Photometrische Variabilität junger Sterne
Methodik: Beobachtung
Betreuer: Prof. Dr. Ralph Neuhaeuser (Tel. 947500)

Beobachtung von Transits extra-solarer Planeten
Methodik: Beobachtung
Betreuer: Prof. Dr. Ralph Neuhaeuser (Tel. 947500)

Spektroskopie junger Sterne
Methodik: Beobachtung
Betreuer: Prof. Dr. Ralph Neuhaeuser (Tel. 947500)

Hoch-aufgelöste Beobachtungen enger stellarer und sub-stellarer Sternbegleiter
Methodik: Beobachtung
Betreuer: Prof. Dr. Ralph Neuhaeuser (Tel. 947500)

Auswirkungen verschiedener Zustandsgleichungen auf Observable von Neutronensternen
Methodik: Theorie/Beobachtung
Betreuer: Prof. Dr. Ralph Neuhaeuser (Tel. 947500)

Röntgenpulse bei Neutronensternen
Methodik: Beobachtung
Betreuer: Prof. Dr. Ralph Neuhaeuser (Tel. 947500)

Radiales Profil normaler optischer Dicke einer 'idealen' Trümmerscheibe
Methodik: Theorie
Betreuer: Prof. Dr. Alexander Krivov (Tel. 947530)

Thermische Emission einer geometrisch dünnen Trümmerscheibe
Methodik: Theorie
Betreuer: Prof. Dr. Alexander Krivov (Tel. 947530)

Zusammenhang zwischen Staubleuchtkraft und optischer Dicke einer Trümmerscheibe
Methodik: Theorie
Betreuer: Prof. Dr. Alexander Krivov (Tel. 947530)

Das Chamberskriterium der Stabilität eines Zweiplanetensystems
Methodik: Theorie
Betreuer: Prof. Dr. Alexander Krivov (Tel. 947530)

Stabilität resonanter Objekte im Kuipergürtel
Methodik: Theorie
Betreuer: Prof. Dr. Alexander Krivov (Tel. 947530)

Stabilität direkt abgebildeter Planeten mit unbekannter Bahnorientierung
Methodik: Theorie/Beobachtung
Betreuer: Prof. Dr. Alexander Krivov (Tel. 947530)

Auswirkung des YORP-Effekts auf Planetesimale
Methodik: Theorie
Betreuer: Prof. Dr. Alexander Krivov (Tel. 947530)

Warme Komponenten in Systemen mit kaltem Staub
Methodik: Theorie/Beobachtung
Betreuer: Dr. Löhne Tel. 947531)

Thermische Eigenschaften der Staubscheibe um Fomalhaut
Methodik: Theorie/Beobachtung
Betreuer: Dr. Löhne Tel. 947531)

Die Studienarbeiten im Fortgeschrittenenpraktikum werden von Hochschullehrern und Mitarbeitern der jeweiligen Physikinstitute betreut.
Interessierte Bewerber melden sich bitte beim Praktikumsleiter:
Dr. Bernd Schröter, Telefon: 9 47463, email: bernd.schroeter/ad/uni-jena.de

Erprobung einer UHV-Anlage zur Elektronenspektroskopie an dünnen Schichten
(Auger-Effekt, AES, Ultrahochvakuum, Festkörper, Oberflächen)
Fortgeschrittenenpraktikum, Institut für Festkörperphysik, Betreuer: Dr. Schröter  

Analysetechniken, die für Oberflächen und dünne Schichten empfindlich sind, gehören zu den wichtigsten experimentellen Methoden der modernen Physik. Die Spektroskopie von Elektronen ist dabei besonders universell einsetzbar und liefert Informationen über die chemische Zusammensetzung der obersten Atomschichten (etwa 1nm Dicke) eines Festkörpers. Im F-Praktikum soll mit vorhandenen Komponenten ein Elektronen-Spektrometer in Betrieb genommen und getestet werden. Die Arbeiten erfolgen an einer Ultrahochvakuumanlage, die auch Vakuumbeschichtung und weitere Analysemethoden umfasst. Das Spektrometer wird über ein LABVIEW-Programm gesteuert.      

Experimentelle Untersuchungen zur Elektronenbeugung an Einkristallen
(Elektronenmikroskop, Vakuum, Strukturanalyse, Electron Channeling, Elektronenbeugung)
Fortgeschrittenenpraktikum, Institut für Festkörperphysik, Betreuer: Dr. Schröter  

Elektronenbeugungsmethoden ermöglichen im Gegensatz zur üblichen Röntgenbeugung die Strukturanalyse von sehr dünnen Schichten oder Kristalliten im Nanometerbereich. Dazu werden sie im (Ultra-)Hochvakuum betrieben. Besonders universell anwendbar ist der Einsatz am Elektronenmikroskop. Die Aufgabe umfasst die Erprobung verschiedener Elektronenbeugungsmethoden zur Kristallstrukturanalyse.    

Aufbau und Erprobung eines streulichtarmen Gitterspektrometers für die Ramanspektroskopie (Gitterspektrometer, empfindliche Lichtdetektoren, Laser-Anregung)
Fortgeschrittenenpraktikum, Betreuer: Dr. Hein/Dr. Bödefeld/Dr.Schröter  

Die Ramanspektroskopie ist aufgrund ihrer Empfindlichkeit für chemische Bindungen insbesondere in organischen Stoffen eine der wichtigsten Analysemethoden der Biophysik und –chemie. Besonders leistungsfähige Spektrometer hoher Frequenzauflösung und Nachweisempfindlichkeit werden für die geringen Signalintensitäten benötigt. Die Aufgabe besteht in Aufbau und Erprobung eines modernen Gitterspektrometers aus Einzelkomponenten.      

Aufbau und Erprobung eines modernen Ramanspektrometers zum Einsatz in Forschung und Ausbildung
(Optische Spektroskopie, Mikroskopie, Laser, Piezoscanner, Faserkopplung, LABVIEW) Fortgeschrittenenpraktikum, Betreuer: Dr. Hein / Dr. Bödefeld / Dr. Schröter  

Die Ramanspektroskopie ist aufgrund ihrer hohen Empfindlichkeit für chemische Bindungen insbesondere in organischen Stoffen eine der wichtigsten Analysemethoden der Biophysik und –chemie. Die Aufgabe umfasst den Ausbau eines hochauflösenden Lichmikroskops zu einem modernen Ramanspektrometer. Die Anregung erfolgt mit Laserlicht über Faserkopplung. Ein Piezoscansystem soll Raman-Imaging/Mikroskopie mit einer Auflösung besser als 1 Mikrometer ermöglichen. Steuerung und Signalaufnahme sollen mit LABVIEW-Programmen erfolgen.    

Aufbau und Erprobung von Komponenten für die Rastersondenmikroskopie
(Piezopositionier- und Rastersysteme, Rasterkraft- und Nahfeldmikroskopie, LABVIEW) Fortgeschrittenenpraktikum, Institut für Festkörperphysik, Betreuer: Dr. Schröter

  Piezopositioniersysteme sind die Grundkomponenten von Rastersondenmikroskopen, die die lokale Messung und Steuerung physikalischer und chemischer Eigenschaften typisch in Nanometer-Dimension ermöglichen. Diese Methoden sind die Basis für die naturwissenschaftliche Forschung der kommenden Jahrzehnte. In dieser Arbeit sollen solche Techniken für verschiedene Anwendungen erprobt und genutzt werden: Rasterkraftmikroskopie, optische Nahfeldmikroskopie, Raman- und Lumineszenz-Mikroskopie. Die Steuerung der Nanopositionier- und Rastersysteme soll überwiegend mittels LABVIEW-Programmen erfolgen.  

Zeitliche und spektrale Impulsanalyse eines modensynchronisierten blitzlampengepumpten Nd:YLF-Lasers
Fortgeschrittenenpraktikum, Institut für Optik und Quantenelektronik, Betreuer: Dr. Hein    

Aufbau und Erprobung eines Praktikumversuches „Optische Frequenzmischung mit ps-Laserimpulsen“
(SHG, THG, Parametrischer Generator)
Fortgeschrittenenpraktikum, Institut für Optik und Quantenelektronik, Betreuer: Dr. Hein  

Digitale Holografie mit synthetischer Apertur
Das Grundprinzip der synthetischen Apertur besteht in der Aufnahme einzelner Teile des Fourierspektrums, die dann zu einem gesamten Fourierspektrum des Objektes digital zusammengesetzt ("synthetisiert") werden. Mit Hilfe einer Fouriertransformation gewinnt man dann aus diesem Fourierspektrum das Bild des Objektes. Ursprünglich für die RADAR-Technik entwickelt, benötigt man im visuellen Spektralbereich holografische Methoden. Im IAO sollen die Experimente mit synthetischer Apertur so weiterentwickelt werden, dass nur ein Minimum an optischen Elementen benötigt wird (linsenlose Fourierholografie). Dafür sind auch neue Auswertealgorithmen zu entwickeln

Betreuender Hochschullehrer: Prof. Richard Kowarschik

Betreuender wissenschaftlicher Mitarbeiter: Dr. Armin Kießling
Tel.: 03641 947664
E-mail: oik@uni-jena.de

Auflösungssteigerung mit Hilfe eines bildinvertierenden Interferometers
Das Funktionsprinzip beruht auf der interferometrischen Überlagerung eines Objektbildes mit seiner räumlich invertierten Kopie. Damit läßt sich das laterale Auflösungsvermögen von Mikroskopen verbessern. Aufgrund der räumlichen Inkohärenz des Lichtes können nur in einem sehr kleinen Bereich um die Inversionsachse Interferenzen beobachtet werden. Dieser ist jedoch kleiner als das Punktbild des Mikroskopes, weswegen man durch die Auswertung dieser Interferenzstrukturen das laterale Auflösungsvermögen steigern kann. Da so nur Informationen von einem Punkt auf der Inversionsachse gewonnen werden können, muss das Objekt Punkt für Punkt gescannt werden. Am IAO wird an der praktischen Umsetzung dieses lange ausschließlich theoretisch beschriebenen Verfahrens gearbeitet. Bisher konnte eine Auflösungssteigerung von ca. 26% zu erreicht werden. Ein Neuaufbau soll die theoretisch maximale Auflösungssteigerung von ca. 32% auch für große numerische Aperturen ermöglichen.

