Modul
HO - Holografie
Bachelor Elektrotechnik 2020
PDF Studiengangsverzeichnis Studienverlaufspläne Bachelor Elektrotechnik
Version: 1 | Letzte Änderung: 19.09.2019 15:04 | Entwurf: 0 | Status: vom Modulverantwortlichen freigegeben | Verantwortlich: Altmeyer
| Anerkannte Lehrveranstaltungen | HO_Altmeyer |
|---|---|
| Fachsemester | 6 |
| Dauer | 1 Semester |
| ECTS | 5 |
| Zeugnistext (de) | Holografie |
| Zeugnistext (en) | Holography |
| Unterrichtssprache | deutsch oder englisch |
| abschließende Modulprüfung | Ja |
Inhaltliche Voraussetzungen
Handlungsfelder
Qualitätskontrolle von Produkten und Prozessen, Mess- und Prüftechnologien, Zertifizierungsprozesse.
Produktion: Planung, Konzeption, Instandhaltung, Überwachung und Betrieb.
Modulprüfung
| Benotet | Ja | |
|---|---|---|
| Frequenz | Jedes Semester | |
Prüfungskonzept
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 Definition von dicken oder dünnen Gittern, die Formulierung der Gittergleichung für dicke Gitter bei verschiedenen Winkelverhältnissen, der Zahlenwert der Beugungseffizienz von Amplituden- und Phasenhologrammen.
Auf nächster Kompetenzstufe werden Fertigkeiten geprüft. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass bei einer gegebenen Geometrie in einem holografischen Aufbau die Lage der verschiedenen Beungungsordnungen ermittelt wird, die Beugungseffizienz der einzelnen Beugungsordnungen in einem dünnen Phasenhologramm berechnet wird, die Kohärenzanforderung eines holografischen Aufbaus in eine maximal zulässige Linienbreite des Lasers umgerechnet wird oder geschildert wird, auf welche Details beim Errichten eines holografischen Aufbaus geachtet werden muss.
Die höchste prüfbare Kompetenzstufe betrifft die Methodenkompetenz. Deren Ausprägung kann überprüft werden, indem ein Anwendungsfall geschildert wird: Aufgaben können sein einen Aufbau zur Aufnahme digitaler Hologramme für eine technische dreidimensionale Formvermessung zu konzipieren, einen Algorithmus zur Berechnung digitaler Hologramme in den Grundzügen zu entwerfen, oder Verfahren zu skizzieren, mit denen bestehende Hologramme so umkopiert werden können, dass die nicht mehr mit Laserlicht sondern mit Weißlicht rekonstruiert werden können.
Learning Outcomes
Das Modul vermittelt Kompetenzen zur Konzepzionierung (K.1, K.8, K.9), Auslegung (K.5, K.9, K.11, K.12, K.15 ), Analyse (K.2, K.3, K.7, K.11, K.14) und Überprüfung (K.4, K.10, K.11) von digitalen und analogen Hologrammen sowie Aufbauten zu derer Herstellung und Rekonstruktion sowei Rechenverfahren zu deren Berechnung und numerischen Rekonstruktion unter besonderer Berücksichtigung der zugrunde liegenden physikalischen Wirkprinzipien.
Vorlesungsbegleitend findet ein projektnahes Praktikum statt. Sprachliche Kompetenzen (K.21) zur präzisen Darstellung technisch komplexer Zusammenhänge (K.13) werden durch eine ausführliche, verpflichtende schriftliche Vorbereitung geschult. Die Diskussion der Ergebnisse im Plenum der Praktikumsgruppen vermittelt Bewertungskompetenzen (K.14).
Feste Zeitvorgaben und Termine für die Vorbereitung und die verpflichtende vorbereitende Ausarbeitung sowie Darstellung der Ergebnisse befördern die Selbstorganisation (K.20).
Womit:
Der Dozent vermittelt neben Wissen und Fertigkeiten in einer Vorlesung mit integrierten kurzen Übungsteilen die Kompetenz, verschiedene Eigenschaften von Hologrammen, Aufbauten zur Herstellung und Rekonstruktion von Hologrammen sowie Algorithmen zu deren Berechnung und Rekonstruktion auf physikalischen Zusammenhänge zurückführen zu können. Weiterhin wird ein Praktikum durchgeführt, welches projektartigen Charakter hat: Neben einer schriftlichen Vorbereitung sind Aufbauten für die Belictung und Rekonstruktion von Holgrammen selber aufzubauen und zu justieren und mit ihnen Versuche durchzuführen.
