Modulhandbuch MaET2012_Computersimulation in der Optik

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Verantwortlich: Prof. Dr. Weigand

Modul

Anerkennbare Lehrveranstaltung (LV)

• F07 BS
• F07 OSE

Organisation

Bezeichnung Lang MaET2012_Computersimulation in der Optik MID MaET2012_CSO MPID

Zuordnung Studiengang MaET2012 Studienrichtung O Wissensgebiete O_FVO

Einordnung ins Curriculum Fachsemester 1-2 Pflicht O Wahl

Version erstellt 2013-07-24 VID 6 gültig ab WS 2012/13 gültig bis

Zeugnistext

de

Computersimulation in der Optik

en

Computer Simulation in Optics

Unterrichtssprache

Deutsch 50-70 %Englisch 30-50 %

Modulprüfung

Form der Modulprüfung
sSB	Projektarbeit Modellhafte Konfigurationen von optischen Systemen oder SW-Tools in der Form softwarezpezifischer Dateien, sowie eine entsprechenden Dokumentation

Beiträge ECTS-CP aus Wissensgebieten
O_FVO	5
Summe	5

Aufwand [h]: 150

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Prüfungselemente

Vorlesung / Übung

Form Kompetenznachweis
bÜA	Präsensübung und Selbstlernaufgaben mit individueller Lernstandsrückmeldung

Beitrag zum Modulergebnis
bÜA	unbenotet; intrinsische Voraussetzung für erfolgreiche Bearbeitung von SZ oder PA

Spezifische Lernziele

Kenntnisse

• Verschiedene Konzepte der Modellierung von elektromagnetischer Strahlung in der Optik (PFK.2, PFK.5, PFK.6)
• Konzeption und Definition von Kenngrößen für elektromagnetische Strahlung (PFK.5, PFK.6)
• Konzeption und Definition von Kenngrößen bei Messanordnungen (PFK.5, PFK.6)
• Konzeption und Definition von Kenngrößen bei optischen Systeme (PFK.5, PFK.6)
• Funktionsweise von Simulationssoftware für optische Fragestellungen (PFK.1, PFK.6, PFK.7, PFK.8, PFK.9)

Fertigkeiten

• Modellierung von optischen Fragestellung mit gegebener Simulationssoftware (PFK.1, PFK.6, PFK.7, PFK.8, PFK.9)
• Kalibrierung von Simulationssoftware mittels geeigneter Messanordnungen (PFK.2, PFK.7, PFK.8, PFK.9, PSK.4)
• Anpassung von gegebener Simulationssoftware an spezielle Fragestellungen (PFK.2, PFK.7, PFK.8, PFK.9)
• Entwicklung von Simulationssoftware für optische Fragestellungen (PFK.1, PFK.2, PFK.7, PFK.8, PFK.9)
• Wechselseitige Überprüfung Simulationsergebnisse versus Messergebnisse (PFK.2, PFK.7, PFK.8, PFK.9, PSK.4)
• Erfolgreicher Einsatz von Simulationssoftware zur praxisnahen Problemlösung (PFK.1, PFK.2, PFK.7, PFK.8, PFK.9, PFK.10)

Exemplarische inhaltliche Operationalisierung

Modellierung von optischen Systemen oder optischen Konfigurationen, die als exemplarische Laboraufbauten vorliegen, mittels Simulationssoftware. Geigente Modifizierung von Simulationsskripten und / oder Laboraufbauten zur Realisierung von validen Simulations- und Messergebnissen. Exemplarische Verifikation physikalischer, mathematisch-analytischer und mathematisch-numerischer Modelle durch Abgleich von Simulation und Messung am Beispiel optischer Fragestellungen.

Praktikum

Form Kompetenznachweis
bSZ	SW- und ggf. HW-Praktikum mit Anwendungsszenario, Einzelarbeit
bPA	SW- und ggf. HW-Praktikum mit Anwendungsszenario, Gruppenarbeit (alternativ)
sMB	Ergebnispräsentationen zu bSZ (oder alternativ zu bPA)
sSB	Projektarbeit Modellhafte Konfigurationen von optischen Systemen oder SW-Tools in der Form softwarezpezifischer Dateien, sowie eine entsprechenden Dokumentation

Beitrag zum Modulergebnis
sMB	zu bSZ (oder alternativ zu bPA) 0...20%
sSB	zu bSZ (oder alternativ zu bPA) 80...100%

Spezifische Lernziele

Fertigkeiten

• Selbständige Erarbeitung / Programmierung von Simulationsskripten (PFK.1, PFK.2, PFK.7, PFK.8, PFK.9)
• Kallibrierung von Simulationsskripten durch geeignete Messungen an generischen Versuchsanordnungen (PFK.2, PFK.7, PFK.8, PFK.9, PSK.4)

Handlungskompetenz demonstrieren

• Erfolgreicher Einsatz von Simulationssoftware zur Auslegung realer optischer Systeme, bzw. zur Simulation optischer Konfigurationen und Dokumentation derselben (PFK.1, PFK.2, PFK.4, PFK.6, PFK.7, PFK.8, PFK.9, PFK.10, PFK.11, PSK.4)
• Programmierung von Erweiterungen für bestehende Simulationssoftware, angepasst an reale optische Systeme, wie beispielsweise Schnittstellen zwischen optischen und mechanischen und / oder optischen und elektronischen Systemen incl. Erstellung zugehöriger Dokumentation (PFK.1, PFK.2, PFK.4, PFK.5, PFK.6, PFK.7, PFK.8, PFK.9, PFK.10, PFK.11, PSK.1, PSK.4)

Exemplarische inhaltliche Operationalisierung

Einsatz einer professionellen Optik-Simulations-Software, die die Auslegung realer optischer Systeme, bzw. die Simulation optischer Konfigurationen erlaubt, z.B. ZEMAX, FRED, LightTools, TracePro, sowie Einsatz von Software zur Automatisierung von Simulationen und zur grafischen Analyse numerischer Ergebnisse wie Scilab, Matlab o.ä.. Die verwendete Software wird als Tool zur Lösung realitätsnaher Fragestellungen aus der Optik genutzt. Beispielhafte Fragestellungen bestehen in der Simulation von komplexen  Beleuchtungskonfigurationen in der Allgemeinbeleuchtung und der Auslegung von Beleuchtungssystemen z.B. für die Mikroskopie oder Mikrolithographie. Ferner sind physikalisch-optische Simulationen denkbar. Weiter ist die Programmierung von Simulationstools möglich, die als Stand-Allone-Programme oder in Kombination mit kommerziellen SW-Tools Verwendung finden.

Der Leistungsnachweis wird durch die Anfertigung einer Projektarbeit erbracht. Die Projektarbeit wird in der Präsenz des Praktikums begonnen und betreut. Zusätzlich erfolgt außerhalb der Präsenz eine Betreuung der Projektarbeit, ähnlich der Betreuung von Abschlussarbeiten.

Das Modul CSO besitzt zwei unterschiedliche Ausprägungen: Bei der LV Beleuchtungssimulation liegt der Schwerpunkt der Projektarbeit auf der Problemlösung optischer, meist beleuchtungsoptischer Fragestellungen, mit vorhandenen Simulationstools, während bei der LV Optik-Softwareentwicklung der Schwerpunkt der Arbeit auf der Neu- oder Weiterentwicklung von Simulationstools liegt.