Betreuender Hochschullehrer: Prof. Dr. Richard Kowarschik

Betreuender wissenschaftlicher Mitarbeiter: Dr. Armin Kießling
Tel.: 03641 947664
E-mail: oik@uni-jena.de

Adaptive Optik zur Vermessung und Korrektur von Aberrationen in Augen
Ziel der Arbeit ist die Charakterisierung eines deformierbaren Spiegels zum Einsatz in der Aberrationskorrektur am Auge für eine hochauflösende Bildgebung am Augenhintergrund. Dazu sollen zunächst einfache Wellenfrontverzerrungen, die mittels eines Hartmann-Shack-Sensor an Modellsystemen aufgenommen werden, über die Spiegeloberfläche korrigiert werden. Zum Abschluss der Arbeit wären erste Messungen an Augenmodellsystemen und ex-vivo Proben in Kooperation mit der Augenklinik Rostock möglich.

Betreuender Hochschullehrer: Prof. Dr. Alexander Heisterkamp

Betreuender wissenschaftlicher Mitarbeiter: M.Sc. Tobias Ehmke
Tel.: 03641 947654
E-mail: tobias.ehmke @uni-jena.de

Wechselwirkung von Nanopartikeln mit lebenden Zellen
Es sollen im neu eingerichteten Laser- und Zelllabor am Institut für Angewandte Optik Untersuchungen zur Darstellung und gezielten Anregung von Nanopartikeln und plasmonischen Oberflächen in Kontakt mit lebenden Zellen. Insbesondere soll durch die Nahfeldüberhöhung an den plasmonischen Strukturen die Membranpermeabilität der Zellen verändert werden, um gezielt Fremdmoleküle in die Zellen einzubringen.
Neben den experimentellen Arbeiten im Rahmen der linearen und nichtlinearen Optik sind auch theoretische Modellierungen der Plasmonenanregung mittels fs-Strahlung über die Mie-Theorie möglich.

Betreuender Hochschullehrer: Prof. Dr. Alexander Heisterkamp

Betreuende wissenschaftliche Mitarbeiterin: Dipl.-Phys. Judith Krawinkel
Tel.: 03641 947654
E-mail: judith.krawinkel@uni-jena.de

Photopolymere für Informationsspeicherung und -verarbeitung
Neue Photopolymere auf Plexiglas(PMMA)-Basis sollen auf ihren Einsatz in  der optischen Informationsspeicherung und –verarbeitung getestet  werden. Dazu werden holographische Gitter bei verschiedenen  Laserwellenlängen (Ar, Nd:YAG, He-Ne, Laserdioden) eingeschrieben  und vermessen (Oszi, Photodetektoren). Die Eigenschaften der holographischen Gitter sowie der Photopolymere werden in Abhängigkeit von Temperatur, Hintergrundbeleuchtung, Gitterperiode untersucht. Außerdem werden die PMMA-Photopolymere mit dem Polyvinylbutyral (PVB) kombiniert und im Verbundglas eingesetzt. Die Verbundgläser mit PVB+PMMA-Photopolymer können als Bildschirme für Head-Up-Displays in Kfz- und Flugzeugkockpits verwendet werden. Die holographischen Strukturen in Verbundgläsern können auch als Lichtkonzentratoren für Solazellen verwendet werden.

Betreuender Hochschullehrer: Prof. Dr. Richard Kowarschik

Betreuender wissenschaftlicher Mitarbeiter: Dr. Vladislav Matusevich
Tel.: 03641 947659
E-Mail: vladislav.matusevich@uni-jena.de

Design eines diffraktiv-optischen Elements (DOE) für die 3D-Vermessung mit strukturierter Beleuchtung
Optische, dreidimensionale Oberflächenvermessung mittels strukturierter Beleuchtung ist eine Methode zur schnellen und genauen Formvermessung von makroskopischen Objekten. Beliebige Objekte können mit heutigen Messverfahren in Sekunden mit einige Millionen Messpunkten erfasst werden [1,2]. In den zurückliegenden Veröffentlichungen der Arbeitsgruppe wurde eine Streuscheibe und ein Laser zur Erzeugung von Specklemustern verwendet, die für die strukturierte Beleuchtung genutzt wurden. Aufgrund der zwar statistischen, aber schwer steuerbaren Struktur der Specklemuster, sind Ansätze zur Generierung von andersartigen Mustern mit kohärenter Laserstrahlung notwendig. Mit Hilfe von diffraktiv-optischen Elementen soll versucht werden, ein bestmögliches Muster zu erzeugen und dadurch eine Möglichkeit zu erarbeiten, die es ermöglicht schnell und hochgenau 3D-Vermessung zu betreiben. Dabei muss die gebeugte Sollstruktur festgelegt werden, ein Phasenhologramm (DOE) zur Beugung berechnet und per Elektronenlithographie erstellt werden und nach Aufbau des Setups die Eignung eruiert werden.

Inhalte

• Wellenausbreitung, Beugung an computer-generierten Phasenhologrammen
• Numerische Berechnung und Simulation von Beugungsstrukturen (IFTA-Algorithmen)
• Vorbereitung der Strukturparameter für die lithographische Herstellung
• Bildverarbeitung, bspw. Feature Matching, Filterung und Bildrendering
• Test des DOEs auf Beugungseffizienz, Strukturwiedergabe und Eignung in der 3D-Vermessung

[1] Schaffer et al., Opt. Lett. 36, 3097-3099 (2011)
[2] Grosse et al., Opt. Eng. 50, 100503 (Oct 11, 2011)

Betreuender Hochschullehrer: Prof. Richard Kowarschik ( richard.kowarschik@uni-jena.de ),

Betreuender wissenschaftlicher Mitarbeiter: Dipl. Phys. Marcus Große ( marcus.g@uni-jena.de )

Multispektrale Rundumvermessung mit strukturierter Beleuchtung
Optische, dreidimensionale Oberflächenvermessung mittels strukturierter Beleuchtung ist eine Methode zur schnellen und genauen Formvermessung von makroskopischen Objekten. Beliebige Objekte können mit heutigen Messverfahren in Sekunden mit einige Millionen Messpunkten erfasst werden [1,2]. Üblicherweise werden für genaue 360°-Rundumvermessungen mehrere Sekunden benötigt. Dadurch können lediglich statische Objekte vermessen werden, da Bewegung während der Messzeit zu fehlerhaften dreidimensionalen Rekonstruktionen führen würde. In dieser Arbeit soll der Ansatz der Stereovermessung mit 2 Kameras auf einen Ansatz mit mindestens 4 Kameras erweitert werden, wobei die Messzeit maximal 0,1s betragen sollte. Durch Einsatz von mehreren Wellenlängen soll die simultane Beleuchtung des Objekts ohne Genauigkeitsverlust ermöglicht werden. Der Aufbau sollte konzipiert, aufgebaut und evaluiert werden.

Inhalte  

• Grundlagen der projektiven Abbildung
• Kalibrierung von Stereoaufbauten
• Bildverarbeitung, bspw. Feature Matching, Filterung und Bildrendering
• Konzeption eines Projektionsaufbaus
• Messungen zur Charakterisierung der Messgenauigkeit

[1] Schaffer et al., Opt. Lett. 36, 3097-3099 (2011)
[2] Grosse et al., Opt. Eng. 50, 100503 (Oct 11, 2011)

Betreuender Hochschullehrer: Prof. Richard Kowarschik ( richard.kowarschik@uni-jena.de ),

Betreuender wissenschaftlicher Mitarbeiter: Dipl. Phys. Marcus Große ( marcus.g@uni-jena.de )

Aufbau eines Streifenprojektionssystems mit unbegrenzter Schärfentiefe
Optische, dreidimensionale Oberflächenvermessung mittels strukturierter Beleuchtung ist eine Methode zur schnellen und genauen Formvermessung von makroskopischen Objekten. Beliebige Objekte können mit heutigen Messverfahren in Sekunden mit einige Millionen Messpunkten erfasst werden [1,2]. Die verbreitetste Technologie auf diesem Gebiet ist die phasenschiebende Streifenprojektion, wobei ein 1+Cos-Muster projiziert und über das Objekt verschoben wird. In dieser Arbeit soll versucht werden, die Streifen mittels Zweistrahlinterferenz zu erzeugen und im Anschluss auf das Objekt abzubilden. Die daraus resultierenden Vorteile bei Verwendung von Lasern für die strukturierte Beleuchtung sollen untersucht werden. Nach dem Aufbau eines solchen Zweistrahlinterfernzsetups werden Messungen zur Evaluation der Vermessungsgüte durchgeführt.

