeneous and isotropic media - Numerical properties of propagation techniques
Course type lectures: 2 h/week exercises: 1 h/week
ECTS credits 4
Category compulsory submodule
Usability the submodule is part of the module Fundamentals of the M.Sc. Photonics program in the 1st semester
Frequency of offer winter semester
Duration 1 semester
Workload lectures: 30 h exercises: 15 h self-study: - 45 h (lectures, exercises) - 15 h solving of physical problems - 15 h exam preparation total workload: 120 h
Language English
ECTS credits 4
Prerequisites successful completion of Bachelor’s degree in a related field
Exam prerequisites regular participation in lectures and exercises
Requirements to com-plete this submodule
written examination at the end of the semester
Used media blackboard, projector, PC Pool, PowerPoint, VirtualLab, Zemax
Literature - H. Gross, Handbook of Optical Systems Vol.1: Fundamentals of Technical Optics, Wiley-VCH
- L. Mandel and E. Wolf, Optical Coherence and Quantum Optics - L. Novotny and B. Hecht, Principles of Nano-Optics
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Number ASP_MP_S2.15
Name Introduction to accelerator physics
Coordinator Prof. Dr. T. STÖHLKER and Dr. O. FORSTNER
Learning objectives The course introduces the basics behind accelerators together with their instrumentation and the applications of particle accelerators.
Content Physics behind accelerators Production of ion beams with ion sources Types of accelerators Beam diagnosis Applications of accelerators
Course type lectures: 2 h/week exercises: 1 h/week
ECTS credits 4
Category submodule which can be elected out of the list of offered submodules in module Specialization II according to the student's education objectives
Usability this submodule is part of the module Specialization II in the 3rd semester of the M.Sc. Photonics program
Frequency of offer winter semester
Duration 1 semester
Workload - lectures: 30 h - exercises: 15 h - self-study: 30 h - doing exercises: 30 h - exam preparation: 15 h
total workload: 120 h
Language English
Prerequisites basic seminar physics
Exam prerequisites regular and active participation in lectures and exercises; details will be specify at the beginning of the semester
Requirements oral or written examination at the end of the semester (will be specified at the beginning of the lecture)
Used media blackboard, beamer, overhead projector, written supplementary material, as appropriate computer demonstration
Literature for example: Hinterberger, Physik der Teilchenbeschleuniger und Ionenoptik, Springer 1997
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2. Semester
Modulnummer 128.3405
Modulbezeichnung: Grundlagen der Laserphysik
Modulverantwortliche(r): Prof. J. Limpert
Dozent(in): Prof. J. Limpert
Sprache: deutsch
Zuordnung zu den Studiengän-gen
Wahlpflichtmodul für den Studiengang MSc Physik (3. Semester) im Wahlfach „Optik“
M.Sc. Werkstoffwissenschaft
Lehrform / SWS: Vorlesung: 2 SWS, Übung: 2 SWS
Häufigkeit des Angebots: Wintersemester
Dauer des Moduls 1 Semester
Arbeitsaufwand: Präsenzstunden: Vorlesung: 30
Übung: 30
Selbststudium: Nacharbeit(Vorlesung/Übung): 30
Vorbereitung Fachvortrag: 90
(einschließlich schriftlicher Kurzfassung)
Gesamtarbeitsaufwand: 180 Stunden
Leistungspunkte: 6
Voraussetzungen: Bachelor oder Vordiplom in Naturwissenschaften
Vorlesungen: Quantenmechanik + Atom- und Molekülphysik
Lernziele / Kompetenzen: - phys. Grundlagen der Absorption und Emission
- Inversion/optische Verstärkung
- Konzepte zur Erzeugung kohärenten Lichts
- das Laserprinzip
- Grundprinzipien der nichtlinearen Optik
Inhalt: - Laserprinzip und wesentliche Lasertypen
- Pumpkonzepte und optische Verstärkung
- stabile und instabile Resonatoren
- Einfrequenzlaser
- Ultrakurzpulslaser
- wesentliche Lasertypen und ihre Merkmale
Voraussetzungen für die Zulas-sung zur Modulprüfung (Prü-fungsvorleistungen)
Prüfung am Vorlesungsende (schriftlich oder mündlich)
Voraussetzung für die Vergabe von Leistungspunkten (Prüfungs-form):
Klausur
Medienformen: Medienunterstützte Vorlesungen und Seminare mit Übungen
Literatur: - Optik, Licht und Laser, D. Meschede
- Lasers, T. Siegman
- Laser, F. K. Kneubühl
- Laser – Grundlagen, Systeme, Anwendungen, J. und H.-J. Eich-ler, Springer
- Laser Spectroscopy, W. Demtröder
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Submodule number ASP_MP_F1.3
Submodule name Laser physics
Submodule coordinator Prof. Jens LIMPERT and Prof. Stefan NOLTE
Learning objectives This course provides an introduction to the basic ideas of laser physics. The first part presents the fundamental equations and concepts of laser theory, while the second part is devoted to a detailed discussion of selected laser applications. The students are introduced to the different types of lasers in-cluding classical gas or ruby lasers as well as modern high power diode pumped solid-state concepts and their applications.
Content - Introduction to laser physics (stimulated emission, atomic rate equations, laser pumping and population inversion)
- Optical beams and laser resonators - Laser dynamics - Q-switching - Mode locking - Wavelength tuning and single frequency operation - Laser systems - Selected industrial and scientific applications
Course type lectures: 4 h/week exercises: 2 h/week
ECTS credits 8
Category compulsory submodule
Usability the submodule is part of the module Fundamentals in the 2nd semester of the M.Sc. Photonics program
Frequency of offer summer semester
Duration 1 semester
Workload lectures: 60 h exercises: 30 h self-study: 150 h - 90 h (lectures, exercises) - 60 h oral presentation total workload: 240 h
Language English
Prerequisites successful completion of Bachelor’s degree in a related field
Exam prerequisites
Requirement to complete this submodule
oral representation and written examination at the end of the semester
Used media blackboard, overhead projector, computer based demonstrations, written supplementary material
Literature - A. Siegman, Lasers - W. Koechner, Solid-State Laser Engineering - W. Demtröder, Laser Spectroscopy - D. Bäuerle, Laser Processing and Chemistry - H.-G. Rubahn, Laser Applications in Surface Science and Technology
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Number ASP_MP_S1.17
Name Plasma physics
Coordinator Prof. Dr. Malte. KALUZA
Learning objectives This course offers an introduction to the fundamental effects and processes relevant for the physics of ionized matter. After actively participating in this course, the students will be familiar with the fundamental physical concepts of plasma physics, especially concerning astrophysical phenomena but also with questions concerning the energy production based on nuclear fusion in magnetically or inertially confined plasmas.
Content - fundamentals of plasma physics, - single particle and fluid description of plasmas, - waves in plasmas, - interaction of electromagnetic radiation with plasmas, - plasma instabilities - non-linear effects (shock waves, parametric instabilities, ponderomotive
effects, ...)
Course type lectures: 2 h/week exercises: 2 h every other week
ECTS credits 4
Category submodule which can be elected out of the list of offered submodules in module Specialization I according to the student's education objectives
Usability submodule being part of module Specialization I for the M.Sc. Photonics in the 2nd semester
Frequency of offer summer semester
Duration 1 semester
Workload lectures: 30 h exercises: 15 h self-study : 45 h (lectures, exercises) 15 h solving of physical problems 15 h exam preparation total workload: 120 h
Language English
Prerequisites prior knowledge of electrodynamics is essential, knowledge of laser physics is recommended but not conditional
Exam prerequisites regular participation in lectures and active participation exercises
Requirements to complete this submodule
written or oral examination at the end of the semester (will be specified at the beginning of the lecture)
Used media blackboard and electronic presentations
Literature - F. Chen: Plasma Physics and Controlled Fusion, Plenum Publishing Corporation, New York (1984)
- J. A. Bittencourt: Fundamentals of Plasma Physics, Springer, New York (2004)
- U. Schumacher: Fusionsforschung, Wissenschaftliche Buchgesellschaft, Darmstadt (1993)
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Number ASP_MP_S1.9
Name Lens design I
Coordinator Prof. Dr. Herbert GROSS
Learning objectives This course gives an introduction in layout, performance analysis and opti-mization of optical systems with the software Zemax.
Content - Introduction and user interface - Description and properties of optical systems - Geometrical and wave optical aberrations - Optimization - Imaging simulation - Introduction into illumination systems - Correction of simple systems - More advanced handling and correction methods
Course type lectures: 2 h/week exercises: 1 h/week
ECTS credits 4
Category submodule which can be elected out of the list of offered submodules in module Specialization I according to the student's education objectives
Usability this submodule is part of the module Specialization I in the 1st semester of the M.Sc. Photonics program
Frequency of offer summer semester
Duration 1 semester
Workload lectures: 30 h exercises: 15 h self-study: 75 h - 45 h (lectures, exercises) - 15 h solving of physical problems - 15 h exam preparation total workload: 120 h
Language English
Prerequisites basic geometrical and physical optics
Exam prerequisites regular participation in lectures and exercises
Requirements to complete this submodule
written examination at the end of the semester (90 min duration)
Used media electronic presentations, practical exercises with Zemax, computer-based demonstrations, computer labs, written supplementary material
Literature list of literature will be given in the lecture
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Number ASP_MP_S2.13
Name Imaging and aberration theory
Coordinator Dr. Herbert GROSS
Learning objectives This course covers the fundamental principles of classical optical imaging and aberration theory of optical systems.
Content - Paraxial imaging - Basics of optical systems - Eikonal theory - Geometrical aberrations, representations, expansion - Detailed discussion of primary aberrations - Sine condition, isoplanatism, afocal cases - Wave aberrations and Zernike representation - Miscellaneous aspects of aberration theory
Course type lectures: 2 h/week exercises: 1 h/week
ECTS credits 4
Category submodule which can be elected out of the list of offered submodules in module Specialization II according to the student's education objectives
Usability This submodule is part of the module Specialization II in the 3rd semester of the M.Sc. Photonics program.
