Lehrmaterial

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

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

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

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

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

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

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

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