Experimentelle Übungen zum Wahlfach Photonik und Magnonik
WS 2011/2012
| Termin: | nach Vereinbarung, z.B. auch in der vorlesungsfreien Zeit |
| Umfang: | mindestens 4 LP |
| Anmeldung: | AP Raum 218 oder per E-Mail |
| Vorbesprechung: | Mi. 12. 10. 2011, 9.15 s.t. Uhr im SR AP |
| Zuordnung: | Experimentelle Übung zum Wahlfach (I o. II) Photonik und Magnonik (vorm. Photonik und Angewandte Wellenphysik) |
| Experimentelle Übung: Physikalische Vertiefung (I o. II) Photonik und Magnonik (vorm. Photonik und Angewandte Wellenphysik) |
Inhalt:
In dem Praktikum können je nach Interesse Versuche aus den Bereichen Magnetismus oder Optik durchgeführt werden. Aus dem folgendem Angebot müssen Versuche mit einem Umfang von mindestens 4 Leistungspunkten durchgeführt werden.
Räumlicher LC-Modulator und diffraktive Optik (2 Tage/LP)
Flüssigkristalldisplays werden standardmäßig in Digitaluhren, Taschenrechnern und Videoprojektoren eingesetzt. Im Bereich der Photonik werden räumliche LC-Modulatoren aber auch bei optischen Pinzetten, der holographischen Datenspeicherung oder zur Erzeugung von photonischen Gittern verwendet. In diesem Versuch werden erst die grundlegenden Eigenschaften eines LC-Modulators untersucht. Durch gezielte Amplituden- oder Phasenmodulation dient der Modulator als diffraktives optisches Element (DOE), mit dem sich z.B. Linsen oder Strahlteiler dynamisch erzeugen lassen. Mit dem Computer können Hologramme generiert werden, die mit dem Modulator umgesetzt werden. Der Versuch gibt auch eine kurze Einführung in die Bildverarbeitung mit Matlab.
Betreuer: Mike Wördemann
Holographie (2 Tage/LP)
Die Holographie ist ein Verfahren zur vollständigen Aufzeichnung von Wellenfronten, d.h. neben der Intensität wird auch die Phase des Lichtwellenfeldes mit aufgenommen. Im Unterschied zur gewöhnlichen Fotografie bleibt bei der Rekonstruktion eines Hologramms daher der räumliche Eindruck erhalten. Zur Aufnahme eines Hologramms wird ein Laserstrahl in zwei kohärente Wellen aufgeteilt. Die sog. Objektwelle wird vom aufzunehmenden Objekt reflektiert und mit der ungestörten Referenzwelle überlagert. Das entstehende Interferenzmuster wird dann als Hologramm z.B. auf einem fotografischen Film aufgezeichnet. Beleuchtet man den Film ausschließlich mit der Referenzwelle, so wird das Hologramm rekonstruiert.
Dieser Versuch gibt eine Einführung in das Prinzip und die Praxis der Holographie. Im ersten Teil wird ein so genanntes Transmissionshologramm aufgenommen, entwickelt und rekonstruiert. Im zweiten Teil wird die Holographie zur Messung von Oberflächendeformationen und Verschiebungen eingesetzt.
Betreuer: Mike Wördemann
Ferromagnetische Resonanz (3 Tage/LP)
Obwohl die ferromagnetische Resonanz (FMR) experimentell vor ungefähr 60 Jahren entdeckt worden ist, zählt sie immer noch zu den beliebten Methoden für Untersuchung und Charakterisierung magnetischer Materialien. Grundsätzlich ist FMR die Resonanzabsorption von Mikrowellenstrahlung in einer ferromagnetischen Probe. Den Student(inn)en wird ein Versuch angeboten, bei dem es sich um die Untersuchung der Resonanzabsorption einer Mikrowellenstrahlung mit einer Frequenz von 3-5 GHz an einer dünnen ferromagnetischen Schicht handelt. Dabei lernt man, wie man ein magnetisches Feld erzeugen bzw. messen kann, wie Mikrowellenkomponenten (z.B. Mikrowellenzirkulator) funktionieren und wie man eine Resonanzkurve aufnimmt. Das ultimative Ziel des Versuches ist die Bestimmung von Größen, die den Ferromagnet charakterisieren (z.B. statische Magnetisierung) auf Basis der gemessenen Resonanzkurven.
