Lehrveranstaltung
LT - Lasertechnik
PDF Lehrveranstaltungsverzeichnis English Version: LT
Version: 1 | Letzte Änderung: 19.09.2019 15:08 | Entwurf: 0 | Status: vom verantwortlichen Dozent freigegeben
| Langname | Lasertechnik |
|---|---|
| Anerkennende LModule | LT_BaET, LT_BaOPT |
| Verantwortlich |
Prof. Dr. Stefan Altmeyer
Professor Fakultät IME |
| Niveau | Bachelor |
| Semester im Jahr | Wintersemester |
| Dauer | Semester |
| Stunden im Selbststudium | 78 |
| ECTS | 5 |
| Dozenten |
Prof. Dr. Stefan Altmeyer
Professor Fakultät IME |
| Voraussetzungen | Mthematik: Matrizenrechnung Differentialrechnung Integralrechnung Physik / Optik: Grundkentnisse geometrische Optik Grundkenntisse Wellenoptik |
| Unterrichtssprache | deutsch |
| separate Abschlussprüfung | Ja |
Literatur
Eichler, Eichler: Laser - Bauformen, Strahlführung, Anwendungen (Springer)
Poprawe: Lasertechnik (Copy-Shop AC-UNI-COPY)
Pedrotti, Pedrotti, Bausch, Schmidt: Optik für Ingenieure. Grundlagen (Springer)
Poprawe: Lasertechnik (Copy-Shop AC-UNI-COPY)
Pedrotti, Pedrotti, Bausch, Schmidt: Optik für Ingenieure. Grundlagen (Springer)
Abschlussprüfung
Details
So weit die Prüfungszahl nicht zu groß ist, wird eine mündliche Prüfung gegenüber einer schriftlichen Prüfung bevorzugt.In der Prüfung werden auf unterstem Kompetenzniveau Kenntnisse abgefragt. Dies sind beispielsweise die Baugruppen, die in
jedem Laser enthalten sind, die Definition von Begriffen wie die Strahlqualität, die Beugungsmaßzahl oder das Strahlparameter Produkt, die Wellenlängen, Leistungsklassen und Anwendungsgebiete der wichtigsten industriell relevanten Laser.
Auf nächster Kompetenzstufe werden Fertigkeiten geprüft. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass eine Strahldurchrechnung von Gaußstrahlen durchgeführt wird, die optische Stabilität eines Laser-Resonators berechnet wird oder die Anzahl der zu erwartenden longitudinalen Moden bei gegebenem Lasermedium und Resonator-Parametern abgeschätzt wird.
Die höchste prüfbare Kompetenzstufe betrifft die Methodenkompetenz. Deren Ausprägung kann überprüft werden, indem ein Anwendungsfall geschildert wird: Aufgaben können sein, für ein Schweiß-Aufgabe in der Produktion, ein Belichtung von Halbleiter-Chips oder eine Augen-OP, ein geeignetes Lasersystem in seinen Grundparametern begründet zu beschreiben und die weitere Vorgehensweise bei der Parametrisierung und Auswahl unter Berücksichtigung von wirtschaftlichen und sicherheitstechnischen Aspekten darzustellen.
Mindeststandard
Mindestens 50 % der Fragen richtig beantwortetPrüfungstyp
So weit die Prüfungszahl nicht zu groß ist, wird eine mündliche Prüfung gegenüber einer schriftlichen Prüfung bevorzugt.In der Prüfung werden auf unterstem Kompetenzniveau Kenntnisse abgefragt. Dies sind beispielsweise die Baugruppen, die in
jedem Laser enthalten sind, die Definition von Begriffen wie die Strahlqualität, die Beugungsmaßzahl oder das Strahlparameter Produkt, die Wellenlängen, Leistungsklassen und Anwendungsgebiete der wichtigsten industriell relevanten Laser.
Auf nächster Kompetenzstufe werden Fertigkeiten geprüft. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass eine Strahldurchrechnung von Gaußstrahlen durchgeführt wird, die optische Stabilität eines Laser-Resonators berechnet wird oder die Anzahl der zu erwartenden longitudinalen Moden bei gegebenem Lasermedium und Resonator-Parametern abgeschätzt wird.
Die höchste prüfbare Kompetenzstufe betrifft die Methodenkompetenz. Deren Ausprägung kann überprüft werden, indem ein Anwendungsfall geschildert wird: Aufgaben können sein, für ein Schweiß-Aufgabe in der Produktion, ein Belichtung von Halbleiter-Chips oder eine Augen-OP, ein geeignetes Lasersystem in seinen Grundparametern begründet zu beschreiben und die weitere Vorgehensweise bei der Parametrisierung und Auswahl unter Berücksichtigung von wirtschaftlichen und sicherheitstechnischen Aspekten darzustellen.