Inhalte  

• Grundlagen der projektiven Abbildung
• Kalibrierung eines Stereoaufbaus
• Bildverarbeitung, bspw. Feature Matching, Filterung und Bildrendering
• Konzeption eines Projektionsaufbaus
• Messungen zur Charakterisierung der Messgenauigkeit

[1] Schaffer et al., Opt. Lett. 36, 3097-3099 (2011)
[2] Grosse et al., Opt. Eng. 50, 100503 (Oct 11, 2011)

Betreuender Hochschullehrer: Prof. Richard Kowarschik ( richard.kowarschik@uni-jena.de ),

Betreuender wissenschaftlicher Mitarbeiter: Dipl. Phys. Marcus Große ( marcus.g@uni-jena.de )

AG Nanooptik

Nanostrukturierte plasmonische Materialien und Systeme

Betreuer: Prof. Dr. Thomas Pertsch (+49 3641 9-47840)

Photonische Nanomaterialien, wie z.B. Metamaterialien und Photonische Kristalle sind künstlich hergestellte Nanomaterialien mit extraordinären optischen Eigenschaften. Diese Erlauben die Erzeugung und Kontrolle von Licht in kleinsten Raumdimensionen. Ausgangspunkt für das Verständnis dieser komplexen Materialien ist die Erarbeitung der theoretischen Grundlagen der Licht-Materie-Wechselwirkung nanostrukturierter Medien. Die Beschreibung erfolgt in der Regel auf der Basis rigoroser Lösungen der Maxwell-Gleichungen für die eine Reihe numerischer Verfahren unter Anwendung von Hochleistungsrechnern eingesetzt wird. Die experimentelle Realisierung der Nanokomposite erfolgt unter Anwendung elektronenstrahl-basierter lithographischer Verfahren, die eine nahezu beliebige Gestaltung der Strukturen erlauben. Im Folgenden besteht die Aufgabe in der experimentellen Charakterisierung spektraler Eigenschaften. Dafür müssen spezielle Messaufbauten entworfen und realisiert werden, die eine Aufnahme spezifischer Eigenschaften, wie z.B. räumlicher Dispersion, ermöglichen. Mikroskopietechniken mit höchster Ortsauflösung, wie z.B. die Scanning Nearfield Optical Microscopy (SNOM), erlauben dabei Einblicke in elektrodynamische Vorgänge im Nanobereich.

Oxidische Nanodrähte für biophotonische und optofluidische Anwendungen

Betreuer: Dr. Rachel Grange ((+49 3641 9-47858)

Im Projekt sollen Bottom-Up- und Top-Down-Ansätze für die Realisierung von Lithiumniobate-Nanodrähten untersucht werden. Diese Nanodrähte besitzen einzigartige physikalische Eigenschaften, die z.B. für die Second Harmonic Generation (SHG), Summenfrequenzgeneration und photovoltaische Volumeneffekte ausgenutzt werden können. Für die Herstellung der Strukturen mit extrem großem Aspektverhältnis (Länge/Durchmesser) werden chemische Syntheseverfahren und Nanostrukturtechnologien eingesetzt. Zusätzlich erfolgt die Funktionalisierung der Oberfläche mittels chemischer und physikalischer Verfahren. Das Verständnis der Wechselwirkung intensiver optischer Anregungen mit diesen Nanodrähten erfordert die theoretische Beschreibung auf der Basis numerischer Simulationsverfahren. Die experimentelle Charakterisierung der optischen Eigenschaften der Nanodrähte erfolgt mittels modernster nichtlinearer Mikroskopietechniken im Nah- und Fernfeld. Neben der Untersuchung grundsätzlicher physikalischer Eigenschaften, werden auch biophotonische Anwendungen der Nanodrähte in optofluidischen Systemen untersucht.

Optische Mikroresonatoren höchster Güte

Betreuer: Prof. Dr. Thomas Pertsch (+49 3641 9-47840)

Nanostrukturverfahren erlauben die Realisierung optischer Resonatoren höchster Güte, die große Photonenlebensdauern in kleinsten Volumina aufweisen. Die resultierende extrem verstärkte Licht-Materie-Wechselwirkung führt bereits bei geringsten Anregungen zu nichtlinearen Prozessen, deren Untersuchung sowohl von grundlegendem wissenschaftlichen Interesse ist, die darüber hinaus aber auch für viele photonische Anwendungen eingesetzt werden kann. Ein Arbeitsthema ist die theoretische Beschreibung elektromagnetischer Wellen in gekoppelten Resonatoren mit Scheiben- und Kugel-Symmetrie, wobei sowohl analytische als auch rigorose numerische Methoden eingesetzt werden müssen. Ein weiteres Thema ist die technologische Realisierung der Strukturen mittels neuartiger lithographischer Verfahren. Die experimentelle Charakterisierung der Systeme erfolgt unter Anwendung hochsensitiver Verfahren, die den Nachweis weniger Photonen und deren resonante Wechselwirkung ermöglichen.

Nichtlineare Raum-Zeit-Dynamik von Licht in strukturierten Medien

Betreuer: Prof. Dr. Thomas Pertsch (+49 3641 9-47840)

Gegenstand des Themas ist die Untersuchung der nichtlinearen raum-zeitlichen Dynamik bei der Ausbreitung hochintensiver Lichtpulse in strukturierten Medien, wie z.B. Arrays evaneszent gekoppelter Wellenleiter. Unter dem Einfluss von Nichtlinearitäten kann es bei hohen Lichtintensitäten zur Ausbildung von räumlichen, zeitlich oder sogar raum-zeitlichen Solitonen kommen. Ein Ziel der Arbeit ist es, die Eigenschaften raum-zeitlicher Solitonen mittels numerischer Simulationen zu bestimmen und verschiedene Anregungsregimes zu untersuchen. Dabei soll die Abhängigkeit verschiedener Eigenschaften (Leistung, Breite, Stabilitätsbereich) von diversen Geometrien (Hexagon, rechteckiges Gitter, lineare Kette, Ring) und Parametern (Brechzahlhub, etc.) systematisch untersucht werden. Nachfolgend sollen diese theoretischen Vorhersagen in experimentellen Untersuchungen bestätigt werden. Die Anregung der Solitonen erfolgt mittels vorgeformter CEP-stabilisierter Femtosekundenpulse. Die experimentelle Charakterisierung der Solitonen erfordert die Implementierung von Nachweistechniken mit höchster Ort- und Zeitauflösung, wie z.B. FROG-Kameras.

Integriert-optische Techniken für die astronomische Interferometrie

Betreuer: Dr. Stefano Minardi (+49 3641 9-47848)

Moderne photonische Verfahren für die Beobachtung ferner astronomischer Objekte schließen auch interferometrische Techniken zur Erhöhung des optischen Auflösungsvermögens ein. Dabei werden die Signale mehrerer Teleskope in einem Interferometer überlagert. Dieses Verfahren beruht heute auf extrem aufwändigen Freiraumoptiken, was die Skalierung des Ansatzes auf die Vereinigung einer großen Anzahl Teleskope erschwert. In dem Projekt sollen nach dem Studium der theoretischen Grundlagen astronomischer Interferometrie integriert-optische Elemente hinsichtlich ihrer Eignung für den Aufbau eines skalierbaren integrierten Interferometers untersucht werden. Ein weiteres Arbeitsgebiet ist die Coronography für die Beobachtung von Exo-Planeten.

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Arbeitsgruppe Ultrafast Optics

Materialbearbeitung mit räumlich geformten Laserstrahlen

Betreuer: Prof. Dr. Stefan Nolte, Dr. Felix Dreisow (+49 3641 9-47822)

Die Anwendung ultrakurzer Laserpulse ist das zentrale Forschungsthema der AG Ultrafast Optics. In vielen Untersuchungen hat sich heraus gestellt, dass gaussförmige Laserstrahlen nicht immer mit optimaler Qualität der Ränder verbunden ist. Es ist daher anzustreben, im Fokus mit einer rechteckigen oder anderweitig modifizierten Strahlform zu arbeiten.
Das Ziel dieser Bachelorarbeit besteht darin, verschiedene Strahlprofile zu realisieren und diese exemplarisch zur Materialbearbeitung einzusetzen.

Tomographische Vermessung von Faser-Bragg-Gittern

Betreuer: Prof. Dr. Stefan Nolte, Daniel Richter, Christian Voigtländer, Jens Thomas (+49 3641 9-47823)

Faser-Bragg-Gitter (FBG) sind wichtige Bestandteile hochintegrierter Faserlaser. Als periodische Brechzahlmodifikationen im Kern der Faser dienen sie als schmalbandige Reflektoren. Am Institut für Angewandte Physik werden FBG mit Hilfe ultrakurzer Pulse in verschiedene Lichtleitfasern eingeschrieben. Das Kopplungsverhalten solcher FBG kann durch ihr transversales Profil maßgeschneidert werden. Auf diese Weise können zum Beispiel modenkonvertierende FBG realisiert werden.
Im Rahmen der Bachelorarbeit soll das transversale Brechzahlprofil ultrakurzpulsgeschriebener FBG mit einem tomographischen Aufbau vermessen werden. Insbesondere die induzierten Spannungsfelder in der Faser sollen charakterisiert werden. Diese Daten sollen anschließend genutzt werden, das Reflektionsverhalten der FBG präzise zu berechnen.

