FRIEDRICH - physik.uni-jena.deund... · Electronic Structure Theory ... Fundamentals of quantum optics ... Holography

Seite 1 von 144

FRIEDRICH - SCHILLER - UNIVERSITÄT

J E N A

PHYSIKALISCH-ASTRONOMISCHE FAKULTÄT

M O D U L K A T A L O G

f ü r d e n

S T U D I E N G A N G P H Y S I K

mit dem Abschluss Master of Science

Stand: 29.03.2017

Seite 2 von 144

Präambel

Der Modulkatalog für den Studiengang Physik mit dem Abschluss Master of Science beinhaltet alle Pflicht- und Wahlpflichtmodule des physikalischen Fachstudiums und des Kontextstudiums, die entsprechend der Prüfungs-ordnung für den Studiengang Physik § 22 zum Erreichen des Studienabschlusses Master of Science erfolgreich zu absolvieren sind. Die Modulbeschreibungen informieren über den Modulverantwortlichen, die Voraussetzun-gen zur Teilnahme, die Verwendbarkeit, den Status eines Moduls, die Lern- und Arbeitsformen, den Arbeitsauf-wand und die zu erreichenden Leistungspunkte, die Inhalte und Qualifikationsziele des Moduls, sowie die Art der Prüfungsleistungen und deren Gewichtung. Die Modulbeschreibung informiert weiterhin über die Häufigkeit des Angebotes des Moduls sowie die Dauer.

Der Modulkatalog entspricht den Anforderungen gemäß der Studienordnung Physik mit dem Abschluss Master of Science in § 7 und wird jedes Semester insbesondere bezüglich der Lehrverantwortlichen aktualisiert. Die Module werden entsprechend dem Studienplan auf Seite 5f. angeboten. Inhaltsverzeichnis Regelstudienpläne ................................................................................................................................................ 5 Projektpraktikum .................................................................................................................................................. 7

1. und 2. Semester ....................................................................................................................................... 7 Physikalisches Experimentieren ................................................................................................................ 7

Theorie ................................................................................................................................................................... 9 1. Semester / Wintersemester ..................................................................................................................... 9 Fortgeschrittene Quantentheorie ............................................................................................................... 9

Vertiefungsbereich / Physikalische Vertiefungswahlfächer .......................................................................... 10 Vertiefungsbereich - Astronomie/Astrophysik ....................................................................................... 11 1. Semester / Wintersemester ................................................................................................................... 11 Oberseminar Historische Astronomie ..................................................................................................... 11 Astrophotonics - Introduction to applications of modern optics and photonics in astronomy ...................... 13 Das Sonnensystem ...................................................................................................................................... 15 Einführung in die Astronomie ....................................................................................................................... 16 Einführung in die Radioastronomie .............................................................................................................. 17 Himmelsmechanik ........................................................................................................................................ 18 Literature and Astronomy ............................................................................................................................. 19 Physik der Sterne ......................................................................................................................................... 20 Spektroskopie .............................................................................................................................................. 21 2. Semester / Sommersemester ................................................................................................................ 22 Oberseminar Astronomie/Astrophysik .................................................................................................... 22 Astronomische Beobachtungstechnik .......................................................................................................... 23 Astronomisches Praktikum........................................................................................................................... 24 Extragalaktik ................................................................................................................................................. 25 Kosmologie .................................................................................................................................................. 26 Laborastrophysik .......................................................................................................................................... 27 Neutronensterne .......................................................................................................................................... 28 Physik der Planetensysteme ........................................................................................................................ 29 Sonne und sonnenähnliche Sterne .............................................................................................................. 30 Terra-Astronomie ......................................................................................................................................... 31 Vertiefungsbereich - Festkörperphysik/Materialwissenschaft .............................................................. 32 1. Semester / Wintersemester ................................................................................................................... 32 Oberseminar Festkörperphysik/ Materialwissenschaft ......................................................................... 32 Condensed matter physics II ....................................................................................................................... 33 Festkörpermodifikation mit Ionenstrahlen .................................................................................................... 34 Materialwissenschaft .................................................................................................................................... 35 Metalle .......................................................................................................................................................... 36 Nanomaterialien und Nanotechnologie ........................................................................................................ 37 Optische Eigenschaften von Festkörpern und Festkörperschichten ........................................................... 39 Phasenfeldtheorie ........................................................................................................................................ 40 Vakuum- und Dünnschichtphysik ................................................................................................................. 42 2. Semester / Sommersemester ................................................................................................................ 43

