Diplomstudiengang Elektrotechnik

BSc Studiengang Informations- und Kommunikationstechnik

MSc Studiengang, Elektrotechnik und Informationstechnik (Systems Engineering), Vertiefungsrichtung Photonik 
 
Photonik an der Fernuniversität Hagen

 

 

Diplomstudiengang Elektrotechnik

Kurse Optische Nachrichtentechnik I und II (Kursnr. 02336 und 02337):

Die optische Nachrichtentechnik beschäftigt sich mit der Übertragung, der Verarbeitung und der Speicherung von Information unter Verwendung von Licht als physikalischem Trägersignal. In allen diesen Bereichen hat während der letzten zehn Jahre eine rasche Entwicklung stattgefunden. Von kommerzieller Bedeutung ist insbesondere das Gebiet der optischen Nachrichtenübertragung mit Hilfe von Glasfasern.

Der Kurs beschreibt die mathematischen und physikalischen Grundlagen der optischen Nachrichtentechnik sowie einige in der Übertragungstechnik verwendete Bauelemente (Teil I). Im weiteren werden Systeme und Anwendungen dargestellt, u. a. auch neuere Gebiete, die sich momentan noch zwischen Forschung und Anwendung befinden (Teil II).

Inhaltsverzeichnis Optische Nachrichtentechnik I

 1  Übersicht über die optische Nachrichtentechnik
 2  Was ist Licht
 3  Mehr über die mathematische Beschreibung von Wellen
 4  Interferenz, Kohärenz und Polarisation
 5  Streuung, Beugung und Brechung
 6  Lichtausbreitung in dielektrischen Medien
 7  Lichtausbreitung im freien Raum
 8  Lichtausbreitung in dielektrischen planaren Wellenleitern
 9  Lichtausbreitung in Glasfasern
10  Charakteristik von Glasfasern
11  Halbleiter
12  Wechselwirkung von Licht mit Halbleitern
13  Statistische Beschreibung von Absorption und Emission
14  Sende- und Empfangselemente für die optische Übertragungstechnik

Inhaltsverzeichnis Optische Nachrichtentechnik II

 1  Optische Kommunikationssysteme
 2  Optische Übertragungssysteme
 3  Optische Übertragung mit Direktempfang
 4  Übertragung mit kohärentem Empfang
 5  Faseroptische Übertragungsstrecken mit optischen Zwischenverstärkern
 6  Grundbegriffe digitaler Übertragungssysteme
 7  Laser
 8  Nichtlineare Optik
 9  Elektrooptik und Akustooptik
10  Integrierte Wellenleiteroptik
11  Optische Informationsverarbeitung
12  Mikrooptik
13  Optische Speichertechnik

Betreuung: Prof. Dr. Jahns, Dr. Matthias Gruber

 

Seminar Optische Nachrichtentechnik (Kursnr. 02241):

Das Lehrgebiet ONT veranstaltet in jedem Semester ein Seminar. Nähere Informationen hierzu gibt es bei Juergen.Jahns@FernUni-Hagen.de, Matthias.Gruber@FernUni-Hagen.de, Hans.Knuppertz@FernUni-Hagen.de
 

Praktikumsversuche:

Das Lehrgebiet Optische Nachrichtentechnik bietet seit dem SS 1998 zwei Praktikumsversuche an, die unabhängig voneinander durchgeführt werden können.

1. Grundlagen der Optischen Nachrichtentechnik:

Die Ausbreitung von Licht kann in Wellenleitern oder durch den freien Raum erfolgen. In diesem Versuch werden die Grundlagen der Wellenleiteroptik und der Freiraumoptik behandelt. Der Versuchsteil zur Wellenleiteroptik beinhaltet: Demonstration der internen Totalreflexion, Messung des Brechungsindex, Einkopplung in einen Wellenleiter und Bestimmung der Einkopplungseffizienz, Bestimmung der Dämpfung einer Plastikfaser. Zur Freiraumoptik werden folgende Versuche durchgeführt: Beugung an Amplituden- und Phasengittern, Messung der Beugungseffizienz, Prinzip der optische Abbildung.

2. Optische Übertragungstechnik:

Es werden Versuche zur optischen Übertragung mit Hilfe von Glasfasertechnoligie und von Freiraumoptik durchgeführt. Dies sind: Aufbau von Übertragungsstrecken bei 150 Mb/s und 1 Gb/s, Bestimmung der Dispersion, Zusammenhang von Bitfehlerrate und Signal-zu-Rausch-Verhältnis. Bei der Freiraumüvertragung wird die Lichtausbreitung eines Gauß'schen Strahls untersucht sowie eine parallele Übertragungsstrecke aufgebaut. Dabei wird der Einfluß der Strahlverbreiterung auf das optische Übersprechen untersucht.