Mikrostrukturierung mit Ultrakurzpulslasern

Betreuer: Prof. Dr. Stefan Nolte (+49 3641 9-47820)

Laser sind in der Materialbearbeitung seit vielen Jahren etabliert. Allerdings ist die erreichbare Präzision bei Verwendung konventioneller Laser insbesondere bei der Bearbeitung von metallischen Werkstoffen durch Gefügeveränderungen und Schmelzbildung limitiert. Durch den Einsatz ultrakurzgepulster Laserstrahlung im Bereich von einigen 100 Femtosekunden bis zu wenigen Pikosekunden lassen sich diese Grenzen überwinden.
Im Rahmen der Arbeit sollen Untersuchungen zum Abtrag verschiedener Materialien mit Hilfe ultrakurzer Laserpulse durchgeführt werden. Abtragsschwellen und Ablationsraten sowie der Einfluss der Pulswiederholrate sind zu bestimmen. Mit Hilfe scannender Techniken sollen ausgedehnte Strukturen erzeugt werden. Es wird ein allgemeines Verständnis des Wechselwirkungsprozesses erarbeitet.

Doppelbrechung in Femtosekunden-Laser induzierten Wellenleitern

Betreuer: Prof. Dr. Stefan Nolte, Prof. Dr. Alexander Szameit, Robert Keil (+49 3641 9-47822)

Das Einschreiben von Wellenleitern in transparenten Medien mittels Ultrakurzpulslasern ermöglicht die Herstellung von vielfältigen integriert optischen Komponenten, die Licht in drei Raumdimensionen leiten. Für viele Anwendungen ist darüber hinaus eine genaue Kontrolle über den Freiheitsgrad der Polarisation wichtig. Durch den Herstellungsprozess wird jedoch intrinsisch Doppelbrechung im Wellenleiter hervorgerufen.
Im Rahmen dieser Bachelorarbeit soll daher die Abhängigkeit der Doppelbrechung von verschiedenen Herstellungsparametern untersucht werden. Dafür sind Wellenleiter mit unterschiedlichen Parametern in Glas einzuschreiben. Anschließend soll dann die Doppelbrechung in diesen Wellenleitern vermessen werden. Die dafür notwendigen experimentellen Fertigkeiten werden vermittelt.

Räumliche und zeitliche Formung ultrakurzer Laserpulse zur intraokularen Laserchirurgie

Betreuer: Prof. Dr. Stefan Nolte, Dr. Roland Ackermann, Robert Kammel (+49 3641 9-47821)

Femtosekunden (fs)-Laserpulse bieten im Vergleich zu längeren Pulsdauern bzw. konventioneller Chirurgie zwei wesentliche Vorteile: Gewebemodifikationen erfolgen ohne unerwünschte Nebenwirkungen auf die Umgebung und sind auch im Innern transparenten Gewebes möglich. Sie bieten deshalb großes Potential für Therapieverfahren in der Augenheilkunde und sind Gegenstand aktueller Untersuchungen. Während die bereits klinisch etablierte fs-LASIK an der Hornhaut erfolgt, erfordern fs-Therapieverfahren im Augeninnern, dass der ultrakurze Laserpuls bei der Transmission durch die vorderen Augenabschnitte nicht degradiert.
Im Rahmen der Arbeit soll daher untersucht werden, wie mittels zeitlicher Pulsformung und räumlicher Strahlformung die laserinduzierten Gewebedisruptionen optimiert werden können, um die Strukturgrößen zu minimieren und die Belastung der Netzhaut während der Laserbehandlung zu reduzieren.

Untersuchung von Lichtstreuung an intraokularen Laserdefekten

Betreuer: Prof. Dr. Stefan Nolte, Dr. Roland Ackermann, Robert Kammel (+49 3641 9-47821)

Modifikationen, die während einer Laserbehandlung in das transparente Gewebe des Auges eingebracht werden, können teilweise zu unerwünschten Streulichteffekten führen, bspw. dem sogenannten Rainbow-Glare nach einer fs-Lasik-Behandlung der Hornhaut.
Im Rahmen der Arbeit sollen daher Laserstrukturen und Behandlungsparameter am Modell eines künstlichen Auges untersucht und optimiert werden, um unerwünschte Streulichteffekte zu minimieren.

Lokales Laserbonden mittels bewegter Spiegel zur Erhöhung des Schmelzvolumens

Betreuer: Prof. Dr. Stefan Nolte, Sören Richter (+49 3641 9-47825)

Das Fügen von Glaskörpern ohne die Verwendung von Klebstoffen oder Zwischenschichten stellt noch immer eine große Herausforderung dar. Unter Verwendung von ultrakurzen Laserpulsen mit hohen Repetitionsraten ist es möglich, lokal im Volumen Material zu schmelzen. Wird hierbei der Laserfokus in die Grenzfläche zweier Glaskörper gelegt, können dauerhafte Verbindungen realisiert werden. Jedoch ist es hierzu eine hohe Oberflächenqualität notwendig, da die Glaskörper zuvor in Kontakt gebracht (angesprengt) werden müssen. Der geringe Probenkörperabstand ist notwendig, da die Schmelze nur etwa 200 nm aus der Oberfläche des Glases heraustritt. Um das aufgeschmolzene Volumen zu vergrößern ist eine gezielte Strahlformung notwendig. Ziel der Arbeit ist es, solch einen Aufbau zu realisieren und die dabei auftretenden Modifikationen zu charakterisieren.

Abstrahlverhalten von THz-Emittern

Betreuer: Prof. Dr. Stefan Nolte, Ulrike Blumröder (+49 3641/ 9-47824)

THz-Strahlung kann durch die Beschleunigung photogenerierter Elektronen einem elektrischen Feld erzeugt werden. Diese Felder können einerseits durch eine externe Spannungsversorgung bereitgestellt werden (Photoleitende Schalter) oder aber die Halbleiteroberfläche selbst ist die Quelle des elektrischen Feldes (Oberflächenemitter).
Im Gegensatz zu photoleitenden Schaltern existieren nur wenige Untersuchungen über das Abstrahlverhalten von Oberflächenemittern.
Im Rahmen der Arbeit soll daher das Abstrahlverhalten nanostrukturierter Siliziumoberflächen untersucht und mit bekannten Emittern wie InAs verglichen werden. Dazu soll eine fasergekoppelte Detektionseinheit aufgebaut und verschiedene Strukturgeometrien vermessen werden.  

Experimentelle Beobachtung optischer Blochoszillationen

Betreuer: Prof. Dr. Alexander Szameit, Julia Meyer (+49 3641 9-47985)

Die Lichtausbreitung in evaneszent gekoppelten Wellenleiterarrays stellt eine einzigartige Möglichkeit dar, quantenmechanische Prozesse im Festkörper mit optischen Hilfsmitteln zu simulieren und damit besser zu verstehen. Ein herausgehobenes Beispiel sind hierbei Blochoszillationen, die zwar 1928 für Festkörpersysteme vorhergesagt wurden, jedoch erst 1993 erstmalig in einem optischen System experimentell demonstriert werden konnten.
Im Rahmen der Bachelorarbeit soll eine spezielle Form von Blochoszillationen experimentell untersucht werden. Zu diesem Zweck werden mittels ultrakurzer Femtosekunden-Laserpulse Wellenleiter in Kieselglas eingeschrieben. Anschließend wird mit Hilfe einer (vorhandenen) optischen Fluoreszenzmikroskopiemethode die Lichtdynamik in den Strukturen untersucht.

Herstellung und Charakterisierung integriert optischer Elemente für quantenoptische Schaltungen

Betreuer: Prof. Dr. Alexander Szameit, René Heilmann (+49 3641 9-47985)

Der Einsatz einzelner und verschränkter Photonen für logische Schaltungen verspricht Effizienzen, die weit über denen elektronischer Architekturen liegen. Im Moment stellen jedoch die Ausmaße der aufgebauten logischen Elemente das größte Problem dar. Ein neuartiger Ansatz, welcher gerade international für hohes Aufsehen sorgt, ist die optische Integration von solchen Elementen mit Hilfe optischer Wellenleiter, welche eine Miniaturisierung der logischen Elemente um bis zu 3 Größenordnungen ermöglichen.
Im Rahmen der Bachelorarbeit sollen mit Hilfe ultrakurzer Femtosekunden-Laserpulse spezielle Wellenleiterstrukturen in Kieselglas eingeschrieben und anschließen mit einem (vorhandenen) Einzelphotonenaufbau charakterisiert werden. Ziel ist es, partiell-polarisierende Strahlteiler (PPBS) und spezielle quantenoptische Gates (z.B. ein Hadamard-Gate) zu realisieren.