Seite 3 von 144

Oberseminar Festkörperphysik/ Materialwissenschaft ......................................................................... 43 Einführung in die Quanten-Informationstheorie ........................................................................................... 44 Gravitational Wave Detection ...................................................................................................................... 45 Kern- und Teilchenphysik............................................................................................................................. 46 Modern Methods in Nuclear Physics: Theory and Applications................................................................... 47 Nukleare Festkörperphysik .......................................................................................................................... 48 Oberflächenanalytische Methoden der Festkörperphysik............................................................................ 49 Optoelectronics ............................................................................................................................................ 50 Organische und anorganische Halbleiter ..................................................................................................... 51 Polymerphysik .............................................................................................................................................. 52 Supraleitende Materialien ............................................................................................................................ 53 Vertiefungsbereich - Gravitations- und Quantentheorie ........................................................................ 54 1. Semester / Wintersemester ................................................................................................................... 54 Oberseminar Theorie ................................................................................................................................. 54 Allgemeine Relativitätstheorie ...................................................................................................................... 55 Atome in externen Feldern ........................................................................................................................... 56 Computational Physics III............................................................................................................................. 57 Eichtheorien / Gauge theories ..................................................................................................................... 58 Einführung in die Teilchenphysik ................................................................................................................. 59 Einführung in Stringtheorie und AdS/CFT.................................................................................................... 60 Fortgeschrittene Quantenfeldtheorie ........................................................................................................... 61 Gravitationswellen ........................................................................................................................................ 62 Mathematische Methoden der Physik für Fortgeschrittene ......................................................................... 63 Mathematische Relativitätstheorie ............................................................................................................... 64 Numerische Relativitätstheorie .................................................................................................................... 65 Particles in strong electromagnetic fields ..................................................................................................... 66 Physik der Skalen – die Renormierungsgruppe .......................................................................................... 67 Physik des Quantenvakuums in starken Feldern ........................................................................................ 68 Quantenfeldtheorien auf dem Gitter ............................................................................................................. 69 Quantenphysik mit dem Rechner ................................................................................................................. 70 Relativistische Astrophysik .......................................................................................................................... 71 Solitonen ...................................................................................................................................................... 72 Symmetrien in der Physik ............................................................................................................................ 73 Teilchen und Felder / Particles and Fields ................................................................................................... 74 Theoretische Atomphysik ............................................................................................................................. 75 2. Semester / Sommersemester ................................................................................................................ 76 Oberseminar Gravitations- und Quantentheorie .................................................................................... 76 Electronic Structure Theory ......................................................................................................................... 77 Kontinuumsmechanik für Lehramtstudenten ............................................................................................... 79 Magnetohydrodynamik ................................................................................................................................. 80 Nacharbeit (Vorlesung, Übung): 30 ............................................................................................................. 80 Quantenfeldtheorie ....................................................................................................................................... 81 Vertiefungsbereich - Optik ........................................................................................................................ 82 1. Semester / Wintersemester ................................................................................................................... 82 Oberseminar Optik ..................................................................................................................................... 82 Active photonic devices................................................................................................................................ 83 Applied laser technology II (Laser as a tool) ................................................................................................ 84 Attosecond laser physics ............................................................................................................................. 85 Biomedical imaging – ionizing radiation ....................................................................................................... 86 Diffractive Optics .......................................................................................................................................... 88 Fundamentals of modern optics ................................................................................................................... 89 Fundamentals of x-ray physics .................................................................................................................... 90 Grundlagen der Laserphysik ........................................................................................................................ 91 High intensity/relativistic optics .................................................................................................................... 92 Image processing in microscopy .................................................................................................................. 94 Imaging and aberration theory ..................................................................................................................... 95 Interaction of high-energy radiation with matter ........................................................................................... 96 Introduction to accelerator physics .............................................................................................................. 97 Introduction to nanooptics ............................................................................................................................ 98 Introduction to optical modeling ................................................................................................................... 99 Laser driven radiation sources ................................................................................................................... 100

Seite 4 von 144

Laser engineering ...................................................................................................................................... 101 Lens design II ............................................................................................................................................. 102 Light microscopy ........................................................................................................................................ 103 Nonlinear optics ......................................................................................................................................... 104 Optical engineering .................................................................................................................................... 105 Physical Optics Design .............................................................................................................................. 107 Physics of free-electron lasers ................................................................................................................... 108 Physics of ultrafast optical discharge and filamentation ............................................................................ 109 Ultrafast optics ........................................................................................................................................... 111 2. Semester / Sommersemester .............................................................................................................. 112 Oberseminar Optik ................................................................................................................................... 112 [Specialization I:] Applied laser technology –Laser as a probe ................................................................. 113 Biomedical imaging – non-ionizing radiation ............................................................................................. 114 Biophotonics ............................................................................................................................................... 116 Computational photonics............................................................................................................................ 118 Design and correction of optical systems .................................................................................................. 120 Fiber optics ................................................................................................................................................. 121 Fundamentals of quantum optics ............................................................................................................... 122 Holography ................................................................................................................................................. 123 Image processing ....................................................................................................................................... 124 Kohärenzoptik und optische Informationsverarbeitung .............................................................................. 125 Laser physics ............................................................................................................................................. 126 Lens design I .............................................................................................................................................. 127 Light Source Modeling ............................................................................................................................... 128 Micro/nanotechnology ................................................................................................................................ 129 Moderne Methoden der Spektroskopie ...................................................................................................... 130 Physical Optics Modeling ........................................................................................................................... 131 Physics foundations of renewable energies............................................................................................... 132 Physics of extreme electromagnetic fields: experiment and theory ........................................................... 133 Plasma physics .......................................................................................................................................... 134 Theory of nonlinear optics .......................................................................................................................... 135 Terahertz Technologie ............................................................................................................................... 136 XUV and X-ray optics ................................................................................................................................. 137

Freier Wahlbereich ........................................................................................................................................... 138 Beispiel ..................................................................................................................................................... 139 Grundlagen der Physikgeschichte ............................................................................................................. 139 Spezielle Fragen der Physikgeschichte I ................................................................................................... 140 Spezielle Fragen der Physikgeschichte II .................................................................................................. 141

Forschungsphase ............................................................................................................................................. 142 3. Semester ............................................................................................................................................... 142 Einführung in das wissenschaftliche Arbeiten ........................................................................................... 142 Projektplanung zur Masterarbeit ................................................................................................................ 143 4. Semester ............................................................................................................................................... 144 Masterarbeit ............................................................................................................................................... 144

