Lehrveranstaltungshandbuch Optische Spektroskopie und Anwendungen

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Verantwortlich: Prof. Dr. Michael Gartz

Lehrveranstaltung

Befriedigt Modul (MID)

• aktuelle
  • Ma ET2012 OSA
  • Ma ET2010 OSA

Organisation

Version erstellt 2013-04-29 VID 2 gültig ab WS 2012/13 gültig bis

Bezeichnung Lang Optische Spektroskopie und Anwendungen LVID F07_OSA LVPID (Prüfungsnummer)

Semesterplan (SWS) Vorlesung 2 Übung (ganzer Kurs) Übung (geteilter Kurs) Praktikum Projekt 2 Seminar Tutorium (freiwillig)

Präsenzzeiten Vorlesung 30 Übung (ganzer Kurs) Übung (geteilter Kurs) Praktikum Projekt 30 Seminar Tutorium (freiwillig)

max. Teilnehmerzahl Übung (ganzer Kurs) Übung (geteilter Kurs) Praktikum Projekt 20 Seminar

Gesamtaufwand: 150

Unterrichtssprache

• Deutsch

Niveau

• Master

Notwendige Voraussetzungen

• Geometrische Optik
• Radiometrie, Fotometrie, Strahlungsphysik
• Optische Messtechnik
• Wellenoptik
• Mathematik 1
• Mathematik 2
• Physik 1
• Physik 2

Literatur

• Demtröder, Laser-Spektroskopie, Springer
• Demtröder, Experimentalphysik 2, Springer
• Schmidt Werner, Optische Spektroskopie, Wiley-VCH
• Pedrotti, Pedrotti, Bausch, Schmidt, Optik für Ingenieure, Grundlagen, Springer
• Schröder, Treiber, Technische Optik, Vogel Verlag
• Hecht, Optik, Oldenbourg
• Bergmann, Schaefer, Bd.3, Optik, de Gruyter
• Max Born und Emil Wolf, Principles of Optics, Cambridge University Press

Dozenten

• Prof. Dr. Michael Gartz

Wissenschaftliche Mitarbeiter

• Dipl.-Ing. Anton Kraus

Zeugnistext

Optische Spektroskopie und Anwendungen

Kompetenznachweis

Form
sMP	mündliche Prüfung

Aufwand [h]
sMP	10

Intervall: 3/Jahr

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Lehrveranstaltungselemente

Vorlesung / Übung

Lernziele

Lerninhalte (Kenntnisse)

• Erste Anwendung
  • Schichtdickenmessung mittels optischer Sepktroskopie
    • Messprinzip
    • Aufbau
    • Empfindlichkeit
• Grundlagen der Spektroskopie
  • Dispersion
    • Winkeldispersion
    • lineare Dispersion
  • Prisma
    • Strahlengang im Prisma
    • Dispersion des Prismas
  • Gitter
    • Beugung am Gitter
    • Dispersion am Gitter
    • nutzbarer Spektralbereich des Gitters
    • Gittertypen
      • Transmissionsgitter
      • Reflektionsgitter
      • Echelettegitter
      • konkave Gitter
    • Herstellungsverfahren
      • geritzte Gitter
      • holographische Gitter
    • Beugungseffizienz von Gittern
      • Messung
      • Blaze-Technik
  • Vergleich: Gitter und Prisma
• Aufbau von Spektrometern
  • Aufbau des Monochromators
  • Aufbau des Prismenspektrometers
    • Auflösungsvermögen des Prismenspektromters
    • Strahlengang
  • Aufbau des Gitterspektrometers
    • Auflösungsvermögen des Gitterspektromters
    • Strahlengang
  • Störeffekte im Spektrometer
    • Geisterbilder
    • Streulicht
    • Second Order Effekte
  • Strahlungsquellen
    • Eigenschaften von Strahlungsquellen
    • Thermische Quellen
    • Entladungslampen
    • Leuchtdioden
    • Laser
  • Detektoren / Empfänger
    • Eigenschaften von Empfänger
    • Photodiode
    • CCD / CMOS Zeile / Matrix
    • thermische Detektoren
  • Filter
    • Absorptionsfilter
    • Interferenzfilter
  • Kalibrierung von Spektrometern
    • Wellenlängenkalibrierung
    • Intensitätskalibrierung
• Kenngrößen von Spektrometern
  • Spektrales Auflösungsvermögen
  • Beugungseffizienz
  • freier Spektralbereich
• Kommerzielle Spektrometer
  • UV-Spektrometer
  • VIS-Spektrometer
  • IR- / NIR- Spektrometer
  • Multichannel Spektrometer
• Fourier Spektroskopie
  • Prinzip der Fourier Spektroskopie
  • Fouriertransformation
  • Diskrete Fouriertransformation
  • Fourier Spektrometer
• Anwendungen
  • Raman Spektroskopie
    • Grundlagen
    • Anwendungen der Raman Spektroskopie
  • Farbmessung
    • Transmissionsmessung
    • Remissionsmessung
    • Emissionsmessung
  • Schichtdickenmessung
  • Spektrale Element Analyse
  • (weitere Themen nach Auswahl)