Frequency of offer winter semester
Duration 1 semester
Workload lectures: 30 h exercises: 15 h self-study: 75 h - 45 h (lectures, exercises) - 15 h solving of physical problems - 15 h exam preparation total workload: 120 h
Language English
Prerequisites basic geometrical and physical optics
Exam prerequisites regular participation in lectures and exercises
Requirements to complete this submodule
written examination at the end of the semester (90 min duration)
Used media blackboard and electronic presentations
Literature list of literature will be given in the lecture
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Number ASP_MP_S2.19
Name Microoptics
Coordinator Prof. Dr. Hartmut BARTELT
Learning objectives The course covers specific optical properties of refractive and diffractive micro-structures as well as the propagation of light in free space and in opti-cal waveguides. Scaling properties in optics are analyzed. The theory of optical waveguides is discussed, beginning with a comparison between the geometric or ray optics approach and the electromagnetic or wave optics approach. Fundamentals of dielectric and metallic artificial media including photonic crystals are provided. Materials, manufacturing and measurement techniques for microoptics are discussed.
Content - Scaling properties in optics - Specific optical properties - Theory of guided light - Microoptical design - Materials and manufacturing techniques - Microoptical elements - Artificial media / Photonic crystals - System applications
Course type lectures: 2 h/week exercises: 1 h/week
ECTS credits 4
Category submodule can be elected out of the list of offered submodules in the mod-ule Specialization II according to the student's education objectives
Usability this submodule is part of the module Specialization II in the 3rd semester of the M.Sc. Photonics program
Frequency of offer winter semester
Duration 1 semester
Workload lectures: 30 h exercises: 15 h self-study: 75 h total workload: 120 h
Language English
Prerequisites none
Exam prerequisites
Requirements to complete this submodule
written or oral examination at the end of the semester (will be specified at the beginning of the lecture)
Used media Blackboard, overhead projector, computer based demonstrations, written supplementary material
Literature - Jahns/Helfert, Introduction to Micro- and Nanooptics - Herzig (Ed.), Micro-Optics - Saleh/Teich, Fundamentals of Photonics, - Wehrspohn/Kitzerow/Busch, Nanophotonic Materials
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Number ASP_MP_S2.1
Name Active photonic devices
Coordinator Prof. Dr. Markus A. SCHMIDT
Learning objectives The aim of this course is to give a comprehensive overview about active photonic devices such as switches or modulators. The course starts by a crisp introduction to the most important parameters and physical principles. The lecture will then focus onto real-world devices including the areas of electro-optics, waveguides, acousto-optics, magneto-optics and nonlinear optics. During this lecture we will discuss the fundamental principles as well as devices currently employed in photonics. This lecture will provide the students a base for their Master’s thesis.
Content - Introduction - electro-optical modulation - optomechanics in photonics - acousto-optical device - magneto-optics and optical isolation - integrated lasers - nonlinear devices for light generation - bistability in photonics - spatial light modulation
Course type lectures: 2 h/week exercises: 1 h/week
ECTS credits 4
Category submodule which can be elected out of the list of offered submodules in module Specialization II according to the student's education objectives
Usability this submodule is part of the module Specialization II in the 3rd semester of the M.Sc. Photonics program
Frequency of offer winter semester only
Duration 1 semester
Workload Workload - lectures: 30 h - exercises: 10 h - self-study: 65 h - exam preparation: 15 h total workload: 120 h
Language English
Prerequisites basic knowledge about electrodynamics
Exam prerequisites
Requirements to complete this submodule
The form of the exam will be announced at the beginning of the semester. Either written examination at the end of the semester (90 min duration) or oral exam (15-20 min).
Used media blackboard, projector, written supplementary material
Literature - J. D. Jackson Electrodynamics - A. Yariv Optical Electronics in Modern Communications - Born/Wolf Principles of Optics
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Number ASP_MP_S2.8
Name Diffractive optics
Coordinator Prof. Dr. Frank WYROWSKI
Learning objectives Diffractive optics is widely recognized as an important enabling technology in modern optics. The control of light fields by microstructured media, which is the essence of diffractive optics, opens a large number of avenues in optical research and engineering. In this lecture, the basic modeling and design principles of diffractive optics are presented and embedded in a sys-tem-modeling concept. That enables the combination of diffractive and re-fractive solutions in one system to take full benefit from diffractive optics. Various scenarios from different applications will be investigated.
Content - Modeling diffraction of light fields - Diffraction at gratings - Diffractive and Fresnel lens modeling and design - Modeling of microlens arrays - Diffractive intraocular lenses - Modeling and design of diffractive beam splitters and diffusers - Light shaping for LED illumination - Laser beam shaping - Subwavelength-structured elements
Course type lectures: 2 h/week exercises: 1 h/week
ECTS credits 4
Category submodule can be elected out of the list of offered submodules in module Specialization II according to the student's education objectives
Usability this submodule is part of the module Specialization II in the 3rd semester of the M.Sc. Photonics program
Frequency of offer winter semester
Duration 1 semester
Workload lectures: 30 h exercises: 15 h self-study: 75 h - 45 h (lectures, exercises) - 15 h solving of physical problems - 15 h exam preparation total workload: 120 h
Language English
Prerequisites none
Exam prerequisites
Requirements written examination at the end of the semester
Used media blackboard, projector, PC Pool, PowerPoint, VirtualLab
Literature - J. Turunen and F. Wyrowski, Diffractive Optics for industrial and commercial applications, Akademie Verlag, 1997
- R.E. Fischer and B. Tadic-Galeb, Optical System Design
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Number ASP_MP_S2.9
Name Theory of microscopic imaging
Coordinator Prof. Dr. Herbert GROSS and Jun.-Prof. Dr. Alexander SZAMEIT
Learning objectives This course covers the wave optical principles of microscopic optical imag-ing including some modern developments and real system aspects.
Content - Diffraction and point spread function - 2-point-resolution and depth resolution - Transfer function theory - Real microscopic optical systems - Contrasting methods and phase imaging - Volume imaging - Confocal microscopy - Superresolution
Course type lectures: 2 h/week exercises: 1 h/week
ECTS credits 4
Category submodule can be elected out of the list of offered submodules in module Specialization II according to the student's education objectives
Usability this submodule is part of the module Specialization II in the 3rd semester of the M.Sc. Photonics program
Frequency of offer winter semester
Duration 1 semester
Workload lectures: 30 h exercises: 15 h self-study: 75 h - 45 h (lectures, exercises) - 15 h solving of physical problems - 15 h exam preparation total workload: 120 h
Language English
Prerequisites basic geometrical and physical optics
Exam prerequisites
Requirements to complete this submodule
Examination at the end of the semester (written or oral)
Used media blackboard and electronic presentations
Literature a list of literature will be given in the lecture
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Number ASP_MP_S2.17
Name Lens design II
Coordinator Prof. Dr. Herbert GROSS
Learning objectives This course covers the advanced principles of the development of optical systems.
Content - Paraxial imaging and basic properties of optical systems - Initial systems and structural modifications - Chromatical correction - Aspheres and freeform surfaces - Optimization strategy and constraints - Special correction features and methods - Tolerancing and adjustment
Course type lectures: 2 h/week exercises: 1 h/week
ECTS credits 4
Category submodule which can be elected out of the list of offered submodules in module Specialization II according to the student's education objectives
Usability this submodule is part of the module Specialization II in the 3rd semester of the M.Sc. Photonics program
Frequency of offer winter semester
Duration 1 semester
Workload lectures: 30 h exercises: 15 h self-study: 75 h - 45 h (lectures, exercises) - 15 h solving of physical problems - 15 h exam preparation total workload: 120 h
Language English
Prerequisites basic aberration theory and optical design methods, submodule Optical design with Zemax
Exam prerequisites regular participation in lectures and exercises
Requirements to complete this submodule
written examination at the end of the semester (90 min duration)
Used media blackboard and electronic presentations, practical exercises with Zemax, computer based demonstrations, computer lab
Literature list of literature will be given in the lecture
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Number ASP_MP_S2.22
Name Physical optics design
Coordinator Prof. Dr. Frank WYROWSKI
Learning objectives In the third part of the lecture series on optical modeling and design model-ing and design examples of micro and diffractive optics are discussed on the basis of the modeling techniques presented in parts I and II. Moreover, the finite element technique (FEM) is added to the collection of tracing tech-niques for harmonic fields. Then, the concept of field tracing is extended to general electromagnetic fields including temporal and spatial coherence and ultrashort pulses.
Content Modeling and design of lens arrays Modeling and design of diffractive beam splitters Modeling and design of diffusers Finite element technique (FEM) Representation of general fields by modal decomposition Elementary mode decomposition: scalar and vectorial Modeling polychromatic effects Modeling effects of temporal and spatial coherence Modeling ultrashort pulse propagation through optical systems Efficient inclusion of material and angular dispersion
Course type lectures: 2 h/week exercises: 1 h/week
ECTS credits 4
Category submodule can be elected out of the list of offered submodules in module Specialization II according to the student's education objectives
Usability this submodule is part of the module Specialization II in the 3rd semester of the M.Sc. Photonics program
Frequency of offer winter semester
Duration 1 semester
Workload lectures: 30 h exercises: 15 h self-study: 75 h 45 h (lectures, exercises) 15 h solving of physical problems 15 h exam preparation total workload: 120 h
Language English
Prerequisites none
Exam prerequisites
Requirements to complete this submodule
written examination at the end of the semester
Used media Blackboard, projector, PC Pool, PowerPoint, VirtualLab
Literature E. Hecht and A. Zajac, Optics L. Mandel and E. Wolf, Optical Coherence and Quantum Optics B.E.A. Saleh and M.C. Teich, Fundamentals of Photonics
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Number ASP_MP_S2.24
Name Physics of ultrafast optical discharge and filamentation
Coordinator Prof. Dr. Christian SPIELMANN and Dr. Daniil KARTASHOV
Learning objectives In a selected number of topics out of the broad field of high power laser mat-ter interactions the students should acquire knowledge of ionization, plasma kinetics, filamentation and applications in spectroscopy metrology and at-mospheric science.
Content - physics of photoionization - optical breakdown - basics of plasma kinetics - LIBS Laser induced breakdown spectroscopy - physics of filamentation - applications: LIDAR, lightning discharge, supercontinuum generation
Course type lectures: 2 h/week exercises: 1 h/week
ECTS credits 4
Category submodule can be elected out of the list of offered submodules in module Specialization II according to the student's education objectives
Usability This submodule is part of the module Specialization II in the 3rd semester of the M.Sc. Photonics program.