Arbeitsgruppe Fiber & Waveguide Lasers

Frequenzkonversion von gepulster Laserstrahlung eines passiv gütegeschalteten Mikrochip-Lasers

Betreuer: Prof. Dr. Jens Limpert, Reinhold Lehneis (+49 3641 9-47811)

Ziel der vorliegenden Bachelorarbeit ist die experimentelle Untersuchung von SHG (second-harmonic generation) bzw. THG (third-harmonic generation) bei einer Mikrochip-Laserquelle, die gepulste Strahlung bei einer Wellenlänge von 1064nm emittiert. Durch die Frequenzkonversion lässt sich einerseits die Strahlung in den sichtbaren (532nm) bzw. UV-nahen (355nm) Bereich verschieben und anderseits auch die Pulsqualität der Mikrochip-Quelle verbessern, was die vielfältigen Anwendungsgebiete von Mikrochip-Lasern erweitert.
Die zum Einsatz kommenden passiv gütegeschaltete Mikrochip-Laser bestehen aus einem monolithischen Verbund von aktiven Laserkristall (Nd:YVO4) und SESAM (semiconductor saturable absorber mirror). Solche kompakten Laserquellen erzeugen gepulste Strahlung von 1064nm bei Pulsdauern von 70–200ps, Pulsenergien von 50–200nJ sowie Repetitionsraten, welche sich kontinuierlich von 100kHz bis 2MHz über die Pumpleistung variieren lassen.
Im Laufe dieser Arbeit sollen für die SHG bzw. THG verschiedene nichtlineare Kristalle resonatorextern, d.h. nach der Mikrochip-Quelle, eingesetzt und hinsichtlich der erreichbaren Konversionseffizienz bei gleichzeitiger Pulsverbesserung charakterisiert werden. Wichtige experimentelle Parameter, wie die Phasenanpassung, sollen dabei nicht nur experimentell, sondern auch theoretisch betrachtet werden.

Untersuchungen der dynamischen Verhaltens von Moden in Hochleistungsfaserlasern

Betreuer: Prof. Dr. Jens Limpert, Hans-Jürgen Otto (+49 3641 9-47811)

Die Leistungsskalierung von modernen Hochleistungs-Faserverstärkern und –Lasern, um Durchschnittsleistungen im Kilowatt-Bereich zu erreichen, wird im Moment hauptsächlich durch das Auftreten von sogenannten Modeninstabilitäten limitiert. Dabei wird ein anfänglich stabiler Grundmodestrahl bei Erreichen eines bestimmten Leistungslevels zeitlich instabil. Weiterhin ist das Auftreten von Moden höherer Ordnung zu beobachten, welche die Strahlqualität deutlich reduzieren. Wird anschließend die Ausgangsleistung wieder gesenkt, kehrt das System in den stabilen Ausgangszustand zurück.
Ziel der Bachelorarbeit ist es, Teilaspekte von Modeninstabilitäten in modernen Hochleistungsfasern zu untersuchen, sowie mögliche Lösungen zur Vermeidung und/oder Unterdrückung experimentell umzusetzen. Die Bachelorarbeit gliedert sich dabei thematisch wie auch methodisch in ein laufendes Forschungsprojekt ein. Dadurch ist es möglich, auf vorhandene moderne Hochleistungsfasersysteme für die Experimente zurückzugreifen, sowie auf Ergebnissen und Erkenntnissen bisheriger Untersuchungen aufzubauen.
Die Bachelorarbeit bietet die Möglichkeit, in einem motivierten Team an einem der wichtigsten und kontroversesten Themen der Gegenwart bei der Entwicklung von Faserlasern aktiv mitzuwirken und voranzutreiben.

Experimentelle und theoretische Untersuchung der Propagation ultrakurzer Pulse in Kagome photonischen Kristallfasern

Betreuer: Prof. Dr. Jens Limpert, Stefan Demmler (+49 3641 9-47811)

Anwendungen wie die Erzeugung hoher harmonischer Strahlung verlangen nach ultrakurzen Laserpulsen mit hoher Pulsenergie. Die Kagome photonische Kristallfaser (PCF – photonic crystal fiber) ist sehr gut geeignet, um hochenergetische Pulse spektral zu verbreitern und dadurch die zeitliche Kompression solcher Pulse zu kürzeren Pulsdauern zu ermöglichen. Die Kagome PCF hat eine spezielle Hohlkernstruktur, welche mit unterschiedlichen Gasen gefüllt werden kann. Je nach gewähltem Gas und jeweiligem Druck, ändern sich die Dispersionseigenschaften sowie die Nichtlinearität der Faser. Dadurch kann die nichtlineare Pulspropagation an die Anforderungen der nachfolgenden Anwendung angepasst werden.
Im Rahmen der Bachelorarbeit soll die nichtlineare Propagation von ultrakurzen Pulsen in einer Kagome PCF untersucht werden. Zu diesem Zweck müssen die Dispersionseigenschaften der Faser vermessen und mit den Spezifikationen des Herstellers verglichen werden. Die nichtlineare Pulspropagation soll in Abhängigkeit von den Eingangspulsparametern, wie Pulsdauer und Pulsspitzenleistung, untersucht und mit numerischen Simulationen verglichen werden.
Die Bachelorarbeit gibt die Möglichkeit ein vielversprechendes Forschungsgebiet zu bearbeiten. In Abhängigkeit von den Ergebnissen kann die PCF mit einem state-of-the-art Hochleistungs-OPCPA-System (OPCPA – optical parametric chirped pulse amplifier) kombiniert werden, um dessen erreichbare Pulsspitzenleistung weiter zu erhöhen.

Arbeitsgruppe Microstructure Technology

Atomlagenabscheidung von metallischen dünnen Schichten und deren Charakterisierung

Betreuer: Dr. A. Szeghalmi, Dr. E.-B. Kley ( +49 3641 9-47859)

Atomlagenabscheidung (atomic layer deposition, ALD) ist eine vielversprechende Beschichtungstechnologie für die Herstellung komplexer optischer Elemente. Hohe Uniformität, präzise Kontrolle der Schichtdicke über die Anzahl der ALD-Zyklen und strukturtreues Schichtwachstum bei Nanostrukturen mit einem hohen Aspekt-Verhältnis sind die Vorteile der ALD. Dünne, metallische Schichten sind unerlässlich für die Herstellung einer Vielzahl optischer Elemente (Metamaterialien, Sensoren, Polarizatoren, Spiegel).
Die Studienarbeit wird in 3 aufeinander folgenden Wochen durchgeführt. In den ersten zwei Wochen wird die Entwicklung und Optimierung des ALD-Prozesses durchgeführt. Für die Beschichtung wird eine plasma-unterstützte ALD-Anlage im Reinraum eingesetzt. Die optische Charakterisierung erfolgt teilweise in situ durch Ellipsometrie. Weitere Untersuchungsmethoden sind die AFM, REM und Resistivität-Messungen. Aus den resultierenden Daten werden optische Elemente hergestellt, daran anschließend erfolgt die Charakterisierung der Elemente.

Atomlagenabscheidung von SiO 2 dünnen Schichten

Betreuer: Dr. A. Szeghalmi, Dr. E.-B. Kley ( +49 3641 9-47859)

Atomlagenabscheidung (atomic layer deposition, ALD) ist eine vielversprechende Beschichtungstechnologie für die Herstellung komplexer optischer Elemente. Hohe Uniformität, präzise Kontrolle der Schichtdicke über die Anzahl der ALD-Zyklen und strukturtreues Schichtwachstum bei Nanostrukturen mit einem hohen Aspekt-Verhältnis sind die Vorteile der ALD. In dieser Arbeit werden SiO 2 Schichten hergestellt und optisch charakterisiert. Ziel ist es, optisch hochqualitative Schichten mit niedriger Brechzahl zu erhalten.
Die Studienarbeit wird in 3 aufeinander folgenden Wochen durchgeführt. In den ersten zwei Wochen wird die Entwicklung und Optimierung des ALD-Prozesses durchgeführt. Für die Beschichtung wird eine plasma-unterstützte ALD-Anlage im Reinraum eingesetzt. Die optische Charakterisierung erfolgt teilweise in situ durch Ellipsometrie. Aus den resultierenden Daten werden Multilagen mit hoch-brechenden Materialien für Antireflexschichten entwickelt. Daran anschließend erfolgt die Charakterisierung der Elemente.

Freistehende ultra-dünne dielektrische Filme

Betreuer: Dr. A. Szeghalmi, Dr. E.-B. Kley ( +49 3641 9-47859)

Freistehende dünne Schichten sind wichtige Komponenten für verschiedene optische Elemente. In dieser Studienarbeit werden freistehende Filme in Polymeren und Oxiden entwickelt. Diese Filme werden hier durch die selektive Entfernung einer Opferschicht hergestellt. Dadurch lassen sich auch strukturierte oder dotierte freistehende dünne Schichten herstellen. Hier werden verschiedene Aspekte des Herstellungsprozesses optimiert.
Die Studienarbeit wird in 3 aufeinander folgenden Wochen durchgeführt. In der ersten Woche werden verschiedene Opferschichten durch Atomlagenabscheidung hergestellt. Für die Beschichtung wird eine plasma-unterstützte ALD-Anlage im Reinraum eingesetzt. Die dünnen Filme werden auf die Opferschicht aufgebracht. Danach wird chemisch oder thermisch die Opferschicht entfernt. Dieser Prozess wird hier optimiert, und für die Herstellung nanostrukturierter optischen Elemente evaluiert.

Herstellung und Charakterisierung dielektrischer und metallischer Schichtsysteme für die Optik – dielelektrische Schichtsysteme
Betreuer: Prof. Dr. Norbert Kaiser (+49 3641 807-321)

Datum: 3-wöchige Blockveranstaltung (ganztägig) in den Semesterferien nach Absprache

Dielektrische Schichtsysteme werden für eine Vielzahl von optischen Bauteilen benötigt. Neben der Entspiegelung von Brillen in der Massenproduktion werden hochpräzise Beschichtungen für den Einsatz im Weltraum oder für die Herstellung von EUV-Spiegeln benötigt.
Die Studienarbeit soll in die wesentlichen Aspekte der Vakuum- und Beschichtungstechnologie einführen und einen Einblick in den aktuellen Stand der Technik gewährleisten.
Nach einer kurzen Einarbeitungsphase soll ein dielektrisches Schichtsystem für die Entspiegelung von Glassubstraten im sichtbaren Spektralbereich oder als Bandpassfilter simuliert und letztendlich in einer Verdampfungsanlage abgeschieden werden. Danach werden die Grundkenntnisse zur Charakterisierung der dünnen Schichten vermittelt und erste Schritte zur Optimierung des Beschichtungsprozesses angestrebt.