 

Kurse Hochfrequenztechnik I und II (Kursnr. 02332 und 02333):

Die Hochfrequenztechnik befaßt sich mit der Erzeugung und Übertragung elektromagnetischer Wellen für Anwendungszwecke in Bereichen wie der Kommunikationstechnik (Mobilfunk, Rundfunk, Fernsehtechnik, Satellitenkommunikation usw.), Meßtechnik (Funknavigation, Radar), Energieübertragung (für industrielle und medizinische Zwecke). Der zweiteilige Kurs von Prof. Voges beinhaltet Themen wie:

- Verstärker und Oszillatoren
- Frequenzumsetzung und Modulation
- passive Schaltungskomponenten
- Antennen und Funkübertragung

Fachvertretung: Prof. Dr. Jahns, Dr. Hans Knuppertz

 

Video-Lehrfilm "Laser – Das besondere Licht"

Der Lehrfilm wurde von Prof. Dr. H. Richter von der Bergischen Universität – Gesamthochschule Wuppertal erstellt. Zum Lehrfilm, dessen Spieldauer ca. 40 Minuten beträgt, gibt es eine ergänzende Informationsschrift. Das Video mit der Informationsschrift kann am Lehrgebiet ONT für 2 Wochen entliehen werden. Wir bitten um schriftliche Bestellung bei der FernUniversität Hagen, z. H. Frau Kral, Universitätsstraße 27, 58084 Hagen.
 
 

BSc Studiengang Informations- und Kommunikationstechnik

HFT I + II (Kursnummer: 20110)
Die Hochfrequenztechnik befasst sich mit elektromagnetischen Wechselfeldern. Diese werden in vielen Bereichen der Technik und Physik genutzt: zur leitergebundenen und drahtlosen Nachrichtenübertragung, zur Ortung und Navigation, zur Fernerkundung bis hin zur Materialprüfung und zum Einsatz in medizinischen Verfahren. In diesem Kurs werden Grundlagen und Anwendungen der Hochfrequenztechnik dargestellt.

Photonik (Kursnummer: 20038)
In den drei Teilbereichen der Informationstechnik (Übertragung, Verarbeitung und Speicherung) spielen optische Verfahren eine immer größere Rolle. Der Name Photonik reflektiert die immer stärkere Bindung zwischen der konventionellen Optik und der Elektronik. Photonik beinhaltet die Kontrolle von Photonen bei der Lichtausbreitung (in Wellenleitern oder dem freien Raum) und in Bauelementen (bestehend aus Halbleitermaterialien oder Glas). Dieser Kurs gibt eine Darstellung der unterschiedlichen Teilbereiche, woebei der Schwerpunkt auf dem Gebiet der Übertragungstechnik liegt.
 
 

MSc Studiengang, Elektrotechnik und Informationstechnik (Systems Engineering), Vertiefungsrichtung Photonik 

21671 Grundlagen der Optik I: Physikalische Prinzipien

Ziel dieses Kurses ist es, in umfassender Weise die theoretischen und physikalischen Grundkenntnisse der Optik zu vermitteln. Er beginnt mit der mathematischen Beschreibung von Licht. Neben der Bereitstellung des entsprechenden Instrumentariums wird hier vor allem Wert darauf gelegt, die physikalischen Zusammenhänge deutlich zu machen. Ausgehend von den Maxwell-Gleichungen werden die Wellengleichung hergeleitet und idealisierte Wellentypen als Lösungen behandelt. Erörtert wird u.a auch der Dualismus von Teilchen und Welle des Lichtes. Danach werden die grundlegenden Eigenschaften optischer Wellenfelder behandelt, nämlich Interferenz, Kohärenz und Polarisation. Der Kurs endet mit einem Kapitel über Holografie.

 

21672 Grundlagen der Optik II: Technische Optik

Im Kurs Technische Optik geht es um Aufbau, Funktionsweise und Einsatzbereich von optischen Instrumenten und deren Komponenten. Theoretisches Fundament ist dabei die geometrische Optik, deren grundlegende Konzepte und Regeln zunächst vermittelt werden. Es folgt ein Überblick über technisch-optische Grundkomponenten und -funktionen. Der optischen Abbildung als wichtigster Funktion und dünnen und dicken Linsen als wichtigsten Komponenten sind dann drei eigene Kapitel gewidmet. Im Anschluss werden klassische optische Instrumente wie Mikroskop, Teleskop und Fotokamera erklärt. Da diese an das menschliche Auge angepasst sein müssen, wird dessen Funktionsweise ebenfalls behandelt. Im letzten Kapitel werden praktisch relevante Fragen zum Entwurf und Aufbau optischer Laborversuche diskutiert.

