Lehre

Lerhrveranstaltungen Prof Dr. Altmeyer (Bild: Prof. Dr. Altmeyer)

Die Vorlesungsangebote der AG Altmeyer in der Studienrichtung Optische Technologien sind im Bachelor „Angewandte Optik“, „Lasertechnik“, „Abbildungstheorie“, „Lichtmikroskopie“, und „Holografie“ sowie im Master „Rastermikroskopie“.

Die zugehörigen Modulhandbücher sind im FOSSWIKI hinterlegt. Die Praktikumsanleitungen können im ILIAS als pdf heruntergeladen werden.

Folgende Lehrveanstaltungen werden von Prof. Dr. Altmeyer angeboten.

+ Angewandte Optik

• Vorzeichenkonvention, Herleitung der Abbildungsgleichung in Newton-Form und in klassischer Form, Definition und Sinn von Hauptebenen. (Anwendungsbeispiele: Teleobjektiv und Objektiv für die Lasermaterialbearbeitung.)

• Gegenstands- und Bildweite als Funktion von Brennweite und Abbildungsmaßstab, Abbildungsmaßstab, angulare Vergrößerung (Anwendungsbeispiel: Fernglas), Lupenvergrößerung, axiale Vergrößerung (Anwendungsbeispiel: Einbruch der Tiefenschärfe beim Mikroskop).

• Brennweite eines Zweilinsers (Anwendungsbeispiele: Fokusglied einer Kamera, Vorsatzlinse für Makrofotografie.)

• Bildhebung. (Anwendungsbeispiele: Fotografie in Wasser hinein, Deckglas beim Mikroskop, Strahlteiler für die Auflicht-Mikroskopie.)

• Fermatsches Prinzip. (Anwendungsbeispiel: Äquivalenz zwischen der Rettung eines Ertrinkenden und der Funktionsweise einer Linse.)

• Lichtwellenleiter, Apertur, Numerische Apertur (Anwendungsbeispiel: Datenübertragung im Internet)

• Sinussatz, Blende bei Fotoapparat, effektive Blende, Zusammenhang zwischen Apertur und effektiver Blende, Bildhelligkeit als Funktion von Apertur, Blende und Abbildungsmaßstab. (Anwendungsbeispiele: Optiken mit hoher Abbildungsleistung, Belichtungszeit bei hoch vergrößernden Aufnahmen.)

• Beugung an der Kreisblende, Auflösungskriterien, Rayleigh-Kriterium, Größe des Airy-Scheibchens, kleinster auflösbarer Abstand auf Bild- und Gegenstandsseite, ausgedrückt in Apertur und Blende. Förderliche Gesamtvergrößerung mit Faustformel (Anwendungsbeispiele: Lithographie-Objektiv, Mikroskop, CD/DVD pick-up.)

• Feldlinsen, Blenden, Pupillen, Luken (Anwendungsbeispiele: Overheadprojektor, Beamer)

• Aufbau eines einstufigen und zweistufigen Mikroskops, Vergrößerung, Konventionen, Reziprozität von Feld- und Abbildungslinsen sowie Pupillen und Luken. (Anwendungsbeispiel: Köhlersche Beleuchtung.)

• Abbe'sche Theorie der Bildentstehung, Bedeutung der Apertur, Kontrast, off-axis Beleuchtung. (Anwendungsbeispiel: Lithographie für die IC Fertigung.)

+ Lasertechnik

• Verschiedene Lasertypen und deren Anwendungsbereiche

• Licht-Materie-Wechselwirkung: Bindungstypen, Energieniveaus, spontane Emission, Absorption, induzierte Emission, Boltzmannverteilung, Inversion

• Laser-Medium: 3 und 4 Niveau-Systeme, Quasi-2-Niveau-Systeme, Ratengleichungen

• Laterale Moden: Beugung und Fresnelzahl, laterale Moden als Eigenwertproblem der Beugung im Resonator, mathematische Beschreibung des Gaußmode

• axiale Moden: Modenkamm, freier Spektralbereich, Resonanzkennlinie des Resonators als Fabry-Perot Interferometer mit Verlusten, Güte, Finesse

