Modulhandbuch für den Studiengang Master of Science ... · 1 Modularisierung 2 1 Modularisierung Das Studium ist modularisiert aufgebaut. Ein Modul umfasst dabei oftmals ein Fach,

Modulhandbuch

für den Studiengang

Master of Science

Photonik

ab WS 2013/2014

Fachhochschule Münster Fachbereich Physikalische Technik

Stegerwaldstraße 39 48565 Steinfurt

Version 2016.4

1

Inhaltsverzeichnis

1 Modularisierung ........................................................................................................... 2

2 Curriculum ................................................................................................................... 3

3 Pflichtmodule ............................................................................................................... 4 3.1 Entwicklung optischer Systeme........................................................................... 5 3.2 Halbleitertechnologie und Entwicklung von MOEMS mit der FEM ..................... 7 3.3 Industrielle Bildverarbeitung ................................................................................ 9 3.4 Kolloquium ......................................................................................................... 10 3.5 Laserentwicklung ............................................................................................... 11 3.6 Lasermaterialbearbeitung .................................................................................. 13 3.7 Lasermesstechnik ............................................................................................. 15 3.8 Laserphysik ....................................................................................................... 17 3.8 Masterthesis ...................................................................................................... 19 3.9 Optische Messtechnik ....................................................................................... 20 3.10 Theoretische Optik .......................................................................................... 22 3.11 Wellen- und Quantenoptik ............................................................................... 23

4 Wahlpflichtmodule ..................................................................................................... 25 4.1 Incoherent Light Sources .................................................................................. 26 4.2 Laser in der Medizin .......................................................................................... 28 4.3 Mikroskopische Verfahren und Oberflächenanalytik ......................................... 30 4.4 Nanotechnology ................................................................................................ 31 4.5 Optical Communications ................................................................................... 33 4.6 Optische Funktionsmaterialien .......................................................................... 35 4.7 Photovoltaik ....................................................................................................... 36 4.8 Studienarbeit / Seminar Paper .......................................................................... 37

1 Modularisierung

2

1 Modularisierung Das Studium ist modularisiert aufgebaut. Ein Modul umfasst dabei oftmals ein Fach, gelegentlich auch zwei inhaltlich eng verbundene Fächer. In allen Fällen umfasst ein Modul mehr als eine Lehrveranstaltung. Die Leistungen der Studierenden werden „modulweise“ abgeprüft, d. h. eine Prüfung erstreckt sich über alle Lehrveranstaltun-gen eines Moduls. Eine Ausnahme hiervon bildet das Modul Mathematik, dass in zwei Teilprüfungen abgeprüft wird. Die Module sind unterteilt in Pflicht- und Wahlpflichtmodule, sowie die Masterthesis

und das Kolloquium.

Pflichtmodule

Modul Sprache

D = Deutsch E = Englisch

Semester WS = Winter

SS = Sommer

Dauer in

Semestern Entwicklung optischer Systeme D SS 1

Halbleitertechnologie und Entwicklung von MO-EMS mit der FEM

D WS 2

Industrielle Bildverarbeitung D WS 1

Kollquium D / E SS -

Laserentwicklung D WS 1

Lasermaterialbearbeitung D WS 1

Lasermesstechnik D SS 1

Laserphysik D WS 1

Masterthesis D / E SS 1

Optische Messtechnik D WS 1

Theoretische Optik D WS 1

Wellen- und Quantenoptik D SS 2

Wahlpflichtmodule

Aus dem Katalog der Wahlpflichtmodule müssen drei Module absolviert werden.

Modul Sprache

D = Deutsch E = Englisch

Semester WS = Winter

SS = Sommer

Dauer in

Semestern Incoherent Light Sources E WS 1

Laser in der Medizin D SS 1

Mikroskopische Verfahren und Oberflächenana-lytik

D SS 1

Nanotechnology E WS 1

Optical Communications E WS 1

Optische Funktionsmaterialien D WS 1

Photovoltaik D SS 1

Studienarbeit / Seminar Paper D / E WS / SS 1

2 Curriculum

3

2 Curriculum 1.Semester WS 2.Semester SS 3.Semester WS 4.Semester SS

SWS

CP

SWS

CP

SWS

CP

SWS

CP

Form der Lehrveranstal-tung

V SU Ü P V SU Ü P V SU Ü P V Ü P

Modul / Fach Pflichtmodule

Masterthesis

25 CP

Kolloquium

5 CP

Entwicklung optischer Sys-teme

2 2 6

Halbleitertechnologie und Entwicklung von MOEMS mit der FEM

2 1 4 2 2 5

Industrielle Bildverarbeitung 2 2 6

Laserentwicklung 2 1 2 7

Lasermaterialbearbeitung 2 2 6

Lasermesstechnik 2 2 6

Laserphysik 2 1 2 7

Optische Messtechnik 2 1 2 7

Theoretische Optik 3 2 7

Wellen- und Quantenoptik 2 1 2 7 2 1 4

Wahlpflichtmodule

Wahlpflichtmodul 6 6 6 6 6 6

Spaltensummen 13 2 4 4 30

14 1 8 30

14 3 6 30

30 Summe SWS 23 23 23

Katalog der Wahlpflichtmodule Wintersemester Sommersemester

SWS

CP

SWS

CP V SU Ü P V SU Ü P

Incoherent Light Sources 3 1 1 6

Laser in der Medizin 2 1 1 6

Mikroskopische Verfahren u. Oberflächenanalytik

3 2 6

Nanotechnology 2 1 6

Optische Funktionsmaterialien 2 1 2 6

Optical Communications 2 1 1 6

Photovoltaik 2 1 1 6

Studienarbeit / Seminar Paper 4 6

WS = Wintersemester SS = Sommersemester SWS = Semester Wochenstunden V = Vorlesung SU = Seminaristischer Unterricht Ü = Übung P = Praktikum