Betreuer: Matthias Buchmeier
Volumenholographische Datenspeicherung (3 Tage/LP)
Speicherung einer Datenseite in nichtlinearem LiNbO3. Messung charakteristischer Größen wie Empfindlichkeit, Beugungswirkungsgrad. Multiplexen von Datenseiten an einem Ort.
Betreuer: Mike Wördemann
Strahlkopplung und optische Phasenkonjugation (3 Tage/LP)
In diesem Versuch wird der Zwei- und Vier-Wellen-Mischprozess untersucht. Zwei-Strahl-Kopplung bewirkt den Energieaustausch zwischen zwei kohärenten Lasertrahlen in einem nichtlinearen Medium. Es wird die Abhängigkeit der Kopplungskonstante von verschiedenen charakteristischen Größen in einem photorefraktiven Barium-Titanat-Kristalls bestimmt. Die gewonnenen Ergebnisse werden hinsichtlich optischer Bildverstärkung und Auflösungsvermögen ausgewertet.
Der zweite Versuchsteil beschäftigt sich mit optischer Phasenkonjugation. Phasenkonjugation ist ein Mittel um Störungen im Phasenprofil eines Lichtstrahls zu beheben, der durch ein aberratives Medium propagiert. Es wird experimentell ein phasenkonjugierter Spiegel realisiert und seine Reflektivität in Abhängigkeit der Pump- und Signalintensitäten bestimmt.
Der Versuch eignet sich sowohl für den Schwerpunkt Nichtlineare Physik als auch für Photonik und Magnonik.
Betreuer : NN
Randomisierte Lasersysteme (3 Tage/LP)
Durch Streuung kann es in verstärkenden Medien (z. B. zerkleinerte Laserkristalle, Farbstoffe mit Streupartikeln, usw.) zur kohärenten Emission von Strahlung kommen. Dieses Phänomen wird Random Lasing genannt und äußert sich, wie auch bei konventionellen Lasern, in einem stark verschmälerten Emissionsspektrum. Im Rahmen des Versuches sollen Random-Laser aus farbstoffdotierten Polymeren und Titandioxid-Partikeln präpariert werden und anschließend gemäß ihrer optischen Eigenschaften charakterisiert werden. Der Versuch wird jeweils zeitlich zur Hälfte im Chemie- und Optiklabor durchgeführt.
Betreuer : Sebastian Knitter
Faserlaser und Datenübertragung (3 Tage/LP)
Aufbau und Charakterisierung eines Faserlasers. Bestimmung der typischen Eigenschaften von Glasfasern und Wellenlängenmultiplexing.
Betreuer: Till Walbaum
Helium-Neon Laser (2 Tage/LP)
Aufbau und Charakterisierung eines HeNe-Lasers. Themen: Optische Stabilität, Gaußsche Strahlen, Ausgangsleistung, Modenprofil, Wellenlängenselektion, Etalon.
Betreuer: Jörg Imbrock
Frequenzverdopplung im gütegeschalteten Nd:YAG-Laser (2 oder 3 Tage/LP)
Optisch gepumpte Nd:YAG- Laser kommen häufig in der Industrie, Forschung und Medizin zum Einsatz. In diesem Versuch wird aus Einzelteilen wie Resonatorspiegeln, Pumpdiode und Nd:YAG-Kristall ein Laser aufgebaut, dessen typische Eigenschaften experimentell untersucht werden. In einem nichtlinearen Kristall wird anschließend das emittierte infrarote Licht in seiner Frequenz verdoppelt. Mit einer Güteschaltung lassen sich dann auch aus der kontinuierlichen Emission kurze Laserpulse erzeugen. Der Versuch gibt einen Einblick in die Funktionsweise und Eigenschaften eines Lasers und der nichtlinearen Wechselwirkung zwischen Licht und Materie.
Betreuer: Michael Eßeling
