Beispiel für Lehrbriefinhalt Modul 1

Lehrmaterial

Aufbau der Module, Inhalte der Lehrbriefe und Praktika
Beispiel für Lehrbriefinhalt Modul 1
Foto: Janet Grabow/FSU

Das schriftliches Lehrmaterial für die vier Semester umfasst 18 Lehrbriefe mit insgesamt über 1000 Seiten. Dazu sind 14 Übungsaufgaben zu lösen, die die perfekte Basis für die Klausuren bilden.

Inhalt des Moduls 1

Lehrbrief 1: Optische Grundlagen

  • Licht als elektromagnetische Welle
  • Wechselwirkung elektromagnetischer Wellen mit Materie
  • Grundlagen der geometrischen Optik
  • Grundlagen der Wellenoptik (Beispiel)
  • Wellenleiter und Faseroptik
  • Optische Materialien und Bauelemente

Lehrbrief 2: Physikalische Grundlagen des Lasers

  • Das elektromagnetische Spektrum
  • Wechselwirkung atomarer Einzelsysteme mit elektromagnetischer Strahlung
  • Ensemble atomarer Systeme - Besetzungsinversion
  • Der Laserresonator
  • Die Laserbedingungen
  • Betriebsarten des Lasers
  • Die "Top Ten" unter den Lasern

Lehrbrief 3: Nachweis elektromagnetischer Strahlung

  • Grundbegriffe zum Strahlungsnachweis
  • Nachweismethoden im Überblick
  • Kalorimetrische Nachweismethoden
  • Fotoelektrische Nachweismethoden - Quantendetektoren
  • Technische Daten von Quantendetektoren

Lehrbrief 4: Charakteristika der Laserstrahlung und ihre Diagnostik

  • Die Leistung
  • Die Wellenlänge
  • Die Modenstruktur
  • Die Divergenz
  • Die Polarisation
  • Die Kohärenz
Inhalt des Moduls 2

Lehrbrief 5: Anlagen zur Lasermaterialbearbeitung - Grundkomponenten und Funktionsgruppen

  • Grundaufbau einer Lasermaterialbearbeitungsanlage (Beispiel)
  • Strahlungsquellen für die Lasermaterialbearbeitung
  • Optische Komponenten und Funktionsgruppen in LMB-Anlagen
  • Bearbeitungsstationen der LMB
  • Diagnostik und Stabilisierung des LMB-Prozesses

Lehrbrief 6: Wechselwirkung Laserstrahlung - Werkstoff in der Lasermaterialbearbeitung

  • Reflexion und Absorption
  • Thermische Effekte
  • Das laserinduzierte Plasma
  • Verfahrensspezifika bei der Energieeinkopplung

Lehrbrief 7:  Die Verfahren der Lasermaterialbearbeitung im Überblick

  • Bearbeitung von Oberflächen
  • Definierter Materialabtrag
  • Markieren, Dekorieren und Beschriften  (Beispiel)
  • Bohren mit Laserstrahlung
  • Fügen mit Laserstrahlung
  • Laserstrahlschneiden
Inhalt des Moduls 3

Lehrbrief 8:  Laser in der Meßtechnik

  • Fluchtung und Steuerung mittels Laserstrahlung
  • Messung von Längen und Abständen mittels Laserstrahlung
  • Messung von geometrischen Objektveränderungen mittels Laserstrahlung (Holografie, Specklemeßtechnik)
  • Messung von Geschwindigkeiten und Winkelgeschwindigkeiten mittels Laserstrahlung (Laseranemometrie, Lasergyroskope)

Lehrbrief 9:  Laser in der Spektroskopie und Informationstechnik

  • Grundlagen der Spektroskopie
  • Grundbegriffe der Nichtlinearen Optik
  • Strahlungsquellen für die Laserspektroskopie
  • Laserresonanzspektroskopie
  • Laser-Ramanspektroskopie
  • Zeitaufgelöste Spektroskopie
  • Frequenzaufgelöste Spektroskopie (Beispiel)
  • Überblick über andere Methoden der Spektroskopie
  • Optische Informationsübertragung und  -verarbeitung
Inhalt des Moduls 4

Lehrbrief 10:  Spezielle Probleme der Laserfunktion

  • Zur Dynamik eines Zweiniveau-Lasers
  • Zu Fragen der Leistungsauskopplung
  • Grundlagen optischer Resonatoren
  • Modulationstechniken
  • Erzeugung kurzer und ultrakurzer Laserimpulse

