Modulhandbuch BaET2012_Wellenoptik


Verantwortlich: Prof. Dr. Michael Gartz

Modul

Anerkennbare Lehrveranstaltung (LV)

Organisation

Bezeichnung
Lang BaET2012_Wellenoptik
MID BaET2012_WO
MPID
Zuordnung
Studiengang BaET2012
Studienrichtung O
Wissensgebiete O_GWO
Einordnung ins Curriculum
Fachsemester 4-5
Pflicht O
Wahl
Version
erstellt 2011-12-08
VID 1
gültig ab WS 2012/13
gültig bis

Zeugnistext

de
Wellenoptik
en
Wave Optics

Unterrichtssprache

Deutsch oder Englisch

Modulprüfung

Form der Modulprüfung
sk Regelfall (bei geringer Prüfungsanzahl: sMP)

Beiträge ECTS-CP aus Wissensgebieten
O_GWO 5
Summe 5

Aufwand [h]: 150


Prüfungselemente

Vorlesung / Übung

Form Kompetenznachweis
bÜA Präsenzübung und Selbstlernaufgaben

Beitrag zum Modulergebnis
bÜA unbenotet

Spezifische Lernziele

Kenntnisse
  • (PFK.1, PFK.2, PFK.3, PFK.4, PFK.5, PFK.7, PFK.11)
    • Licht in Wellenbeschreibung
      • Etwas Optik Geschichte
      • Abgrenzung der Wellenoptik zur Geometrischen Optik
      • Wellengleichung
        • Definition einer Welle
        • Elektrische Feldstärke
        • Magnetische Feldstärke
        • Mathematische Beschreibung der Wellen
        • Harmonische Welle
        • Definition der Intensität
    • Interferenz von Wellen
      • Superpositionsprinzip = lineares System
      • Zweistrahlinterferenz
        • mathematische Beschreibung
        • Michelson-Interferometer
        • Youngscher Doppelspalt Versuch
        • Mach-Zehnder Interferometer
        • Interferenz an dünnen Schichten
    • Kohärenz
      • Definition Kohärenz
      • Zeitliche Kohärenz / spektrale Verteilung
      • Räumliche Kohärenz / geometrische Ausdehnung
      • Kohärenzvolumen
    • Beugung
      • Elementarwellen
      • Huygensches Prinzip
      • Fraunhofer- Beugung
        • Beugung am Spalt
        • Beugung an der Kreisblende
        • Beugung am Gitter
        • Beugung an der Zonenplatte
        • Auflösungsvermögen optischer Instrumente
          • Rayleigh Kriterium
        • Fraunhofer-Beugung als Fourier Transformation
          • Transmissionsfunktion des Spalts
      • Fresnel-Beugung
        • Beugungsregime
        • Fresnel-Beugungsbilder
        • Fresnel Zonen
          • Fresnelsche Zonenplatte
        • Beugung am Spalt
        • Babinetsches Prinzip
    • Polarisation
      • Erzeugung von polarisiertem Licht
        • Brewster Winkel
        • Dichroismus
        • Doppelbrechung
        • Reflektion
        • Streuung
      • linear-, zirkulare-, elliptische Polarisation
      • Darstellung von Polarisationszustände als Überlagerung zweier linear polarisierter Wellen
      • mathematische Berschreibung der Polarisation
        • Jones-Vektoren
        • Jones-Matrizen
      • Polarisations aktive otische Komponenten
    • Fresnelsche Gleichungen
      • Reflexionskoeffizienten
      • Reflexion an optisch dichteren Medien
      • Reflexion an optisch dünneren Medien
      • Phasenänderung bei Reflexion
Fertigkeiten
  • (PFK.1, PFK.2, PFK.3, PFK.4, PFK.5, PFK.7, PFK.8, PFK.11)
    • Berechnen von
      • Feldstärke und Intensität bei Zweistrahlinterferenz
      • Kohärenzlänge
      • Kohärenzzeit
      • spektraler Breite einer Lichtquelle
      • Kontrast
      • Gangunterschied und Phasendifferenz
      • Brechungsindex und Schichtdicke einer Entspiegelungsschicht
      • Jones-Vektoren und Matrizen
      • Reflexionskoeffizienten für senkrechte und parallele Einstrahlung
      • der Gitterkonstante eines harmonischen Gitters
    • definieren von
      • Wellenfunktionen
      • komplexen Wellenfunktionen
    • erzeugen
      • eines harmonischen Gitters
      • von polarisiertem Licht
    • Bestimmen von
      • Polarisationszuständen
      • Farblängsfehler einer Zonenplatte
    • erkennen / benennen
      • der Interferenzerscheinungen bei polarisiertem Licht
      • des Astigmatismus einer Zonenplatte
Handlungskompetenz demonstrieren
  • Lernfähigkeit demonstrieren (PSK.4) (Übungen)
  • Gesellschaftliche und ethische Grundwerte anwenden (PSK.3) (Vorlesung + Übung)
  • Finden sinnvoller Systemgrenzen (PFK.1) (Übungen)
  • Abstrahieren der wesentlichen Aspekte eines fachlichen Problems (PFK.2) (Übung)