Lernziele
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
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 Gaußpropagation von der
Propagation geometrisch-optischer Strahlen
Resonatordesign
g-Parameter
Stabilität von Resonatoren als Eigenwertproblem
Stabilitätsdiagramm
Stabilität und Modenvolumen
Falls die Zeit im Semester ausreicht:
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
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
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 Gaußpropagation von der
Propagation geometrisch-optischer Strahlen
Resonatordesign
g-Parameter
Stabilität von Resonatoren als Eigenwertproblem
Stabilitätsdiagramm
Stabilität und Modenvolumen
Falls die Zeit im Semester ausreicht:
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
Laseraktive Materialien klassifizieren
Transversale 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
Für eine vorgegebene Applikation einen geeigneten Laser und ein geeignets optisches
System auswählen
Alle obige Kenntnisse sollen kein zusammenhangloses Wissen bilden, sondern durch ein tiefes Verständnis der folgenden Dinge miteinander verknüpft sein und Transferleistungen erlauben:
- Physik der Entstehung von Laserlicht und dessen physikalischen Eigenschaften
- Physik der Laserlicht-Material Wechselwirkung
- Beugungstheorie
Transversale 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
Für eine vorgegebene Applikation einen geeigneten Laser und ein geeignets optisches
System auswählen
Alle obige Kenntnisse sollen kein zusammenhangloses Wissen bilden, sondern durch ein tiefes Verständnis der folgenden Dinge miteinander verknüpft sein und Transferleistungen erlauben:
- Physik der Entstehung von Laserlicht und dessen physikalischen Eigenschaften
- Physik der Laserlicht-Material Wechselwirkung
- Beugungstheorie
Aufwand Präsenzlehre
| Typ | Präsenzzeit (h/Wo.) |
|---|---|
| Vorlesung | 2 |
| Tutorium (freiwillig) | 0 |
Besondere Literatur
keine/none
Besondere Voraussetzungen
keine
Begleitmaterial
Skript als herunterladbare Datei
Separate Prüfung
keine
Lernziele
Fertigkeiten
- Laser aufbauen, justieren und zünden.
- Einen Aufbau zu Messung transversaler Moden errichten, transversale Moden messen und Strahlqualität sowie Beugungsmaßzahl berechnen
- Axiale Moden messen. Bestimmung des freien Spektralbereichs, der spektralen Breite einer Mode, der Verstärkungsbandbreite eines Lasers, dessen Kohärenzlänge
- Diodengepumpten Festkörperlaser aufbauen
- Einheit zur Frequenzverdopplung aufbauen und mit einem diodengepumpten Festkörperlaser in Betrieb nehmen
- Wissenschaftlichen Bericht verfassen
Aufgabenbestellung beschreiben
Lösungsansatz darstellen
Versuchsaufbau erläutern
Verarbeitung der Messdaten darlegen
Fehlerrechnung durchführen
Ergebnis präsentieren und kritisch diskutieren
- Einen Aufbau zu Messung transversaler Moden errichten, transversale Moden messen und Strahlqualität sowie Beugungsmaßzahl berechnen
- Axiale Moden messen. Bestimmung des freien Spektralbereichs, der spektralen Breite einer Mode, der Verstärkungsbandbreite eines Lasers, dessen Kohärenzlänge
- Diodengepumpten Festkörperlaser aufbauen
- Einheit zur Frequenzverdopplung aufbauen und mit einem diodengepumpten Festkörperlaser in Betrieb nehmen
- Wissenschaftlichen Bericht verfassen
Aufgabenbestellung beschreiben
Lösungsansatz darstellen
Versuchsaufbau erläutern
Verarbeitung der Messdaten darlegen
Fehlerrechnung durchführen
Ergebnis präsentieren und kritisch diskutieren
Aufwand Präsenzlehre
| Typ | Präsenzzeit (h/Wo.) |
|---|---|
| Praktikum | 2 |
| Tutorium (freiwillig) | 0 |
Besondere Literatur
keine/none
Besondere Voraussetzungen
keine
Begleitmaterial
Anleitungen zu den Versuchen als herunterladbare Dateien.
Bedienungsanleitungen zu komplexen Geräten als herunterladbare Dateien.
Bedienungsanleitungen zu komplexen Geräten als herunterladbare Dateien.
Separate Prüfung
Prüfungstyp
Projektaufgabe im Team bearbeiten (z.B. im Praktikum)Details
1) Übungsaufgabe mit fachlich / methodisch eigeschränktem Fokus lösen- Vor Antritt des Praktikums sind zu Hause ausgearbeitete Aufgaben vorzulegen.
2) Fachgespräch zu besonderen Fragestellungen
- Die Grundideen zum Versuch werden vor dessen Durchführung im Gespräch erfragt.
3) Projektaufgabe (im Team) bearbeiten
Je nach Studierendenzahl werden die Versuche alleine (bevorzugt) oder zu zweit
durchgeführt.
- Versuchsaufbauten müssen selber aufgebaut und justiert werden
- Mit den selber errichteten Versuchsaufbauten müssen Messdaten gewonnen werden
4) Anfertigung eines Versuchsprotokolls. Geprüft wird auf
- Vollständigkeit
- Wissenschaftlichkeit und Präzision der Sprache
- Richtigkeit
- Verständnis der Zusammenhänge und Interpretation der Ergebnisse
Mindeststandard
Alle schriftlichen Aufgaben müssen bearbeitet sein.Die Grundideen des Experimentes müssen verstanden sein.
Alle Versuche müssen durchgeführt worden sein
Die Versuchsausarbeitungen müssen frei von systematischen Fehlern sein.
Bei Fehlern, bitte Mitteilung an die
Webredaktion der Fakultät IME
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