Wozu:
Kompetenzen im Verständnis, des Entwurfes, der Entwicklung, der Analyse und der Überprüfung von Hologrammen und holografischen Aufbauten ist für einen Anteil Personen, die im Bereich der Optischen Technologien bzw. Photonik tätig sein wollen, von großer Bedeutung. Dies betrifft HF 1, HF 2 und HF 3 gleichermaßen. Einige Beispiele zur Erläuterung des Einsatzes von Hologrammen in der Industrie, da Hologramme oft fälschlicherweise nur mit 3D Bildern in Verbindung gebracht werden: Feuchtegehalt von Flugbenzin wird mit Hologrammen gemessen, Größen- und Geschwindigkeitsverteilungen in medizinischen und technischen Sprays werden holografisch bestimmt, Sicherheitsmerkmale von Geldscheinen und potentiell gefälschten Produkten werden holografisch erstellt, kompakt bauende Objektive enthalten holografische Elemente, in der Lasermaterialbearbeitung werden zur flexiblen Strahlformung digitale Hologramme eingesetzt, holografische head-up displays sind in der Entwicklung.
Kompetenzen
Vermittelte Kompetenzen
Naturwissenschaftliche Phänomene in Realweltproblemen erkennen und erklären
MINT Modelle nutzen
MINT-Grundwissen benennen und anwenden
Technische Zusammenhänge darstellen und erläutern
Finden sinnvoller Systemgrenzen
Erkennen, Verstehen und analysieren technischer Zusammenhänge
Technische Systeme analysieren
Betriebswirtschaftliches und rechtliches Grundwissen benennen, erklären und anwenden
Technische Systeme entwerfen
Technische Systeme realisieren
Technische Systeme prüfen
Arbeitsergebnisse bewerten
Komplexe technische Aufgaben im Team bearbeiten
Inhaltliche Voraussetzungen
Handlungsfelder
Qualitätskontrolle von Produkten und Prozessen, Mess- und Prüftechnologien, Zertifizierungsprozesse.
Produktion: Planung, Konzeption, Instandhaltung, Überwachung und Betrieb.
Learning Outcomes
Das Modul vermittelt Kompetenzen zur Konzepzionierung (K.1, K.8, K.9), Auslegung (K.5, K.9, K.11, K.12, K.15 ), Analyse (K.2, K.3, K.7, K.11, K.14) und Überprüfung (K.4, K.10, K.11) von digitalen und analogen Hologrammen sowie Aufbauten zu derer Herstellung und Rekonstruktion sowei Rechenverfahren zu deren Berechnung und numerischen Rekonstruktion unter besonderer Berücksichtigung der zugrunde liegenden physikalischen Wirkprinzipien.
Vorlesungsbegleitend findet ein projektnahes Praktikum statt. Sprachliche Kompetenzen (K.21) zur präzisen Darstellung technisch komplexer Zusammenhänge (K.13) werden durch eine ausführliche, verpflichtende schriftliche Vorbereitung geschult. Die Diskussion der Ergebnisse im Plenum der Praktikumsgruppen vermittelt Bewertungskompetenzen (K.14).
Feste Zeitvorgaben und Termine für die Vorbereitung und die verpflichtende vorbereitende Ausarbeitung sowie Darstellung der Ergebnisse befördern die Selbstorganisation (K.20).
Womit:
Der Dozent vermittelt neben Wissen und Fertigkeiten in einer Vorlesung mit integrierten kurzen Übungsteilen die Kompetenz, verschiedene Eigenschaften von Hologrammen, Aufbauten zur Herstellung und Rekonstruktion von Hologrammen sowie Algorithmen zu deren Berechnung und Rekonstruktion auf physikalischen Zusammenhänge zurückführen zu können. Weiterhin wird ein Praktikum durchgeführt, welches projektartigen Charakter hat: Neben einer schriftlichen Vorbereitung sind Aufbauten für die Belictung und Rekonstruktion von Holgrammen selber aufzubauen und zu justieren und mit ihnen Versuche durchzuführen.
Wozu:
Kompetenzen im Verständnis, des Entwurfes, der Entwicklung, der Analyse und der Überprüfung von Hologrammen und holografischen Aufbauten ist für einen Anteil Personen, die im Bereich der Optischen Technologien bzw. Photonik tätig sein wollen, von großer Bedeutung. Dies betrifft HF 1, HF 2 und HF 3 gleichermaßen. Einige Beispiele zur Erläuterung des Einsatzes von Hologrammen in der Industrie, da Hologramme oft fälschlicherweise nur mit 3D Bildern in Verbindung gebracht werden: Feuchtegehalt von Flugbenzin wird mit Hologrammen gemessen, Größen- und Geschwindigkeitsverteilungen in medizinischen und technischen Sprays werden holografisch bestimmt, Sicherheitsmerkmale von Geldscheinen und potentiell gefälschten Produkten werden holografisch erstellt, kompakt bauende Objektive enthalten holografische Elemente, in der Lasermaterialbearbeitung werden zur flexiblen Strahlformung digitale Hologramme eingesetzt, holografische head-up displays sind in der Entwicklung.