Herstellung und Charakterisierung dielektrischer und metallischer Schichtsysteme für die Optik – Metallinselfilme
Betreuer: Prof. Dr. Norbert Kaiser ( +49 3641 807-321 )

Datum: 3-wöchige Blockveranstaltung (ganztägig) in den Semesterferien nach Absprache

Ein Ansatz zur Herstellung von wellenlängenabhängigen Absorbern stellt die Kombination von Metallinseln in einer dielektrischen Schicht dar.
In der Studienarbeit sollen die Grundlagen der Vakuum- und Beschichtungs­technologie vermittelt und für die Herstellung von Metallinselfilmen verwendet werden. Außerdem werden die theoretischen Ansätze zur Beschreibung von eingebetteten Metall-Nanopartikeln kennengelernt.
Um die abgeschiedenen Metallinselfilme zu charakterisieren werden spektral­photometrische Messungen durchgeführt. Mit Hilfe der elektrischen Charakterisierung durch die lineare Vier-Punkt-Messung soll der Übergang von der Insel- zur Filmbildung bestimmt werden.
Durch die Abscheidung von verschiedenen Metallen und die Einbettung in unterschiedliche Dielektrika soll das spektrale Verhalten bestimmten Anforderungen angepasst werden.

Optikdesign mittels Raytracing
Betreuer: Dr. Peter Schreiber, Erik Förster ( +49 3641/807- 430 )

Datum: 3-wöchige Blockveranstaltung (ganztägig) in den Semesterferien nach Absprache

Grundlagen des Optikdesigns mit Strahlverfolgungssoftware (Systemmodellierung, Analyse mit Strahlbündeln, Optimierung) werden vermittelt. Mit dem Programm ZEMAX-SE werden Abbildungsfehler von Einzellinsen (Farbfehler, Öffnungsfehler, Coma, Astigmatismus) für unterschiedliche Systemauslegungen berechnet. Anschließend erfolgt die Optimierung eines Zweilinsers hinsichtlich minimaler Farbfehler (Achromat). Die erzielten optischen Parameter (Öffnung, Gesichtsfeld, Farbfehler) werden mit dem Designprogramm analysiert.
Der Aufbau der berechneten Systeme auf einer optischen Bank erlaubt die Vermessung von Punktabbildungs- und Modulationstransferfunktion mit einer USB-Kamera und den Vergleich mit den Simulationsresultaten.

Homogenisierung mit Mikrolinsenarrays
Betreuer: Dr. Peter Schreiber, Frank Wippermann ( +49 3641/807- 430)

Datum: 3-wöchige Blockveranstaltung (ganztägig) in den Semesterferien nach Absprache

Ein eingeführtes Konzept zur homogenen Ausleuchtung von Flächen sind Wabenkondensoren. Die Verwendung von Mikrolinsen-Tandemarrays ermöglicht die Realisierung miniaturisierter Systeme mit verringertem Justageaufwand und guter Homogenität der Ausleuchtung. Im Versuch erfolgt die Systemauslegung und Analyse von Homogenisierungsoptiken mit Einzel- und Tandemarrays unter Nutzung der Multikonfigurationsoption der Strahlverfolgungssoftware ZEMAX-SE. Weiter­führende Simulationen (Arraymodellierung und Analyse mit Wellenpropagations­algorithmen) sind mit der erweiterten Funktionalität der Vollversion ZEMAX-EE möglich. Nach dem Design erfolgen Experimente mit einseitigen und Tandem-Linsenarrays auf einer optischen Bank. Hierbei wird die Homogenisierung inkohärenter (kollimierte LEDs) und kohärenter (Laserpointer) Quellen mit einer USB-Kamera untersucht und die erhaltenen Resultate mit den Ergebnissen der Designrechnungen verglichen.

Nichtlineare Effekte in passiven optischen Fasern
Betreuer: Dr. T. Schreiber (+49 3641/807- 352 )

Datum: 1.3.2008 - 31.3.2008 (ganztägig)

Bei der Führung von gepulster Laserstrahlung hoher Intensität in optischen Fasern kommt es zu nichtlinearen Wechselwirkungen wie z. B. stimulierter Ramanstreuung, Selbstphasenmodulation und Vierwellenmischung. In einem Experiment sollen diese Effekte mit Hilfe eines Nanosekundenlasers und verschiedenen Fasern analysiert werden. Zu Beginn ist der Laser selbst hinsichtlich seiner optischen Parameter, wie Pulslänge und Wiederholrate in Abhängigkeit von der Leistung, sowie der Strahlqualität ausgedrückt als Beugungmaßzahl M² zu vermessen. Zur Charakterisierung der nichtlinearen Effekte in Fasern ist der Laserstrahl in die Fasern einzukoppeln und spektrale und zeitliche Änderungen abhängig von der Leistung und Länge der Eingangspulse mit Hilfe eines Spektrometers und schnellen Photodioden zu vermessen. Weiterhin sind der Einfluss der Eingangspolarisation sowie die Polarisation der neu erzeugten Spektralanteile zu untersuchen. Die zugehörigen experimentellen Aufbauten sind zu entwerfen und aufzubauen. Die Messungen sind durch analytische und numerische Rechnungen zu bestätigen.

Abbildungsgütebestimmung / MTF Messung optischer Systeme
Betreuer: Dr. Stefan Riehemann ( +49 3641/807-236)

Datum: 3-wöchige Blockveranstaltung (ganztägig) in den Semesterferien nach Absprache

Es soll sich in die Grundlagen der Abbildungsqualität von Objektiven sowie in die Bedienung eines MTF-Messplatzes eingearbeitet werden. Anschließend soll die Abbildungsqualität von 2 Objektiven vermessen werden. Hierzu muss der Messplatz jeweils auf die Messgeometrien endlich-endlich bzw. unendlich-endlich umgebaut werden. Nach jedem Umbau ist eine sehr genaue Grundjustage des Messplatzes durchzuführen. Es wird anschließend in der Messsoftware ein entsprechender Messplan erzeugt. Die beiden zu vermessenden Objektive müssen dann im Messaufbau zentriert und anschließend vermessen werden. Die erzielten Ergebnisse sind in einem Protokoll zusammenzufassen und zu diskutieren.

• Halbleiter-Nanodrähte (Synthese, Modifikation, Funktionalisierung als Bauelemente, Sensoren...)
• Dotierung von Halbleitern durch Ionenstrahl-Implantation
• Diamantähnliche Schichten
  
• Oberflächenstrukturierung mittels Ionenbestrahlung
• Grenzflächen zwischen dünnen Schichten und biologischen Materialien
• Photovoltaik
  

Bei Interesse bitten wir Sie sich direkt an Prof. C. Ronning zu wenden, entweder via E-Mail oder persönlich. Dann erläutern wir Ihnen gerne weitere Details zu den Themen! Auch bei Interesse an einem der Themen, zu denen wir aktuell gerade kein konkretes Projekt anbieten, können Sie sich gerne melden; ggf. lassen sich auch dafür Arbeitsthemen finden.

Kryogene Gütemessung
Ziel der Arbeiten ist es, ein hochempfindliches Verfahren der mechanischen Festkörperspektroskopie kennen zu lernen. Ausgehen von kryogenen Untersuchungen an Substratmaterialien (z.B. Silizium oder Kristallquarz) werden unterschiedliche Dämpfungsmechanismen im Festkörper untersucht. Darüber hinaus können die mechanischen Verluste dielektrischer Schichten bei tiefen Temperaturen untersucht werden.
Die Arbeiten finden in Anlehnung an den Sonderforschungsbereich „Gravitationswellenastronomie“ statt.

Betreuender Hochschullehrer: Prof. Dr. Paul Seidel

Betreuender Mitarbeiter: Dipl.-Phys. Ronny Nawrodt

Dünnschichttechnik
Verschiedene Materialien (z.B. Metalle, Supraleiter, Isolatoren) werden mittels Verfahren der Dünnschichttechnologie (z.B. Laserdeposition, Sputtern, Verdampfen) als dünne Schichten auf geeigneten Substraten abgeschieden und festkörperphysikalisch charakterisiert. Durch geeignete Strukturierungsverfahren werden einfache elektronische Bauelemente realisiert und elektrisch charakterisiert.

Betreuende Hochschullehrer: Prof. Dr. Paul Seidel, PD Dr. Frank Schmidl

Betreuender Hochschullehrer: Prof. Dr. Paul Seidel

Betreuer: Dipl.-Ing. M. Thürk

Bei Interesse oder Fragen zu den folgenden Themen bitte melden bei

Prof. Dr. Carsten Rockstuhl

Büroadresse:
Helmholtzweg 4, Zimmer 112
Tel. 03641/947176
E-Mail: carsten.rockstuhl@uni-jena.de

Wärmestrahlung in Systemen stark gekoppelter Kugeln
Ziel der Arbeit ist die Implementierung einer Matlab Routine, die den Wärmetransport zwischen Kugeln verschiedener Temperatur beschreibt. Dabei soll nur der Aspekt der Wärmestrahlung Berücksichtigung finden. Im Speziellen ist zu klären, welchen Anteil evaneszente Nahfelder zwischen stark gekoppelten Kugeln auf die thermische Leitfähigkeit dieser Systeme haben. Die theoretische Beschreibung erfolgt im Rahmen der Mie Theorie, die eine analytische Lösung der Maxwellgleichungen für Systeme mit Kugelsymmetrie bereitstellt. Basierend auf einem vorhandenen Algorithmus, der die Streuantwort gekoppelter Kugeln behandelt, ist eine Erweiterung vorzunehmen, die thermische Fluktuationen mit Quelltermen (Strömen) verbindet. Durch das Fluktuations-Dissipations Theorem können diese Quellterme mit Materialeigenschaften verbunden werden, was eine rigorose Lösung des Problems ermöglicht.

