Lehrveranstaltungshandbuch LT
Lasertechnik
PDF Lehrveranstaltungsverzeichnis English Version: LT
Version: 1 | Letzte Änderung: 19.09.2019 15:08 | Entwurf: 0 | Status: vom verantwortlichen Dozent freigegeben
| Langname | Lasertechnik |
|---|---|
| Anerkennende LModule | LT_BaET, LT_BaOPT |
| Verantwortlich |
Prof. Dr. Stefan Altmeyer
Professor Fakultät IME |
| Gültig ab | Wintersemester 2022/23 |
| Niveau | Bachelor |
| Semester im Jahr | Wintersemester |
| Dauer | Semester |
| Stunden im Selbststudium | 78 |
| ECTS | 5 |
| Dozenten |
Prof. Dr. Stefan Altmeyer
Professor Fakultät IME |
| Voraussetzungen | Mthematik: Matrizenrechnung Differentialrechnung Integralrechnung Physik / Optik: Grundkentnisse geometrische Optik Grundkenntisse Wellenoptik |
| Unterrichtssprache | deutsch |
| separate Abschlussprüfung | Ja |
Literatur
| Eichler, Eichler: Laser - Bauformen, Strahlführung, Anwendungen (Springer) |
| Poprawe: Lasertechnik (Copy-Shop AC-UNI-COPY) |
| Pedrotti, Pedrotti, Bausch, Schmidt: Optik für Ingenieure. Grundlagen (Springer) |
Abschlussprüfung
| Details |
So weit die Prüfungszahl nicht zu groß ist, wird eine mündliche Prüfung gegenüber einer schriftlichen Prüfung bevorzugt. In der Prüfung werden auf unterstem Kompetenzniveau Kenntnisse abgefragt. Dies sind beispielsweise die Baugruppen, die in jedem Laser enthalten sind, die Definition von Begriffen wie die Strahlqualität, die Beugungsmaßzahl oder das Strahlparameter Produkt, die Wellenlängen, Leistungsklassen und Anwendungsgebiete der wichtigsten industriell relevanten Laser. Auf nächster Kompetenzstufe werden Fertigkeiten geprüft. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass eine Strahldurchrechnung von Gaußstrahlen durchgeführt wird, die optische Stabilität eines Laser-Resonators berechnet wird oder die Anzahl der zu erwartenden longitudinalen Moden bei gegebenem Lasermedium und Resonator-Parametern abgeschätzt wird. Die höchste prüfbare Kompetenzstufe betrifft die Methodenkompetenz. Deren Ausprägung kann überprüft werden, indem ein Anwendungsfall geschildert wird: Aufgaben können sein, für ein Schweiß-Aufgabe in der Produktion, ein Belichtung von Halbleiter-Chips oder eine Augen-OP, ein geeignetes Lasersystem in seinen Grundparametern begründet zu beschreiben und die weitere Vorgehensweise bei der Parametrisierung und Auswahl unter Berücksichtigung von wirtschaftlichen und sicherheitstechnischen Aspekten darzustellen. |
|---|---|
| Mindeststandard | Mindestens 50 % der Fragen richtig beantwortet |
| Prüfungstyp | mündliche Prüfung, strukturierte Befragung |
Lernziele
| Zieltyp | Beschreibung |
|---|---|
| Kenntnisse | Lasertypen und deren Anwendungsbereiche Gaslaser CO2 Laser Excimer Laser Argon-Ionen Laser Farbstofflaser Festkörperlaser Diodenlaser Optische Pumpe Telekommunikation Materialbearbeitung Laserprinzip Absorption, spontane Emission, induzierte Emission Maxwell-Boltzmann Verteilung Inversion 3- und 4-Niveau Systeme Ratengleichungen Transversale Moden Fresnel-Zahl Regime der geometrischen Optik, Fresnel-Beugung und Fraunhofer Beugung Beugungsoperator, Eigenwerte und Eigenfunktionen Laguerre-Gauß und Hermite-Gauß Moden mathematische Beschreibung des Laguerre-Gauß Grundmodes Transversal monomodige Laser Axiale Moden Resonator und stehende Wellen Modenkamm und Verstärkungsbandbreite Fabry-Perot Interferometer, Etalon Frequenz-Bandbreite eines axialen Modes Güte und Finesse Axial monomodige Laser zeitliche Kohärenz, Kohärenzlänge Eigenschaften des Gaußschen Strahls Vollständige Definition über einen einzigen Parameter: Strahlradius oder Rayleighlänge Strahlqualität und Beugungsmaßzahl Beugungsbegrenzung im Sinne der Unschärferelation Ausbreitung des Gaußschen Strahls Strahltransfermatrizen ABCD-Gesetz Rayleighlänge als Ort stärkster Phasenkrümmung Art der - und Gründe für die - Abweichungen der Gaußpropagation von der Propagation geometrisch-optischer Strahlen Resonatordesign g-Parameter Stabilität von Resonatoren als Eigenwertproblem Stabilitätsdiagramm Stabilität