Modulhandbuch BaET2012_Optische Messtechnik

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Verantwortlich: Prof. Dr. Michael Gartz

Modul

Anerkennbare Lehrveranstaltung (LV)

• F07 OMT

Organisation

Bezeichnung Lang BaET2012_Optische Messtechnik MID BaET2012_OMT MPID

Zuordnung Studiengang BaET2012 Studienrichtung O Wissensgebiete O_WMO

Einordnung ins Curriculum Fachsemester 5-6 Pflicht Wahl WPA

Version erstellt 2011-12-08 VID 1 gültig ab WS 2012/13 gültig bis

Zeugnistext

de

Optische Messtechnik

en

Optical Metrology

Unterrichtssprache

Deutsch oder Englisch

Modulprüfung

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

Beiträge ECTS-CP aus Wissensgebieten
O_WMO	5
Summe	5

Aufwand [h]: 150

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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)
  • Optische Detektoren
    • Photodiode
      • optische Eigenschaften
        • spektrale Empfindlichkeit
        • Detektivität
        • Rauschen
        • zeitlicher Response
      • elektrische Kenngrößen
        • Photostrom
        • Kapazität
        • Sättigungsspannung
        • Empfindlichkeit / Wirkungsgrad
      • Beschaltungen
        • Elementbetrieb
        • vorgespannter Betrieb
    • Avalanchediode
      • optische Eigenschaften
        • spektrale Empfindlichkeit
        • Detektivität
        • Rauschen
        • zeitlicher Response
      • elektrische Kenngrößen
        • Photostrom
        • Kapazität
        • Sättigungsspannung
        • Empfindlichkeit / Wirkungsgrad
      • Beschaltungen
        • Elementbetrieb
        • vorgespannter Betrieb
    • Photomultiplier
      • optische Eigenschaften
        • spektrale Empfindlichkeit
        • Detektivität
        • Rauschen
        • zeitlicher Response
      • elektrische Kenngrößen
        • Photostrom
        • Kapazität
        • Empfindlichkeit / Wirkungsgrad
      • Beschaltungen
  • Reflektometrie
    • Fresnelsche Formeln
    • komplexer Brechungsindex
    • Entspiegelungsschichten
    • Dielektrische Spiegel
    • Brechungsindexbestimmung über Reflektion und Transmisssion
    • Ellipsometrie
  • Spektroskopie
    • Spektrometertypen
      • Prismenspektrometer
      • Gitterspektrometer
      • Fourierspektrometer
    • Winkel- und Lineardispersion
    • Spektrale Auflösung
    • Kalibrierung und Normierung
    • Emissionsspektrokopie
    • Absorptionsspektroskopie
    • Anwendungen der Spektroskopie
      • Spektrale Messung / Farbmessung
      • Berührungslose Schichtdickenmessung
      • Elementanalyse
  • Vielstrahlinterferenz
    • Fabry-Perot-Interferometer
    • hochauflösende Emissionsspektroskopie
    • Lasermoden / Laserresonator
    • freier Spektralbereich
    • Interferenzfilter
  • Lichtwellenleiter
    • Prinzip der Lichtleitung
      • Total Reflektion
      • Aufbau des Lichtleiters
        • Monomodefaser
        • Multimodefaser
        • Stufenindexfaser
        • Gradientenindexfaser
      • Apertur
      • Materialien des Lichtleiters
      • Dämpfung
      • Bandbreite
    • GRIN Optik
  • Optische Messsysteme
    • Lichtschranke
      • Aufbau
        • Transmissionslichtschrank
        • Reflektionslichtschranke
        • Laserlichtschranke
      • Betriebsparameter
      • Anwendungen
        • Sicherheitstechnik
        • Geschwindigkeitsmessungen
        • Automatisierung

Fertigkeiten

• (PFK.1, PFK.2, PFK.3, PFK.4, PFK.5, PFK.7, PFK.8, PFK.9, PFK.11)
  • Berechnen
    • des Reflektionsvermögens
    • der Schichtdicke aus spektralen Messungen
    • der Brechzahl mit Hilfe der Ellipsometrie
  • Charakterisieren
    • der spektralen Responsfunktion von optischen Empfängern
    • des Zeitverhaltens von Detektoren
  • Auswählen von
    • Spektrometersystemen für eine vorgegebene Messaufgabe
    • Photodioden für spezielle Anwendungsfälle
    • Lichtleitertypen für geforderte Anwendung
  • Beurteilen
    • der Messgenauigkeit von optischen Messungen
    • der Verwendbarkeit verschiedener Detektoren für optische Messaufgaben
  • erkennen
    • von Messanforderungen
  • benennen
    • von Lösungsansätzen für erkannte optische Messanforderungen

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

Berechnen des Reflektionsvermögens aus Brechzahl und Schichtdicke;
Bestimmung der Schichtdicke aus Spektralen Messungen;
Erkennen und Verstehen des Zeitverhaltens von optischen Detektoren;
Auswählen von Lichtleitern für spezielle Aufgaben der optischen Messtechnik;
Beurteilen der Messgenauigkeit von optischen Messsystemen;
Charakterisieren von verschiedenartigen Spektrometersystemen;

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
  • Messung mit dem Oszilloskop
  • 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.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

Messung der Transmissionseigenschaften von Filtern mit Hilfe von Spektrometern;
Kalibrierung des Spektrometers für die Messung von Lichtquellen;
Messung und Besimmung der Schichtdicke und Brechzahl einer dünnen transparenten Schicht;
Vergleich der Messwerte mit theoretischen Werten;

Aufbau eines Photodioden basierten optischen Messsystems;
Messung der Lichtgeschwindigkeit und Diskussion der Messgenauigkeit;

Inbetriebnahme und Justage eines Zweistrahlinterferometers;
Bestimmung der Brechzahl von Luft mit Hilfe eine Zweistrahlinterferometers;