Exemplarische inhaltliche Operationalisierung

Aufstellen und definieren von Wellenfunktionen;
Berechnen der Feldstärke und Intensität der Zweistrahlinterferenz;
Berechnen der Kohärenzlänge und Kohärenzzeit für verschiedene Lichtquellen.
Erkennen und verstehen des Zusammenhangs zwischen spektraler Breite einer Lichtquelle und der Kohärenz;
Bestimmung des Kontrastes bei verschiedenen Phasenbeziehungen;
Verstehen der verschiedenen Polarisationszustände der elektromagnetischen Wellen;
Erkennen und identifizieren von Fresnel- und Fraunhofer-Beugung;
Berechnen eines harmonischen Gitters;

Praktikum

Form Kompetenznachweis
bPA Praktikum, möglichst Teamarbeit
sSB schriftlicher Ergebnisbericht

Beitrag zum Modulergebnis
bPA Testat oder benotet, 0…30%

Spezifische Lernziele

Fertigkeiten
  • (PFK.1, PFK.4, PFK.10, PFK.12, PFK.13, PSK.5)
    • optische Aufbauten justieren
    • Messreihen aufnehmen und dokumentieren
    • Diagramme erstellen
    • Ergebnisse auf Plausibilität überprüfen
    • Zusammenhänge erkennen und verstehen
    • Fehlerrechnung
Handlungskompetenz demonstrieren
  • (PFK.3, PFK.4, PFK.5,PFK.6, PFK.7, PFK.10, PFK.11, PFK.12, PFK.13, PFK.14, PSK.1, PSK. 3, PSK.5, PSK.6)
    • grundlegende optische Aufbauten selber realisieren
      • aufbauen
      • justieren
      • Funktionsprüfung durchführen
    • naturwissenschaftlich / technische Gesetzmäßigkeiten mit einem optischen Aufbau erforschen
      • Messreihen planen
      • Fehlereinflüsse abschätzen
      • Tauglichkeit des Aufbaus überprüfen
    • selbst gewonnenen Messreihen auswerten
      • Messwerte graphisch darstellen
      • Implizite Größen aus Messwerten math. korrekt berechnen
      • logische Fehler entdecken und bennen
      • Messwerte mittels vorgegebener Formeln simulieren
    • einen nachvollziehbaren Bericht verfassen
      • Aufgabenstellung beschreiben
      • Lösungsansatz darlegen
      • Ergebnisse übersichtlich aufbereitet darstellen
      • Ergebnisse technisch wissenschaftliche diskutieren
    • Komplexe technische Aufgaben im Team bearbeiten
      • Organisieren in Teilaufgaben
      • Messergebnisse diskutieren
      • gegenseitig sinnvoll ergänzen

Exemplarische inhaltliche Operationalisierung

Aufbau und Justage eines Michelson Interferometers; Bestimmung des Abstandes der beiden Spektrallinien der gelben Quecksilber Doppellinie aus der Kontrastfunktion des Michelson-Interferometers;
Messung der Transmissionsfunktion eines Interferenzfilters; interfereometrische Bestimmung der Dicke einer Glasplatte im µm Bereich;
Messung der Spiegelverschiebung aus der Modulation bei Weißlichtinterferenz;

Aufbau einer optischen Anordnung zur Erzeugung eines harmonischen Gitters, durch die Überlagerung zweier ebener Wellen;
Berechung und Messung der Gitterkonstanten;

Erzeugung von polarisiertem Licht; Beobachtung und Diskussion der Interferenzerscheinungen bei Verwendung von polarisiertem Licht;
Qualitative und quantitative Unterscheidung der Fresnel- und Fraunhofer-beugung am Spalt;
Beobachtung, Messung und Vergleich mit theoretischen Werten der Lage der Fresnelschen Zonen; Beobachtung der Beugung am Doppelspalt;

Bestimmung der charakteristischen Eigenschaften eines Spaltes, Doppelspaltes und Gitters durch Messung der Intensitätsverteilung in der Fourierebene;
Durchführung von Hochpass- und Tielpassfilterung bei Verwendung eines Gitters als Objekt;
Filterung von periodischen Strukturen;

Topic-Revision: r7 - 19 Jul 2018, GeneratedContent
 
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