• zeitliche Kohärenz: anschauliche Interpretation, Berechnung, Möglichkeiten der Beeinflussung im Laser, Etalon

• Eigenschaften des Gaußstrahls: Strahltaille, Rayleighlänge, Fernfelddivergenz, Phasenfronten, Strahlparameter-Produkt, Strahlqualität, Beugungsmaßzahl

• Propagation des Gaußstrahls: Matrizenoptik der geometrischen Optik, ABCD-Gesetz für Gauß’sche Strahlenoptik

• Stabilität von Resonatoren: Eigenwertproblem des Strahlumlaufs, g-Parameter, Stabilitätsdiagramm

+ Abbildungstheorie

• Matrizenoptik, Näherungen der geometrischen Optik

• Seidelfehler, zugehörige Punktbilder und Wellenfronten

• Shack Hartmann Sensor und Shearing-Platte

• Wellenfrontaberrationsfunktion, hinter der letzten Linsenfläche, in der Austrittspupille, in der Hauptebene. Zusammenhang zwischen Punktbild und Wellenfrontaberrationsfunktion.

• Linearität, lineare Operatoren, Linearität der Fourier Transformation

• R3 und Hilbert-Raum: lineare (Un)Abhängigkeit, Basis, orthogonale und orthonormale Basis, Skalarprodukt und Norm, Basiswechsel.

• Faltung, Korrelation und Autokorrelation, Delta-Funktional

• Fourier-Transformation: Ähnlichkeitstheorem, Shift-Theorem, Faltungstheorem, Autokorrelationstheorem

• Lineare Systemtheorie: Eingang, Eingangsspektrum, Ausgang, Ausgangsspektrum, Impulsantwortfunktion und Übertragungsfunktion, Zusammenhang zwischen den Größen.

• Kohärente Abbildung: Linearität in der Feldstärke, Optische Transferfunktion, kohärente Modulationstransferfunktion, Phasentransferfunktion, Grenzfrequenz

• Inkohärente Abbildung: Linearität in der Intensität, inkohärente Modulationstransferfunktion, Grenzfrequenz, Vergleich mit kohärenter Abbildung. Übergang von der kohärenten off-axis Abbildung zur inkohärenten Abbildung.

• Komplexe Kohärenzfunktion: Grenzfälle der zeitlichen Kohärenzfunktion und der räumlichen Kohärenzfunktion. Interpretation als Autokorrelationen und Kreuzkorrelationen.

• Kontrast im Michelson-Interferometer: Anforderungen an die räumliche und zeitliche Kohärenz, Kontrast als Betrag der normierten Autokorrelationsfunktion, Kontrast als Betrag der normierten Fourier-Transformierten des Power-Spektrums

+ Lichtmiroskopie

• Schärfentiefe: Zerstreukreis, Nahpunkt, Fernpunkt, hyperfokale Distanz, geometrisch-optische Schärfentiefe, wellenoptische Schärfentiefe

• Amplituden-Objekte, Lambert’sches Gesetz, Phasenbeziehungen zwischen den Beugungsordnungen bei Amplitudenobjekten, Phasenobjekte, Phasenbeziehungen zwischen den Beugungsordnungen bei Phasenobjekten

• Beugung an kleinen Objekten, Kreisblenden und Ringblenden, Babinet’sches Prinzip

• Auflösungsvermögen bei kohärenter und inkohärenter Beleuchtung

• Phasenmikroskop mit Phasenplättchen und mit Zernike-Phasenring, Bertrand-Linse

• Berechnung der Kontrastfunktion im Zernike-Phasenmikroskop.

• Interpretation der Unterschiede zwischen Hellfeld-, Dunkelfeld- und Zernike-Phasenkontrast im Fourier-Raum.

• Räumliche- und zeitliche Kohärenzanforderungen im Michelson- und Mach-Zehnder Interferometer, Weglängen- und Dispersionskompensation in Interferometern, Phasensprünge an Spiegeln und Strahlteilern, unsymmetrische Strahlteiler, Energieerhaltung und Komplementarität von Interferenzmustern.

