Optische Systeme. Martina Gerken Einbettung in das Studienmodell 10

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1 Optische Systeme Martina Gerken Universität Karlsruhe (TH) Einbettung in das Studienmodell 10 Semesterwochenstunden Feste Modellfächer 5. Sem. 6. Sem. 7. Sem. 8. Sem. V Ü V Ü V Ü V Ü EE Optoelektronik I (Lemmer) 3 EE Optoelektronik II (Heering) 3 EE Optische Systeme* (Gerken) 2 EE Licht- und Displaytechnik* (Lemmer/Manz/Kooß) 2 1 EE Optische Kommunikations-Systeme** (Leuthold) 2 1 EE Plasmastrahlungsquellen (Heering) 2 EE Eines der folgenden 4 Labore: Labor Optoelektronik (Dozenten LTI) Praktikum Optik-Design** (Stork) Labor: Entwurf optoelektronischer 4 Bauelemente mit Matlab/Simulink** (Gerken) Praktikum Optische Kommunikationstechnik (Leuthold/Freude) Semestersummen Gesamtsumme 20 *: 5. Semester oder 7. Semester möglich **: 6. Semester oder 8. Semester möglich

2 Voraussetzungen und Zielgruppe Festes Modellfach im Studienmodell 10: Optische Technologien Vorlesung offen für alle Studierenden im Hauptdiplom, die einen Überblick über den Einsatz optischer Systeme erhalten möchten Voraussetzungen Schuloptik Felder und Wellen Prüfung: mündlich, Termin nach Absprache Informationen und Hilfe Dozenten: Dr. Martina Gerken Raum: LTI # 224 Tel.: Dipl.-Phys. Thomas Woggon thomas.woggon@lti.uni-karlsruhe.de Raum: LTI # 219 Tel.: sowie weitere Gastdozenten Vorlesungsmaterial gibt es auf der LTI-Webseite

3 Montag morgen,... Montag morgen, Durchbruch in der Replikation von Speichermedium mit 25 GB Kurze Zeit später, bei einem namhaften Hersteller von DVD-Spielern beim Hersteller von DVD-Spielern Frau X / Herr Y, Sie sind doch Experte für optische Systeme. Wir müssen unseren DVD-Spieler dringend mit dem neuen Speichermedium kompatibel machen. Bitte entwickeln Sie bis heute Abend einen Aktionsplan! Strahlengang neu auslegen und Abberationen minimieren Auflösungsvermögen begrenzt durch Beugung Gitter auf neue Wellenlänge anpassen Antireflexschichten anpassen NA des Objektivs erhöhen (Laserdiode und Detektor austauschen) Wellenlänge verringern λ/4-plättchen auf neue Wellenlänge anpassen

4 Ziele der Vorlesung Optische Grundlagen erklären können Wie groß ist der Laserstrahl auf der DVD? Funktionsweise eines optischen Systems beschreiben können Erklären Sie die Funktionsweise des DVD-Spielers anhand des Schemas! Gängige optische Systeme aus verschiedenen Bereichen erläutern können Wie funktioniert ein typischer DVD-Spieler? Optisches System für bestimmten Zweck auslegen können Wie können Sie den DVD-Spieler auf ein Speichermedium mit höherer Datendichte anpassen? Brainstorming Welche optischen Systeme kennen Sie? opt. Maus Kap. 3 Beamer Kap. 2 Objektive, Teleskop, Mikroskop Kap. 2 Nachtsichtgerät Fotoapparat Kap. 2 Konzentratorsolarzellen Optik siehe Kap. 2, Solarzellen in Vorlesung Solarenergie Brille Kap. 2 Holographische Datenspeicherung Kap. 6 Auge Vorlesung Licht- und Displaytechnik Opt. Lithographie Kap. 5 Bildschirme Vorlesung Licht- und Displaytechnik Laserpointer Vorlesung Optoelektronik I Laserdrucker Kap. 6 Abstandsmesser Kap. 3 Datenübertragung Vorlesung Optische Kommunikationssysteme Bewegungsmelder Kap. 3 Interferenzspektroskopie Kap. 3 Welche optischen Systeme interessieren Sie besonders?

5 Inhalte der Vorlesung 1. Grundlagen der Wellenoptik 2. Abbildende optische Systeme 3. Optische Messtechnik 4. Biomedizinische optische Systeme 5. Optische Materialbearbeitung 6. Optische Datenspeicherung 7. Optische Informationstechnik 8. Mikro- und Nanooptische Systeme Linsentypen Quelle:

6 Sammellinse Dünne, sphärische Linsen Zerstreuungslinse Quelle: Praxis Bauen Sie ein Mikroskop mit möglichst hoher Vergrößerung! Gruppe Linsenabstand Objektabstand Linse 1 Linse 2 Vergröß erung Vergröß erung projiziert 1 10 mm 10 mm (bikonvex) 40 mm 40 mm ~ 6, mm 25 mm 75 mm 20 mm ~ mm 15 mm 145 mm 100 mm ~ 8,5 5

7 Strahlengang Physlets zur Simulation des Strahlengangs einfacher optischer Systeme Literatur Optik von E. Hecht, Oldenbourg (2005), 900 Seiten, 64,80 Technische Optik von G. Schröder, Vogel Buchverlag (Neuauflage Nov. 2006), 288 Seiten, letzte Auflage: 24,80 Optik für Ingenieure von F. Pedrotti, Springer (2005), 848 Seiten, 74,95 Technische Optik in der Praxis von G. Litfin, Springer (2004), 278 Seiten, 69,95 Lehrbuch der Experimentalphysik: Band 3 Optik, L. Bergmann, C. Schaefer, H. Niedrig, Gruyter (2004), 1430 Seiten, 89,00

8 Ziele der Vorlesung Optische Grundlagen erklären können Was ist die Brennweite einer optischen Linse? Funktionsweise eines optischen Systems beschreiben können Erklären Sie die Funktionsweise eines Mikroskops! Gängige optische Systeme aus verschiedenen Bereichen erläutern können Beschreiben Sie ein modernes optisches Mikroskop! Optisches System für bestimmten Zweck auslegen können Legen Sie ein einfaches Mikroskop mit zwei Linsen aus! Fragensammlung Nennen Sie drei Beispiele für optische Systeme! Skizzieren Sie das Schema eines 2-Linsen optischen Mikroskops inklusive Strahlengang! Wie können Sie die Vergrößerung des Mikroskops erhöhen? Was unterscheidet ein Teleskop von einem Mikroskop? Wie kann ich bei einem Teleskop ein aufrechtes Bild erhalten?