Frequency of offer winter semester
Duration 1 semester
Workload lectures: 30 h exercises: 15 h self-study: 75 h - 45 h (lectures, exercises) - 15 h solving of physical problems - 15 h exam preparation total workload: 120 h
Language English
Prerequisites basic knowledge of lasers and general physics
Exam prerequisites
Requirements to complete this submodule
successful completion of exercises /Seminar and exam (written or oral)
Used media media supports lectures and exercises/seminar
Literature
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Number ASP_MP_S2.5
Name Attosecond laser physics
Coordinator Prof. Dr. Adrian PFEIFFER
Learning objectives The course gives an introduction into the young research field of attosecond physics. Electron dynamics in atoms and molecules on the attosecond time scale (which is the natural timescale for bound electrons) will be discussed, along with modern techniques for attosecond pulse generation and charac-terization.
Content - Coherent electron dynamics in atoms and molecules - Strong field effects and ionization - High harmonic generation and phase matching - Techniques for attosecond pulse generation - Transient absorption - Attosecond quantum optics with few-level quantum models
Course type lectures: 2 h/week exercises: 1 h/week
ECTS credits 4
Category submodule which can be elected out of the list of offered submodules in module Specialization II according to the student's education objectives
Usability this submodule is part of the module Specialization II in the 3rd semester of the M.Sc. Photonics program
Frequency of offer winter semester
Duration 1 semester
Workload lectures: 30 h exercises: 15 h self-study : 20 h (lectures, exercises) 25 h solving of physical problems 30 h exam preparation total workload: 120 h
Language English
Prerequisites none
Exam prerequisites
Requirements to complete this submodule
written or oral examination at the end of the semester
Used media blackboard, overhead projector, computer based demonstrations
Literature Zenghu Chang, Fundamentals of Attosecond Optics
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Number ASP_MP_S2.10
Name Fundamentals of x-ray physics
Coordinator Prof. E. FÖRSTER, Prof. Gerhard. G. PAULUS, and Dr. Ulf ZASTRAU
Learning objectives The course gives an introduction to basic concepts of X-ray physics which are at the core of the majority of applications of modern X-ray sources.
Content - physical foundations of X-ray physics - kinematic theory of X-ray scattering - dynamical theory of X-ray scattering - modern X-ray sources and detectors - high-resolution experiments
Course type lectures: 2 h/week exercises: 1 h/week
ECTS credits 4
Category submodule which can be elected out of the list of offered submodules in module Specialization II according to the student's education objectives
Usability this submodule is part of the module Specialization II in the 3rd semester of the M.Sc. Photonics program
Frequency of offer winter semester (bi-annual)
Duration 1 semester
Workload - lectures: 30 h - exercises: 15 h - self-study: 30 h - doing exercises: 30 h - exam preparation: 15 h - total workload: 120 h
Language English
Prerequisites basic seminar physics
Exam prerequisites regular and active participation in lectures and exercises; details will be specified at the beginning of the semester
Requirements oral or written examination at the end of the semester (will be specified at the beginning of the lecture)
Used media blackboard, beamer, overhead projector, written supplementary material, as appropriate computer demonstration
Literature R.W. James, Optical Principles of the Diffraction of X-Rays, 1962 A. Authier, Dynamical Theory of X-Ray Diffraction, 2001 D. Attwood, Soft x-rays and extreme ultraviolet radiation, 1999
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2. Semester
Number ASP_MP_S1.4
Name Computational photonics
Coordinator Prof. Dr. Thomas PERTSCH
Learning objectives The course aims at an introduction to various techniques used for computer based optical simulation. Therefore the student should learn how to solve Maxwell’s equations in homogenous and inhomogeneous media rigorously as well as on different levels of approximation. The course concentrates predominantly on teaching numerical techniques that are useful in the field of micro- and nanooptics.
Content - Introduction to the problem - Maxwell’s equations and the wave equation - Free space propagation techniques - Beam propagation methods applied to problems in integrated optics - Mode expansion techniques applied to stratified media - Mode expansion techniques applied to spherical and cylindrical objects - Multiple multipole technique - Boundary integral method - Finite-Difference Time-Domain method - Finite Element Method - Computation of the dispersion relation (band structure) of periodic media - Mode expansion techniques applied to gratings - Other grating techniques - Contemporary problems in computational photonics
Course type lectures: 2 h/week exercises: 1 h/week
ECTS credits 4
Category submodule which can be elected out of the list of offered submodules in module Specialization I according to the student's education objectives
Usability submodule being part of module Specialization I for the M.Sc. Photonics in the 2nd semester
Frequency of offer summer semester
Duration 1 semester
Workload lectures: 30 h exercises: 15 h self-study : 45 h (lectures, exercises) 15 h computer-based solving of physical problems 15 h exam preparation total workload: 120 h
Language English
Prerequisites fundamental knowledge on modern optics and condensed matter physics as usually obtained in the modules Adjustment and Fundamentals 1 as well as basic knowledge of a computer programming language and computational physics
Exam prerequisites
Requirements to complete this submodule
written examination at the end of the semester (90 min duration)
Used media blackboard and electronic presentations, computer based demonstrations, computer labs, written supplementary material
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Literature - A. Taflove and S.C. Hagness, Computational Electrodynamics - list of selected journal publications given during the lecture
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Submodule number ASP_MP_S1.2
Submodule name Biomedical imaging – non-ionizing radiation
Submodule coordinator Prof. Dr. J. R. Reichenbach / Prof. Dr. E. FÖRSTER
Learning objectives The course introduces physical principles, properties and technical concepts of imaging systems as they are applied today in medicine and physics. The focus is laid on the use and application of non-ionizing radiation, as utilized, e.g., with magnetic resonance imaging or ultrasound imaging. Applications and current developments will be presented. After active participation the students should demonstrate a critical understanding of the theoretical basis and technologies of these imaging systems and have acquired an apprecia-tion of instrumentation and practical issues with different imaging systems. The course is independent of the course Biomedical imaging – Ionizing Ra-diation offered in the 3rd semester.
Content - Introduction to imaging systems - Physical principles behind the design of selected biomedical imaging
systems, including magnetic resonance imaging, ultrasound imaging - Technological aspects of each modality - Importance of each modality concerning physical, biological and clinical
applications
Course type lectures: 2 h/week exercises: 1 h/week
ECTS credits 4
Category submodule which can be elected out of the list of offered submodules in module Specialization I according to the student's education objectives
Usability this submodule is part of the module Specialization I in the 2nd semester of the M.Sc. Photonics program
Frequency of offer Summer semester
Duration 1 semester
Workload Lectures and lab tours: 30 h exercises: 15 h self-study: 75 h 45 h (lectures, exercises) 15 h solving of physical problems 15 h exam preparation total workload: 120 h
Language English
Prerequisites None
Exam prerequisites
Requirements to complete this submodule
oral examination
Used media electronic presentations, computer based demonstrations, blackboard
Literature - A. Oppelt. Imaging Systems for Medical Diagnostics: Fundamentals, Technical Solutions and Applications for Systems Applying Ionizing Radiation, Nuclear Magnetic Resonance and Ultrasound, Publicis, 2nd edition, 2006
- J.T. Bushberg et al., The Essential Physics of Medical Imaging, Lippincott Raven, 3rd edition, 2011
- R.W. Brown, Y.-C. N. Cheng, E. M. Haacke, M.R. Thompson, R. Venkatesan, Magnetic Resonance Imaging: Physical Principles and
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Modulnummer
Modulbezeichnung Oberseminar Optik
Modulverantwortliche(r): Prof. Dr. C. Spielmann
Art des Moduls (Pflicht-, Wahl-pflicht- oder Wahlmodul)
Wahlpflichtmodul
Sprache: Deutsch oder Englisch
Zuordnung zu den Studiengängen Wahlpflichtmodul für den Studiengang MA Physik im Wahlfach „Optik“ im 2. Semester
Lehrform(en) / SWS: Seminar: 2 SWS
Dauer des Moduls: 1 Semester
Arbeitsaufwand: Präsenzstunden: Seminar: 30
Selbststudium: Vorarbeit: 90
Gesamtarbeitsaufwand: 120 Stunden
Leistungspunkte: 4
Voraussetzungen für die Zulas-sung zum Modul
Breites Spektrum von Spezialkenntnissen auf dem Gebiet der Op-tik
Lernziele / Kompetenzen: - Selbständiges Einarbeiten in ein Spezialgebiet
- Selbständiges Auffinden und Auswerten wiss. Literatur
- Präsentation wissenschaftlicher Sachverhalte
- Vertiefung der Kenntnisse auf modernen Gebieten der Optik
Inhalt: - Systematische Erarbeitung von Spezialkenntnissen auf dem Gebiet der modernen Optikforschung
- Präsentation und Diskussion aktueller optischer Forschungs-gebiete
Voraussetzung für die Zulassung zur Modulprüfung (Prüfungsvor-leistungen)
Regelmäßige Teilnahme am Seminar; Detaillierte Festlegungen werden zu Semesterbeginn bekannt gegeben.
Voraussetzung für die Vergabe von Leistungspunkten (Prüfungs-form):
Halten eines Vortrages
Medienformen: Beamer, Overheadprojektor, Tafel, Internet
Literatur: Spezialliteratur des jeweiligen Fachgebietes (vorwiegend Fachzeit-schriften in englischer Sprache)
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Number
Name Physics of free-electron lasers
Coordinator G. G. Paulus
Lecturer G. G. Paulus, E. Förster, K.-S. Schulze
Language English
Category submodule that can be selected from the list of offered submod-
ules in the module Elected Courses for Optics
Course type lectures: 2h/week
exercises: 1h/week
Work load lectures: 2h/week
exercises: 15h
self-study: 75h
total work load: 120h
ECTS credits 4
Prerequisites undergraduate courses
Learning objectives Introduction to the physical foundations, instrumentation, and selected applications of FELs
Acquisition of the competence to judge the applicapility and sig-nificance of FELs to address problems in X-ray physics
Content Physical foundations of X-ray lasers
Undulators
FEL differential equation
instrumentation
selected applications
Exam prerequisites regular participation in lectures and exercises
Requirement to complete this submodule
written or oral examination at the end of the semester
Used media blackboard and electronic presentations, computer-based demonstrations, written supplementary material
Literature Lecturer’s script
Schmüser et al.: Ultra-violet and Soft X-ray Free-Electron Lasers
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Number ASP_MP_S1.14
Name Physical Optics Modeling
Coordinator Prof. Dr. Frank WYROWSKI
Learning objectives Physical optics modeling deals with the solution of Maxwell’s equations for different types of optical components. On its basis a source field can be propagated through a system by the concept of field tracing. The students will get an introduction to field tracing and a comprehensive overview of different modeling techniques of practical importance in optical modeling and design.