• Interferenzmikroskope nach Michelson, nach Linnik und nach Mirau. Mikroskop mit Interphaco-Kontrast

• Weißlicht Interferenz, Eindeutigkeit bei der Längenmessung

• Kohärenzradar, Optische Kohärenz Tomographie

• Vielstrahl-Interferenzmikroskop nach Tolansky

• Bildaufspaltung: totale Aufspaltung, Shearing- und Differential-Interferenzkontrast-Systeme

• Doppelbrechung, Strahlschnelle, Indikatrix, Polarisations-Strahlteiler, Wollaston-Prismen, Nomarski-Prismen.

• Aufbau eines Differential-Interferenzkontrast-Mikroskops, Basis-Gangunterschied und Interferenzfarben durch Verschiebung des aufspaltenden Prismas, Interferenzfarben durch Einführung einer Lambda-Platte, direktionale Bildcharakteristik, Entfall der Kohärenzanforderungen

+ Holografie

• Was ist ein Hologramm: Unterschied zum Foto, Unterschied zum Stereogramm, Unterschied zum 3D Kino

• Dünne Gitter: Gittergleichung bei senkrechtem und beliebigem Einfall, Gitterbelichtung, Einfluss der Polarisation bei der Belichtung, Beugung am belichteten Gitter, Reziprozität von Beugung und Belichtung, Beugungseffizienz von dünnen Amplituden-Gittern und dünnen Phasengittern

• Holografische Grundgleichungen: Amplituden- und Phasenhologramme, Mathematische Beschreibung der Belichtung und Rekonstruktion eines Hologramms, orthoskopische und pseudoskopische Bilder, Lage der verschiedenen Beugungsordnungen, inline und off-axis Hologramme, Bedeutung der Inline-Holografie für die Messtechnik

• Zonenplatten: Inline Zonenplatte als Interferenz von Kugelwelle und ebener Welle, Brennpunkte als reelle und virtuelle Bilder, Interpretation als angulares Gitter mit variabler Periode, Off-axis Zonenplatte als Interferenz von Kugelwelle und ebener Welle, Steigerung der Ortsfrequenzen, Trennung von reellem und virtuellem Bild, Dispersion, Holografische Bildschirme (HoloPro) der G+B pronova GmbH

• Hologramm als Verallgemeinerung der Zonenplatte: Übergang von Zonenplatte zu inhaltsreichem Hologramm, Berechnung von digitalen Hologrammen durch phasengerechte Überlagerung von Kugelwellen, Gerchberg Saxton Algorithmen, IFTA, holografischer Zollstock, 3D-Bildschirme der Seereal Technologies GmbH

• Dispersion in Hologrammen: Rekonstruktion mit anderer Wellenlänge, Rekonstruktion mit weißem Licht, Unschärfe in ausladenden Bildteilen, axiale Schärfe und spektrale Reinheit, zeitliche Kohärenz, Größe der Lichtquelle und laterale Schärfe, räumliche Kohärenz

• Sehwinkel von Hologrammen: Anhängigkeit von der Bildlage, Belichtung durch hochaperturige Objektive und Spiegel, Streuscheiben zur Aperturvergrößerung bei filmnaher Objektlage, Bildebenenhologramm mit Entfall der Dispersion

• Kopien von Hologrammen: Kontaktkopie, Kopie mit Bildortverlagerung, Veränderung der Sehwinkel, Kohärenzanforderungen bei Kopien

• Dünne Weißlichthologramme : Regenbogen Hologramme (Kopie) nach Benton, Begrenzung auf horizontale Räumlichkeit, Aufnahme und Rekonstruktion, Vervielfältigung durch optische Kopie und durch Prägen, Anwendungen wie EC Karte, Ausweis, Produktechtheit

• Dicke Weißlichthologramme: Denisjuk-Hologramm, Lippmann’sche Farbfotografie, Prinzip der spektralen Filterung, Schärfentiefe, spektrale Eigenschaften, Lichtstärke, Renissance durch neue Materialien, RGB durch Farbauszüge, Anwendungen: Head-up Display, Sensorhologramme für Handy-Akkus, Flugbenzin etc.

