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Post on 05-Apr-2015
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Wahlfach Angewandte Optik
Wahlfach Angewandte Optik
Angewandte Optik
Materialbearbeitung
Materialbearbeitung
Biosensorik
Biosensorik
PhotonikPhotonik
Ziel und Aufbau des Wahlfaches
Ziel des Wahlfaches Physikalischen Grundlagen zum Verständnis moderner Zweige der
angewandten Optik
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:
Materialbearbeitung mit Hoch-
leistungslasern
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
Sensoren
Umweltparameter
Temperatur
Konzentrationen
.......
"Filter"+ "Umwandler"
SENSOR
Zeigerposition
Intensität,.......
Ausgangssignal
Weshalb mit Optik ?
Kleinste Dimensionen (<Nanometer)
Hochempfindlich (einzelne Moleküle)
Zugänglichkeit („kontaktlos“)
Was wird gemessen?
Antikörper „fängt“ Fremdkörper
DNS bildet Doppelstrang
Krebszellen streuen Licht
Strömungsprofile
Verformungen unter Last
Distanzen
Temperaturen
……….
Elemente eines Sensors
Optische Messgrössen
Intensitäten
Phasen (Lage von Mustern)
Koppelwinkel
Polarisation, Polarisationsgrad
Wellenleiter
Wellenleiter beschränkt räumliche Beleuchtung
Wechselwirkung ist polarisationsabhängig
optisches Signal: Phasendifferenz der Polarisationen
Signalerzeugung:
Polarisationsinterferometer:
Wellenleiter
Interferenzmuster
Signalverarbeitung
Wollastonprism
(= 1 °)
polarizer(45 °)
WellenleiterCCD
u
D
I(u)
u
PL
F
BL
S
l WP
l =170 mm
4.2 mm
1.3 mm
Lage des Interferenzmusters = Mass für Phasendifferenz
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
Faser-Sensor
Typischer Aufbau eines Faser-Sensor-Systems
Umgebungseinfluss, phys. Messgrösse p, T, B, v …
Messwandler thermo-optisch spannungs-optisch magneto-optisch gyro-optisch …
Signal
Optoelektronik
DSV
Prinzip Faser-Sensor Typische Messgrössen
Seismik, Schalldruckschwankungen
Magnetfelder
Elektrische Felder
Rotation, Drehraten
Vibrationen
Flüssigkeitsströme, Geschwindigkeiten
Faraday-Strommessung
Druck, Spannung
Temperatur …X
X
Beispiel eines physikalischen Messwandler-Prinzips Kreisel-Interferometer
RotationRotation optischen Wegdifferenz zwischen zwei Wellenzügen.
Links: Faserschleife in Ruhelage Beide Wellenzüge gleicher Weg Rechts: rotierende Faserschleife Opt. Wegdifferenz zw. rot und blau
Sagnac-EffektOptische Wegdifferenz Phasenverschie-bung im Interferogramm, Relativitätstheorie
Interferogramm aus: V.Vali and R.W.Short- hill, Appl. Opt. 15,1099ff, (1976) Dies ist die erste Publikation eines Faser-Gyroskops. Jahr 1976!
Optische Komponenten eines Messwandlers Kreisel-Interferometer
Realisierter Geräteaufbau, opt. Komponenten Optoel.+DSV
Lock-In-Verstärker
Elektronische Komponenten eines Messwandlers
Kreisel-Interferometer
Schematischer Aufbau des Gerätes mit Optoelektr. und DSV
Beispiel für Komponenten von Sensor-Arrays
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
Beispiel: Gitterdemultiplexer
Prinzip und Funktionsweise
Laborversuche
Experimentieren im Labor
Vertiefung III: Materialbearbeitung
Inhalt der Vertiefung in Materialbearbeitung
Laserstahlung: Moden, Strahlausbreitung, Strahlqualität
Lasertypen: Lasersysteme und Betriebsarten
Materialbearbeitungsprozesse:a) Trennenb) Fügenc) Wärmebehandlungd) Markierene) Strukturieren
Laborbesuch: Besuch mit Experimenten am IALT (Institut für angewandte Lasertechnologie) der HTI Burgdorf
Wahlfach Angewandte Optik
Trennen mit Laser
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