Content - Introduction to field tracing - Diffraction integrals; free space propagation - Propagation through plane interfaces and stratified media - Propagation through gratings - Mie theory - Geometric field tracing - Thin element approximation - Propagation through lenses and refractive freeform surfaces - Propagation through diffractive lenses and computer generated holograms - Modeling combined surfaces (refractive + microstructures) - All techniques are demonstrated at hands-on examples
Course type lectures: 2h/week exercises: 1h/week
ECTS credits 4
Category compulsory submodule
Usability the submodule is part of the module Fundamentals of the Master of Photon-ics program in the 2st semester
Frequency of offer summer semester
Duration 1 semester
Work load lectures: 30h exercises: 15h self-study: - 45h (lectures, exercises) - 15h solving of physical problems - 15h exam preparation total work load: 120h
Language English
ECTS credits 4
Prerequisites Recommended: Lectures on Fundamentals of Modern Optics and Introduc-tion to Optical Modeling and Design
Exam prerequisites
Requirements to com-plete this submodule
written examination at the end of the semester
Used media Blackboard, projector, PC Pool, PowerPoint, VirtualLab, Mathematica
Literature E. Hecht and A. Zajac, Optics M. Born and E. Wolf, Principles of Optics L. Novotny and B. Hecht, Principles of Nano-Optics
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Number ASP_MP_S1.10
Name Light Source Modeling
Coordinator Prof. Dr. Frank WYROWSKI
Learning objectives The application and usage of optical technologies benefit significantly from the ever growing variety of light sources with different characteristics and reasonable prices. LEDs, lasers and laser diodes have become indispensa-ble in numerous applications and devices. Ultrashort pulses are on the way to industrial and medical applications. X-ray sources are of increasing im-portance. All those sources require a suitable approach in optical modeling and design. The students will get a comprehensive overview of different source modeling techniques of practical importance in optical modeling and design.
Content - Special cases of monochromatic fields - Gaussian beams and its propagation - Electromagnetic coherence theory; cross spectral density - Cross spectral density and polarization matrices - Stokes vectors and Mueller matrix - Mode decomposition of general source fields - Elementary mode decomposition - System modeling with partially coherent source fields - System modeling with ultrashort pulses - All techniques are demonstrated at hands-on examples
Course type lectures: 2h/week exercises: 1h/week
ECTS credits 4
Category submodule can be elected out of the list of offered submodules in module Specialization I according to the student's education objectives
Usability this submodule is part of the module Specialization I in the 2nd semester of the Master of Photonics program
Frequency of offer summer semester
Duration 1 semester
Work load lectures: 30h exercises: 15h self-study: 75h - 45h (lectures, exercises) - 15h solving of physical problems - 15h exam preparation total work load: 120h
Language English
Prerequisites Recommended: Lectures on Fundamentals of Modern Optics and Introduc-tion to Optical Modeling and Design
Exam prerequisites regular participation in lectures and exercises
Requirements to complete this submodule
written examination at the end of the semester
Used media Blackboard, projector, PC Pool, PowerPoint, VirtualLab
Literature E. Hecht and A. Zajac, Optics M. Born and E. Wolf, Principles of Optics L. Mandel and E. Wolf, Optical Coherence and Quantum Optics B.E.A. Saleh and M.C. Teich, Fundamentals of Photonics
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Modulnummer
Modulbezeichnung: Holography
Modulverantwortliche(r): Prof. Dr. R. Kowarschik
Dozent(in): Prof. Dr. R. Kowarschik
Sprache: englisch
Zuordnung zu den Studiengängen Wahlmodul für den Studiengang MA Physik im Wahlfach „Optik“ im 2. Semester
Häufigkeit des Angebots (Zyklus) Sommersemester
Dauer des Moduls: 1 Semester
Lehrform / SWS: Vorlesung: 2 SWS
Seminar: 1 SWS
Arbeitsaufwand: Präsenzstunden: Vorlesung: 30, Seminar: 15 (empfohlen)
Selbststudium: Nacharbeit (Vorlesung, Seminar): 45
Lösen von Problemstellungen::15 (empfohlen)
Prüfungsvorbereitung: 15
Gesamtarbeitsaufwand: 120 Stunden
Leistungspunkte: 4
Voraussetzungen: Module Elektrodynamik und Grundkonzepte der Optik empfohlen
Lernziele / Kompetenzen: - Vermittlung der grundlegenden Begriffe, Phänomene, Methoden
und Anwendungen der Holographie;
- Entwicklung von Fähigkeiten zum selbständigen Lösen von
Problemen und Aufgaben aus diesem Gebiet;
Inhalt: - Holographische Aufnahme und Rekonstruktion
- Eigenschaften holographischer Abbildungen
- Hologrammtypen und Speichermedien
- Digitale Holographie
- Anwendungen (Informationsspeicherung und –verarbeitung,
Displays, Messtechnik)
Voraussetzungen für die Zulas-sung zur Modulprüfung (Prü-fungsvorleistungen)
Aktive Teilnahme an den Seminaren (empfohlen)
Voraussetzung für die Vergabe von Leistungspunkten (Prüfungs-form):
Schriftliche oder mündliche Prüfung (wird zu Vorlesungsbeginn bekannt gegeben)
Medienformen: Medienunterstützte Vorlesung z. T. mit Experimenten
Literatur: Lauterborn et al., Kohärente Optik, Bergmann/Schäfer, Optik, Hecht, Optik, Ackermann/Eichler, Holography, Caulfield, Hand-book of Holography
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Submodule number ASP_MP_S1.1
Submodule name Specialization I: Applied laser technology –Laser as a probe
Submodule coordinator Prof. Dr. R. Heintzmann, Prof. Dr. H. Stafast and Dr. W. Paa
Learning objectives In a selected number of topics out of the broad field of laser applications, the students should acquire knowledge of laser diagnostics, spectroscopy, me-trology, optical sensing and microscopy.
Content Applied Laser Technology using the laser as a probe for diagnostics (remote and microscopic, cw and ultrafast), spectroscopy, metrology, sensing, and laser microscopy
Course type lectures: 2 h/week exercises: 1 h/week (2 h bi-weekly)
ECTS credits 4
Category submodule which can be elected out of the list of offered submodules in mod-ule Specialization I according to the student's education objectives
Usability submodule being part of module Specialization I in the 2nd semester of the M.Sc. Photonics program
Frequency of offer summer semester
Duration 1 semester
Workload lectures: 30 h exercises: 15 h self-study: 75 h - 45 h (lectures, exercises) - 15 h solving of physical problems - 15 h exam preparation total workload: 120 h
Language English
Prerequisites basic knowledge of lasers and general physics
Exam prerequisites successful participation in exercises/seminars
Requirement to complete this submodule
successful completion of exercises/seminar and exam (written or oral)
Used media media-supported lectures and exercises/seminar
Literature - W. Demtröder, Laser Spectroscopy, Springer - Haken/ Wolf, Molecular Physics and Elements of Quantum Chemistry,
Springer
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Number ASP_MP_S2.2
Name Applied laser technology II (Laser as a tool)
Coordinator Prof. Dr. H. STAFAST, Prof. Dr. R. HEINTZMANN, and Dr. W. PAA
Learning objectives In various selected topics out of the broad field of laser applications, the students should acquire knowledge of laser-material interactions (e.g. atom cooling and optical tweezer), laser induced processes in gases, liquids, and matrices (incl. laser isotope separation), materials´ preparation and structur-ing by ablation, deposition and/or modification.
Content Applied Laser Technology using the laser as a tool (microscopic and macroscopic light-materials´ interactions, materials´ preparation and modifications.) with the exception of classical laser materials´ processing (e.g. cutting, drilling, welding, soldering)
Course type lectures: 2 h/week (Stafast, Heintzmann) exercises: 2 h bi-weekly (Paa)
ECTS credits 4
Category Submodule which can be elected out of the list of offered submodules in module Specialization II according to the student's education objectives
Usability This submodule is part of the module Specialization II in the 3rd semester of the M.Sc. Photonics program.
Frequency of offer winter semester
Duration 1 semester
Workload lectures: 30 h exercises: 15 h self-study: 75 h - 45 h (lectures, exercises) - 15 h solving of physical problems - 15 h exam preparation total workload: 120 h
Language English
Prerequisites basic knowledge of lasers and general physics
Exam prerequisites successful participation in exercises/seminar
Requirements to complete this submodule
successful completion of exercises/seminar and exam (written or oral)
Used media media-supported lectures and exercises/seminar
Literature R. Paschotta, Encyclopedia of Laser Physics and Technology, Wiley-VCH
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Number ASP_MP_S1.19
Name XUV and X-ray optics
Coordinator Prof. Dr. Christian SPIELMANN and Dr. D. KARTASHOV
Learning objectives This course covers the fundamentals of modern optics at short wavelengths as they are necessary for the design of EUV and X-ray optical elements. Based on this the students will learn essentials of several challenging appli-cations of short-wavelength optics, being actual in modern science and technology.