• Multiplexing von Hologrammen: Winkelmultiplexing, Wellenlängenmultiplexing, Aufteilung der Brechzahlmodulation, Anwendungen: low-content Displays, holografische Datenspeicherung

• Dicke Gitter: Definition, Bragg-Bedingung, erreichbare Effizienz, Coupled wave theory nach Kogelnik

+ Rastermikroskopie

Elektronenmikroskopie

• Welle-Teilchen Dualismus bei Elektronen, de Broglie Wellenlänge, Größe eines Körpers und dessen de Broglie Wellenlänge, Bedingung für das Auftreten quantenmechanischer Effekte, Fresnel-Zahl als Analogie in der klassischen Optik

• Relativistischer Massenzuwachs, relativistische Geschwindigkeit, Auflösungsvermögen von elektronenoptischen Systemen

• Tiefenschärfe im Elektronenmikroskop

• Physik der Elektronenemission: thermische Emission, Schottky Emission, Feldemission ; technischer Aufbau und anwendungsbezogene Spezifika der verschiedenen Emitter

• Brightness als Erhaltungsgröße des Strahls, Äquivalenz zu Strahldichte und Leuchtdichte in der klassischen Optik

• Elektrische und magnetische Linsen einschließlich Bewegungsgleichungen für Elektronen darin

• Abbildungsfehler und deren Minimierung in elektronenoptischen Systemen

• Grundzüge der Elektronenstrahl-Lithographie

• Wechselwirkung schneller Elektronen mit Materie: Rückstreuelektronen, Sekundärelektronen, Auger-Elektronen, Röntgenkontinuum und charakteristische Röntgenstrahlung, Kathodoluminiszenz

• Verfahren der Bildgebung auf Basis obiger Wechselwirkungen ; Topographie-, Material-, Gitterorientierungs- und Leitfähigkeitskontrast.

• Everhart-Thornley Detektor und Bildcharakteristika von Rückstreu- und SE-Bilder

• Quantenmechanische Behandlung des Tunneleffektes

Tunnelmikroskopie

• piezoelektrischer Effekt, Nichtlinearität, Hysterese und Creep von Piezo-Antrieben

• Aufbau eines Tunnelmikroskops, Gründe für die hohe Auflösung

• Geometrie und Präparationsmethoden von Tunnelspitzen aus Wolfram und Platin-Iridium

• Atomare Auflösung und Gitterauflösung, abbildungstheoretische Betrachtung

Konfokale Mikroskopie

• Konfokales Prinzip, Tiefendiskriminierung, Pupillenausleuchtung und laterales Auflösungsvermögen, konfokale Blende und axiales Auflösungsvermögen

• Justageproblematik der konfokalen Blenden, Nipkow-Scheibe, Lichtbudget

• Methoden der Streulichtunterdrückung

• Chromatische Punktsensoren

Literatur

+ Hierfinden Sie eine kommentierte Literaturliste

Optik für Ingenieure. Grundlagen
F. Pedrotti, L.Pedrotti, W. Bausch, H. Schmidt
Springer Verlag
ISBN: 3-5406-7379-2
Preis: 74,95 €
Kommentar: Meiner Meinung nach das gegenwärtig schönste Buch für Einsteiger in die Optik. Benutzt die in den Vorlesungen verwendete DIN Konvention für die Vorzeichen. Besonders gut geeignet als Begleitbuch für die Vorlesung Angewandte Optik.


Optik
Eugene Hecht
Oldenbourg Verlag
ISBN: 3-4862-4917-7
Preis: 64,80 €
Kommentar: Sehr gutes und ziemlich umfassendes Buch. Alle Sachverhalte werden sauber und prägnant hergeleitet. Bietet sich für alle Vorlesungen als begleitendes Buch an. Wenn aus Geldmangel nur ein einziges Buch aus dieser Liste angeschafft werden kann, würde ich ohne zu zögern Optik von Hecht empfehlen.