Seite 5 von 144

Regelstudienpläne

Regelstudienplan Physik mit dem Abschluss Master of Science mit Studienbeginn im Wintersemester (ab Wintersemester 2016/17)

1. Semester 2. Semester 3. Semester 4. Semester LP / ECTS Projektpraktikum Physikalisches Experimentieren 4 Physikalisches Experimentieren 4 8 Theorie Fortgeschrittene Quantentheorie 8 . 8 Vertiefungsbereich Vertiefungsfach 12 Vertiefungsfach 16

Oberseminar 4 28 (min.20)

4 Freier Wahlbereich Wahlfach 8 Wahlfach 4 12 (max. 20) Forschungsphase

Einführung in das

wissenschaftliche Arbeiten 15

Projektplanung zur

Masterarbeit 15

Masterarbeit 30

15

45

32 28 30 30 120

Das Projektpraktikum ist eine Einheit, d.h. semesterübergreifend. Nur Abgänger aus Jena erhalten Einzelnoten.

Der Freie Wahlbereich umfasst alles, außer den Vertiefungsbereich.

Der Vertiefungsbereich hat mindestens 24 LP, der Freie Wahlbereich mindestens 12 LP; insgesamt 44 LP.

Die Schwerpunkte der PAF sind: Astronomie/Astrophysik, Festkörperphysik/Materialwissenschaft, Gravitations- und Quantentheorie, Optik. Die Studieren-

den müssen sich im Vertiefungsbereich für einen dieser Schwerpunkt entscheiden.

Vorlesungen aus anderen Schwerpunkten der PAF dürfen im Freien Wahlbereich belegt werden.

Seite 6 von 144

Regelstudienplan Physik mit dem Abschluss Master of Science mit Studienbeginn im Sommersemester (ab Sommersemester 2017)

1. Semester 2. Semester 3. Semester 4. Semester LP / ECTS

Projektpraktikum Physikalisches Experimentieren 4 Physikalisches Experimentieren 4 . 8

Fortgeschrittene Quantentheorie 8 . 8 Vertiefungsbereich Vertiefungsfach 16 Vertiefungsfach 12

Oberseminar 4

28 (min. 20)

4

Freier Wahlbereich Wahlfach 8 Wahlfach 4 12 (max. 20)

Forschungsphase

Einführung in das

wissenschaftliche Arbeiten 15

Projektplanung zur

Masterarbeit 15

Masterarbeit 30

15

45

28 32 30 30 120

Das Projektpraktikum ist eine Einheit, d.h. semesterübergreifend. Nur Abgänger aus Jena erhalten Einzelnoten.

Der Freie Wahlbereich umfasst alles, außer den Vertiefungsbereich.

Der Vertiefungsbereich hat mindestens 24 LP, der Freie Wahlbereich mindestens 12 LP; insgesamt 44 LP.

Die Schwerpunkte der PAF sind: Astronomie/Astrophysik, Festkörperphysik/Materialwissenschaft, Gravitations- und Quantentheorie, Optik. Die

Studierenden müssen sich im Vertiefungsbereich für einen dieser Schwerpunkt entscheiden.

Vorlesungen aus anderen Schwerpunkten der PAF dürfen im Freien Wahlbereich belegt werden.

Seite 7 von 144

Projektpraktikum

1. und 2. Semester

Modulnummer/-code

Modultitel (deutsch) Physikalisches Experimentieren

Modultitel (englisch) Advanced Labworks in Physics

Modulverantwortlicher Prof. Dr. T. Fritz

Voraussetzungen für Zulassung zum Modul

Empfohlen: Modul Physikalisches Fortgeschrittenenpraktikum

Verwendbarkeit (Voraussetzung wofür)

Art des Moduls

(Pflicht-, Wahlpflicht-, Wahlmodul) Pflichtmodul für den Studiengang M.Sc. Physik

1. und 2. Semester)

Häüfigkeit des Angebots (Zyklus) Wintersemester und Sommersemester

Zusammensetzung des Moduls / Lehrformen (VL, Ü, S, Praktikum)

Praktikum

Leistungspunkte (ECTS credits) 2 * 4 (4 pro Semester)

Arbeitsaufwand (work load):

- Präsenzstunden und

- Selbstudium

(einschl. Prüfungsvorbereitung)

120

Projektvorbereitung, -auswertung und Bericht: 120

Inhalte Planung, Durchführung, Auswertung und Interpretation ausge-wählter Experimente im Rahmen eines Themas aus den Teil-gebieten der Physik: Optik, Festkörperphysik, Astronomie, The-orie, Computational Physics.

Das Projektthema kann aus Angeboten der Physikalisch-Astro-nomischen Fakultät gewählt werden.

Lernziele- und Qualifikationsziele Selbständige Einarbeitung in eine spezielle physikalische Fragestellung und Projektplanung

Fertigkeiten zum selbständigen physikalischen Experimen-tieren

Protokollieren, Auswertung, Interpretation und Verfassen eines Projektberichts

Präsentation der Ergebnisse in Form eines wissenschaftli-chen Vortrages oder Posters

Voraussetzung für die Zulassung zur Modulprüfung

Abschluss der Experimente und Projektbericht

Voraussetzung für die Vergabe von Leistungspunkten (Prüfungs-form); einschl. Notengewichtung in %

Die Modulnote ergibt sich aus dem Mittelwert der Noten für die schriftlichen Ausarbeitungen (Projektberichte).

