Fachinhalt Optoelektronik/Lasertechnik



(beinhaltet Vorlesungen,Übungen und Durchführung von Experimenten, es können Diplomarbeiten vergeben werden)

Vertiefung Optoelektronik/Lasertechnik (beinhaltet Vorlesungen,Übungen und Durchführung von Experimenten) (es können Diplomarbeiten vergeben werden)

Kurze Übersicht

  1. Einleitung/Einordnung der Optoelektronik

  2. Optische Strahlung und ihre Bewertung (global und spektral)

  3. Halbleiterphysikalische Aspekte (Bändermodell,technolog. Aspekte,neue Materialien)

  4. Zusammenstellung wichtiger photophysikalischer Effekte

  5. Strahlungssender :
    1. Allgemein
    2. Grundlagen und Ansteuerung/Anwendung der LED
    3. Einführung in die Technik der Laserdiode
    4. Grundlagen des Lasers/Überblick (Gas und Festkörperlaser)
    5. Aufbau und Anwendung von Lasern/Experimente


  6. Optoelektronische Koppelelemente (Optokoppler,Lichtschranke)

  7. Strahlungsempfänger:
    1. Nichthalbleiter (Vakuum/Gas-Fotozellen,Photomultiplier)
    2. Halbleiter mit Sperrschichtphotoeffekt
      1. Fotodioden
      2. Fotoelemente
      3. Fototransistoren
      4. Fotothyristoren
      5. Solarzellen
      (zu 2 Anwendungen,Beispiele und Berechnungen)
    3. Halbleiter ohne Sperrschichteffekt (Fotowiderstand)
    4. CCD's und spezielle optoelektronische Bauelemente
    5. Halbleiterdetektoren und aktuelle Sensorik
    6. Halbleitermeßtechnik
    7. Rechentechn. Simulation von optoelektron. Anwendungsschaltungen mit dem Programmsystem Mirocap 4.0


  8. Signalübertragung mit Lichtwellenleitern
    1. Grundlagen der Lichtwellenleitertechnik
    2. Analoge und digitale Signalübertragung mit LWL
    3. Ansteuerung der Sendedioden
    4. Konfektionierung von LWL (Störfestigkeit)
    5. Vergleich von Übertragungseigenschaften


  9. Ausgewählte Anwendungsgebiete(in Abh. von Interesse und Zeit konfigurierbar)
    1. Möglichkeiten der integrierten Optik
    2. Optocomputer und Photonik
    3. Mikrosystemtechnik
    4. Bildverarbeitung


  10. Zusammenfassung und Ausblick



Ausführlichere Beschreibung

Im Wahlpflichtfach "Vertiefung Optoelektronik/Lasertechnik" werden Vorlesungen und Übungen angeboten, die durch praktische Aufgaben im Labor ergänzt werden. Der Student hat hier die Möglichkeit die in der Vorlesung erworbenen Kenntnisse praktisch umzusetzen.

Die Veranstaltung beginnt mit einer einführenden Vorlesung zur Bedeutung der Optoelektronik als Schnittmenge klassischer Arbeitsgebiete wie etwa der Optik, der Elektronik, der Nachrichtentechnik und der Halbleitertechnik. Breiten Raum nimmt die globale und spektrale Bewertung der optischen Strahlung durch strahlungsphysikalische Bezugsgrößen ein. Die grundlegenden Gesetze bis hin zur Planckschen Strahlungsformel,die die Geburtsstunde der Quantentheorie darstellte, werden erläutert. Eine Zusammenstellung wichtiger photophysikalischer Effekte rundet dieses Kapitel ab.

Nach dem, für das Verständnis der Optoelektronik außerordentlich wichtigen physikalischen Grundlagenteil, erfolgt die Diskussion der Strahlungssender, beginnend mit einer Übersicht. Breiten Raum nehmen dann die neueren Entwicklungen wie die Laserdiode und der Laser ein. Die theoretischen Grundlagen der Laserstrahlung als Rekombinationsstrahlung im Rahmen des Bändermodells bei der Laserdiode und als Übergangsstrahlung zwischen Energieniveaus der Atome werden behandelt. Das optische Inversionskriterium und das Rückkopplungskriterium als Grundlage für die Laserstrahlung und den Aufbau von Lasern schließen dieses Kapitel ab. Anwendungen der Lasertechnik werden an späterer Stelle diskutiert. Der Student hat die Möglichkeit sich im Labor, sowohl mit der Laserdiode wie auch mit verschiedenen Typen von Lasern, vertraut zu machen.

Die optoelektronischen Koppelelemente wie etwa der Optokoppler nehmen eine Zwischenstellung ein und leiten zu den Strahlungsempfängern über. Dieser Abschnitt befaßt sich insbesondere mit Halbleiterbauelementen die auf dem Sperrschicht-Photoeffekt beruhen, wie Fotodioden und Fototransistoren. Elektronische Anwendungsschaltungen werden hier ebenso erläutert wie CCD`s und sensortechnische Aspekte. Mit dem Simulationsprogramm MICROCAP steht ein leistungsfähiges Instrument zur Simulation von Anwendungsschaltungen zur Verfügung.

Signalübertragung mit Lichtwellenleitern stellt eine der innovativsten Techniken dar. Es werden die Grundlagen der Lichtwellenleitertechnik erläutert. Die Stufenindexfaser, die Gradientenfaser und die Monomodefaser werden mit ihren Vorteilen und Nachteilen vorgestellt. Die Einbindung in Systeme zur analogen bzw. digitalen Signalübertragung bildet den Abschluß dieses Kapitels. Im Praktikum können die Konfektionierung von Lichtwellenleitern und ein Vergleich der Übertragungseigenschaften vorgenommen werden. Ein Trägerfrequenzsystem mit Zweiseitenbandmodulation und ein PCM-System stehen für Experimente zur Verfügung.

Die Möglichkeiten der integrierten Optik stellen eine technologische Herausforderung dar. Das wird am Beispiel der Holografie und holografischer Speicher deutlich gemacht. Bemerkungen zur Entwicklung von Optocomputern und dem derzeitigen Stand der Forschung beschließen dieses Wahlpflichtfach. Eine Exkursion wird zusätzlich angeboten.