Experimentalphysik 3: Optik und Quanteneffekte (EP-3)7.5 ECTS
(englische Bezeichnung: Experimental Physics 3: Optics and Quantum Effects)

Lehrveranstaltungen:

• • Experimentalphysik 3 für Physik-Studierende: Optik und Quantenphänomene
    (Vorlesung, 4 SWS, Christoph Marquardt, Di, Fr, 8:00 - 10:00, HH)
  • Übungen zu Experimentalphysik 3 für Physik-Studierende: Optik und Quantenphänomene
    (Übung, 2 SWS, Christoph Marquardt et al., Fr, 10:00 - 12:00, HE, SR 02.779, SR 01.779, SRLP 0.179, SR 00.103, SR 01.332; Do, 8:00 - 10:00, SRLP 0.179, HE, SR 02.779)

Inhalt:

Optik und Quantenphänomene

• Licht als Welle

Belege für die Wellennatur des Lichts, Herleitung der Wellengleichung aus den Maxwell-Gleichungen, Lösungen in Form von ebenen Wellen, Kugelwellen, monochromatische Felder

• Licht und Materie

Einzelstreuer (getriebener Dipol, Lichtstreuung), Feldausbreitung im homogenen Material, Polarisation und Stromdichte, modifizierte Maxwell-Gleichungen, modifizierte Wellengleichung, Stetigkeitsbedingungen an Grenzflächen, Brechungsgesetz, Fresnelformeln, Brewsterwinkel, Totalreflexion, frustrierte Totalreflexion und Tunneleffekt bei Licht, Polarisation des Materials (Suszeptibilität, Dispersion)

• Geometrische Optik

Strahlenoptik, Matrizenoptik (Prinzip, Anwendung auf Linsen, Abbildungen), Hauptebenen, Abbildungsfehler (chromatische Aberrationen, Fehler für monochromatische Wellen), optische Resonatoren

• Beugung und Interferenz

Ausbreitungsgleichung unter Randbedingungen, Huygenssches Prinzip, Fraunhoferbeugung (Entstehung des Beugungsbildes, Beugungsbilder, Grenzen), Mikroskope, Teleskope, Auflösungsgrenzen, Abbildungstechniken, das Auge. Polarisation elektromagnetischer Felder Ebene Wellen im homogenen Material, Polarisationsformen von Licht, Polarisations- phänomene im durchstrahlten Material, Doppelbrechung, polarisierende Elemente

• Grundlegende Experimente zu Quantenphänomenen

Teilchencharakter des Lichts, äußerer lichtelektrischer Effekt (Photoeffekt), Hohlraumstrahlung nach Planck, Compton-Effekt, Wellencharakter von Teilchen (Elektronenbeugung, Streuung im Kristall), Konsequenzen der Wellennatur des Elektrons

• Grundgleichungen der Quantenmechanik

Schrödinger-Gleichung, zeitunabhängige Schrödinger-Gleichung, Interpretation der quantenmechanischen Wellenfunktion, Kastenpotenzial, Tunneleffekt mit Materiewellen

Lernziele und Kompetenzen:

Die Studierenden

• erläutern und erklären die experimentellen Grundlagen und die quantitativ-mathematische Beschreibung der Optik und von Quantenphänomenen gemäß den detaillierten Themen im Inhaltsverzeichnis

• wenden die physikalischen Gesetze und jeweiligen mathematischen Methoden auf konkrete Problemstellungen an

Verwendbarkeit des Moduls / Einpassung in den Musterstudienplan:
Das Modul ist im Kontext der folgenden Studienfächer/Vertiefungsrichtungen verwendbar:

1. 123#67#H
   (Po-Vers. 2008 | TechFak | Computational Engineering (Master of Science with Honours) | Gesamtkonto | Wahlpflichtbereich Technisches Anwendungsfach | Experimentalphysik 3: Optik und Quanteneffekte)
2. 643#65#H
   (Po-Vers. 2012 | NatFak | Integrated Life Sciences: Biologie, Biomathematik, Biophysik (Master of Science) | Modulgruppen | MG2: Bioimaging und Biophysik | Wahlpflichtmodule der Modulgruppe2 | Experimentalphysik 3: Optik und Quanteneffekte)
3. Computational Engineering (Rechnergestütztes Ingenieurwesen) (Bachelor of Science)
   (Po-Vers. 2007 | TechFak | Computational Engineering (Rechnergestütztes Ingenieurwesen) (Bachelor of Science) | alte Prüfungsordnungen | Gesamtkonto | NF Computational Optics | Experimentalphysik 3: Optik und Quanteneffekte)
4. Computational Engineering (Rechnergestütztes Ingenieurwesen) (Bachelor of Science)
   (Po-Vers. 2009 | TechFak | Computational Engineering (Rechnergestütztes Ingenieurwesen) (Bachelor of Science) | alte Prüfungsordnungen | Gesamtkonto | NF Computational Optics | Experimentalphysik 3: Optik und Quanteneffekte)
5. Computational Engineering (Rechnergestütztes Ingenieurwesen) (Bachelor of Science)
   (Po-Vers. 2010 | TechFak | Computational Engineering (Rechnergestütztes Ingenieurwesen) (Bachelor of Science) | Gesamtkonto | Technisches Anwendungsfach (TAF) | NF Computational Optics | Experimentalphysik 3: Optik und Quanteneffekte)
6. Computational Engineering (Rechnergestütztes Ingenieurwesen) (Master of Science)
   (Po-Vers. 2008 | TechFak | Computational Engineering (Rechnergestütztes Ingenieurwesen) (Master of Science) | Gesamtkonto | Wahlpflichtbereich Technisches Anwendungsfach | Experimentalphysik 3: Optik und Quanteneffekte)
7. Ergänzende Modulstudien Physik (keine Abschlussprüfung angestrebt bzw. möglich): ab 1. Semester
   (Po-Vers. 2017w | NatFak | Ergänzende Modulstudien Physik (keine Abschlussprüfung angestrebt bzw. möglich) | Gesamtkonto | Experimentalphysik 3: Optik und Quanteneffekte)
8. Integrated Life Sciences: Biology, Biomathematics, Biophysics (Master of Science)
   (Po-Vers. 2015w | NatFak | Integrated Life Sciences: Biology, Biomathematics, Biophysics (Master of Science) | Module Groups | MG2: Bioimaging and Biophysics | Mandatory Elective Modules Group 2 | Experimental Physics 3: Optics and Quantum Phenomena)
9. Integrated Life Sciences: Biology, Biomathematics, Biophysics (Master of Science)
   (Po-Vers. 2019w | NatFak | Integrated Life Sciences: Biology, Biomathematics, Biophysics (Master of Science) | Module Groups | MG2: Bioimaging and Biophysics | Mandatory Elective Modules Group 2 | Experimental Physics 3: Optics and Quantum Phenomena)
10. Mathematik (Bachelor of Science): ab 3. Semester
    (Po-Vers. 2007 | NatFak | Mathematik (Bachelor of Science) | alte Prüfungsordnungen | Gesamtkonto | Nebenfach Physik (experimentell) | Alternative Experimentalphysik | Experimentalphysik 3: Optik und Quanteneffekte)
11. Mathematik (Bachelor of Science): ab 3. Semester
    (Po-Vers. 2009 | NatFak | Mathematik (Bachelor of Science) | alte Prüfungsordnungen | Nebenfach Physik (experimentell) | Module im 2. und 3. Studienjahr | Alternative Experimentalphysik | Experimentalphysik 3: Optik und Quanteneffekte)
12. Mathematik (Bachelor of Science): ab 3. Semester
    (Po-Vers. 2015w | NatFak | Mathematik (Bachelor of Science) | Module des Nebenfachs | Nebenfach Physik (experimentell) | Vertiefungsmodule | Experimentalphysik 3: Optik und Quanteneffekte)
13. Mathematik (Bachelor of Science)
    (Po-Vers. 2019w | NatFak | Mathematik (Bachelor of Science) | weitere Module der Bachelorprüfung | Module des Nebenfachs | Nebenfach Physik (experimentell) | Vertiefungsmodule | Experimentalphysik 3: Optik und Quanteneffekte)
14. Physik (1. Staatsprüfung für das Lehramt an Gymnasien): ab 3. Semester
    (Po-Vers. 2018w | NatFak | Physik (1. Staatsprüfung für das Lehramt an Gymnasien) | Module Fachwissenschaft Physik | Experimentalphysik 3: Optik und Quanteneffekte)
15. Physik (1. Staatsprüfung für das Lehramt an Gymnasien)
    (Po-Vers. 2020w | NatFak | Physik (1. Staatsprüfung für das Lehramt an Gymnasien) | Module Fachwissenschaft Physik | Experimentalphysik 3: Optik und Quanteneffekte)
16. Physik (Bachelor of Science): ab 3. Semester
    (Po-Vers. 2007 | NatFak | Physik (Bachelor of Science) | alte Prüfungsordnungen | Gesamtkonto | Wahlpflichtbereich Experimentalphysik 1-3 | Experimentalphysik 3: Optik und Quanteneffekte)
17. Physik mit integriertem Doktorandenkolleg (Bachelor of Science): ab 3. Semester
    (Po-Vers. 2007 | NatFak | Elitestudiengang Physik mit integriertem Doktorandenkolleg (Bachelor of Science) | Gesamtkonto | Experimentalphysik 3: Optik und Quanteneffekte)
18. Physik mit integriertem Doktorandenkolleg (Bachelor of Science): ab 3. Semester
    (Po-Vers. 2010 | NatFak | Elitestudiengang Physik mit integriertem Doktorandenkolleg (Bachelor of Science) | Gesamtkonto | Experimentalphysik 3: Optik und Quanteneffekte)
19. Physik mit integriertem Doktorandenkolleg (Bachelor of Science)
    (Po-Vers. 2018w | NatFak | Elitestudiengang Physik mit integriertem Doktorandenkolleg (Bachelor of Science) | Gesamtkonto | Experimentalphysik 3: Optik und Quanteneffekte)
20. Physik mit integriertem Doktorandenkolleg (Bachelor of Science)
    (Po-Vers. 2020w | NatFak | Elitestudiengang Physik mit integriertem Doktorandenkolleg (Bachelor of Science) | Gesamtkonto | Experimentalphysik 3: Optik und Quanteneffekte)