Zusätzliche Informationen zum Modul

Die Organisation der Projektpraktikums erfolgt durch das Team des Fortgeschrittenenpraktikums

Empfohlene Literatur Schwerpunktabhängig

Seite 8 von 144

Unterrichtssprache Deutsch

Seite 9 von 144

Theorie

1. Semester / Wintersemester

Modulnummer

Modulbezeichnung: Fortgeschrittene Quantentheorie

Modulverantwortliche(r): Prof. Dr. A. Wipf, Prof. Dr. H. Gies

Dozent(in): Prof. Dr. S. Fritzsche

Sprache: Deutsch, (Englisch auf Wunsch)

Zuordnung zu den Studiengängen: Pflichtmodul für den Studiengang M.Sc. Physik im 1. Semester

Lehrform / SWS: Vorlesung: 4 SWS

Übung: 2 SWS

Arbeitsaufwand: Präsenzstunden: Vorlesung: 60, Übung: 30

Selbststudium: Nacharbeit (Vorlesung, Übung): 60

Lösen von Übungsaufgaben: 60

Prüfungsvorbereitung: 30

Gesamtarbeitsaufwand: 240 Stunden

Leistungspunkte: 8

Voraussetzungen: Bachelor, Modul Quantenmechanik I

Lernziele / Kompetenzen: Vermittlung der Methoden zur Beschreibung und Modellierung von nichtrelativistischen und relativistischen physikalischen Systemen in der Quantenmechanik.

Entwicklung der Fähigkeiten zum selbständigen Lösen von an-spruchsvolleren Aufgaben und der Behandlung von komplexeren Systemen.

Inhalt: Mehrkörpersysteme

identische Teilchen

Symmetrien, Addition von Drehimpulsen

Zeitabhängige Störungstheorie

Streutheorie

Einführung in relativistische Quantenmechanik

Voraussetzungen für die Zulas-sung zur Modulprüfung (Prüfungs-vorleistungen):

Regelmäßige Teilnahme an Übungen, Abgabe der Übungsaufga-ben; Detaillierte Festlegungen werden zu Semesterbeginn bekannt gegeben.

Voraussetzung für die Vergabe von Leistungspunkten (Prüfungs-form):

Klausur oder mündliche Prüfung am Ende des Semesters (Art der Prüfung wird zu Beginn des Moduls bekannt gegeben)

Medienformen: Kreidetafel, Overheadprojektor, Computerunterstützte Demonstrati-onen, Skript zur Vorlesung

Literatur: Lehrbücher der Theoretischen Physik z.B. F. Schwabl; W. Nolting; Straumann; K. Gottfried und T.M. Yan; C. Cohen-Tannoudji.

Seite 10 von 144

Vertiefungsbereich / Physikalische Vertiefungswahlfächer Gemäß § 7 Absatz 3 der Studienordnung sind über das 1. und 2. Semester summiert mindestens 20 und (in Abhängigkeit vom freien Wahlbereichsstudium) maximal 28 Leistungspunkte aus Bereichen der physi-kalischen Vertiefungswahlfächer zu erbringen. Physikalische Vertiefungswahlfächer sind in Entsprechung zu den Schwerpunkten der Fakultät: Astrono-mie/Astrophysik, Festkörperphysik/Materialwissenschaft, Gravitations- und Quantentheorie sowie Optik. Für das Vertiefungsfach Optik können auch Module aus dem Modulkatalog des M.Sc. Photonics gewählt werden. Es müssen Module aus mindestens zwei physikalischen Vertiefungswahlfächern und ein Oberse-minar belegt werden. Der Vertiefungsbereich und der freie Wahlbereich (s.u.) umfassen zusammen 44 Leistungspunkte.

Seite 11 von 144

Vertiefungsbereich - Astronomie/Astrophysik


Modulnummer

Modulbezeichnung Oberseminar Historische Astronomie

Modulverantwortliche(r), Dozent: Prof. Dr. Ralph Neuhäuser, Dr. Christian Forstner und Dr. An-dreas Christoph

Sprache: deutsch

Zuordnung zu den Studiengän-gen

Master Physik, Lehramt

Häufigkeit des Angebots (Zyklus) Winter- und Sommersemester

Dauer des Moduls: 1 Semester

Lehrform / SWS: Seminar: 2 SWS

Arbeitsaufwand (work load): Präsenzstunden: Seminar: 30

Selbststudium: Nacharbeit: 45

Vortragsvorbereitung: 45

Gesamtarbeitsaufwand: 120

Leistungspunkte (ECTS credits): 4

Voraussetzungen: keine

Lernziele / Kompetenzen: Im Oberseminar "Historische Astronomie" wird die Geschichte und Entwicklung der Astronomie anhand historischer Beobach-tungen inklusive ihrer jeweiligen kulturellen, technischen und ma-thematischen Voraussetzungen untersucht.

Es wird herausgearbeitet, dass gezielte Beobachtungen (Sterne und Planeten) und zufällige Seherfahrungen (Supernovae, Au-rorae) grundlegend sind für die Deutung der Phänomene und

Vorgänge am Himmel sowie für die Theoriebildung. Leitend ist zudem die Erkenntnis, dass die heutige moderne Astrophysik ganz konkret von historischen Beobachtungen profitiert, die frei-lich zunächst in ihrem historischen Kontext begriffen werden müs-sen (Terra-Astronomie).