Fertigkeiten

• berechnen
  • der spektralen Auflösung
  • der Winkel- und Linear-Dispersion
  • des freien Spektralbereichs
  • des Arbeitsbereiches beim Chromatischen Längsaberrationssensors
  • der Auflösung beim Lichtschnittsensor
• auswählen
  • eines Spektrometers für eine spezielle Messaufgabe
  • einer Lichtquelle für die Absorptions- und Transmissionsmessung
• bestimmen
  • der Transmissionskurve diverser optischer Bauteile
  • des spektralen Reflektionsgrades
  • der Dicke nicht opaker Schichten
• beurteilen
  • der Empfindlichkeit eines Spektrometers
  • der Verwendbarkeit eines Spektrometers
• analysieren
  • von Messaufgaben aus dem Bereich der optischen Spektroskopie

Begleitmaterial

• elektronisches Skript
• elekronische Vortragsfolien zur Vorlesung

Besondere Voraussetzungen

• keine

Besondere Literatur

• keine

Besonderer Kompetenznachweis

• keiner

Projekt

Lernziele

Fertigkeiten

• Spektrometer Aufbauten justieren
• optische Spektren aufnehmen, auswerten und dokumentieren
• Ergebnisse auf Plausibilität überprüfen
• Zusammenhänge erkennen und verstehen
• Auswählen des Spektrometertyps für eine spezielle Messaufgabe
• Umrechung der verschiedenen spektralen Darstellungsarten

Handlungskompetenz demonstrieren

• analysieren einer spektroskopischen optischen Messaufgabe
  • Eigenständig erkannte Messaufgabe analysieren
  • Vorgegebene Messaufgabe analysieren
• konzipieren eines Lösungansatzes für die analysierte Messaufgabe
  • Berücksichtigung der Laborresourcen
  • Berücksichtigung des verfügbaren Zeitkontingentes
• Präsentation einer Projektskizze
  • Aufgabenstellung beschreiben
  • Lösungsansatz darlegen
• Milestone-Präsentation zur Überprüfung des Projektfortschrittes
  • Aufgabenstellung beschreiben
  • Lösungsansatz darlegen
  • Ergebnisse übersichtlich aufbereitet darstellen
  • Ergebnisse technisch wissenschaftliche diskutieren
• Abschluss-Präsentation mit Darlegung des realisierten Lösungsansatzes
  • Aufgabenstellung beschreiben
  • Lösungsansatz darlegen
  • Ergebnisse übersichtlich aufbereitet darstellen
  • Ergebnisse technisch wissenschaftliche diskutieren
• grundlegende Spektrometer 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
• Komplexe technische Aufgaben im Team bearbeiten
  • Organisieren in Teilaufgaben
  • Messergebnisse diskutieren
  • gegenseitig sinnvoll ergänzen

Begleitmaterial

• mündliche Diskussionen mit Projektbetreuern

Besondere Voraussetzungen

• keine

Besondere Literatur

• (siehe allgemeine Literaturangabe der LV)

Besonderer Kompetenznachweis

Form
sMB	mündlicher Ergebnisbericht in Form von Vorträgen

Beitrag zum LV-Ergebnis
bPA	Projektarbeit benotet, 50%

Intervall: 1/Jahr