Studien-/Prüfungsleistungen:

Experimentalphysik: Optik und Quanteneffekte (Prüfungsnummer: 61201)

(englischer Titel: Experimental physics: Optics and quantum effects)

(diese Prüfung gilt nur im Kontext der Studienfächer/Vertiefungsrichtungen [1], [2], [3], [4], [5], [6], [7], [10], [11], [12], [13], [16], [17], [18], [19], [20])

Prüfungsleistung, mündliche Prüfung, Dauer (in Minuten): 30, benotet, 7.5 ECTS

Anteil an der Berechnung der Modulnote: 100.0 %

Erstablegung: WS 2022/2023, 1. Wdh.: WS 2022/2023 (nur für Wiederholer)

1. Prüfer:

Christoph Marquardt

Oral examination in experimental physics: Optics and quantum phenomena (Prüfungsnummer: 61221)

(englischer Titel: Oral examination in experimental physics: Optics and quantum phenomena)

(diese Prüfung gilt nur im Kontext der Studienfächer/Vertiefungsrichtungen [8], [9])

Prüfungsleistung, mündliche Prüfung, Dauer (in Minuten): 30, benotet, 7.5 ECTS

Anteil an der Berechnung der Modulnote: 100.0 %

Erstablegung: WS 2022/2023, 1. Wdh.: WS 2022/2023

1. Prüfer:

Christoph Marquardt

Experimentalphysik: Optik und Quanteneffekte (Prüfungsnummer: 67211)

(englischer Titel: Experimental physics: Optics and quantum phenomena)

(diese Prüfung gilt nur im Kontext der Studienfächer/Vertiefungsrichtungen [14], [15])

Prüfungsleistung, mündliche Prüfung, Dauer (in Minuten): 30, benotet, 7.5 ECTS

Anteil an der Berechnung der Modulnote: 100.0 %

Prüfungssprache: Deutsch

Erstablegung: WS 2022/2023, 1. Wdh.: SS 2023

1. Prüfer:

Christoph Marquardt