Optische Systeme - KIT
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Optische Systeme Martina Gerken 23.10.2006 Universität Karlsruhe (TH) Einbettung in das Studienmodell 10 Feste Modellfächer EE EE EE EE EE EE EE 23708 23727 23721 23632 23729 23729 Optoelektronik I (Lemmer) Optoelektronik II (Heering) Optische Systeme* (Gerken) Licht- und Displaytechnik* (Lemmer/Manz/Kooß) Optische Kommunikations-Systeme** (Leuthold) Plasmastrahlungsquellen (Heering) Eines der folgenden 4 Labore: • Labor Optoelektronik (Dozenten LTI) • Praktikum Optik-Design** (Stork) • Labor: Entwurf optoelektronischer Bauelemente mit Matlab/Simulink** (Gerken) • Praktikum Optische Kommunikationstechnik (Leuthold/Freude) Semestersummen Gesamtsumme *: 5. Semester oder 7. Semester möglich **: 6. Semester oder 8. Semester möglich Semesterwochenstunden 5. 6. 7. 8. Sem. Sem. Sem. Sem. V Ü V Ü V Ü V Ü 3 3 2 2 1 2 1 2 4 - 3 10 20 7 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 • Email: [email protected] • Raum: LTI # 224 • Tel.: 0721-608-3981 – Dipl.-Phys. Thomas Woggon • Email: [email protected] • Raum: LTI # 219 • Tel.: 0721-608-7189 – ... sowie weitere Gastdozenten • Vorlesungsmaterial gibt es auf der LTI-Webseite – http://www.lti.uni-karlsruhe.de/ 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 (Laserdiode und Detektor austauschen) Wellenlänge verringern NA des Objektivs erhöhen λ/4-Plättchen auf neue Wellenlänge anpassen 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? 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: http://de.wikipedia.org Dünne, sphärische Linsen Sammellinse Zerstreuungslinse Quelle: http://de.wikipedia.org Praxis • Bauen Sie ein Mikroskop mit möglichst hoher Vergrößerung! Vergröß Vergröß erung erung projiziert Gruppe Objektabstand 1 10 mm 10 mm (bikonvex) 40 mm 40 mm (plankonvex) ~ 6,5 2 25 mm 25 mm (plankonvex) 75 mm 20 mm (plankonvex) ~5 3 20 mm 15 mm (plankonvex) 145 mm 100 mm (plankonvex) ~ 8,5 Linse 1 Linsenabstand Linse 2 10 5 Strahlengang • Physlets zur Simulation des Strahlengangs einfacher optischer Systeme – http://www.schulphysik.de/java/physlet/index.html 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€ 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?