Optische Nanoantennen
Werden optische Nanoantennen an lokalisierte Lichtquellen (wie z.B. Quanten-Punkten oder Molekülen) gekoppelt, können deren Emissionseigenschaften stark verändert werden. In dieser Arbeit soll, aufbauend auf bereits durchgeführten Arbeiten, je nach Interesse des Studenten entweder auf analytischem oder auf numerischem Wege die Eigenschaften ausgewählter optischer Nanoantennen untersucht werden. Dabei können Resonanzeigenschaften der Antennen bei Skalierung ihrer Größen untersucht werden, die Anwendbarkeit neuer Materialien zur Konstruktion von Antennen, wie z.B. Graphen, für unkonventionelle Spektralbereiche oder aber auch komplett neue Geometrien analysiert werden. Alternativ kann auch an einer quantenmechanischen Beschreibung des hybriden Systems mitgearbeitet werden. Dabei wird das Feld klassisch beschrieben, die lokalisierte Lichtquelle allerdings quantenmechanisch. Von besonderem Interesse sind hier Effekte der starken Wechselwirkung.

Meta-Materialien im Optischen und THz Spektralbereich
Der rasante technologische Fortschritt in der Herstellung von mikro- und nanoskopische Strukturen
ermöglicht heutzutage die Realisierung von künstlichen Medien mit Eigenschaften jenseits dessen,
was die Natur zu Verfügung stellt. Die Fülle potentieller Anwendung ist endlos, sodass großer
Bedarf in der Erforschung, des Designs und der Charakterisierung dieser Meta-Materialien besteht.
In diesem Zusammenhang sind verschiedene Aufgaben der aktuellen Forschung zu lösen, zu deren Unterstützung wir engagierte und kreative Studenten mit Hang zur Simulation und Analytik suchen.

Folgende Themen stehen aktuell zur Diskussion und können jederzeit begonnen werden:

- Übertragung bekannter Konzepten isotroper Metamaterial Designs in den THz-Bereich. Das betrifft vor allem die Optimierung als Vorbereitung zur Herstellung, die ggf. vom Studenten mit verfolgt werden kann.

- Erarbeitung neuer isotroper Designs. Hier ist vor allem Kreativität und räumliches Vorstellungsvermögen gefragt. Ein Großteil der Arbeit kann in der Sichtung bestehender Literatur bestehen. Ebenfalls ist ein Schwerpunkt auf dem Programmieren numerischer und damit semi-automatischer Optimierungen denkbar.

- Zur analytischen Beschreibung von Metamaterialien wird zumeist eine Beschreibung in Form von effektiven Medien herangezogen. Hierbei sind vielfältige Probleme zu diskutieren, deren Lösung zum Teil noch aussteht. Der Student würde sich zunächst in bestehende Literatur einarbeiten und dann in intensiver Zusammenarbeit mit dem Betreuer versuchen einzelne Teilprobleme zu lösen. Diese Arbeit richtet sich an Studenten, die schon jetzt mit hohem Zeiteinsatz eine potentielle Masterarbeit auf diesem Gebiet anstreben und vorbereiten wollen.

Nonlinear effects in plasmonic waveguides
In recent years, there has been an increasing interest in defining optical comp onents at the nano-scale. Plasmonic waveguides stand out as one promising candidate for realizing this goal. They are capable of confining light at scales much smaller than the wavelength but at the cost of higher damping. This project shall deal in the exploitation of high intensities offered by plasmonic waveguides to trigger nonlinear effects. Possible directions being considered are plasmon-solitons, plasmonic cavities, tapering the waveguide to preserve intensity and possible effects in coupled waveguides. Actual problem to be investigated can be decided considering the student's interest after discussion. Supervision of the work will take place in English.

Graphene for metamaterials and transformation optics
Graphene is a 2-dimensional material that has been recently discovered and gave rise to many applications ranging from fast transistors to optical modulators. Most of these effects are due to the high conduction of Graphene at room temperature or due to its elastic properties (very high Young modulus). More recently, it was shown that Graphene could also be used to realize transformation optics devices, since it has the advantage that the conductivity is tunable at will by changing the chemical potential using gate electric and/or magnetic fields. In this BSc work, the student will first familiarize at first with the basic concepts of transformation optics and Graphene, and in a second step, will discuss numerically (using available routines) the light propagation in such devices, e.g., cloaking devices, perfect lenses, etc.. Supervision of the work will take place in English.

Berechnung der intermolekularen Wechselwirkung in organischen Molekülkristallen

Betreuender Hochschullehrer: Prof. Dr. Friedhelm Bechstedt
Betreuer: Dr. Karsten Hannewald

Theorie der Raman-Spektroskopie organischer Materialien

Betreuender Hochschullehrer: Prof. Dr. Friedhelm Bechstedt
Betreuer: Dr. Karsten Hannewald

Sintern keramischer Werkstoffe mittels
FAST/SPS (Field Assisted Sintering Technique / Spark Plasma Sintering)

1. Effekt der Partikelgröße und Heizrate auf das Sintern von Zinkoxid
Vor kurzem wurde ein neues Sinterverhalten für nanokristallines Zinkoxid entdeckt. Unter bestimmten Bedingungen (insbesondere bei hohen Heizraten, die in unserer FAST/SPS Anlage möglich sind) wird die Verdichtung stark begünstigt. Jetzt sollen Pulver mit unterschiedlichen Ausgangspartikelgrößen untersucht werden, um unsere Hypothesen über das Sintermechanismus zu prüfen.

2. Effekt der Heizrate auf das Sintern von keramischen Schichten auf steifem Substrat
Das Sintern keramischer Schichte auf steifen Substraten wird wegen der geometrischen Einschränkung erschwert. Zugspannungen führen zu niedrigeren Dichten und Defektwachstum. Es wurde aber vor kurzem entdeckt, dass Zinkoxid bei hohen Heizraten extrem schnell verdichten kann. Ziel der Arbeit ist es, die Sintervorgänge in Abhängigkeit der Heizrate in unserer FAST/SPS Anlage zu untersuchen.

3. Herstellung und Charakterisierung von magnetischen Ferritkeramiken
In Zusammenarbeit mit der FH Jena (Prof. Dr. J. Töpfer) werden ultrafeine Ferritpulver bei niedrigen Temperaturen in unserer FAST/SPS Anlage verdichtet. Gefüge und magnetische Eigenschaften der hergestellten Proben werden dann charakterisiert. Ziel ist es, die Abhängigkeit der Permeabilität von der Korngröße zu untersuchen.

Betreuer: Prof. Dr. Olivier Guillon (olivier.guillon@uni-jena.de)

Untersuchungen zum Schmelzelektrospinnen

[Probenherstellung mittels Schmelzelektrospinnen, Variation der Spinnparameter, Fasercharakterisierung mittels Raster- (REM) und Transmissionselektronenmikroskop (TEM)]

Bei dieser Arbeit, die sich mit einer Spinntechnologie der Zukunft beschäftig, können Sie ihre Kenntnisse in Physik und Materialwissenschaft/Festkörperphysik auf ein anwendungsnahes Thema übertragen. Sie haben dabei die Möglichkeit, die Grundlagen der Polymerphysik und die Theorie des Elektrospinnens, die Herstellung und Verarbeitung von nanostrukturierten Polymeren, sowie verschiedene Mikroskopietechniken mit Schwerpunkt REM kennenzulernen. Ziel ist ein besseres Verständnis der Wechselwirkung der Spinnparameter auf die Fasermorphologie, um letztlich den Faserdurchmesser in den Nanometerbereich zu reduzieren. Experimentelles Geschick sind unabdingbar und ein Interesse an der Optimierung des Versuchsaufbaus wünschenswert. Das Thema ist sowohl im Rahmen einer Bachelor-, als auch einer Masterarbeit bearbeitbar.

Ansprechpartner: Dipl.-Phys. Matthias Arras, Telefon: 9 47714, E-Mail: Matthias.Arras@uni-jena.de

Simulation der Biegeinstabilität beim Elektrospinning

[Einarbeiten in die Physik des Elektrospinnings, Simulation in Matlab und Comsol Multiphysics]

Bei dieser Arbeit, die sich mit der Spinntechnologie der Zukunft beschäftig, können Sie ihre Kenntnisse in der Simulation von materialwissenschaftlichen / festkörperphysikalischen Vorgängen auf ein anwendungsnahes Thema übertragen. Es können auf umfangreiche Vorarbeiten zurückgegriffen werden, sodass sich der erste Erfolg schnell einstellt.