Inhalt: Mögliche Themen fuer Vorträge sind z.B.:

Die mathematische Astronomie der Babylonier

Die empirisch-induktive Methode des Aristoteles (Weltbestseller "Meteorologie")

Das Aristotelische Weltbild und Eudoxus

Ptolemaios: Astronom und Geograph

Das finstere Mittelalter ? (historische Astronomie in Europa)

Historische Astronomie in Ost-Asian

Historische Astronomie in Arabien

Historische Beobachtungen von Aurorae und deren Deutung

Vor-teleskopische Beobachtungen von Transits (Sonnenflecken) und die Architektur des Sonnensystems

Historische Beobachtungen von (Super-)Novae und deren Deu-tung

Nikolaus Copernicus und seine Quellen

Tycho Brahe - Kometen und Novae sind supra-lunar

Galileo Galilei - bahnbrechende Beobachtungen und falsche Ar-gumente

Simon Marius und das Argument der Sterngrößen

Seite 12 von 144

Johannes Kepler - Traum und Gesetze

Isaak Newton - Alchemie und neue Physik

Franz Xaver von Zach und die Wissensnetzwerke um 1800

Der Ausbau der Observatorien im 19. Jahrhundert

Kalender, Journale, Fachzeitschriften - Zum Wandel der Publikati-onsmedien und die Potenziale der digitalen Erschließung

(weitere Themen sind nach Absprache möglich)

Voraussetzungen für die Zulas-sung zur Modulprüfung (Prü-fungsvorleistungen)

Regelmäßige Teilnahme an den Seminaren (mindestens 80%)


Ein Fachvortrag (benotet)

Regelmäßige Teilnahme

Medienformen: Medienunterstützte Vorträge und Diskussionen (Tafel, Overhead-folien, Beamer)

Literatur: Spezialliteratur des jeweiligen Fachgebietes

Seite 13 von 144

Number ASP_MP_S2.3

Name Astrophotonics - Introduction to applications of modern optics and pho-tonics in astronomy

Coordinator Dr. Stefano MINARDI and Prof. Dr. Thomas PERTSCH

Learning objectives The lectures aim at presenting the emerging field of astrophotonics, i.e. pho-tonics for astronomical instrumentation. Educational goals are: - familiarization with detection problematic in astronomy and - understanding of how photonic technology can solve them, usage of

analytical tools for - modeling of photonic components and - system design of astronomical instruments.

Content - Telescopes – Classification, adaptive optics, wavefront sensors. - Photometry – Exoplanet transits, photometric scales and bands in

astronomy, semiconductor detectors, layer optics (coatings, filters), examples of instruments.

- Interferometry – Optical astronomical interferometry: survey of results, principles of interferometric aperture synthesis, fiber optics, photonic beam combiners, fiber interferometers, pupil remapping, the photonic interferometer.

- Spectroscopy – Historical introduction, Zeeman and Stark effects, Doppler shifts (binary systems, exoplanets, galaxies), review of dispersive elements, SWIFTS micro/nano spectrometers, AWGs, photon correlation spectroscopy, Multi-object and integral field spectroscopy, analysis of an instrument.

Course type lectures: 2 h/week exercises: 1 h/week

ECTS credits 4

Category submodule which can be elected out of the list of offered submodules in module Specialization II according to the student's education objectives

Usability this submodule is part of the module Specialization II in the 3rd semester of the M.Sc. Photonics program

Frequency of offer winter semester

Duration 1 semester

Workload lectures: 30 h exercises: 15 h self-study: 75 h - 45 h (lectures, exercises) - 15 h solving of physical problems and 15 h exam preparation total workload: 120 h

Language English

Prerequisites none

Exam prerequisites

Requirements to complete this submodule

oral or written examination at the end of the semester (will be specified at the beginning of the lecture)

Used media electronic presentations, computer based demonstrations, blackboard

Literature - Saleh, Teich 'Photonics' Wiley - Articles from special issue on Astrophotonics in Opt. Expr. 17(3) (2009) - Kitchin 'Astrophysical techniques' Ed. Adam Hilger

Seite 14 von 144

- Bradt 'Astronomy methods' Cambridge - Roy & Clarke 'Astronomy: principles and practice' - Journal articles on astronomical instruments given during the lectures

Seite 15 von 144

Modulnummer

Modulbezeichnung Das Sonnensystem

Modulverantwortliche(r), Dozent: Dr. habil. Torsten Löhne

Sprache: deutsch


Wahlpflichtmodul: Master Physik

Häufigkeit des Angebots (Zyklus) jedes Wintersemester


Lehrform / SWS: Vorlesung: 2 SWS plus Übung: 2 SWS

Arbeitsaufwand (work load): Präsenzstunden: Vorlesung: 30, Übung: 30






Voraussetzungen: Modul Einführung in die Astronomie empfohlen.

Lernziele / Kompetenzen: Kenntnis der Struktur und Entwicklung des Sonnensystems und seiner Bestandteile; Verständnis der wesentlichen physikalischen Prozesse, Zusam-menhänge, Modelle und Messmethoden Entwicklung von Fähigkeiten zum selbstständigen Lösen vergleichsweise einfacher Aufgaben aus diesen Gebieten

Inhalt: - Überblick und historischer Abriss; - Erdähnliche Planeten; - Kleinkörper: Asteroiden und Kometen; - Sonnenwind und Magnetfelder; - Interstellares Medium und Meteoroiden; - Oberflächenmodifikationen; - Altersbestimmung; - Gas- und Eisriesen; - Monde und Ringe; - Elementverteilung; Entwicklung; Habitabilität und Vergleich

mit extrasolaren Systemen;