Kompetenzen
| Kompetenz | Ausprägung |
|---|---|
| Abstrahieren | Vermittelte Kompetenzen |
| Naturwissenschaftliche Phänomene in Realweltproblemen erkennen und erklären | Vermittelte Kompetenzen |
| MINT Modelle nutzen | Vermittelte Kompetenzen |
| MINT-Grundwissen benennen und anwenden | Vermittelte Kompetenzen |
| Technische Zusammenhänge darstellen und erläutern | Vermittelte Kompetenzen |
| Finden sinnvoller Systemgrenzen | Vermittelte Kompetenzen |
| Erkennen, Verstehen und analysieren technischer Zusammenhänge | Vermittelte Kompetenzen |
| Technische Systeme analysieren | Vermittelte Kompetenzen |
| Betriebswirtschaftliches und rechtliches Grundwissen benennen, erklären und anwenden | Vermittelte Kompetenzen |
| Technische Systeme entwerfen | Vermittelte Kompetenzen |
| Technische Systeme realisieren | Vermittelte Kompetenzen |
| Technische Systeme prüfen | Vermittelte Kompetenzen |
| Arbeitsergebnisse bewerten | Vermittelte Kompetenzen |
| Komplexe technische Aufgaben im Team bearbeiten | Vermittelte Kompetenzen |
Exemplarische inhaltliche Operationalisierung
Gittertheorie
Grundeigenschaften von Hologrammen
Reproduktion der Phase
Viewbox
Hologrammklassen
Amplitudenhologramme
Phasenhologramme
Reflexionshologramme
Transmissionshologramme
Totalreflexionshologramme
Fourier-Hologramme
Weißlichthologramme
Holografie-Verfahren
Denisjuk Hologramme
Seitenband Hologramme
Wellenlängen Multiplexing
Winkel Multiplexing
Digitale Holografie
digitale Aufnahme analoger Hologramme
Berechnung von Hologrammen
Kopierverfahren für Hologramme
Kontaktkopie
Kopien mit Bildortverlagerung
Weißlichtkopie
Regenbogenkopie
Anwendungen der Holografie
Messtechnik
Sicherheitstechnik
Entwurf kompakter Optiken
digitalisiert flexible Optiken
Separate Prüfung
keine
Exemplarische inhaltliche Operationalisierung
Optischen Aufbau zur Erzeugung einer phasenreinen Kugelwelle sowie ebenen Welle konzipieren, aufbauen und justieren
Optischen Aufbau für die Belichtung und Rekonstruktion eines Denisjuk Hologramms konzipieren, aufbauen und justieren und Denisjuk Hologramm belichten und rekonstruieren.
Opischen Aufbau zur Belichtung von Zonenplatten konzipieren, aufbauen und justieren und on- und off-axis Zonenplatten belichten und rekonstruieren.
Optischen Aufbau zur Belichtung von holografischen Gittern konzipieren, aufbauen und justieren und Gitter belichten.
Optischen Aufbau für Seitenband Hologramm konzipieren, aufbauen und justieren. Seitenband Hologramm belichten und rekonstruieren.
Optischen Aufbau für Regenbogenkopie konzipieren, aufbauen und justieren. Regenbogenkopie
belichten und rekonstruieren.
Algorithmus zur Berechnung digitaler Hologramme entwerfen und implementieren. Hologramm berechnen und auf räumlichem Lichtmodulator ausspielen.
Separate Prüfung
| Benotet | Nein | |
|---|---|---|
| Frequenz | undefined | |
| Voraussetzung für Teilnahme an Modulprüfung | Ja | |
Prüfungskonzept
Kenntnisse und Fertigkeiten:
Vor Antritt des Praktikums sind vergleichsweise aufwändige, zur Hause fertig ausgearbeitete Aufgaben vorzulegen. Die Aufgaben enthalten Fragen zu Versuch und z.T. aufwändige Berechnungen, die das Finden eines geeigneten Ansatzes (Methodenkompetenz) voraussetzen.
Die Vorbereitungen werden im Plenum der Praktikumsgruppe besprochen und von den Studierenden an einer Tafel im Laborraum vorgerechnet und erläutert. Die Grundideen zu den jeweiligen Versuchen werden erfragt und diskutiert.
Die Studierenden werden während des Errichtens der Aufbauten und Durchführung der Belichtungen und Rekonstruktionen eng begleitet, nicht zuletzt um die Restrisiken im Hinblick auf den Laserstrahlenschutz zu minimieren.
Methoden :
Die vorbereitenden Aufgaben könnnen durch ihre Ausgestaltung auch Methodenkompetenz abprüfen. Dies ist hier insbesondere dann der Fall, wenn die Studierenden selber Ansätze für die Lösung finden müssen.
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