Content - Complex refractive index in the XUV and X-ray range - Refractive and grazing incidence optics - Zone plate optics - Thomson and Compton scattering - X-ray diffraction by crystals and synthetic multilayers - VUV and X-ray optics for plasma diagnostics - Time-resolved X-ray diffraction - EUV lithography
Course type lectures: 2 h/week exercises: 1 h/week
ECTS credits 4
Category submodule can be elected out of the list of offered submodules of module Specialization I according to the student's education objectives
Usability this submodule is part of the module Specialization I in the 2nd semester of the M.Sc. Photonics program
Frequency of offer summer semester
Duration 1 semester
Workload lectures: 30 h exercises: 15 h self-study: 75 h - 45 h (lectures, exercises) - 15 h solving of physical problems - 15 h exam preparation total workload: 120 h
Language English
Prerequisites none
Exam prerequisites
Requirements to complete this submodule
written examination at the end of the semester
Used media blackboard and electronic presentations
Literature a list of literature will be given during the lecture
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Modulnummer: 71342 + 71344
Modulbezeichnung : Moderne Methoden der Spektroskopie
Modulverantwortliche(r) Prof. Dr. Christian Spielmann
Dozent(in): Prof. Dr. Christian Spielmann
Sprache: Deutsch
Zuordnung zu den Studiengängen: Master Physik
Häufigkeit des Angebots (Zyklus): Jährlich im Sommersemester
Dauer des Moduls: 1 Semester
Lehrform / SWS: Vorlesung 2 SWS, Seminar 1 SWS:
Arbeitsaufwand: Präsenzstunden: Vorlesung: 30 Seminar: 15 Selbststudium: Nacharbeit: 45 Prüfungsvorbereitung: 30 Gesamtarbeitsaufwand: 120 Stunden
Leistungspunkte (ECTS credits): 4
Voraussetzungen: Kenntnisse auf dem Gebiet der Optik, Atomphysik, La-serphysik
Lernziele/Kompetenzen: - Vermittlung vom Methoden der Spektroskopie basierend auf neuen Entwicklungen in der Optik
- Vermittlung von Wissen über Auslegung eines spektro-skopischen Experiments
- Befähigung zum selbstständigen Lösen spektroskopi-scher Fragestellungen
Inhalte:
1. Grundlagen Licht-Materiewechselwirkung 2. Experimentelle Hilfsmittel der Spektroskopie 3. Laserspektroskopie 4. Zeitaufgelöste Spektroskopie 5. Laserkühlung 6. THz- und Röntgenspektroskopie 7. Photoelektronspektroskopie 8. Anwendungen von Laserspektroskopie in Physik,
Chemie, Medizin
Voraussetzung für die Zulassung zur Modulprüfung
Teilnahme an Seminar
Voraussetzung für die Vergabe von Leistungspunkten (Prüfungsformen):
Art der Prüfung wird zu Beginn des Moduls bekannt gege-ben
Medienformen: Tafel, schriftl. Begleitmaterial, Overhead-Projektor, Bea-mer;
Empfohlene Literatur:
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Number ASP_MP_S1.11
Name Micro/nanotechnology
Coordinator Dr. habil. Uwe ZEITNER
Learning objectives In this course the student will learn about the fundamental fabrication tech-nologies which are used in microoptics and nanooptics. This includes an overview of the physical principles of the different lithography techniques, thin film coating and etching technologies. After successful completion of the course the students should have a good overview and understanding of the common technologies used for the fabrication of optical micro- and nano-structures. They know their capabilities and limitations.
Content The course will cover an introduction into the following topics: - demands of micro- and nano-optics on fabrication technology - basic optical effects of micro- and nano-structures and their description - typical structure geometries in micro- and nano-optics - coating technologies - lithography (photo-, laser-, electron-beam) and its basic physical
principles - sputtering and dry etching - special technologies (melting, reflow, …) - applications and examples
Course type lectures: 2 h/week exercises: 1 h/week
ECTS credits 4
Category submodule can be elected out of the list of offered submodules in the mod-ule Specialization I according to the student's education objectives
Usability this submodule is part of the module Specialization I in the 2nd semester of the M.Sc. Photonics program
Frequency of offer summer semester
Duration of submodule 1 semester
Workload lectures: 30 h exercises: 15 h self-study: 75 h - 45 h (lectures, exercises) - 15 h solving of physical problems - 15 h exam preparation total workload: 120 h
Language English
Prerequisites none
Exam prerequisites
Requirements to complete this submodule
Examination at the end of the semester (written or oral), will be specified during the lecture
Used media blackboard and electronic presentations
Literature will be announced during lectures
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Number ASP_MP_S2.16
Name Introduction to nanooptics
Coordinator Dr. Isabelle STAUDE and Prof. Dr. Thomas PERTSCH
Learning objectives The course provides an introduction to the broad research field of nanoop-tics. The students will learn about different concepts which are applied to control the emission, propagation, and absorption of light at subwavelength spatial dimensions. Furthermore they will learn how nanostructures can be used to optically interact selectively with nanoscale matter, a capability not achievable with standard diffraction limited microscopy. After successful completion of the course the students should be capable of understanding present problems of the research field and should be able to solve basic problems using advanced literature.
Content The course will cover a basic introduction to the following topics: - Surface-plasmon-polaritons - Plasmonics - Photonic crystals - Fabrication and optical characterization of nanostructures - Photonic nanomaterials / metamaterials / metasurfaces - Optical nanoemitters - Optical nanoantennas
Course type lectures: 2 h/week exercises: 1 h/week
ECTS credits 4
Category submodule which can be elected out of the list of offered submodules in module Specialization II according to the student's education objectives
Usability submodule being part of module Specialization II for the M.Sc. Photonics in the 3rd semester
Frequency of offer winter semester
Duration 1 semester
Workload lectures: 30 h exercises: 15 h self-study : 45 h (lectures, exercises) 15 h solving of problems and preparation of presentation 15 h exam preparation total workload: 120 h
Language English
Prerequisites fundamental knowledge on modern optics and condensed matter physics as usually obtained in the modules Adjustment and Fundamentals
Exam prerequisites
Requirements to complete this submodule
written examination at the end of the semester (90 min duration) and oral presentation on a current research topic
Used media blackboard and electronic presentations, laboratory teaching
Literature - L. Novotny and B. Hecht, Principles of Nano-Optics, Cambridge 2006 - P. Prasad, Nanophotonics, Wiley 2004 - list of selected journal publications given during the lecture
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Number ASP_MP_S1.8
Name Image processing
Coordinator Prof. Dr. Joachim DENZLER
Learning objectives The course covers the fundamentals of digital image processing. Based on this the students should be able to identify standard problems in image pro-cessing to develop individual solutions for given problems and to implement image processing algorithms for use in the experimental fields of modern optics.
Content - Digital image fundamentals (Image Sensing and Acquisition, Image Sampling and Quantization)
- Image Enhancement in the Spatial Domain (Basic Gray Level Transformations, Histogram Processing, Spatial Filtering)
- Image Enhancement in the Frequency Domain (Introduction to the Fourier-Transform and the Frequency Domain, Frequency Domain Filtering, Homomorphic Filtering)
- Image Restoration (Noise Models, Inverse Filtering, Geometric Distortion) - Color Image Processing Image Segmentation (Detection of
Discontinuities, Edge Linking and Boundary Detection, Thresholding, Region-Based Segmentation)
- Representation and Description Applications
Course type lectures: 2 h/week exercises: 1 h/week
ECTS credits 4
Category submodule can be elected out of the list of offered submodules in module Specialization I according to the student's education objectives
Usability this submodule is part of the module Specialization I in the 2nd semester of the M.Sc. Photonics program
Frequency of offer summer semester
Duration 1 semester
Workload lectures: 30 h exercises: 15 h self-study: 75 h - 45 h (lectures, exercises) - 15 h solving of physical problems - 15 h exam preparation total workload: 120 h
Language English
Prerequisites none
Exam prerequisites
Requirements to complete this submodule
Examination at the end of the semester (written or oral)
Used media blackboard and electronic presentations
Literature - Gonzalez, Woods, Digital Image Processing, Prentice Hall, 2001
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Number ASP_MP_S1.5
Name Design and correction of optical systems
Coordinator Prof. Dr. Herbert GROSS
Learning objectives This course covers the fundamental principles of classical optical system design, the performance assessment and the correction of aberrations. In combination of geometrical optics and physical theory the students will learn the basics to understand optical systems, which can be important for exper-imental work.
Content - Basic technical optics - Paraxial optics - Imaging systems - Aberrations - Performance evaluation of optical systems - Correction of optical systems - Optical system classification - Special system considerations
Course type lectures: 2 h/week exercises: 1 h/week
ECTS credits 4
Category submodule can be elected out of the list of offered submodules in module Specialization I according to the student's education objectives
Usability this submodule is part of the module Specialization I in the 2nd semester of the M.Sc. Photonics program
Frequency of offer summer semester
Duration 1 semester
Workload lectures: 30 h exercises: 15 h self-study: 75 h - 45 h (lectures, exercises) - 15 h solving of physical problems - 15 h exam preparations total workload: 120 h
Language English
Prerequisites basic geometrical and physical optics
Exam prerequisites
Requirements to complete this submodule
Examination at the end of the semester (written or oral)
Used media electronic presentations
Literature a list of literature will be given during the lecture
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Number ASP_MP_S2.27
Name Ultrafast optics
Coordinator Prof. Dr. Stefan NOLTE
Learning objectives The aim of this course is to provide a detailed understanding of ultrashort laser pulses, their mathematical description as well as their application. The students will learn how to generate, characterize and use ultrashort laser pulses. Special topics will be covered during the seminars.
Content - Introduction to ultrafast optics - Fundamentals - Ultrashort pulse generation - Amplification of ultrashort pulses - Measurement of ultrashort pulses - Applications - Generation of attosecond pulses
Course type lectures: 2 h/week exercises: 1 h/week
ECTS credits 4
Category submodule can be elected out of the list of offered submodules in module Specialization II according to the student's education objectives
Usability this submodule is part of the module Specialization II in the 3rd semester of the M.Sc. Photonics program
Frequency of offer winter semester
Duration 1 semester
Workload lectures: 30 h exercises: 15 h self-study: 75 h - 45 h (lectures, exercises) - 15 h solving of physical problems - 15 h exam preparation total workload: 120 h
Language English
Prerequisites The students should have a basic understanding of laser physics and mod-ern optics.