3 Pflichtmodule

4

3 Pflichtmodule Auf den folgenden Seiten sind die Beschreibungen der Pflichtmodule in alphabeti-scher Reihe aufgeführt.

3 Pflichtmodule

5

3.1 Entwicklung optischer Systeme

Modulbezeichnung Entwicklung optischer Systeme

Modulturnus 2. Semester Sommer

Dauer des Moduls 1 Semester

Modulbeauftragte/r Prof. Dr. J. Nellessen

Hauptamtlich Leh-rende/r

Prof. Dr. J. Nellessen

Language Deutsch

Verwendbarkeit des Moduls

Master of Science Photonik Pflichtmodul

W O R K L O A D

Kontaktzeit Lehrformen SWS Std. pro Semester

Summe Kon-taktzeit

Vorlesung 2 32 h

64 h Praktikum 2 32 h

Selbststudium Form Std. pro Semester

Summe Selbststudium

Vorlesung 58 h

116 h Praktikum 58 h

Work Load gesamt 180 h

Leistungspunkte 6

Lernergebnisse Die Studierenden sollen die theoretischen Grundlagen der Be-rechnung optischer Systeme kennenlernen, sowie praktische Fähigkeiten im computergestützen „Optik-Design“ entwickeln. Sie sollen in die Lage versetzt werden, die Spezifikation opti-scher Systeme zu verstehen, Systeme nach Spezifikation aus-zulegen (paraxialer Ansatz), sowie die Korrektion und Optimie-rung optischer Systeme vorzunehmen. Durch die Verwendung vorwiegend englischsprachiger Literatur werden auch ausserfachliche Quaifikationen gefordert und ver-bessert.

Inhalte 1. Grundlagen der Optikrechnung (aus der technischen Optik)

• Optische Abbildung • Pupillen und Luken • Verflochtene Abbildung • Öffnung und Feldwinkel • Beugungs-Begrenzung

2. paraxiales Layout optischer Systeme • paraxiale Strahldurchrechnung (ynu-Methode) • Rand- und Haupstrahl • paraxiale Invariante • Berechnung der paraxialen Daten von Systemen

3. Analyse und Optimierung optischer Systeme • Geometrisch-optische Methoden

(Quer- und Längsaberrationen, Spot-Diagramme) • Physikalisch-optische Methoden

(Punktbildfunktion, MTF) • Optimierung

3 Pflichtmodule

6

Inhalte 4. Theorie der Bildfehler • Monochromatische Aberrationen 3. Ordnung • Farbfehler (1. Ordnung) • Design-Grundsätze

5. Beispiele optischer Systeme • Photo-Objektive • Okulare • Nicht-rotationssymmetrische Systeme

6. Optik Gauss’scher Moden

Im zugehörigen rechnergestützten Praktikum werden die be-handelten Einsichten und Methoden vertieft und praktische Fä-higkeiten in der Entwicklung optischer Systeme vermittelt. Neben der Benutzung von Excel (für paraxiales Layout) wird Es wird hauptsächlich die DesignSoftware OSLO verwendet, in die eine Einführung gegeben wird.

Voraussetzungen für die Teilnahme am Modul

Die Veranstaltung setzt Kenntnisse in Physik (I-III) und in tech-nischer Optik voraus.

Voraussetzungen für die Vergabe von Leistungspunkten

Bestehen der Prüfung

Prüfungsform und -umfang

Schriftliche Ausarbeitung einer gestellten Design-Aufgabe und mündliche „Verteidigung“ derselben.

Voraussetzung für die Zulassung zur Prüfung

Regelmäßige Teilnahme am Praktikum

3 Pflichtmodule

7

3.2 Halbleitertechnologie und Entwicklung von MOEMS mit der FEM

Modulbezeichnung Halbleitertechnologie und Entwicklung von MOEMS mit der FEM

Modulturnus 1. u. 2. Semester Winter


Modulbeauftragte/r Prof. Dr. J. Chlebek


Prof. Dr. J. Chlebek

Sprache Deutsch



W O R K L O A D


Summe Kon-taktzeit

Vorlesung (2+2) 4 32 + 32 h

112 h

Übung (1+0) 1 16 + 0 h

Praktikum (0+2) 2 0 + 32 h


Summe Selbststudium

Vorlesung 43 + 43h

158 h

Übung 29 + 0 h

Praktikum 0 + 43 h


Leistungspunkte 9

Lernergebnisse Die Studierenden werden in der Lage versetzt, bestehende und neu zu entwickelnde Mikro-Opto-Elektro-Mechanische-Systeme anhand der technologischen Basis und des verwendeten phy-sikalischen Aktor- oder Sensor-prinzips einzuordnen und hin-sichtlich ihrer Verwendbarkeit für optische Aufgabenstellungen zu beurteilen. Die Studierenden vertiefen durch fremdsprachige Literaturstu-dien und Zusammenfassung der Literatur in Kurzvorträgen die Fähigkeiten zum selbständigen wissenschaftlichen Arbeiten.

Inhalte – Einführung in die Dünnschichttechnik – Siliziumherstellung und –bearbeitung – Schichtherstellung (Sputtern, LPCVD-Verfahren) – Schichtstrukturierung (UV-Lithographie, Ätzprozesse) – Galvanotechnik, Bulkmikromechanik, Grautonlithogra-

phie – Physikalische Basis von Mikroaktoren und mikrooptischen

Komponenten – Elektrostatische, elektromagnetische Aktoren – Piezoelektrischer Effekt, Shaped Memory Effect, ther-

momechanische Aktoren – Beispiele für MOEMS

– adaptive Spiegel, Digital Mirror Devices, Blase Gitter, Mikrolinsen, thermooptische Schalter

3 Pflichtmodule

8

– Einführung in die FE-Methode – Ritzsches Prinzip – Grundlegende Befehle zur Berechnung statischer me-

chanischer Fragestellungen – Transiente und Frequenzganganalysen – Nichtlineare Berechnungen – Übertragung des Verfahrens auf thermische, elektri-

sche und magnetische Aufgabenstellungen – Gekoppelte Berechnungen – MOEMS als Beispiele für gekoppelte Analysen


Inhaltlich baut die Veranstaltung auf den Veranstaltungen „Physik I-III“, der Werkstofftechnik, der Konstruktionstechnik und der Elektrotechnik auf.




