Lehrveranstaltungshandbuch Wellenoptik

---

Verantwortlich: Prof. Dr. Michael Gartz

Lehrveranstaltung

Befriedigt Modul (MID)

• aktuelle
  • Ba ET2012 WO
  • Ba ET2010 WO

Organisation

Version erstellt 2012-01-05 VID 1 gültig ab WS 2012/13 gültig bis

Bezeichnung Lang Wellenoptik LVID F07_WO LVPID (Prüfungsnummer)

Semesterplan (SWS) Vorlesung 2 Übung (ganzer Kurs) 1 Übung (geteilter Kurs) Praktikum 2 Projekt Seminar Tutorium (freiwillig)

Präsenzzeiten Vorlesung 30 Übung (ganzer Kurs) 15 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

• Geometrische Optik
• Mathematik 1
• Mathematik 2
• Physik 1
• Physik 2
• elementare Geometrie

Literatur

• Pedrotti, Pedrotti, Bausch, Schmidt: Optik für Ingenieure. Grundlagen (Springer)
• 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

Wellenoptik

Kompetenznachweis

Form
sK	Klausur

Aufwand [h]
sK	10

Intervall: 3/Jahr

---

Lehrveranstaltungselemente

Vorlesung / Übung

Lernziele

Lerninhalte (Kenntnisse)

• 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

• 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

Begleitmaterial

• elektronisches Skript
• gedrucktes Skript
• elekronische Vortragsfolien zur Vorlesung
• elektronische Übungsaufgabensammlung

Besondere Voraussetzungen

• keine

Besondere Literatur

• keine

Besonderer Kompetenznachweis

• keiner

Praktikum

Lernziele

Fertigkeiten

• optische Aufbauten justieren
• Messreihen aufnehmen und dokumentieren
• Diagramme erstellen
• Ergebnisse auf Plausibilität überprüfen
• Zusammenhänge erkennen und verstehen
• Fehlerrechnung

Handlungskompetenz demonstrieren

• 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

Begleitmaterial

• Schriftliche Anleitungen zu den Versuchen

Besondere Voraussetzungen

• keine

Besondere Literatur

• (siehe allgemeine Literaturangabe der LV)

Besonderer Kompetenznachweis

Form
bPA	Praktkumsversuche, möglichst Teamarbeit
sSB	schriftlicher Ergebnisbericht

Beitrag zum LV-Ergebnis
bPA	Testat oder benotet, 0...30%

Intervall: 1/Jahr