Exam prerequisites regular participation in lectures and seminars
Requirements to complete this submodule
Examination at the end of the semester (written or oral)
Used media blackboard and overhead transparencies
Literature - A. Weiner, Ultrafast Optics - Diels/Rudolph, Ultrashort Laser Pulse Phenomena - C. Rulliere, Femtosecond laser pulses - W. Koechner, Solid-state Laser engineering - A. Siegman, Lasers
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Modulnummer
Modulbezeichnung: Kohärenzoptik und optische Informationsverarbeitung
Modulverantwortliche(r): Prof. Dr. R. Kowarschik, Prof. Dr. H. Bartelt
Dozent(in): Prof. Dr. R. Kowarschik, Prof. Dr. H. Bartelt
Sprache: deutsch
Zuordnung zum Curriculum Wahlpflichtmodul für den Studiengang MA Physik im Wahlfach „Optik“ im 4. Semester
Lehrform / SWS: Vorlesung: 2 SWS
Arbeitsaufwand: Präsenzstunden: Vorlesung: 30 h
Selbststudium: Nacharbeit der Vorlesung: 60 h
Prüfungsvorbereitung: 30 h
Gesamtarbeitsaufwand: 120 Stunden h
Leistungspunkte: 4
Voraussetzungen:
Lernziele / Kompetenzen: Vermittlung von grundlegenden Begriffen und Konzepten der klassischen Beschreibung der Kohärenz
Vermittlung von Kenntnissen über den Einfluß der Kohärenz auf die Eigenschaften optischer Systeme
Vermittlung von Kenntnissen über Grundprinzipien der optischen Informationsverarbeitung
Inhalt: Räumliche und zeitliche Kohärenz, Komplexe Darstellung opti-scher Felder, Kohärenzfunktion, Messung der Kohärenzfunktion, Intensitätskorrelation
Partielle Kohärenz in optischen Systemen Optische Übertragungsfunktionen Auflösungsvermögen optischer Systeme
Optische Filterung
Voraussetzungen für die Zulas-sung zur Modulprüfung (Prü-fungsvorleistungen)
Regelmäßige Teilnahme an Vorlesungen und Übungen, Übungs-aufgaben; Detaillierte Festlegungen werden zu Semesterbeginn bekannt gegeben.
Voraussetzung für die Vergabe von Leistungspunkten (Prüfungs-form):
Klausur oder mündliche Prüfung (Art der Prüfung wird zu Beginn des Moduls bekannt gegeben)
Medienformen: Medienunterstützte Vorlesung mit Demonstrationsexperimenten und mit Übungen oder Seminar
Literatur: Lehrbücher der Optik von Born/Wolf, Hecht, Klein/Furtak
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Number ASP_MP_S1.6
Name Fiber optics
Coordinator Prof. Dr. Hartmut BARTELT
Learning objectives This course introduces to the making and properties of different types of optical fiber waveguides. Applications of optical fibers to optical communica-tion and optical sensing will be discussed.
Content - Properties of optical fibers - Light propagation in optical fibers - Technology and characterization techniques - Special fiber types (photonic crystal fibers, hollow fibers, polarization
maintaining fibers, dispersion compensating fibers) - Fiber devices (e.g. fiber amplifiers and lasers) - Applications in optical communication systems, optical sensor concepts
Course type lectures: 2 h/week exercises: 1 h/week
ECTS credits 4
Category submodule can be elected out of the list of offered submodules in module Specialization I according to the student's education objectives
Usability this submodule is part of the module Specialization I in the 2nd semester of the M.Sc. Photonics program
Frequency of offer summer semester
Duration 1 semester
Workload lectures: 30 h exercises: 15 h self-study: 75 h - 45 h (lectures, exercises) - 15 h solving of physical problems - 15 h exam preparations total workload: 120 h
Language English
Prerequisites fundamental knowledge on modern optics and condensed matter physics as usually obtained in the modules Adjustment and Fundamentals I
Exam prerequisites
Requirements to complete this submodule
written or oral examination at the end of the semester (will be specified at the beginning of the lecture)
Used media blackboard and electronic presentations, computer based demonstrations, written supplementary material
Literature - Calvo et al., Optical Waveguides - Snyder/Love, Optical Waveguide Theory - Okamoto, Fundamentals of Optical Waveguides
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Number ASP_MP_S1.13
Name Photonic materials – basics and applications
Coordinator Prof. Dr. Markus A. SCHMIDT
Learning objectives The aim of this course is to present a comprehensive overview about the materials used in photonics. After an introduction to important parameters and physical principles, all material classes are discussed separately in a single chapter. Each chapter will reveal the basic optical properties of the material and its major application area in photonics (e.g. silica glass – optical fibers). This lecture will provide the students a base for many of their 3rd se-mester courses.
Content 1. interaction of light and matter 2. most important material properties in photonics 3. dielectric crystals and glasses 4. polymers 5. semiconductors 6. metals
Course type lectures: 2 h/week exercises: 1 h/week
ECTS credits 4
Category submodule which can be elected out of the list of offered submodules in module Specialization I according to the student's education objectives
Usability submodule being part of module Specialization I for the M.Sc. Photonics in the 2nd semester
Frequency of offer summer semester
Duration 1 semester
Workload lectures: 30 h exercises: 15 h self-study : 45 h (lectures, exercises) 15 h exam preparation total workload: 120 h
Language English
Prerequisites none
Exam prerequisites
Requirements to complete this submodule
The form of the exam will be announced at the beginning of the semester. Either written examination at the end of the semester (90 min duration) or oral exam (15-20 min).
Used media blackboard, beamer, overhead projector, written supplementary material
Literature - J. D. Jackson, Electrodynamics - A. Yariv, Optical Electronics in Modern Communications - Born/Wolf, Principles of Optics
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Number ASP_MP_S1.7
Name Fundamentals of quantum optics
Coordinator Jun.-Prof. Alexander SZAMEIT and Dr. M. ORNIGOTTI
Learning objectives Goals: quantization of the free electromagnetic field, representation of the quantum states of light and their statistics, light matter interaction at the quantum level (Jaynes-Cummings model), introduction to nonlinear quan-tum optics and quantum information
Content - quantization of the free electromagnetic field - nonclassical states of light and their statistics - Jaynes-Cummings model - nonlinear optics - quantum Information
Course type lectures: 2 h/week exercises: 1 h/week
ECTS credits 4
Category submodule can be elected out of the list of offered submodules in module Specialization I according to the student's education objectives
Usability this submodule is part of the module Specialization I in the 2nd semester of the M.Sc. Photonics program
Frequency of offer summer semester
Duration 1 semester
Workload lectures: 30 h exercises: 15 h self-study: 75 h - 30 h (lectures, exercises) - 45 h solving of physical problems total workload: 120 h
Language English
Prerequisites quantum mechanics
Exam prerequisites
Requirements examination at the end of the semester (written or oral)
Used media media-supported lectures and seminars with exercises
Literature - Loudon – The Quantum Theory of Light - Gerry/Knight – Introductory Quantum Optics - Mandel/Wolf – Optical Coherence and Quantum Optics
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Number ASP_MP_S1.15
Name Physics foundations of renewable energies
Coordinator Prof. Dr. Gerhard G. PAULUS
Learning objectives Teaching of knowledge on the fundamentals of renewable energies. Development of skills for the independent evaluation of different types of renewable energies.
Content - basics of energy supply in Germany - potential of renewable energies - thermodynamics of the atmosphere - physics of wind energy systems - concentrating solar power plants
Course type lectures: 2 h/week exercises: 1 h/week
ECTS credits 4
Category submodule which can be elected out of the list of offered submodules in module Specialization I according to the student's education objectives.
Usability this submodule is part of the module Specialization I in the 2nd semester of the M.Sc. Photonics program
Frequency of offer summer semester
Duration 1 semester
Workload lectures: 30 h exercises: 15 h self-study: 75 h - 30 h (lectures, exercises) - 30 h solving of physical problems - 15 h exam preparation total workload: 120 h
Language English
Prerequisites Fundamentals of physics
Exam prerequisites details will be defined at the beginning of the semester
Requirements to complete this submodule
written or oral examination at the end of the semester, will be defined at the beginning of the semester
Used media blackboard and electronic presentations, computer based demonstrations, written supplementary material
Literature Gasch, Twele: Windkraftanlagen De Vos: Thermodynamics of Solar Energy Conversion
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Studiengang: Diplom/Master in Physik
Modulbezeichnung: Theorie der Nichtlinearen Optik
ggf. Kürzel TNLO
ggf. Untertitel
ggf. Lehrveranstaltungen: Wahlvorlesung mit Übung
Semester: Sommersemester
Modulverantwortliche(r): Prof. Dr. U. Peschel
Dozent(in): Prof. Dr. U. Peschel
Sprache: Deutsch, bei Bedarf in Englisch
Zuordnung zum Curriculum Diplom/Master-Studiengang Physik
Lehrform / SWS: Wahlvorlesung: 2 SWS
Übung oder Seminar: 1 SWS
Arbeitsaufwand: Präsenzstunden: Vorlesung: 30, Übung: 15
Selbststudium: Nacharbeit (Vorlesung): 30
Vor/Nacharbeit Übung: 30
Prüfungsvorbereitung: 15
Gesamtarbeitsaufwand: 120 Stunden
Kreditpunkte: 4 CP
Voraussetzungen: Elektrodynamik
Lernziele / Kompetenzen: Verständnis der theoretischen Grundlagen von nichtlinearer Optik und Quantenoptik
Inhalt: Formen und Symmetrien der nichtlinearen Lösung von nichtlinearen Evolutionsgleichungen Zeitliche und räumliche Solitonen Superkontinuumsgeneration
Studien- und Prüfungsleistungen: Übungsaufgaben, aktive Teilnahme an den Übungen 1 CP
Mündliche Prüfung (30 Minuten), 3 CP
Medienformen: Webseite, Skript
Literatur: Agrawal, Govind P. Contemporary nonlinear optics Moloney, Jerome V., Newell Alan C., Nonlinear Optics Sutherland, Richard Lee Handbook of nonlinear optics
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Number ASP_MP_S1.18
Name Theory of nonlinear optics
Coordinator Prof. Dr. Ulf PESCHEL
Learning objectives The course provides the theoretical background of nonlinear optics and quantum optics.