Sie haben dabei die Möglichkeit, die Grundlagen der Polymerrheologie und die Theorie des Elektrospinnens, das Arbeiten mit Comsol kennen zu lernen, als auch ihre Kenntnisse in Matlab zu festigen. Ziel ist es ein von uns modifiziertes Verfahren des Elektrospinnings und entsprechende Erklärungsansätze mittels Simulation zu untermauern. Das Thema ist sowohl im Rahmen einer Bachelor-, als auch einer Masterarbeit bearbeitbar.

Ansprechpartner: Dipl.-Phys. Matthias Arras, Telefon: 9 47714, E-Mail: Matthias.Arras@uni-jena.de

Makroskopische Orientierung in nanostrukturierten Block-Copolymeren durch Epitaxie

Interdisziplinäre Studienarbeit mit den Schwerpunkten Materialwissenschaft und Polymerphysik mit Anwendungen im biomedizinischen Bereich. Sie haben die Möglichkeit, die Grundlagen der Polymerphysik, die Herstellung und Verarbeitung von nanostrukturierten Polymeren, Methoden der makroskopischen Ausrichtung über Epitaxie und Gradienten, sowie verschiedene Mikroskopie-Techniken mit Schwerpunkt Rasterkraftmikroskopie kennen zu lernen.

Betreuer: Dr. Thomas F. Keller, Telefon: 9 47742, email: T.Keller@uni-jena.de

Untersuchung der Strukturierbarkeit des Polykarbonates mittels Mikrokontakt-Printing

(Probenherstellung mittels Mikrokontakt-Printing, Charakterisierung der Oberflächen mit Lichtmikroskopie, Rasterkraftmikroskopie (AFM), Kontaktwinkelmessung und Röntgenphotonen-Spektroskopie (XPS))

Interdisziplinäre Studienarbeit mit den Schwerpunkten Materialwissenschaft und Physik. Sie haben die Möglichkeit, die Grundlagen der Herstellung und Charakterisierung von mikrostrukturierten Oberflächen, sowie verschiedene Mikroskopietechniken kennen zu lernen. Ziel ist die Optimierung des µCP-Verfahrens für die Herstellung mikrostrukturierten Oberflächen.

Betreuer: Dr. Sergiy Zankovych, Telefon: 9 47736, email: s.zankovych@uni-jena.de

Rheologische Eigenschaften von faserverstärkten Calciumphosphatzementen
Für den Einsatz von Calciumphosphatzementen für minimalinvasive Operationsverfahren ist die Injizierbarkeit von großer Bedeutung. Im Rahmen dieser Arbeit sollen die rheologischen Eigenschaften verschiedener Calciumphosphatzemente charakterisiert werden und der Einfluss einer Faserverstärkung untersucht werden.

Interdisziplinäre Arbeit mit den Schwerpunkten Materialwissenschaft, Physik und Medizin

Betreuer: Dipl.-Ing. Stefan Maenz, Telefon: 03641-947735, email: stefan.maenz@uni-jena.de

Einfluss verschiedener Sterilisationsverfahren auf die Eigenschaften von Polymerfasern
Um polymerfaserverstärkte Calciumphosphatzemente als Implantate einzusetzen ist eine vorherige Sterilisation unbedingt notwendig. Eine systematische Untersuchung soll zeigen inwiefern die verschiedenen gebräuchlichen Sterilisationsverfahren (Autoklavieren, Plasmasterilisation, Gammasterilisation,…) insbesondere die Eigenschaften der Polymerfasern verändern.

Interdisziplinäre Arbeit mit den Schwerpunkten Materialwissenschaft, Physik und Medizin

Betreuer: Dipl.-Ing. Stefan Maenz, Telefon: 03641-947735, email: stefan.maenz@uni-jena.de

Mechanische Eigenschaften und in vitro Degradation von faserverstärkten Calciumphosphatzementen
Calciumphosphatzemente sind resorbierbare Implantatmaterialien, die Degradationsrate hängt von verschiedenen Faktoren ab. In dieser Arbeit soll das in vitro Degradationsverhalten eines faserverstärkten Calciumphosphatzementes untersucht werden. Im Vordergrund steht vor allem die Änderung der mechanischen Eigenschaften in Abhängigkeit der Zeit.

Interdisziplinäre Arbeit mit den Schwerpunkten Materialwissenschaft, Physik und Medizin

Betreuer: Dipl.-Ing. Stefan Maenz, Telefon: 03641-947735, email: stefan.maenz@uni-jena.de

Development of novel antibacterial and osseointegrating nanopatterned surfaces for implant design

(Design and synthesis of physically and chemically patterned surfaces, characterization of the patterned surfaces by Atomic Force Microscopy, Scanning Electron Microscopy, Focused Ion Beam Microscopy, X-ray Photoelectron Spectroscopy, Contact Angle and Ellipsometry, synthesis and evaluation of antibacterial surfaces, promotion of osteoblast adhesion and proliferation on surfaces)

Interdisciplinary project in Material Science, Chemistry, Physics, Biochemistry, Microbiology, Biology and Medicine for the development of novel surfaces for implant applications. The project involves the familiarization with state-of-the-art techniques for surface characterization available at the Institute of Material Sciences and Technology. The designed surfaces will have potential applications in the development of novel biomedical devices such as implants that promote their osseointegration while avoiding the device-related infections.

Supervisor: Dr. Vanesa Sanz Beltrán, Telephone: 947736, email: vanesa.sanz-beltran@uni-jena.de

Charakterisierung von Gasjets
Im Rahmen dieser Arbeit sollen Gasjets, die in Experimenten zur Laser-gestützten Elektronenbeschleunigung verwendet werden, räumlich und zeitlich charakterisiert werden. Dazu werden interferometrische Methoden verwendet. Die so erzeugten Interferogramme der Gasdichteverteilung sollen anschließend mit vorhandener Software analysiert und die erhaltenen Dichteprofile graphisch ausgegeben werden.

Betreuender Hochschullehrer: Prof. Dr. Malte C. Kaluza

Betreuender wissenschaftlicher Mitarbeiter: Dipl.-Phys. Alexander Sävert

Hochempfindlicher Röntgendetektor
Charakterisierung eines rauscharmen peltiergekühlten Röntgenhalbleiterdetektors (Photodiode) für Röntgenbeugung und Röntgenpolarimetrie. Inhalte: rauscharme Messungen, empfindliche Strommessung, Benutzung der Lock in Technik.

Betreuender Hochschullehrer: Prof. Dr. E. Förster ( e.foerster@uni-jena.de)

Betreuer: Kai Sven Schulze ( kai.sven.schulze@uni-jena.de)

Effiziente Röntgenspektrometer
Röntgenspektrometer haben einen breiten Anwendungsbereich von der Astronomie über Materialforschung bis zu Atomphysik und Plasmauntersuchungen. Sie lassen sich durch Braggreflexionen an Kristallen realisieren. Um hohe Effizienzen zu erreichen, benutzt man Kristalle mit hohem Reflexionsvermögen, die zusätzlich ein- oder zweidimensional gebogen werden. Dies ist möglich durch Verwendung von entweder dünner Kristallfolien, die sich elastisch verformen lassen, oder plastisch verformbarer Kristalle.
In der vorgeschlagenen Arbeit soll eine fokussierende Kristalloptik gebaut und charakterisiert werden, die auf plastisch verformten Lithiumfluorid-Kristallen basiert.

Betreuender Hochschullehrer: Prof. Dr. E. Förster ( e.foerster@uni-jena.de)

Betreuer: Robert Loetzsch ( robert.loetzsch@uni-jena.de)

Kristallkühler für Laser-Verstärker
Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Charakterisierung eines neu entwickelten Laserkristallkühlsystems für einen Hochleistungslaser-Verstärker. Inhalte: Laseroptik, Vakuumtechnik, Peltierkühlung, Temperaturmessung

Betreuender Hochschullehrer: Prof. Dr. E. Förster ( e.foerster@uni-jena.de)

Betreuer: Tino Kämpfer ( tino.kämpfer2@uni-jena.de)

Renninger Scans – Vermessung von vielfach angeregten Gitterreflexen
Vermessung der Röntgenbeugungsprofile von Einkristallen (Silizium) und deren Vergleich mit Simulationen. Inhalte: Röntgenbeugung, Beugungstheorie, Kristallsymmetrie, Polarisation von Röntgenstrahlung

Betreuender Hochschullehrer: Prof. Dr. E. Förster ( e.foerster@uni-jena.de)

Betreuer: Berit Marx ( berit.marx@uni-jena.de)

Axialsymmetrische Randwertprobleme der Potentialtheorie mit Anwendungen in der Gravitationsphysik

Betreuer: Prof. Meinel

Der Hamiltonoperator des freien Teilchens auf einer Sphäre kann einfach diagonalisiert werden - er ist das Quadrat des Drehimpulsoperators. In der Studienarbeit soll nun das entsprechende Problem für die
supersymmetrische Erweiterung des freien Teilchens auf einer Sphäre studiert und gelöst werden.

Betreuer: Prof. Wipf

Methodik: Numerik, Visualisierung

Betreuer: Prof. B. Brügmann (947111)

Methodik: Numerik, Software-Design

Betreuer: Prof. B. Brügmann

Oppenheimer-Snyder Staubkollaps
Eine kugelsymmetrische Staubverteilung kollabiert stets zu einem schwarzen Loch. Ziel dieses Projektes ist es, diesen Kollaps numerisch zu simulieren und mit der analytischen Lösung von
Oppenheimer und Snyder zu vergleichen.

Methodik: Numerik

Betreuer: B. Bernuzzi, Prof. B. Brügmann (947111)