Modul ME4530-KP04

Dauer

1 Semester

Angebotsturnus

Jedes Sommersemester

Leistungspunkte

4

Studiengang, Fachgebiet und Fachsemester:

• Master Medizinische Ingenieurwissenschaft 2014, Wahlpflicht, Medizinische Ingenieurwissenschaft, Beliebiges Fachsemester
• Master Medizinische Ingenieurwissenschaft 2020, Wahlpflicht, Medizinische Ingenieurwissenschaft, Beliebiges Fachsemester

Lehrveranstaltungen:

• ME4530-Ü: Optische und Photonische Systeme (Übung, 1 SWS)
• ME4530-V: Optische und Photonische Systeme (Vorlesung, 2 SWS)

Workload:

• 45 Stunden Präsenzstudium
• 75 Stunden Selbststudium und Bearbeitung von Übungen in Gruppen

Lehrinhalte:

• Überblick über optische Systeme in der Biomedizin
• Strahlenoptik und Wellenoptik
• Grundlagen Fourieroptik
• Einführung in optisches Raytracing
• Design von einfachen optischen Systemen wie Mikroskop/Teleskope, etc.
• Optische Aberrationen und deren Kompensation
• Bestimmung von Auflösung, Modulationstransferfunktion (MTF)
• Toleranzanalyse
• Strahlparameter und Auslegung von Strahlformungsoptiken
• Berechnung Diffraktiver Optischer Elemente (DOEs)
• Beugungseffizienzen und rigorose Beschreibung DOEs
• Anwendungen und spezifisches Design von DOEs (Spektrometer, Mikrolinsen)
• Herstellungsverfahren für optische Systeme und deren Charakterisierung
• Lichtwellenleiter und photonische Komponenten
• Simulation Lichtpropagation im Wellenleiter (Beam Propagationsmethode, BPM)
• Rigoroses Design photonischer Systeme mit FDTD
• Biomedizinisches Anwendungsbespiel: Oberflächenplasmonensensorik

Qualifikationsziele/Kompetenzen:

• Die Studierenden kennen grundlegende optische Komponenten.
• Sie können einfache optische Systeme im Raytracer nachbilden und deren optische Fehler analysieren.
• Sie kennen die Grundlagen der Optimierung optischer Systeme.
• Sie kennen unterschiedliche Simulationsmethoden und -regime zur Auslegung verschiedener optischer Systeme und können diese systemspezifisch anwenden.
• Sie kennen die Grundlagen diffraktiver Optiken und können grundlegende numerische Verfahren zu deren Berechnung selbst implementieren und kennen deren Anwendung in der Medizintechnik.
• Sie kennen Herstellungsverfahren optischer Komponenten und können hieraus Grenzen und Anwendungsbereiche ableiten.
• Sie kennen Grundlagen verschiedener Fasern und Wellenleiter, Anwendungsbeispiele und können einfache Fasersensoren optisch simulieren und auslegen.
• Die Studierenden besitzen die Sozial- und Kommunikationskompetenz zur Diskussion innerhalb von Übungsgruppen und zur Lösung komplexer Aufgaben im Team.

Vergabe von Leistungspunkten und Benotung durch:

• Klausur oder mündliche Prüfung nach Maßgabe des Dozenten

Modulverantwortliche:

• Prof. Dr.-Ing. Maik Rahlves

Lehrende:

• Institut für Biomedizinische Optik
• Prof. Dr.-Ing. Maik Rahlves

Literatur:

• H. Gross (Hrsg.) : Handbook of Optical Systems John Wiley & Sons, USA
• G. Litfin (Hrsg) : Technische Optik in der Praxis Springer, Deutschland
• J. W. Goodman : Introduction to Fourier optics Roberts & Co. Publishers, USA
• B. E. A. Saleh, and M. C. Teich : Fundamentals of Photonics John Wiley & Sons, USA
• M. S. Wartak : Computational Photonics Cambridge University Press, USA

Sprache:

• Englisch, außer bei nur deutschsprachigen Teilnehmern

Bemerkungen:

Letzte Änderungen:

04.10.2021