 

21681 Optoelektronik I: Physikalische Grundlagen

In diesem Kurs sind die grundlegenden Eigenschaften aktiver Halbleitermaterialien zusammengestellt. Es werden u.a. die unterschiedlichen Leitungsmechanismen, die Bandstruktur der Energieniveaus und die Energiezustände im Halbleiter behandelt. Wichtig für das Verständnis optoelektronischer Halbleiterbauelemente ist die Kenntnis der Übergänge zwischen verschiedenen Energiebändern, der Absorptions- und Emissionsprozesse sowie der spektralen Eigenschaften für spontane und stimulierte Absorption. Darauf folgt die Erläuterung der Effekte an Grenzflächen zwischen unterschiedlichen Materialien und deren Auswirkungen. Eine Einführung in quantenelektronische Strukturen und eine Darstellung der wichtigsten epitaktischen Herstellungsverfahren runden den Kurs ab.

 

21682 Optoelektronik II: Bauelemente

Die Entwicklung geeigneter Bauelemente stellt einen wesentlichen Aspekt für alle Teilbereiche der Photonik dar. Aufgrund ihrer schnellen Modulierbarkeit und ihrer kleinen Bauform sind insbesondere Laserdioden für viele photonische Anwendungen die wichtigsten aktiven Bauelemente. Sie sind im Bereich der Übertragungstechnik, der Speichertechnik und der Informationsverarbeitung von großer Bedeutung. Für viele Anwendungen, bei denen es nicht so sehr auf die Eigenschaften kohärenter Lichtstrahlung ankommt, sind Leuchtdioden (LEDs) als preiswerte und robuste Lichtquellen mit langer Lebensdauer interessant, insbesondere für Display- und Beleuchtungstechnik. Auf Seite der Empfangselemente werden pin-, Avalanche- und Schottky-Dioden beschrieben. Schließlich werden auch spezielle Bauelemente behandelt, welche neben der Funktion der Lichtdetektion bereits Aufgaben der Signalverarbeitung beinhalten.

 

21691 Optische Übertragungstechnik I: Übertragungssysteme

Die optische Übertragungstechnik stellt das Rückgrat der modernen Telekommunikation dar. Die technologische Grundlage hierfür bildet die Entwicklung geeigneter Lichtquellen, vor allem der Laserdiode, sowie der Glasfasertechnologie. Zur optimalen Ausnutzung der zeitlichen Bandbreite optischer Übertragungskanäle wurden unterschiedliche Technologien und Übertragungsverfahren entwickelt, wie z.B. das Wellenlängenmultiplexverfahren. In diesem Modul werden die unterschiedlichen physikalischen, technologischen und konzeptuellen Verfahren der optischen Übertragungstechnik beschrieben. Der weitaus überwiegende Anteil gegenwärtiger kommerzieller optischer Übertragungsverfahren beruht auf der Verwendung von Glasfasern. In diesem Kurs werden schwerpunktmäßig die physikalischen und technologischen Grundlagen faseroptischer Übertragungssysteme behandelt. Ebenfalls behandelt werden Übertragungssysteme, welcher auf der Freiraumausbreitung von Licht beruhen.

 

21692 Optische Übertragungstechnik II: Optische Netze

Optische Übertragungsstrecken stellen das Grundgerüst des Telekommunikationsnetzes und des Internets dar. Optische Breitbandnetze bieten unter Ausnutzung geeigneter Multiplexverfahren die Möglichkeit zur Übertragung enormer Datenmengen. Hier werden die physikalischen Grundlagen optischer Breitbandnetze behandelt und die wichtigsten Verfahren (Zeitmultiplex, Wellenlängenmultiplex) beschrieben.
 
 

21701 Mikrooptik

Die Mikrooptik nutzt die Technologieentwicklung im Bereich der Elektronik aus, um auf lithographischem Wege Bauelemente und Systeme herzustellen, welche u.a. klein, leicht und robust sind. Die lithographische Fertigung ermöglichte zunächst die Herstellung mikrooptischer Bauelemente und in den vergangenen Jahren den Einstieg in die Nanooptik. In diesem Modul werden Herstellungsverfahren, Entwurf und Modellierung sowie Anwendungen beschrieben. Dabei werden sowohl wellenleiter- wie freiraumoptische Komponenten und Systeme behandelt. Behandelte Themen sind Technologie und Fabrikation, refraktive Mikrooptik, diffraktive Mikrooptik, optische Mikrosysteme und diverse Anwendungsbereiche.
 
 

21702 Nanooptik

Nanooptics is currently an area with a lot of ongoing research. The first two chapters deal with numerical techniques that are required for the analysis of these structures. One is on the frequency domain algorithms, the other is on the time domain methods. The following chapters introduce sub-wavelength nano-structured elements, super-wavelength nano-structured elements, fundamentals of photonic crystals (PC), and applications of these PCs. The final chapter includes near-field optical microscopy and some new research results of nanooptics.