Optik
Jose-Philippe Perez
Spektrum Akademischer Verlag
ISBN 3-86025-389-1
Preis: 25,- €
Kommentar: Gutes, umfassendes Buch mit Aufgaben und Lösungen. Vergleichbar mit Eugene Hechts Optik. Beide Bücher ergänzen sich aber sehr schön in weiterführenden Kapiteln. Optik von Perez bietet im Bezug auf die Vorlesung Abbildungstheorie etwas mehr als Optik von Hecht.


Introduction to Fourier Optics
Josph W. Goodman
Roberts and Co. Publishers
ISBN: 0-97470-772-4
Preis: 86,90 €
Kommentar: Besonders geeignet für die Vorlesung Abbildungstheorie


Lexikon der Optik
Harry Paul
Spektrum Akademischer Verlag
ISBN 3-8274-1422-9
Preis: 49,95 €
Kommentar: Sehr gutes Lexikon zur Optik. Für keine Vorlesung erforderlich aber ein lohnender Begleiter für das ganze Studium.



Lehrbuch der Experimentalphysik, Band 3, Optik (9. Auflage)
Ludwig Bergmann, Clemens Schaefer, Heinz Niedrig
Verlag: W. de Gruyter
ISBN: 3-1101-2973-6
Preis: 78,- €
Kommentar: Sehr gutes, eher naturwissenschaftlich aufgebautes Buch. Kein anderes Buch behandelt alle grundlegenden optischen Phänomene mit einer derartigen Verständlichkeit und Gründlichkeit. Genau das kann jedoch manchmal störend sein, weil man für eine vermeintlich schnell erhältliche Information schon mal schnell zehn oder zwanzig Seiten lesen muss.


Coherent Optics
Thomas Kurz und Werner Lauterborn
Springer Verlag
ISBN: 3-5404-3933-1
Preis: 53,45 €
Kommentar: Hervorragend aufgebautes Buch, geht recht mathematisch vor und schließt oft vom Allgemeinen auf das Spezielle, was nicht jedermanns Sache ist. Gibt sehr gute Einführung in Kohärenz, Interferenz, Speckle, Holografie, Interferometrie und Fourier Optik.


Optik. Physikalisch-technische Grundlagen und Anwendungen
Heinz Haferkorn
Wiley-VCH
ISBN: 3-527-40372-8
Preis: 79,- €
Kommentar: Schönes Buch, das einen recht umfangreichen Streifzug durch die Optik bietet. Ist mehr ingenieurwissenschaftlich als naturwissenschaftlich aufgebaut und folgt auch der in den Vorlesungen verwendeten Vorzeichenkonvention nach DIN. Das Buch ist nicht immer verständnisfördernd, da wenig hergeleitet und mehr faktisch dargestellt wird. Ist deshalb eher ein Nachschlagewerk als ein Buch zum Lernen.


Principles of Optics (7th edition)
Max Born, Emil Wolf, A.B. Bhatia
Cambridge University Press
ISBN: 0-5216-4222-1
Preis: 56,19 €
Kommentar: Das sicherlich umfangreichste Buch, was die theoretische Optik angeht. Allerdings sehr schwer lesbar und sehr schwer verdaulich.


Bauelemente der Optik, Taschenbuch der Technischen Optik
Helmut Nauman, Gottfried Schröder
Fachbuchverlag Leipzig
ISBN: 3-4461-7036-7
Preis: 69,- €
Kommentar: Nachschlagewerk, in dem hauptsächlich Fakten gesammelt sind und fast nichts erklärt wird. Für die Vorlesungen gut verzichtbar, hat im Berufsleben durchaus Nutzwert.


Scanning Electron Microscopy. Physics of Image Formation and Microanalysis
Ludwig Reimer
Springer Verlag
ISBN: 3-5406-3976-4
Preis: 106,95 €
Kommentar: Das Buch zur Elektronenmikroskopie. Geht deutlich über die Inhalte der Vorlseung Mikroskopie heraus und empfielt sich in der Anschaffung nur für diejenigen, die sich dauerhafter mit dem Thema beschäftigen wollen.

Sollten Sie noch weitere Fragen haben, stehen wir Ihnen gerne zur Verfügung. Kontaktdaten finden Sie auf der Laborseite.

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