Lehrveranstaltungshandbuch Lasertechnik

Verantwortlich: Prof. Dr. Stefan Altmeyer

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Lehrveranstaltung

Befriedigt MID

• aktuelle
  • Ba ET2012 LT
  • Ba ET2010 LT
• auslaufende
  • Diplom ET DPO3 Bauelemente der Optik

Organisation

Version erstellt 2011-12-02 VID 1 gültig ab WS 2012/13 gültig bis

Bezeichnung Lang Lasertechnik LVID F07_LT LVPID (Prüfungsnummer)

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

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

max. Teilnehmerzahl Übung (ganzer Kurs) Übung (geteilter Kurs) Praktikum 15 Projekt Seminar

Gesamtaufwand: 150

Unterrichtssprache

• Deutsch

Niveau

• Bachelor

Notwendige Voraussetzungen

• Matrizenrechnung
• Differentialrechnung
• Integralrechnung
• Grundkentnisse geometrische Optik
• Grundkenntisse Wellenoptik

Literatur

• Eichler, Eichler: Laser - Bauformen, Strahlführung, Anwendungen (Springer)
• Poprawe: Lasertechnik (Copy-Shop AC-UNI-COPY)
• Pedrotti, Pedrotti, Bausch, Schmidt: Optik für Ingenieure. Grundlagen (Springer)

Dozenten

• Prof. Dr. Stefan Altmeyer

Wissenschaftliche Mitarbeiter

• keiner

Zeugnistext

Lasertechnik

Kompetenznachweis

Form
smP	Regelfall (bei großer Prüfungszahl: sK)

Aufwand [h]
smP	15

Intervall:

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Lehrveranstaltungselemente

Vorlesung

Lernziele

Lerninhalte (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 ohne Resonator
• 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 Gaußpropagationvon der Propagation geometrisch-optischer Strahlen
• Resonatordesign
  • g-Parameter
  • Stabilität von Resonatoren als Eigenwertproblem
  • Stabilitätsdiagramm
  • Stabilität und Modenvolumen
• 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

• Für eine vorgegebene Applikation einen geeigneten Laser auswählen
• Laseraktive Materialien klassifizieren
• Ttransversale 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

Begleitmaterial

• elektronisches Skript

Besondere Voraussetzungen

• keine

Besondere Literatur

• keine

Besonderer Kompetenznachweis

Form
bÜA	begeleitend Übungsaufgaben

Beitrag zum LV-Ergebnis

Intervall:

Praktikum

Lernziele

Fertigkeiten

• optische Aufbauten justieren
• Messreihen aufnehmen und dokumentieren
• mit kommerzielle Softwarepaketen
  • Messdaten auswerten
  • Daten graphisch aufbereiten

Handlungskompetenz demonstrieren

• Laser aufbauen, justieren und zünden
• Transversale Moden messen
• Strahlqualität und Beugungsmaßzahl aus Modenmessung berechnen
• axiale Moden messen
  • freier Spektralbereich des Resonators
  • spektrale Breite der axialen Moden
  • Verstärkungsbandbreite des Lasers
• Güte und Finesse eines Resonators bestimmen
• Diodengepumpten Festkörperlaser aufbauen
• Frequenzverdopplung eines Lasers aufbauen
• Wissenschaftlichen Bericht verfassen
  • Aufgabenbestellung beschreiben
  • Lösungsansatz darstellen
  • Versuchsaufbau erläutern
  • Verarbeitung der Messdaten darlegen
  • Ergebnis präsentieren unf kritisch diskutieren

Begleitmaterial

• Schriftliche Anleitungen zu den Versuchen
• Bedienungsanleitungen zu komplexen Geräten

Besondere Voraussetzungen

• keine

Besondere Literatur

• keine

Besonderer Kompetenznachweis

Form
bFG	Fachgespräch vor jedem Versuch
bPA	Praktkumsversuche (zu zweit) durchführen
bSB	Schriftlicher Bericht zu jedem Versuch

Beitrag zum LV-Ergebnis
bPA	Testat
bSB	Testat

Intervall: 1/Jahr