Regelmäßige Teilnahme an Vorlesungen und Übungen

Abgabe der Übungsaufgaben (mindestens 80 %)


am Ende des Semesters Klausur (90 min Dauer) oder mündliche Prüfung (Form der Prüfung wird am Beginn des Semesters be-kanntgegeben)

Medienformen: Tafel, unterstützt durch Overhead-Projektor und Beamer

Literatur: Weissman u.a. (Hrsg.): Encyclopedia of the Solar System (Aca-demic Press)

Encrenaz u.a.: The Solar System (Springer)

Gürtler; Dorschner: Das Sonnensystem (Barth)

de Pater; Lissauer: Planetary Sciences (Cambridge U. Press)

Jones: Discovering the Solar System (Wiley)

Seite 16 von 144

Modulnummer:

Modulbezeichnung: Einführung in die Astronomie

Modulverantwortliche(r), Dozent: Prof. Dr. Krivov

Sprache: deutsch


Wahlpflichtmodul Diplom Physik, Bachelor Physik, Master Physik, Lehramt

Häufigkeit des Angebots (Zyklus) Wintersemester


Lehrform / SWS: Vorlesung: 2 SWS plus Übung: 2 SWS






Voraussetzungen:

Lernziele / Kompetenzen: Vorstellung von Astronomie als exakter Naturwissenschaft, Me-thoden und Erkenntnisse, Vermittlung des modernen Weltbilds

Inhalt: - Was ist Astronomie? - "Kosmographische" Beschreibung des Weltalls - Theoretische und beobachtende Methoden der Astronomie - Sphärische Astronomie, Astrometrie - Himmelsmechanik, Keplersche Gesetze - Sonnensystem - Sonne und Sterne - Milchstraßensystem - Galaxien - Kosmologie




Übungsaufgaben oder Klausur oder mündliche Prüfung

Medienformen: Tafel, Overhead, Beamer

Literatur: Karttunen, Kröger, Oja, Poutanen, Donner, Fundamental Astro-nomy (Springer), Unsöld, Baschek, Der neue Kosmos (Springer),

Voigt, Abriss der Astronomie (BI Wissenschaftsverlag)

Seite 17 von 144

Modulnummer:

Modulbezeichnung: Einführung in die Radioastronomie

Modulverantwortliche(r), Dozent: PD Dr. habil Katharina Schreyer, Dr. Matthias Hoeft

Sprache: deutsch

Zuordnung zu den

Studiengängen:

Wahlflichtmodul für Master Physik, Lehramt Physik

Häufigkeit des Angebots (Zyklus) alle 2 Jahre im Wintersemester, in geraden Jahren


Lehrform / SWS: Vorlesung 2 SWS, Übung 2 SWS

Arbeitsaufwand (work load): Präsenzstunden: Vorlesung: 30, Übung 30

Selbststudium: Nacharbeit, Lösen von Übungsaufgaben 90




Voraussetzungen: Inhalte des Moduls Einführung in die Astronomie

Lernziele / Kompetenzen: Vermittlung grundlegende Begriffe, Phänomene und Konzepte der Radioastronomie (Submm bis Meterwellenlängen)

Fähigkeiten, eigene Beobachtungen mit einem Radioteleskopen vorzubereiten, durchzuführen und auszuwerten

Inhalt: Antennentechnik & -parameter, Empfängertypen, Backends, Ar-beitsweise von Einzelteleskopen und Radiointerferometern

Kalibration von Radiomessungen, Datenanalyse und Interpreta-tion, Anwendungsbeispiele

Kosmische Radiostrahler: Radiokontinuumsstrahlung und Radioli-nienspektren


Regelmäßige Teilnahme an der Vorlesung und Abgabe der Übungsaufgaben (mindestens 80%)


Erfolgreiche Teilnahme an den Übungen; Klausur oder mündliche Prüfung am Ende des Semesters (Art der Prüfung und Wiederho- lung der Prüfung wird zu Beginn der Vorlesung bekannt gegeben)

Medienformen: Medienunterstützte Vorlesung (Tafel, Overheadfolien, Beamer)

mit Übungen

Literatur: Rohlfs, Tools of Radio Astronomy (Springer) Burke, Graham-Smith, An introduction to radio astronomy (Cam-bridge Univ. Press)

Thompson, Interferometry and synthesis in radio atronomy (Wiley)

Wilson, Tools of radio astronomy: problems and solutions (Springer)

Seite 18 von 144

Modulnummer:

Modulbezeichnung: Himmelsmechanik

Modulverantwortliche(r): Prof. Alexander Krivov

Dozent(in): Prof. Alexander Krivov

Sprache: Englisch

Zuordnung zu den Studiengängen Wahlpflichtmodul Diplom Physik, Master Physik

Häufigkeit des Angebots Wintersemester (alle 1 bis 2 Jahre)

Dauer des Moduls 1 Semester

Lehrform / SWS: Vorlesung: 2 SWS, Übung: 2 SWS

Arbeitsaufwand: Präsenzstunden: Vorlesung: 30 h, Übung: 30 h

Selbststudium: Nacharbeit (Vorlesung, Übung): 30 h

Lösen von Übungsaufgaben: 30 h

Prüfungsvorbereitung: 60 h



Voraussetzungen: Modul Einführung in die Astronomie empfohlen

Lernziele / Kompetenzen Erlernen von grundlegenden Begriffen, Problemen und Methoden der klassischen und modernen Himmelsmechanik und deren An-wendungen auf verschiedene astronomische Probleme

Entwicklung von Fähigkeiten zum selbstständigen Lösen von vergleichsweise einfachen Aufgaben aus diesen Gebieten