Mündliche Prüfung (ca. 30-45 Minuten) oder Klausur (120 Mi-nuten)


Anerkennung der Ausarbeitungen zum Praktikum

3 Pflichtmodule

9

3.3 Industrielle Bildverarbeitung

Modulbezeichnung Industrielle Bildverarbeitung

Modulturnus 1. Semester Winter


Modulbeauftragte/r Prof. Dr. Thomas Rose


Prof. Dr. Thomas Rose

Sprache Deutsch


Master of Science Photonik Wahlpflichtmodul

W O R K L O A D


Summe Kon-taktzeit

Seminaristischer Un-terricht

2 32 h



Summe Selbststudium

Selbststudium 116 h 116 h


Leistungspunkte 6

Lernergebnisse Die Studierenden sollen die Grundlagen der industriellen Bild-verarbeitung kennenlernen und in die Lage versetzt werden, für Fragestellungen der industriellen Prüftechnik geeignete Bild-verarbeitungssysteme zu entwerfen, aufzubauen und anzu-wenden.

Inhalte Seminaristischer Unterricht - Einführung: industrielle Anwendungen von Bildverarbeitung - zweidimensionale Bildverarbeitung: typischer Aufbau eines

Systems, Optik für Beleuchtung und Kamera, Bildvorver-areitung, Bildbearbeitung, Merkmalsextraktion, Klassifizie-rung

- dreidimensionale Bildverarbeitung: typische Aufbauten und Verfahren

Praktikum - Versuche zu den Grundlagen und Anwendungen der in-

dustriellen Bildverarbeitung


Die Veranstaltungen bauen auf den Veranstaltungen Mathema-tik I und II, Physik I und II, Elektrotechnik, Analog- und Digital-technik und Sensortechnik des Bachelor-Studiengangs Physi-kalische Technik auf.


Anerkennung der Ausarbeitung zum Praktikum Bestehen der Prüfung


Klausur oder mündliche Prüfung oder Belegarbeit oder Präsen-tation


Anerkennung der Ausarbeitung zum Praktikum

3 Pflichtmodule

10

3.4 Kolloquium

Modulbezeichnung Kolloquium


Dauer des Moduls n/a

Modulbeauftragte/r Alle Professoren des Fachbereichs Physikalische Technik


n/a

Sprache Deutsch oder Englisch



W O R K L O A D


Summe Kon-taktzeit

Vorlesung

Übung

Praktikum


Summe Selbststudium



Leistungspunkte 5

Lernergebnisse Die Studierenden sind in der Lage ein komplexes Forschungs-projekt in einer vorgegebenen Zeit strukturiert zu präsentieren und eine wissenschaftliche Diskussion zu führen.

Inhalte Das Thema der Masterthesis, sowie verwandte Themen.


Anerkennung der schriftlichen Masterthesis




Mündliche Prüfung


Anerkennung der schriftlichen Masterthesis

3 Pflichtmodule

11

3.5 Laserentwicklung

Modulbezeichnung Laserentwicklung



Modulbeauftragte/r Prof. Dr. Ulrich Wittrock


Prof. Dr. Ulrich Wittrock

Sprache Deutsch


Master of Science Photonik Pflichtmodule

W O R K L O A D


Summe Kon-taktzeit

Vorlesung 2 32 h

80 h

Übung 1 16 h

Praktikum (Projekt) 2 32 h


Summe Selbststudium

Vorlesung 50 h

130 h

Übung 40 h

Praktikum (Projekt) 40 h


Leistungspunkte 7

Lernergebnisse Die Studierenden sollen die technischen Konzepte verschiede-ner Laser (insbes. Festkörperlaser und Halbleiterlaser) kennen und in der Lage sein, selber Festkörperlaser für vorgegebene Anwendungen zu entwickeln. Überfachliche Qualifikationsziele wie Teamfähigkeit und Projektmanagement werden durch die Gestaltung des Praktikums als Projektpraktikum für 2er-Teams mit großer Eigenverantwortung der Studierenden erreicht.

Inhalte Die verschiedenen Konzepte für Festkörperlaser mit Ausgangs-leistungen von wenigen mW bis vielen kW im Dauerstrichbe-trieb und im gepulsten Betrieb werden detailliert behandelt. Insbesondere wird es um longitudinale und transversale Anre-gung, thermo-optische Effekte der Anregungs- und Kühlgeo-metrie, Auswirkung von Aberrationen, angepasste Laserre-sonatoren und die nichtlineare Frequenzvervielfachung gehen. Neben der Modellierung wird die experimentelle Vermessung der Lasereigenschaften weiten Raum einnehmen und im Prak-tikum von den Studierenden geübt werden. Das Praktikum soll als Projektpraktikum durchgeführt werden, so dass gleichzeitig in die industrielle Arbeitsweise der Laserentwicklung eingeführt wird.


Inhaltlich baut die Veranstaltung auf der „Laserphysik“, der „Wellenoptik“ und Teilen der „Quantenoptik“ auf.




Mündliche Prüfung (45 Minuten) oder Klausur (120 Minuten)

3 Pflichtmodule

12



3 Pflichtmodule

13

3.6 Lasermaterialbearbeitung

Modulbezeichnung Lasermaterialbearbeitung


Dauer des Moduls 1 semester

Modulbeauftragte/r Prof. Dr. Klaus Dickmann


Prof. Dr. Klaus Dickmann

Sprache Deutsch



W O R K L O A D


Summe Kon-taktzeit

Vorlesung 2 32 h



Summe Selbststudium

Selbststudium 60 h

116 h

Vor- und Nachbereitung 30 h

Literaturstudium 26 h


Leistungspunkte 6

Lernergebnisse Die Studierenden sollen mit den theoretischen und praktischen Erkenntnissen dieser Vorlesung in der Lage sein, neue Verfah-ren der Lasermaterialbearbeitung zu entwickeln, optimieren und qualifizieren. Sie sollen auch den theoretischen Hinter-grund der Strahl-/Materie-Wechselwirkung tiefer gehend ver-stehen, um über eine fundierte Basis zur wissenschaftlichen Arbeit (bspw. Promotion) zu verfügen.

