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Wahlfach Angewandte Optik

Wahlfach Angewandte Optik. Wahlfach Angewandte Optik. Angewandte Optik. Materialbearbeitung. Biosensorik. Photonik. Ziel und Aufbau des Wahlfaches. Physikalischen Grundlagen zum Verständnis moderner Zweige der angewandten Optik. Ziel des Wahlfaches.

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Wahlfach Angewandte Optik

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Presentation Transcript

  1. Wahlfach Angewandte Optik

  2. Wahlfach Angewandte Optik Angewandte Optik Materialbearbeitung Biosensorik Photonik

  3. Ziel und Aufbau des Wahlfaches • Physikalischen Grundlagen zum Verständnis moderner Zweige der angewandten Optik Ziel des Wahlfaches • Vermittlung experimenteller Fähigkeiten in drei angewandten Vertiefungsrichtungen, Praktikum, Projektarbeiten, Diplomarbeiten Inhaltlicher Aufbau Grundlagenteil, 10 Wochen Vertiefungs- richtung I: Optische Biosensorik Vertiefungs- richtung II: Faseroptische Sensorik und Messtechnik Vertiefungs- richtung III: Materialbearbeitungmit Hoch- leistungslasern

  4. Vertiefung I: Optische Biosensoren Inhalt der Vertiefung in Biosensoren, Messtechnik • Übersicht: Optik aus dem Gesichtspunkt der Biosensorik und der Messtechnik • Messprinzipien: Refraktometrie, Absorption, Lumineszenz, Interferenz, Streuung • Messtechnik: Integrierte Optik (Wellenleiter), Plasmonenresonanz, Holographie, Lebensdauer von Zuständen, Signalkorrelationen, Mustererkennung • Anwendungen: medizinische Diagnostik, Qualitätskontrolle, Überwachung

  5. Sensoren Elemente eines Sensors Was wird gemessen? • Antikörper „fängt“ Fremdkörper • DNS bildet Doppelstrang • Krebszellen streuen Licht • Strömungsprofile • Verformungen unter Last • Distanzen • Temperaturen • ………. Optische Messgrössen Weshalb mit Optik ? • Kleinste Dimensionen (<Nanometer) • Hochempfindlich (einzelne Moleküle) • Zugänglichkeit („kontaktlos“) • Intensitäten • Phasen (Lage von Mustern) • Koppelwinkel • Polarisation, Polarisationsgrad

  6. Wellenleiter Signalerzeugung: • Wellenleiter beschränkt räumliche Beleuchtung • Wechselwirkung ist polarisationsabhängig • optisches Signal: Phasendifferenz der Polarisationen

  7. Interferenzmuster Signalverarbeitung

  8. Vertiefung II: Faser-Sensorik Inhalt der Vertiefung in Faser-Sensorik • Übersicht: Optik für technische Sensorik sowie Mess- und Regeltechnik • Prinzipien optischer Messwandler: Grundelement: Faser-Wellenleiter, Sagnac-Effekt, Lumineszenz, Kurz-Kohärenz-Optik, optischer Doppler-Effekt, Absorption, Faraday-Effekt, Reflexion, diffuse Streuung • Sensor-Komponenten: Laser, Richtkoppler, Modulatoren, Multiplexer, Polarisatoren, optische Isolatoren, Fotodetektoren, Mikrooptik, integrierte Optik, Optoelektronik, DSV • Bereiche der Photonik: a) Fasersensorik, b) optische Messtechnik, c) techn. Aspekte der optischen Signalverarbeitung • Anwendungen: Medizinaltechnik, GPS, Ortungs-, Positionierungs-systeme, Kontrolle von Prozessabläufen

  9. Faser-Sensor Typische Messgrössen Prinzip Faser-Sensor Typischer Aufbau eines Faser-Sensor-Systems • Seismik, Schalldruckschwankungen • Magnetfelder • Elektrische Felder • Rotation, Drehraten • Vibrationen • Flüssigkeitsströme, Geschwindigkeiten • Faraday-Strommessung • Druck, Spannung • Temperatur … • Umgebungseinfluss, phys. Messgrösse • p, T, B, v … • Messwandler  thermo-optisch  spannungs-optisch magneto-optisch  gyro-optisch … • Signal  • Optoelektronik  • DSV

  10. Beispiel eines physikalischen Messwandler-Prinzips Rotation Sagnac-Effekt Kreisel-Interferometer Rotation  optischen Wegdifferenz zwischen zwei Wellenzügen. Optische Wegdifferenz  Phasenverschie-bung im Interferogramm, Relativitätstheorie • Links: Faserschleife in Ruhelage  Beide Wellenzüge gleicher Weg • Rechts: rotierende Faserschleife •  Opt. Wegdifferenz zw. rot und blau • Interferogramm aus: V.Vali and R.W.Short- hill, Appl. Opt. 15,1099ff, (1976) • Dies ist die erste Publikation eines Faser-Gyroskops. Jahr 1976!

  11. Optische Komponenten eines Messwandlers Realisierter Geräteaufbau, opt. Komponenten Optoel.+DSV Kreisel-Interferometer Lock-In-Verstärker

  12. Elektronische Komponenten eines Messwandlers Schematischer Aufbau des Gerätes mit Optoelektr. und DSV Kreisel-Interferometer

  13. Beispiel für Komponenten von Sensor-Arrays Beispiel: Gitterdemultiplexer Prinzip und Funktionsweise • Reflexions-Beugungsgitter • Licht einer bestimmten Wellenlänge • Konstruktive Interferenz in best. Richtung • 2 unterschiedliche Trägerwellenlängen weisen Interferenzmaxima in verschiedenen Richtungen auf • GRIN-Linse führt Strahlen auf Ausgangsfasern • Nebensprechen • Gitterauflösung • Vielkanal-Multiplexer

  14. Laborversuche Experimentieren im Labor

  15. Vertiefung III: Materialbearbeitung Inhalt der Vertiefung in Materialbearbeitung • Laserstahlung: Moden, Strahlausbreitung, Strahlqualität • Lasertypen: Lasersysteme und Betriebsarten • Materialbearbeitungsprozesse: • Trennen • Fügen • Wärmebehandlung • Markieren • Strukturieren • Laborbesuch: Besuch mit Experimenten am IALT (Institut für angewandte Lasertechnologie) der HTI Burgdorf

  16. Wahlfach Angewandte Optik Trennen mit Laser

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