und Modenvolumen Falls die Zeit im Semester ausreicht: Ultrakurzpulslaser Lasermaterialien mit großer Vertsärkungsbandbreite Dispersionskompensation Modenkopplung und Kerr-Effekt Harte und weiche Aperturen als modenselektierende Verlustelemente Startmechanismen für Modenkopplung Größenordnungen der physikalischen Eckdaten von Ultrakurzpulslasern mittlere Leistung Puls-Spitzenleistung Intensität Lichtdruck Feldstärke Energieübertrag an Elektronen Licht-Materiewechselwirkung Erwärmen und Aufschmelzen Verdampfen und Sublimieren Photodisruption Elektron-Phonon Wechselwirkungszeit Coulomb Explosion Erzeugung von harter Röntgenstrahlung Kalte Materialbearbeitung und deren Anwendungen |
| Fertigkeiten | Laseraktive Materialien klassifizieren Transversale Moden differenzieren und klassifizieren Güte und Finesse eines Fabry-Perot Interferometers berechnen Ausbreitung von Gaußstrahlen mit ABCD Gesetz berechnen Stabilität eines Resonators berechnen Optische Eckdaten eines Lasers berechnen Für eine vorgegebene Applikation einen geeigneten Laser und ein geeignets optisches System auswählen Alle obige Kenntnisse sollen kein zusammenhangloses Wissen bilden, sondern durch ein tiefes Verständnis der folgenden Dinge miteinander verknüpft sein und Transferleistungen erlauben: - Physik der Entstehung von Laserlicht und dessen physikalischen Eigenschaften - Physik der Laserlicht-Material Wechselwirkung - Beugungstheorie |
Aufwand Präsenzlehre
| Typ | Präsenzzeit (h/Wo.) |
|---|---|
| Vorlesung | 2 |
| Tutorium (freiwillig) | 0 |
Besondere Voraussetzungen
|
keine |
| Begleitmaterial | Skript als herunterladbare Datei |
|---|---|
| Separate Prüfung | Nein |
Lernziele
| Zieltyp | Beschreibung |
|---|---|
| Fertigkeiten | - Laser aufbauen, justieren und zünden. - Einen Aufbau zu Messung transversaler Moden errichten, transversale Moden messen und Strahlqualität sowie Beugungsmaßzahl berechnen - Axiale Moden messen. Bestimmung des freien Spektralbereichs, der spektralen Breite einer Mode, der Verstärkungsbandbreite eines Lasers, dessen Kohärenzlänge - Diodengepumpten Festkörperlaser aufbauen - Einheit zur Frequenzverdopplung aufbauen und mit einem diodengepumpten Festkörperlaser in Betrieb nehmen - Wissenschaftlichen Bericht verfassen Aufgabenbestellung beschreiben Lösungsansatz darstellen Versuchsaufbau erläutern Verarbeitung der Messdaten darlegen Fehlerrechnung durchführen Ergebnis präsentieren und kritisch diskutieren |
Aufwand Präsenzlehre
| Typ | Präsenzzeit (h/Wo.) |
|---|---|
| Praktikum | 2 |
| Tutorium (freiwillig) | 0 |
Besondere Voraussetzungen
|
keine |
| Begleitmaterial |
Anleitungen zu den Versuchen als herunterladbare Dateien. Bedienungsanleitungen zu komplexen Geräten als herunterladbare Dateien. |
|---|---|
| Separate Prüfung | Ja |
Separate Prüfung
| Prüfungstyp | Projektaufgabe im Team bearbeiten (z.B. im Praktikum) |
|---|---|
| Details | 1) Übungsaufgabe mit fachlich / methodisch eigeschränktem Fokus lösen - Vor Antritt des Praktikums sind zu Hause ausgearbeitete Aufgaben vorzulegen. 2) Fachgespräch zu besonderen Fragestellungen - Die Grundideen zum Versuch werden vor dessen Durchführung im Gespräch erfragt. 3) Projektaufgabe (im Team) bearbeiten Je nach Studierendenzahl werden die Versuche alleine (bevorzugt) oder zu zweit durchgeführt. - Versuchsaufbauten müssen selber aufgebaut und justiert werden - Mit den selber errichteten Versuchsaufbauten müssen Messdaten gewonnen werden 4) Anfertigung eines Versuchsprotokolls. Geprüft wird auf - Vollständigkeit - Wissenschaftlichkeit und Präzision der Sprache - Richtigkeit - Verständnis der Zusammenhänge und Interpretation der Ergebnisse |
| Mindeststandard | Alle schriftlichen Aufgaben müssen bearbeitet sein. Die Grundideen des Experimentes müssen verstanden sein. Alle Versuche müssen durchgeführt worden sein Die Versuchsausarbeitungen müssen frei von systematischen Fehlern sein. |
Bei Fehlern, bitte Mitteilung an die
Webredaktion der Fakultät IME
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