Inhalte Einleitend werden die in der Lasermaterialbearbeitung verwen-deten Strahlquellen (Nd:YAG, Excimer, CO2, Hochleistungs-Dioden-Laser) mit ihren charakteristischen Eigenschaften für diese Anwendung präsentiert. In den Vorlesungsstoff werden auch ständig Neuentwicklungen mit Zukunftspotential integriert, wie bspw. derzeitig Scheiben- und Faserlaser. Für die Materi-albearbeitung relevante Strahlparameter (Strahlqualität, Mo-den, Leistung, Pulsdauer und -frequenz, Polarisation) werden vorgestellt; ebenfalls dazugehörige Messverfahren. Daran an-geschlossen werden die Strahlführung (inkl. LWL) und –formung. Die Strahlformung bei Hochleistungs-Diodenstacks mit Hinblick auf kleinstmögliche Bündelung wird besonders be-handelt. Die Wechselwirkung von Strahlung mit Materie wird phänomenologisch und anschließend auch atomistisch be-trachtet. Anlagenkonzepte für die industrielle Praxis werden vorgestellt. Die Bearbeitungsverfahren Schneiden, Bohren, Be-schriften, Schweißen und Härten werden detailliert behandelt. Die Lasermikrobearbeitung ist ein eigenständiges Kapitel. In einer Vorlesungseinheit sollen aus aktuellen F&E-Arbeiten des Laserlabors Ergebnisse präsentiert werden. Im begleitenden Praktikum werden alle o.g. Bearbeitungsverfahren an Hoch-leistungs-Laseranlagen mit industriellem Standard durchge-führt. Der Bearbeitungsprozess an den Anlagen wird unter wis-senschaftlichen Gesichtspunkten bspw. auch mittels LIP-Spektroskopie, Online-Monitoring analysiert. Für die Qualitäts-

3 Pflichtmodule

14

beurteilung werden auch REM, EDX eingesetzt.


Inhaltlich baut die Vorlesung auf Werkstofftechnik, Grundlagen der Lasertechnik, Laserphysik, Technische Optik I/II auf. Für die Durchführung des Praktikums ist die Teilnahme an der Lasersicherheitseinweisung erforderlich




Klausur oder mündliche Prüfung


Anerkennung des Praktikums (d.h. erfolgreiches Kolloquium / Antestat in kleinen Gruppen vor Beginn jedes Versuchs, Durchführung der Versuche incl. konkreter Aufgabenstellungen, erfolgreiches Abtestat)

3 Pflichtmodule

15

3.7 Lasermesstechnik

Modulbezeichnung Lasermesstechnik






Sprache Deutsch



W O R K L O A D


Summe Kon-taktzeit

Vorlesung 2 32 h



Summe Selbststudium

Selbststudium 60 h

116 h




Leistungspunkte 6

Lernergebnisse Mit den Erkenntnissen dieser Vorlesung sollen die Studieren-den in der Lage sein, den Laser für technische und wissen-schaftliche Anwendungen in der Messtechnik einzusetzen. Sie sollen aber auch Kenntnisse erwerben, mit denen sie wissen-schaftliche Problemstellungen (bspw. im Rahmen einer Promo-tion) eigenständig bearbeiten können.

Inhalte Schwerpunktmäßig werden ausgehend vom Weißlichtinter-ferometer kohärente Lasermessverfahren grundlegend betrach-tet. Hierzu gehört vor allem das technische Laserlängeninterfe-rometer (mit seinen Varianten zur Winkel- und Ebenheitsmes-sung), aber auch andere Interferometertypen. Weiterhin wer-den Erkenntnisse anderer kohärenter Verfahren vermittelt, wie Holographische Interferometrie (inkl. Phase-Shift-Auswertung) Speckle, Doppleranemometer, Gyroskop und Lambdameter. In einem 2. Vorlesungsteil zu nicht-kohärenten Verfahren geht es vor allem um die Spektroskopie (Fluoreszenz, Emission, Raman, LIDAR, LIPS), aber auch um andere hochauflösende Messverfahren wie bspw. Konfokales-Laser-Scanning-Mikroskop, Shack-Hartmann-Verfahren zur Wellenfront-messung bis hin zur Laserstrahl-Diagnose. Die theoretischen Kenntnisse der Vorlesung werden in Praktikumsversuchen ver-tieft.


Inhaltlich baut die Vorlesung auf Grundlagen der Lasertechnik, Laserphysik, Technische Optik I/II auf. Für die Durchführung des Praktikums ist die Teilnahme an der Lasersicherheitseinweisung erforderlich.



3 Pflichtmodule

16





3 Pflichtmodule

17

3.8 Laserphysik

Modulbezeichnung Laserphysik






Sprache Deutsch



W O R K L O A D


Summe Kon-taktzeit

Vorlesung 2 32 h

80 h

Übung 1 16 h

Praktikum 2 32 h


Summe Selbststudium

Selbststudium 55 h

130 h




Leistungspunkte 7

Lernergebnisse Die Studierenden sollen das theoretische Fundament der La-sertechnik beherrschen und auf die folgenden Vorlesungen, Laser-Entwicklung, Laser-Messtechnik, Optische Nachrichten-technik und Lasermaterialbearbeitung vorbereitet sein. Es soll auch das Ziel sein, Erkenntnisse zu vermitteln, mit denen der Studierende selbständig wissenschaftliche Arbeiten (z.B. Pro-motion) auf dem Gebiet der Laserphysik durchführen kann.