Lehrbrief 11:  Festkörper- und Halbleiterlaser

  • Festkörperlaser: Rubinlaser, Neodym-Laser, Holmium-YAG-Laser, Titan-Saphir-Laser, Alexandrit-Laser, Farbzentrenlaser
  • Halbleiterlaser: GaAlAs- und InGaAsP-Laser, Bleisalzlaser, ZnSe- und GaN-Laser

Lehrbrief 12:  Gas-, Farbstoff- und Sonderlaser

  • Gaslaser mit Übergängen in neutralen Atomen: HeNe-Laser, Jodlaser, Cu- und Au-Metalldampflaser
  • Gaslaser mit ionischen Übergängen: Argonionenlaser, Kryptonionenlaser, He-Cd-Metalldampflaser
  • Gaslaser mit molekularen Übergängen: Excimerlaser, Stickstofflaser, CO-Laser, CO2-Laser, HF-Laser, FIR-Laser
  • Farbstofflaser
  • Sonderlaser: Röntgenlaser, Freie-Elektronenlaser

Lehrbrief 13:  Anleitungen zum Praktikum "Lasertechnik"

  • Wellennatur der elektromagnetischen Strahlung
  • Funktion wichtiger Lasertypen
  • Justierung, Strahlführung und ähnliches
  • Messung von Strahleigenschaften
Inhalt des Moduls 5

Lehrbrief 14:  Lasereinsatz in der industriellen Fertigung

  • Lasergerechte Konstruktion und Fertigung
  • Rechnerunterstützung lasergerechter Konstruktion und Fertigung
  • Qualitätssicherung bei Lasertechnologien

Lehrbrief 15:  Anleitung zum Praktikum "Lasertechnologie"

  • Schneiden verschiedener Werkstoffgruppen
  • Bohren von z.B. Glas, Keramik, Stahl
  • Fügen von Kieselglas
  • Diagnostik der Laserstrahlung und des Bearbeitungsprozesses
Inhalt des Moduls 6

Lehrbrief 16:  Technisch-ökonomische Aspekte der Lasermaterialbearbeitung

  • Das Teilespektrum
  • Kosten der Lasermaterialbearbeitung
  • Der Weltmarkt für Laser und Lasersysteme
  • Forschungsbedarf

Lehrbrief 17:  Programmierung von Lasermaterialbearbeitungsanlagen

  • Fertigungsmittel
  • Aufbau numerisch gesteuerter Werkzeugmaschinen
  • Geometrische Grundlagen für die Programmierung
  • NC-Programm
  • NC-Programmierverfahren
  • Programmierung von Lasermaterialbearbeitungsanlagen

 

Inhalt des Moduls 7

Lehrbrief 18:  Arbeitsschutz bei Arbeiten mit Laserstrahlung

  • Vermittlung der Kenntnisse für "Laserschutzbeauftragte"
  • Grundlegendes
  • Laserschutzbeauftragter - Stellung und Aufgaben
  • Gefahren durch Laserstrahlung
  • Strahlungsgrenzwerte
  • Sicherheitsvorkehrungen zum Schutz vor Laserstrahlung
Praktika

Die Praktika zum Fernstudium finden in Jena im Otto-Schott-Institut für Materialforschung, im Technikum Optik sowie in der Ernst-Abbe-Hochschule Jena statt.

Praktikum I "Lasertechnik"

Die Versuche:

  1. Diodenlaser
  2. Helium-Neon-Laser
  3. Diodenlaser gepumpter Nd:YAG-Laser
  4. Erzeugung der 2. Harmonischen  von Nd:YAG-Laserstrahlung
  5. Linienabstimmung, Polarisation und Strahlprofil am CO2-Laser
  6. Impulserzeugung am CO2-Laser

Praktikum II "Lasertechnologie"

Die Versuche:

  1. Bohren von Metallen und Nichtmetallen mit dem CO2-Laser
  2. Metallschneiden mit einem cw-CO2-Laser
  3. Laser-Doppler-Anemometrie (LDA)
  4. Herstellung keramischer Nanopartikel durch Laservaporisation - prozessintegrierte Größenmessung der Nanopartikel-Agglomerate"
  5. Schneiden mit einem Nd:YAG-Laser
  6. Gravieren mit einem Nd:YAG-Laser