Content - types and symmetries of nonlinear polarization - nonlinear optics in waveguides - solutions of nonlinear evolution equations - temporal and spatial solitons - super continuum generation
Course type lectures: 2 h/week exercises: 1 h/week
ECTS credits 4
Category submodule which can be elected out of the list of offered submodules in module Specialization I according to the student's education objectives
Usability submodule being part of module Specialization I for the M.Sc. Photonics in the 2nd semester
Frequency of offer summer semester
Duration 1 semester
Workload lectures: 30 h exercises: 15 h self-study : 30 h self-study of lecture material 30 h self-study of exercise material 15 h exam preparation total workload: 120 h
Language German or English on request
Prerequisites fundamental knowledge of electrodynamics
Exam prerequisites
Requirements to complete this submodule
participation in exercises and solution of tasks – 1 ECTS credits oral examination (30 min duration) – 3 ECTS credits
Used media blackboard and electronic presentations, script
Literature - Agrawal, Govind P.: Contemporary nonlinear optics - Moloney, Jerome V., Newell Alan C.: Nonlinear Optics - Sutherland, Richard Lee: Handbook of nonlinear optics
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Number ASP_MP_S1.16
Name Physics of extreme electromagnetic fields: experiment and theory
Coordinator Prof. Thomas STÖHLKER, Dr. Andrey Volotka
Learning objectives The course provides insight into the basic techniques and concepts in phys-ics related to extreme electromagnetic fields. Their relevance to nowadays applications will be discussed in addition. Experimental methods and the related theoretical description will be reviewed in great detail.
Content - Strong field effects on the atomic structure - Relativistic and QED effects on the structure of heavy ions - X-ray spectroscopy of high-Z ions - Application in x-ray astronomy - Penetration of charged particles through matter - Particle dynamics in of atoms and ions in strong laser fields - Relativistic ion-atom and ion-electron collisions
Course type lectures: 2 h/week exercises: 1 h/week
ECTS credits 4
Category submodule which can be elected out of the list of offered submodules in module Specialization I according to the student's education objectives
Usability this submodule is part of the module Specialization I in the 2nd semester of the M.Sc. Photonics program
Frequency of offer summer semester
Duration 1 semester
Workload lectures: 30 h exercises: 15 h self-study: 75 h total workload: 120 h
Language English
Prerequisites knowledge of atomic and particle physics (introductory level course)
Exam prerequisites
Requirements to complete this submodule
presentation and oral examination
Used media electronic presentations, blackboard
Literature - Leo, Techniques for Nuclear and Particle Physics Experiments - Eichler and Meyerhof, Relativistic atomic collisions - Haken-Wolf, Atomic and Quantum Physics
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Number ASP_MP_S2.14
Name Interaction of high-energy radiation with matter
Coordinator Prof. Thomas STÖHLKER
Learning objectives The course introduces the basic interaction processes of high-energy pho-ton and particle beams with matter. The course also covers recent develop-ments of high intensity radiation sources, such as free electron lasers and modern particle accelerators.
Content - Fundamental interaction processes - Scattering, absorption and energy loss - Detection methods - Particle creation - Application and biology and medicine
Course type lectures: 2 h/week exercises: 1 h/week
ECTS credits 4
Category submodule which can be elected out of the list of offered submodules in module Specialization II according to the student's education objectives
Usability this submodule is part of the module Specialization II in the 3rd semester of the M.Sc. Photonics program
Frequency of offer winter semester
Duration 1 semester
Workload lectures: 30 h exercises: 15 h self-study: 75 h total workload: 120 h
Language English
Prerequisites atomic and particle physics (introductory level course)
Exam prerequisites
Requirements to complete this submodule
presentation and oral examination
Used media blackboard and electronic presentations
Literature - Leo, Techniques for Nuclear and Particle Physics Experiments - Eichler and Meyerhof, Relativistic atomic collisions - Haken-Wolf, Atomic and Quantum Physics
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Nichtphysikalisches Nebenfach Gemäß § 7 Absatz 3 der Studienordnung sind im 1. und 2. Semester insgesamt 12 Leistungspunkte im Nebenfachstudium zu erbringen. In einem nichtphysikalischen Nebenfach sollen aus dem Angebot anderer Fakultäten über die Physik hinaus Kenntnisse entsprechend den Neigungen der Studierenden erworben werden, die ihnen im späte-ren Beruf von Nutzen sein können. Es können naturwissenschaftliche Module aus Gebieten der Chemie oder Biologie, Module aus der Mathematik oder Informatik, den Wirtschaftswissenschaften oder Geis-teswissenschaften belegt werden. Die zu belegenden Module des Nebenfachs sollen in der Regel zu einem Masterstudiengang gehören. Hat der Studierende jedoch auf dem ausgewählten Gebiet des Ne-benfachs noch keine Vorkenntnisse erworben, können die Module auch aus einem Bachelor-Studiengang ausgewählt werden. Der Prüfungsausschuss Physik und Photonics der Physikalisch – Astronomischen Fakultät weist bezüg-lich der Auswahl der Module darauf hin, dass das Nebenfachstudium benotet sein muss. Darüber sollen die Studierenden den jeweiligen Modulverantwortlichen zu Beginn der Modulbearbeitung informie-ren.
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Beispiel
Grundlagen der Physikgeschichte mit 4 ECTS zuzüglich Spezielle Fragen der Physikgeschichte I mit 4 ECTS zuzüglich Spezielle Fragen der Physikgeschichte II mit 4 ECTS
Modulnummer/-code
Modultitel (deutsch) Grundlagen der Physikgeschichte
Modultitel (englisch) Modulverantwortlicher Dr. Christian Forstner
Voraussetzungen für Zulassung zum Modul
Keine
Verwendbarkeit (Voraussetzung wofür)
Art des Moduls (Pflicht-, Wahlpflicht-, Wahlmodul)
Nichtphysikalisches Nebenfach im M.Sc. Physik, Wahlpflichtmo-dul im Lehramtsstudium Physik
Häufigkeit des Angebots (Zyklus) Sommersemester Dauer des Moduls 1 Semester
Zusammensetzung des Moduls / Lehrformen (VL, Ü, S, Praktikum)
2 SWS Vorlesung
Leistungspunkte (ECTS credits) 4
Arbeitsaufwand (work load): - Präsenzstunden und - Selbststudium (einschl. Prüfungsvorbereitung)
Vorlesung: 30 Nacharbeit (Vorlesung): 60 Prüfungsvorbereitung: 30
Inhalte Das Modul vermittelt grundlegende Kenntnisse über die Ge-schichte der Physik aus einer ideengeschichtlichen und einer so-zial bzw. strukturgeschichtlichen Perspektive ausgehend von der antiken Naturphilosophie bis ins 20. Jahrhundert. Dabei sollen die Theoriegenese und der Theoriewandel sowie die Entwicklung der zentralen Begrifflichkeiten der modernen Physik erarbeitet wer-den. Ebenso zentral sind die Strukturen und sozialen Geflechte, in denen die Physik im 19. und 20. Jahrhundert betrieben wurde.
Lern- und Qualifikationsziele Das Modul führt Studenten der Physik in die Geschichte ihres Faches ein und soll zugleich am konkreten Gegenstand Arbeits-techniken und Methoden der Geschichte der Naturwissenschaf-ten vermitteln.
Voraussetzungen für die Zulas-sung zur Modulprüfung
Voraussetzung für die Vergabe von Leistungspunkten (Prüfungs-form); einschl. Notengewichtung in %
Mündliche Modulprüfung im Umfang von 30 min
Zusätzliche Informationen zum Modul
Die Note dieses Moduls geht im LA-Studium in die Fachendnote Physik ein.
Empfohlene Literatur Wolfgang Schreier (Hrsg.), Geschichte der Physik. Ein Abriss. (Diepholz, Stuttgart, Berlin 2008), Iwan Rhys Morus, When Phys-ics Became King (Chicago 2005); Helge Kragh, Quantum Gener-ations A History of Physics in the Twentieth Century (Princeton 1999);
Unterrichtssprache Deutsch
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Modulnummer/-code
Modultitel (deutsch) Spezielle Fragen der Physikgeschichte I
Modultitel (englisch) Modulverantwortlicher Dr. Christian Forstner
Voraussetzungen für Zulassung zum Modul
Keine
Verwendbarkeit (Voraussetzung wofür)
Art des Moduls (Pflicht-, Wahlpflicht-, Wahlmodul)
Nichtphysikalisches Nebenfach im M.Sc. Physik, Wahlpflichtmo-dul im Lehramtsstudium Physik
Häufigkeit des Angebots (Zyklus) Wintersemester Dauer des Moduls 1 Semester
Zusammensetzung des Moduls / Lehrformen (VL, Ü, S, Praktikum)
2 SWS Seminar
Leistungspunkte (ECTS credits) 4
Arbeitsaufwand (work load): - Präsenzstunden und - Selbststudium (einschl. Prüfungsvorbereitung)
Seminar: 30 Nacharbeit (Seminar): 8 Referat und Präsentation: 32 Hausarbeit: 50
Inhalte Das Modul vertieft die in der Überblicksvorlesung erworbenen Grundkenntnisse zur Geschichte der Physik an ausgewählten Beispielen aus dem 19. und 20. Jahrhundert. Im Brennpunkt ste-hen die großen inhaltlichen und strukturellen Umbrüche, die die Disziplin in dieser Zeit erfahren hat. Als mögliche Schlagworte können Quantenmechanik, Relativitätstheorie, aber auch Groß-forschung und gesellschaftspolitische Einschnitte wie die NS-Diktatur genannt werden.
Lern- und Qualifikationsziele Das Modul führt Studenten der Physik in die Geschichte ihres Faches ein und vertieft am konkreten Gegenstand Arbeitstechni-ken und Methoden der Geschichte der Naturwissenschaften.
Voraussetzungen für die Zulas-sung zur Modulprüfung
Referat mit Thesenpapier, regelmäßige Teilnahme (80%) und Mitarbeit am Seminar.
Voraussetzung für die Vergabe von Leistungspunkten (Prüfungs-form); einschl. Notengewichtung in %
Schriftliche Hausarbeit im Umfang von 15-20 Seiten
Zusätzliche Informationen zum Modul
Die Note dieses Moduls geht im LA-Studium in die Fachendnote Physik ein.