Inhalte Ausgehend von notwendigen Grundlagen des Laserprinzips (Verstärkung, Resonator, Anregung) wird der Laserprozess mit den Ratengleichungen behandelt. Stationäre und dynamische Fälle für Lösungen der Gleichungen werden untersucht. Die Gaußstrahltheorie zur Strahlpropagation innerhalb und außer-halb des Resonators wird erläutert. Die Entstehung von lon-gitudinalen und transversalen Moden wird dargestellt, Maß-nahmen zu deren Beeinflussung sowie praktische Konsequen-zen vorgestellt. Ursachen der Linienverbreitung und Möglich-keiten zu deren Reduzierung (bspw. 2-Moden-Regelkreis) wer-den vorgestellt. Grundlagen zur Frequenzvervielfachung in nichtlinearen Kristallen und weitere nichtlineare optische Effek-te (bspw. OPO, sättigbare Absorption) werden vermittelt. Zu den Lehrinhalten zählt auch die Erzeugung kurzer Pulse (Q-switch, Moden-Kopplung). Spezielle Lasersysteme für die Pra-xis werden detailliert erläutert. Ein Schwerpunkt nimmt die mo-derne Anregung mit Laser-Dioden ein. Es wird auch auf zukünf-tige Laserkonzepte eingegangen, wie bspw. Röntgenlaser, free-electron-laser. Im Praktikum werden an modernen Experi-mentier-Lasersystemen die theoretischen Erkenntnisse der Vorlesung vertieft. Kompl. funktionsfähige Laser (< 1W) werden aus Modulen aufgebaut und Messungen der Strahleigenschaf-ten werden durchgeführt. Im Praktikum werden auch nichtlinea-re Laserprozesse (Frequenzverdopplung, sättigbarer Absorber)

3 Pflichtmodule

18

experimentell untersucht.


Inhaltlich baut diese Lehrveranstaltung auf Grundlagen der La-sertechnik und Technische Optik I/II auf. Für die Durchführung des Praktikums ist die Teilnahme an der Lasersicherheitseinweisung erforderlich







3 Pflichtmodule

19

3.8 Masterthesis

Modulbezeichnung Masterthesis



Modulbeauftragte/r Alle Professoren des Fachbereichs Physikalische Technik


n/a

Sprache Deutsch oder Englisch



W O R K L O A D


Summe Kon-taktzeit

Vorlesung 0 0

0

Übung 0 0

Praktikum 0 0


Summe Selbststudium

Selbststudium 650 h

750 h Literaturstudium 100 h


Leistungspunkte 25

Lernergebnisse Die Studierenden sollen in der Lage sein, innerhalb einer vor-gegebenen Frist eine theoretische oder praxisorientierte Auf-gabenstellung aus ihrem Fachbereich sowohl in ihren fachli-chen Einzelheiten als auch in den fachübergreifenden Zusam-menhängen nach fachpraktischen und wissenschaftlichen Me-thoden eigenständig zu bearbeiten.

Inhalte Das Projekt sollte ein anwendungsorientiertes Forschungsthe-ma aus dem Bereich Photonik sein.


Siehe “Besondere Bestimmungen der Prüfungsordnung für den Masterstudiengang Photonik”.


Fristgerechte Einreichung der schriftlichen Ausarbeitung und deren Bewertung mit einer Note von mindestens 4,0


n/a


n/a

3 Pflichtmodule

20

3.9 Optische Messtechnik

Modulbezeichnung Optische Messtechnik



Modulbeauftragte/r Prof. Dr. J. Nellessen


Prof. Dr. J. Nellessen

Language Deutsch


Master of Science Photonik Master Wirtschaftsingenieurwesen Physikalische Technologien

Pflichtmodul Wahlpflichtmodul

W O R K L O A D


Summe Kon-taktzeit

Vorlesung 2 32 h

80 h

Übung 1 16 h

Praktikum 2 32 h


Summe Selbststudium

Vorlesung 43 h

130 h

Übung 29 h

Praktikum 58 h


Leistungspunkte 7

Lernergebnisse Die Studierenden sollen mit einer großen Bandbreite an opti-schen Messverfahren vertraut sein. Die Verfahren sollen so-wohl hinsichtlich ihres theoretischen Hintergrundes, als auch in ihrer praktischen Anwendung beherrscht werden so dass sie die Messung unterschiedlicher physikalischer Größen sowie auf die Messung der Grundgrößen optischer Systeme ange-wendet werden können. Insbesondere die Prüfung optischer Bauelemente und abbil-dender Systeme soll in ihren Methoden und Geräten beherrscht werden.

Inhalte 1. optische Messverfahren • Grundlagen der technischen Optik • Detektoren optischer Strahlung • Messokulare (Auge als Detektor) • Mikroskopisches Messen • Einsatz von Fernrohren und Entfernungsmessern • Optische Vermessung geometrischer Eigenschaf-

ten (Abstand, Profil, Strukturbreiten, 3D-Form)

• Interferometrische Messtechnik, insbesondere flä-chenhafte Vermessung z.B. von Wellenfronten mit phase-shift-Interferometern, daraus Ableitung opti-scher Grundgrößen von Bauelementen und Sys-temen

• Wellenfront-Detektion mit unterschiedlichen Ver-fahren (PDI-Interferometer, SHS-Sensor, Foucault- und Ronchi-Tests, ...)

• Charakterisierung des Polarisationszustandes

3 Pflichtmodule

21

2. Prüfung optischer Bauelemente und abbildender Sys-teme • Messung optischer Grundgrößen

(Brechzahl, Dispersion, Brechkraft, Brennweite, Radien, Oberflächenform, Zentrierung)

• Vermessung der Abbildungsfehler • Punktbildfunktion und Strehl-Verhältnis • Wellenfront • Abbildungsqualität und Auflösung, • Kontrastübertragungsfunktion MTF


• Kenntnisse in Physik • Bestandene Prüfung im Modul „Technischer Optik“






- Regelmäßige Teilnahme am Praktikum - Anerkennung der Ausarbeitungen zum Praktikum.

3 Pflichtmodule

22

3.10 Theoretische Optik

Modulbezeichnung Theoretische Optik

Modulturnus 1. Semester Wintersemester


Modulbeauftragte/r Prof. Dr. habil. Klaus Morawetz


Prof. Dr. habil. Klaus Morawetz

Sprache Deutsch



W O R K L O A D


Summe Kon-taktzeit

Vorlesung 3 48 h

80 h Übung 2 32 h


Summe Selbststudium



Leistungspunkte 7

Lernergebnisse Die Beherrschung der einschlägigen Methoden der theoreti-schen Physik soll die Studierenden befähigen, optische Phä-nomene und Fragestellungen mathematisch zu formulieren und numerische Lösungen zu erarbeiten.