Empfohlene Literatur Wolfgang Schreier (Hrsg.), Geschichte der Physik. Ein Abriss. (Diepholz, Stuttgart, Berlin 2008), Iwan Rhys Morus, When Phy-sics Became King (Chicago 2005); Helge Kragh, Quantum Gene-rations A History of Physics in the Twentieth Century (Princeton 1999); Spezifische Literatur wird zu Beginn des Semesters ge-nannt.
Unterrichtssprache Deutsch
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Modulnummer/-code Modultitel (deutsch) Spezielle Fragen der Physikgeschichte II
Modultitel (englisch)
Modulverantwortlicher Dr. Christian Forstner
Voraussetzungen für Zulassung zum Modul
Keine. Empfohlene Vorkenntnisse: Grundlagen der Physikge-schichte und Spezielle Fragen der Physikgeschichte I
Verwendbarkeit (Voraussetzung wofür)
Art des Moduls (Pflicht-, Wahlpflicht-, Wahlmodul)
Nichtphysikalisches Nebenfach im M.Sc. Physik, Wahlpflichtmo-dul im Lehramtsstudium Physik
Häufigkeit des Angebots (Zyklus) Sommersemester
Dauer des Moduls 1 Semester
Zusammensetzung des Moduls / Lehrformen (VL, Ü, S, Praktikum)
2 SWS Seminar
Leistungspunkte (ECTS credits) 4
Arbeitsaufwand (work load): - Präsenzstunden und - Selbststudium (einschl. Prüfungsvorbereitung)
Seminar: 30 Projekt: 80 Präsentation der Ergebnisse: 10
Inhalte Das Modul vertieft die in der Überblicksvorlesung erworbenen Kenntnisse zur Geschichte der Physik an ausgewählten Beispie-len. Dabei sollen in eigenständigen Rechercheprojekten vertiefte Kenntnisse in eigenständigem physikhistorischen Arbeiten erwor-ben werden.
Lern- und Qualifikationsziele In enger Absprache mit dem Betreuer wird ein eigenständiges physikhistorisches Rechercheprojekt entworfen und bearbeitet. Die Studierenden sollen lernen eigene physikhistorische Frage-stellungen zu finden und erfolgreich zu bearbeiten.
Voraussetzungen für die Zulas-sung zur Modulprüfung
Aktive Teilnahme am Seminar
Voraussetzung für die Vergabe von Leistungspunkten (Prüfungs-form); einschl. Notengewichtung in %
Mdl. Präsentation der Ergebnisse (100%)
Zusätzliche Informationen zum Modul
Die Note dieses Moduls geht im LA-Studium in die Fachendnote Physik ein.
Empfohlene Literatur Wolfgang Schreier (Hrsg.), Geschichte der Physik. Ein Abriss. (Diepholz, Stuttgart, Berlin 2008), Iwan Rhys Morus, When Phy-sics Became King (Chicago 2005); Helge Kragh, Quantum Gene-rations A History of Physics in the Twentieth Century (Princeton 1999); Spezifische Literatur wird zu Beginn des Semesters ge-nannt.
Unterrichtssprache Deutsch
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Übergreifende Inhalte
3. Semester
Modulnummer:
Modulbezeichnung: Einführung in das wissenschaftliche Arbeiten
Modulverantwortliche(r): Prof. Dr. K.-H. Lotze
Dozent(in): Betreuender Hochschullehrer der jeweiligen Arbeit
Sprache: Deutsch oder englisch
Zuordnung zu den Studiengängen Pflichtmodul im Studiengang MA Physik im 3. Semester
Lehrform / SWS: 12 SWS, Praktische kreative wissenschaftliche Arbeit unter Anlei-tung des betreuenden Hochschullehrers, der die Arbeit ausgibt, und eines wissenschaftlichen Mitarbeiters.
Arbeitsaufwand: Literaturstudium: 110 h
Wissenschaftliche Tätigkeit: 300 h
Präsentation anfertigen: 40 h
Gesamtarbeitsaufwand: 450 Stunden
Leistungspunkte: 15
Voraussetzungen: keine
Lernziele / Kompetenzen: Selbständiges Erarbeiten von Kenntnissen aus der internationalen Fachliteratur
Kritisches Auseinandersetzen mit wissenschaftlichen Ergebnissen und Ableitung von Schlussfolgerungen für eigene Zielsetzungen
Kennenlernen der Methodik des wissenschaftlichen Arbeitens durch aktive Mitarbeit an Forschungsaufgaben
Präsentation wissenschaftlicher Ergebnisse
Inhalt: Die möglichen Themen des Moduls können aus allen Teilgebieten der Physik ausgewählt werden. Es muss ein betreuender Hoch-schullehrer für das jeweilige Thema an der Physikalisch-Astronomischen Fakultät gefunden werden.
Erarbeitung der wissenschaftlichen und technischen Grundlagen für die Masterarbeit.
Voraussetzungen für die Zulas-sung zur Modulprüfung (Prü-fungsvorleistungen)
Bericht über die durchgeführte wissenschaftliche Arbeit, bei-spielsweise als Präsentation
Voraussetzung für die Vergabe von Leistungspunkten (Prüfungs-form):
Positive Bewertung der Präsentation (ca. 20 Minuten) mit an-schließender Diskussion
Medienformen: Medienunterstützte Präsentation der Ergebnisse
Literatur: Einschlägige Lehrbücher sowie relevante internationale Fachlite-ratur in englischer und deutscher Sprache
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Modulnummer:
Modulbezeichnung: Projektplanung zur Masterarbeit
Modulverantwortliche(r): Prof. Dr. K.-H. Lotze
Dozent(in): Betreuender Hochschullehrer der jeweiligen Arbeit
Sprache: Deutsch oder englisch
Zuordnung zu den Studiengängen Pflichtmodul im Studiengang MA Physik im 3. Semester
Lehrform / SWS: 12 SWS, Praktische kreative wissenschaftliche Arbeit unter Anlei-tung des betreuenden Hochschullehrers, der die Arbeit ausgibt und eines wissenschaftlichen Mitarbeiters.
Arbeitsaufwand: Literaturstudium: 200 h
Wissenschaftliche Tätigkeit: 210 h
Präsentation anfertigen: 40 h
Gesamtarbeitsaufwand: 450 Stunden
Leistungspunkte: 15
Voraussetzungen: keine
Lernziele / Kompetenzen: Selbständiges Erarbeiten von Kenntnissen aus der internationalen Fachliteratur
Kritisches Auseinandersetzen mit wissenschaftlichen Ergebnissen und Ableitung von Schlussfolgerungen für eigene Zielsetzungen
Ausarbeitung eines wissenschaftlichen Arbeitsplans mit Arbeits-zielen
Präsentation wissenschaftlicher Ergebnisse
Inhalt: Das Modul Projektplanung dient der Definition des Inhaltes der Masterarbeit. Dazu muss mindestens ein Arbeitsthema auf wis-senschaftliche Relevanz und Durchführbarkeit analysiert werden.
Die möglichen Themen der Projektplanung können aus allen Teil-gebieten der Physik ausgewählt werden. Es muss ein betreuender Hochschullehrer für das jeweilige Thema an der Physikalisch-Astronomischen Fakultät gefunden werden.
Voraussetzungen für die Zulas-sung zur Modulprüfung (Prü-fungsvorleistungen)
Abgabe eines Arbeitsplanes für die Masterarbeit, beispielsweise als Präsentation
Voraussetzung für die Vergabe von Leistungspunkten (Prüfungs-form):
Positive Bewertung einer Präsentation (ca. 20 Minuten) des Ar-beitsplanes mit anschließender Diskussion
Medienformen: Medienunterstützte Präsentation der Ergebnisse der Projektpla-nung
Literatur: Einschlägige Lehrbücher sowie relevante internationale Fachlite-ratur in englischer und deutscher Sprache
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Masterarbeit
4. Semester
Modulnummer:
Modulbezeichnung: Masterarbeit
Modulverantwortliche(r): Prof. Dr. K.-H. Lotze
Dozent(in): Betreuender Hochschullehrer der jeweiligen Arbeit
Sprache: Deutsch oder englisch
Zuordnung zu den Studiengängen Pflichtmodul im Studiengang MA Physik im 4. Semester
Lehrform / SWS: 25 SWS praktische kreative wissenschaftliche Arbeit unter Anlei-tung des betreuenden Hochschullehrers, der die Arbeit ausgibt und eines wissenschaftlichen Mitarbeiters.
Arbeitsaufwand: Literaturstudium: 100 h
Wissenschaftliche Tätigkeit: 500 h
Masterarbeit anfertigen: 250 h
Präsentation: 50 h
Gesamtarbeitsaufwand: 900 Stunden
Leistungspunkte: 30
Voraussetzungen: Einführungsprojekt zur Masterarbeit
Lernziele / Kompetenzen: Selbständiges Erarbeitung von Kenntnissen aus der internationa-len Fachliteratur
Wissenschaftliche Arbeit in einem Forscherkollektiv nach einem Plan
Zusammenfassende Darstellung wissenschaftlicher Ergebnisse in der Masterarbeit
Präsentation wissenschaftlicher Ergebnisse
Inhalt: Das Thema der Materarbeit wird mit dem Einführungsprojekt fest-gelegt und kann aus allen Teilgebieten der Physik ausgewählt werden, die an der Physikalisch-Astronomischen Fakultät von Hochschullehrern vertreten werden.
Erarbeitung neuer wissenschaftlicher Kenntnisse auf einem Teil-gebiet der Physik unter Anleitung.
Voraussetzungen für die Zulas-sung zur Modulprüfung (Prü-fungsvorleistungen)
Abgabe der Masterarbeit
Voraussetzung für die Vergabe von Leistungspunkten (Prüfungs-form):
Positive Bewertung der Masterarbeit und der Präsentation der Ergebnisse (ca. 20 Minuten) mit anschließender Diskussion, wo-bei sich die Modulnote zu gleichen Teilen aus den beiden Gut-achten und der mündlichen Präsentation ergibt
Medienformen: Medienunterstützte Präsentation der Ergebnisse der Masterarbeit
Literatur: Einschlägige Lehrbücher sowie relevante internationale Fachlite-ratur in englischer und deutscher Sprache