Inhalte Strahlungsgesetze, Maxwellsche Gleichungen, elektromagneti-sche Wellen, Interferenz und Beugung (Frauenhofer, Fresnel), Einführung in die Quantentheorie, Quantisierung des elektro-magnetischen Feldes, kohärente Zustände, Einmoden-Quantenoptik, gequetschte (squeezed) Zustände, Quanteninformation, verschränkte Zu-stände, Beispielhafter Einsatz von Computeralgebra (Mathematica) zur Erarbeitung numerischer Lösungen.


Formal keine, inhaltlich setzt das Modul eine mathematische Grundausbildung entsprechend eines naturwissenschaftlichen oder ingenieurwissenschaftlichen Studienganges voraus, d.h. Matrizenkalkül, Fouriertransformation, Differentialoperationen bei Vektorfeldern, Volumen- und Oberflächenintegrale, Integ-ralsätze; Einführung in partielle Differentialgleichungen




Klausur, mündliche Prüfung oder Fachvortrag


keine

Sonstige Informati-onen

http://www.pks.mpg.de/~morawetz/

3 Pflichtmodule

23

3.11 Wellen- und Quantenoptik

Modulbezeichnung Wave and Quantum Optics

Modulturnus 2. und 3. Semester Sommer




Prof. Dr. Ulrich Wittrock

Language Deutsch


Master or Science Photonik Pflichtmodul

W O R K L O A D


Summe Kon-taktzeit

Vorlesung (2+2) 4 32 + 32 h

128 h

Übung (1+1) 2 16 + 16 h

Praktikum (2+0) 2 32 + 0 h


Summe Selbststudium

Lecture 48 + 48 h

202 h

Exercise 29 + 29 h

Laboratory Course 48 + 0 h


Leistungspunkte 11

Lernergebnisse Die Studierenden sollen mit den wichtigsten Phänomenen und Verfahren der physikalischen Optik in Theorie und Praxis ver-traut sein. Die Anwendungen dieser Phänomene werden in komplementären Veranstaltungen behandelt, z. B. Lasermess-technik, optische Messtechnik, opt. Nachrichtentechnik, Laser-Entwicklung. Präsentationstechniken werden durch die Darstel-lung der Praktikumsergebnisse eingeübt.

Inhalte Wellenoptik: Vertiefte Behandlung der Phänomene, die vornehmlich aus den Welleneigenschaften von Licht resultieren, wie z. B. Beugung, Kohärenz, Streuung (Brillouin-, Rayleigh-, Mie-Streuung), Pola-risation (Jones-Matrizen), Doppelbrechung, Fourier-Optik, Nah-feldmikroskopie, adaptive Optik. Quantenoptik: Behandlung von Phänomenen, die im Teilchenbild des Lichts beschrieben werden, d. h. vorwiegend Nichtlineare Optik, z. B. Konsequenzen der nichtlinearen Suszeptibilität wie parametri-sche Verstärkung und Frequenzvervielfachung, statistische Ei-genschaften von Licht (Quantenrauschen), verschränkte Pho-tonen, Raman-Streuung, CARS.


Inhaltlich baut die „Wellenoptik“ auf der „Theoretischen Optik“ auf, die „Quantenoptik“ auf der „Laserphysik“.




Mündliche Prüfung (45 Minuten) oder Klausur (120 Minuten)

3 Pflichtmodule

24


Anerkennung der Ausarbeitungen zum Praktikum

4 Wahlpflichtmodule

25

4 Wahlpflichtmodule

Auf den folgenden Seiten sind die Beschreibungen der Wahlpflichtmodule in alphabe-tischer Reihenfolge aufgeführt.

4 Wahlpflichtmodule

26

4.1 Incoherent Light Sources

Modulbezeichnung Incoherent Light Sources

Modulturnus 2. oder 4. Semester Sommer


Modulbeauftragte/r Prof. Dr. Thomas Jüstel


Prof. Dr. Thomas Jüstel

Sprache Englisch


Master of Science in Chemical Engineering Master of Science Photonik

Wahlpflichtmodul Wahlpflichtmodul

W O R K L O A D


Summe Kontaktzeit

Vorlesungen 3 48 h

80 h

Übungen 1 16 h

Seminar 1 16 h


Summe Selbststudium

Vor- und Nachbereitung von Vor-lesung inkl. Übungen

40 h

100 h

Präsentationserstellung 30 h

Prüfungsvorbereitung 30 h


Leistungspunkte 6

Lernergebnisse Students get to know the physical concepts of lighting as well as their technical application in light sources and emissive dis-plays. They will be able to select suitable light sources, optical materials and lighting concepts according to the specific re-quirements of a variety of technical application area.

Inhalte - History of (electrical) light generation - Lighting terms and quantities - Thermal radiation sources - Low pressure discharge lamps - High pressure discharge lamps - Plasma display panels (gas discharge displays) - Inorganic and organic light emitting diodes (LEDs) - Luminescent materials for fluorescent lamps - EUV-, VUV- and UV-A/B/C light sources - Future employment of light in technology and every day life


Fundamental physics (geometric optics, basics of quantum me-chanics), general chemistry


Passing of exam

4 Wahlpflichtmodule

27


Written (180 min) or oral (45 min) exam


Oral presentation during seminar

4 Wahlpflichtmodule

28

4.2 Laser in der Medizin

Modulbezeichnung Laser in der Medizin



Modulbeauftragte/r Dr. Stephan Brüning


Dr. Stephan Brüning

Language Deutsch


Master of Science Photonik Master of Science Bio-medizinische Technik

Wahlpflichtmodul

W O R K L O A D


Summe Kon-taktzeit

Vorlesung 2 32

64 h

Seminar 1 16

Übung 1 16


Summe Selbststudium

Vorlesung 24

116 h

Seminar 52

Übung 40


Leistungspunkte 6

Lernergebnisse Die Studierenden erkennen die Bedeutung von Lasersystemen in der medizinischen Anwendung. In den Lehrveranstaltungen lernen die Studierenden die Funktionsweise von Lasern, die Komponenten von Laserhandhabungssystemen und welche Wechselwirkungen zwischen Laserstrahlung und Materie be-stehen. In diesem Zusammenhang wird auch Wissen über Ge-webeoptik vermittelt. Weitere Qualifikationsziele sind Kenntnis-se über Funktionsweise und Einsatzgebiet der Thermotherapie, der Koagulation, der Photoablation und –disruption, sowie Kenntnisse über den medizinischen Einsatz der „optischen Ko-härenz Tomografie“ und „Konfokal Mikroskopie“. Im Rahmen der Seminararbeit lernen die Studierenden sich in-tensiv mit englischsprachiger Fachliteratur auseinanderzuset-zen. Durch die zugehörige Präsentation verstärken die Studie-renden ihre Kommunikationsfähigkeiten und verfeinern ihre Präsentationstechniken.

Inhalte Lasertechnik und –systeme Lasermodulations-, -führungs- und –ablenksysteme Wechselwirkungsprozesse: Laserstrahlung – Materie Lasermesstechnik Optische Visualisierung und Bildgebung Laser in der medizinischen Anwendung


Bestandene Prüfung in einem Modul Physik

4 Wahlpflichtmodule

29


Bestehen der Prüfung und Teilnahme am Seminar


30% Seminararbeit mit 20-minütige Präsentation 70% Klausur


Abgabe und Präsentation des Seminarthemas

4 Wahlpflichtmodule

30

4.3 Mikroskopische Verfahren und Oberflächenanalytik

Modulbezeichnung Mikroskopische Verfahren und Oberflächenanalytik



Modulbeauftragte/r Prof. Dr. B. Lödding


Prof. Dr. B. Lödding

Sprache Deutsch


Master of Science in Photonics Master Wirtschaftsingenieurwesen Physikalische Technologien


W O R K L O A D


Summe Kon-taktzeit

Seminaristischer Un-terricht

3 48 h



Summe Selbststudium



Leistungspunkte 6

Lernergebnisse Die Studierenden sollen einen Überblick über die Verfahren der Mikroskopie, Elektronenmikroskopie und der Oberflächenanaly-tik besitzen und vertiefte praktische Kenntnisse für die eigen-ständige Durchführung raster-elektronenmikroskopischer Unter-suchungen erworben haben.

Inhalte - Lichtmikroskopie (Grundlagen und moderne Verfahren) - Elektronenmikroskopie (REM und TEM) - Röntgenmikroanalyse (EDX, WDX) - Rastersondenmikroskopie (AFM, STM) - Spezielle Verfahren der Oberflächenanalytik (SIMS, XPS,

AES)


keine


Anerkennung der Ausarbeitungen zum Praktikum Bestehen der Prüfung




Die Zulassung zur Prüfung setzt eine erfolgreiche Durchführung des Praktikums (Durchführung einer eigenständigen REM- Un-tersuchung und Verfassung eines Analyseberichtes) voraus

4 Wahlpflichtmodule

31

4.4 Nanotechnology

Modulbezeichnung Nanotechnolgy

Modulturnus 1. oder 3. Semster Winter


Modulbeauftragte/r Prof. Dr. M. Bredol


Prof. Dr. M. Bredol Prof. Dr. U. Kynast Prof. Dr. T. Jüstel

Sprache Englisch


Master of Science in Chemical Engineering Master or Science Photonik


W O R K L O A D


Summe Kon-taktzeit

Lectures 2 32 h

48 h Seminar 1 16 h


Summe Selbststudium



Leistungspunkte 6

Lernergebnisse Students are familiar with concepts and technologies exhibiting and using size-dependent properties. In most cases, the asso-ciated spatial dimensions will be on the nm-scale. They have a good knowledge about chemistry-driven control of phenomena and applications.

Inhalte Introduction in nanotechnology: Definition, scientific and industrial fields of nanotechnology, dis-ciplines involved, state of theoretical background Nanoparticles: Metal nanoparticles: preparation, immobilization, application (e.g. catalysts, sensors, electronics). Semiconduction and func-tional ceramic nanoparticles: preparation, surface chemistry, colloid chemistry, doping, applications (e.g. biomarkers, lumi-nescent materials, sensors). Hybrid structures: Polymers and suprachemical entities with organic and inorganic building blocks, structural templates, zeolites and mesoporous systems as hosts, sol-gel-chemistry with organic modified pre-cursors, immobilization of biological entities Self assembly: Principles of self assembly in one, two, three and fractal dimen-sions (e.g. dendrimers, Langmuir-Blodgett layers, mem-brandes, colloidal crystals, lyotropica mesophases). Applica-tions in optical and magnetic systems (e.g. photonica cystals, diluted ferromagnets)

4 Wahlpflichtmodule

32

Organic nanostructures and nanoparticles: Thin layer systems on organic basis, e.g. OLED's based on polymers or small molecules, ion conducting polymers and structures (e.g. fuell cell membranes, battery mebranes). Coatings with nanostructure: Protective coatings with nanofillers, optical coatings, ptterning methods (e.g. by photolithographical methods), direct writing ob patterned systems (2D and 3D-approaches).


Topics of Inorganic and Physical Chemistry from a B.Sc.-programme in chemistry, chemistry engineering or similar course programmes


Passing the examination


Exam (120 minutes) oral exam.


none

4 Wahlpflichtmodule

33

4.5 Optical Communications

Modulbezeichnung Optical Communications

Modulturnus 1. oder 3. Semester Winter Dauer des Moduls 1 Semester

Modulbeauftragte/r Prof. Dr.-Ing. Konrad Mertens


Prof. Dr.-Ing. Konrad Mertens

Language Englisch


Master of Science in Infor-mationstechnik (FB 2) Master of Science Photonik


W O R K L O A D


Summe Kon-taktzeit

Vorlesung 2 32 h

64 h

Übung 1 16 h

Praktikum 1 16 h


Summe Selbststudium


116 h Klausurvorbereitung 28 h


Leistungspunkte 6

Lernergebnisse The students know well the composition and the function of components, systems and applications of optical communica-tions. They can distinguish the different fiber types and know, which fiber should be used in a specific communication task. They have learned how to measure source spectra, how to splice fi-bers, how to assemble fiber connectors and how to use optical time domain reflectometry to analyse fiber links. In summary: the students are able to design optical communi-cation systems, to build them up and to characterize them.

Inhalte Introduction: Historical development of optical communications, advantages and disadvantages of fiber optics Optical basics: The nature of light, propagation velocity, refractive index, ray optics, polarization, interference, coherence, dielectric filters Optical fibers: Basics, multi mode fibers, mode formation in waveguides, sin-gle mode fibers, attenuation, dispersion, bandwidth-length-product, optical cables Fiber connection technology: Optical splices, optical connectors, coupling losses, reflection losses

4 Wahlpflichtmodule

34

Optical transmitters and receivers: Light emitting diodes, laser diodes, transmitter circuits, optical amplifiers, photo diodes, receiver circuits Optical measurement technology: Basic attenuation measurements, optical time domain reflec-tometry System technology and components: Wavelength division multiplexing technology, photonic compo-nents, integrated optics Real optical communication systems: Wide area networks, metropolitan area networks, local area networks, fibers to the customer Lab experiments: Optical sources, optical time domain reflectometry, optical splices, connector assembling and attenuation measurements


School knowledge of physics, semiconductor devices, electron-ic circuits


Successful pass of the written examination


Written examination


Attestation of successfully finished lab experiments

4 Wahlpflichtmodule

35

4.6 Optische Funktionsmaterialien

Modulbezeichnung Optische Funktionsmaterialien



Modulbeauftragte/r Prof. Dr. U. Kynast


Prof. Dr. U. Kynast Prof. Dr. M. Bredol

Sprache Deutsch



W O R K L O A D


Summe Kon-taktzeit

Vorlesung 2 32 h

80 h

Übung 1 16 h

Praktikum 2 32 h


Summe Selbststudium



Leistungspunkte 6

Lernergebnisse Konzeptbeherrschung: Optische Aktivierung bzw. Absorptions-und Relaxationsphänomene von kristallinen und amorphen Festkörpern (Dotierung, Defektchemie).

Inhalte Absorption: Lambert-Beersches Gesetz, Kubelka-Munk-Funktion, Extinkti-ons-, Absorptionskoeffizient, Oszillatorstärke, Übergangsdipol, Übergangstypen, Farbpigmente Relaxation: Strahlende und nicht-strahlende Übergänge, Konfigurationsko-ordinatenmodell, Stokessche Verschiebung, Lumineszenz, Ef-fizienz, Energietransfer, Phosphore Dotierungen und Defektchemie in Kristallen und Gläsern: Klassifizierung und Notation von Punktdefekten, Thermodyna-mik und Bildungsgleichungen der Defekte, Darstellung von De-fekten in Bandlücken als Redox-Gleichgewichte, Diffusionsmo-delle, Glasübergang, Konsequenzen für die industrielle Form-gebung, Dotierung und Defektchemie in Gläsern und Kristallen


Abgeschlossenes Bachelorstudium Physikalische Technik


- Anerkennung der Ausarbeitung zum Praktikum - Bestehen der Prüfung





4 Wahlpflichtmodule

36

4.7 Photovoltaik

Modulbezeichnung Photovoltaik



Modulbeauftragte/r Prof. Dr.-Ing. Konrad Mertens


Prof. Dr.-Ing. Konrad Mertens

Sprache Deutsch


Master of Science in Infor-mationstechnologie Master of Science Photonik

Wahlpflicht Wahlpflicht

W O R K L O A D


Summe Kon-taktzeit

Vorlesung 3 48 h

64 h Übung 1 16 h


Summe Selbststudium



Leistungspunkte 6

Lernergebnisse Die Studierenden sollen die Grundlagen, Zellentechnologien, Systeme und Einsatzbereiche der Photovoltaik kennen und in die Lage sein, photovoltaische Systeme zu konzipieren und zu charakterisieren.

Inhalte - Einleitung und Übersicht - Das Strahlungsangebot der Sonne - Grundlagen der Photovoltaik - Zellentechnologie - Sysemtechnik - Photovoltaische Messtechnik - Ökologische Rahmenbedingungen - Zukünftige Entwicklung


Es wird elektrotechnisches und physikalisches Grundwissen vo-rausgesetzt.


- Anerkennung der Ausarbeitung zum Praktikum - Bestehen der Prüfung





37

4.8 Studienarbeit / Seminar Paper

Modulbezeichnung Studienarbeit / Seminar Papaer

Modulturnus 1. oder 3. Semester Sommer




Alle hauptamtlich Lehrenden

Sprache Deutsch / Englisch


Master of Science Wahlpflichtmodul

W O R K L O A D


Summe Kon-taktzeit

Studienarbeit 4 64 h 64 h


Summe Selbststudium

Studienarbeit 116 h 116 h


Leistungspunkte 6

Lernergebnisse Die Studierenden bearbeiten ein definiertes Forschungsthema. Hierzu führen sie eine Literaturrecherche durch und erlangen einen Überblick über den aktuellen Stand des Forschungsge-biets. Das Forschungsthema wird anschließend in einer schrift-lichen Arbeit mit einem Umfang von ca. fünf Seiten zusammen-gefasst. Der Schreibstiel sollte dem für wissenschafltiche Arbei-ten entsprechen. Die Studienarbeit vermittelt den Studierenden Kenntnisse, ein Forschungsthema mittels einer Literaturrecherche zu erfassen, wesentliche Erkenntnisse zu extrahieren und diese in einer kurzen Arbeit wissenschaftlich zusammenzufassen, und ver-bessert die Fähigkeiten, wissenschaftliche Arbeiten zu verfas-sen.

Inhalte Die Studierenden wählen einen Betreuer aus dem Kreis der hauptamtlich Lehrenden des Fachbereichs Physikalische Technik. Das Thema der Seminararbeit wird durch den Betreu-er festgelegt.



Bewertung der Seminararbeit durch den Betreuer mit einer No-te von mindestens 4,0.


Schriftliche Ausarbeitung de Seminarthemas


Vorlage der Seminararbeit

Documents

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