Inhalt: Gegenstand der Himmelsmechanik; Zwei-Körper-Problem; einge-schränktes Drei-Körper-Problem; gestörte Bewegungen; Dynamik der Planetensysteme: resonante, säkulare und periodische Stö-rungen; Chaos und Stabilität; moderne Erweiterungen: relativisti-sche Himmelsmechanik, nichtgravitative Himmelsmechanik, Astro-dynamik

Voraussetzungen für die Zulas-sung zur Modulprüfung (Prüfungs-vorleistungen)

Regelmäßige Teilnahme an Vorlesungen und Übungen, Abgabe der Übungsaufgaben (mindestens 80%)


Übungen, Klausur oder mündliche Prüfung am Ende des Semes-ters (Art der Prüfung und Wiederholungsprüfung wird zu Beginn der Vorlesung bekannt gegeben)

Medienformen: Tafel, Overheadfolien, Beamer

Literatur: Murray, Dermott, Solar System Dynamics (Cambridge Univ. Press, 1999)

Danby, Fundamentals of Celestial Mechanics (Willmann-Bell, 1988)

Guthmann, Einführung in die Himmelsmechanik und Ephemeridenrechnung (BI-Wissenschaftsverlag)

Seite 19 von 144

Modulnummer:

Modulbezeichnung: Literature and Astronomy

Modulverantwortliche(r): Prof. Dr. D. Vanderbeke, Prof. Dr. R. Neuhäuser

Dozent(in): Prof. Dr. D. Vanderbeke, Prof. Dr. R. Neuhäuser

Sprache: Englisch

Zuordnung zu den Studiengängen Wahlfachmodul für Studiengänge BSc und MSc Physik, Lehramt in Physik, Lehramt in Astronomie

Häufigkeit des Angebots zunächst nur im WiSe 2016/17



Arbeitsaufwand: Präsenzstunden: Seminar: 30 h

Selbststudium: Nacharbeit: 60 h

Vorarbeit: 60 h




Voraussetzungen: Grundkenntnisse in Literaturwissenschaft und/oder Astronomie

Lernziele / Kompetenzen Die Studierenden kennen

- interdisziplinäre Fragestellungen ihres Fachs und

- interdisziplinär relevante literarische Themen.

Die Studierenden haben die Fähigkeit

- sich die Perspektiven einer anderen Disziplin zu erschließen,

- Themen ihres eigenen Fachs aus fachfremder Perspektive wahr-zunehmen,

- eine ausgewählte Fragestellung eigenständig aus interdisziplinä-rer Perspektive zu bearbeiten

- und ihre Ergebnisse angemessen darzustellen.

Inhalt: In diesem Modul werden literaturwissenschaftliche Themen ent-lang ihrer Schnittpunkte mit anderen wissenschaftlichen Diszipli-nen und/oder Künsten oder aus komparatistischer Perspektive un-tersucht.


Regelmäßige und aktive Teilnahme (Aufgaben, deren Art und Um-fang zu Beginn der Veranstaltung bekannt gegeben werden)


Wird am Anfang der Veranstaltung in Absprache mit den Studie-renden festgelegt

Medienformen: Gemeinsame Diskussion von Literatur, ggf. z.T. Kurzvorträge

Literatur: Literatur für die beiden ersten Wochen wird einen Monat vorher bekannt gegeben, z.B. auf www.astro.uni-jena.de ==> Lehre

(dort finden sich bereits Beispiele und weitere Detalls)

http://www.astro.uni-jena.de/

Seite 20 von 144

Modulnummer:

Modulbezeichnung: Physik der Sterne

Modulverantwortliche(r), Dozent: Prof. Dr. Ralph Neuhäuser

Sprache: deutsch (manchmal teils englisch)


Wahlpflichtmodul Diplom Physik, Master Physik, Lehramt

Häufigkeit des Angebots (Zyklus) Wintersemester



Übung: 2 SWS








Lernziele / Kompetenzen: - Vermittlung der grundlegenden Begriffe, Phänomene und

Konzepte der Stellarphysik

- Entwicklung von Fähigkeiten zum selbständigen Lösen von

Aufgaben und Problemen der Stellarphysik

Inhalt: Entstehung und Entwicklung von Sternen als Funktion der Masse durch das Hertzsprung-Russell Diagramm, Sternat-mosphären, Spektroskopie, Photometrie, Kernfusion als Energie-quelle


Regelmäßige Teilnahme an den Übungen und Abgabe der Übungsaufgaben (mindestens 80%)


Klausur (120 min Dauer) oder mündliche Prüfung am Ende des Semesters oder erfolgreiche Teilnahme an den Übungen (Form der Prüfung wird zu Beginn der Vorlesungen angegeben, Form der Wiederholungsprüfung nach der ersten Prüfung)


mit Übungen und praktischen Vorführungen

Literatur: Scheffler, Elsässer, Physik der Sterne und der Sonne (BI), sehr ausführlich, sehr gut

Carroll, Ostlie, Introduction to Modern Astrophysics (Addison-Wesley), englisch, sehr gute Einführung

Stahler, Palla, The formation of stars (Wiley-VCH, 2004), eng-lisch, sehr ausführlich, sehr gut, sehr aktuell

Unsöld, Baschek, Der neue Kosmos (Springer), ausführlich, ak-tuell und gut geeignet

Seite 21 von 144

Modulnummer:

Modulbezeichnung: Spektroskopie

Modulverantwortliche(r): Prof. Artie Hatzes

Dozent(in): Prof. Artie Hatzes

Sprache: Englisch

Zuordnung zu den

Studiengängen:

Wahlpflichtmodul Diplom Physik und Master Physik

(alle 1-2 Jahre im WiSe)

Lehrformen / SWS: 2 SWS Vorlesung


Leistungspunkte: 4

Arbeitsaufwand: Präsenzstunden: 30 h Vorlesung




Voraussetzungen: Vorlesung Einführung in die Astronomie empfohlen

Lernziele / Kompetenzen: Grundlagen der Spektroskopie und Sternatmosphären

Inhalt: Spektroskopie: Instrumente, Beobachtung, Auswertung; Theorie der Sternatmosphären, Sternaufbau, Anwendungen


Regelmäßige Teilnahme an Vorlesungen


Klausur oder mündliche Prüfung am Ende des Semesters


Literatur: Gray, Stellar Photospheres (Cambridge Univ. Press)

Seite 22 von 144

2. Semester / Sommersemester

Modulnummer

Modulbezeichnung Oberseminar Astronomie/Astrophysik

Modulverantwortliche(r), Dozent: Prof. Dr. Ralph Neuhäuser, Prof. Dr. Alexander Krivov

Sprache: deutsch


Oberseminar Diplom Physik, Master Physik, Lehramt

Häufigkeit des Angebots (Zyklus) Winter- und Sommersemester



Arbeitsaufwand (work load): Präsenzstunden: Seminar: 30


Vortragsvorbereitung: 45




und eines Wahlpflichtmoduls Astrophysik

Lernziele / Kompetenzen: Vertiefte Vermittlung von Konzepten der beobachtenden und the-oretischen Astronomie/Astrophysik

Selbständiges Einarbeiten in ein Spezialgebiet

Selbständiges Auffinden und Auswerten wiss. Literatur

Entwicklung von Fähigkeiten zum selbständigen Lösen von aktuellen Aufgaben der Astronomie/Astrophysik

Vorbereiten und Halten eigener Vorträge, Diskussion von aktuelle Forschungsfeldern

Systematische Erarbeitung von Spezialkenntnissen auf dem Ge-biet der Astronomie/Astrophysik

Inhalt: Schwerpunkt bei Theoretischer Astrophysik z.B. zirkumstellare Scheiben, Planetenentstehung Schwerpunkte bei beobachtender Astrophysik z.B. Infrarot-Astro-nomie, sub-stellare Objekte, Interferometrie, Adaptive Optik,

Endstadien der Sternentwicklung, insbesondere Neutronensterne


Regelmäßige Teilnahme an den Seminaren (mindestens 80%)


ein Fachvortrag (benotet)

regelmäßige Teilnahme

Medienformen: Medienunterstützte Vorträge und Diskussionen (Tafel, Overhead-folien, Beamer)

Literatur: Spezialliteratur des jeweiligen Fachgebietes (vorwiegend in eng-lischer Sprache)

Seite 23 von 144

Modulnummer:

Modulbezeichnung: Astronomische Beobachtungstechnik

Modulverantwortliche(r): Prof. Ralph Neuhäuser

Dozent(in): Prof. Ralph Neuhäuser, Dr. Markus Mugrauer

Sprache: Deutsch

Zuordnung zu den Studiengängen Wahlpflichtmodul: Master Physik, Lehramt; Pflichtmodul: LA Drittfach Astronomie

Lehrformen / SWS: 2 SWS Vorlesung + 2 SWS Übung


Arbeitsaufwand: Präsenzstunden: 30 h Vorlesung + 30 h Übungen

Selbststudium: Nacharbeit + Übungsaufgaben: 120 h


Leistungspunkte: 6

Voraussetzungen:

Lernziele / Kompetenzen: Methoden der beobachtenden Astronomie in allen Wellenlängen; Beobachtungstechnik und Datenauswertung. Kenntnis der Tele-skoptechnik in allen Wellenlängen

Inhalt: - Strahlungstheorie, Leuchtkraft - CCD-Detektoren, Datenreduktion - Aufbau und Funktion optischer und Infrarot-Teleskope - Grundlagen der Infrarot-Astronomie - Speckle-Technik, Adaptive Optik, Interferometrie - Radioastronomie: Teleskope und Wissenschaft - Ultraviolett-, Röntgen- und Gamma-Astronomie


Regelmäßige Teilnahme an Vorlesungen und Übungen, Abgabe der Übungsaufgaben


Klausur oder mündliche Prüfung am Ende des Semesters (wird am Anfang der Vorlesungszeit bekannt gegeben), Wiederholungs-prüfung als mündliche Prüfung


Literatur: Karttunen, Kröger, Oja, Poutanen, Donner, Astronomie – eine Einführung (Springer)

Unsöld, Baschek, Der neue Kosmos (Springer)

Weigert, Wendker, Wisotzki, Astronomie und Astrophysik : ein Grundkurs (Wiley VCH)

Seite 24 von 144

Studiengang: Diplom Physik, Master Physik, Lehramt

Modulbezeichnung: Astronomisches Praktikum

ggf. Kürzel Astrolab

ggf. Untertitel

ggf. Lehrveranstaltungen: Laborpraktikum Astronomie/Astrophysik

Semester: Sommersemester

Modulverantwortliche(r): Prof. Neuhäuser

Dozent(in): Prof. Neuhäuser, Dr. Mugrauer, Dr. Mutschke, Dr. Löhne

Sprache: Deutsch

Zuordnung zum Curriculum Master Physik, Diplom Physik, Lehramt

Lehrform / SWS: 4 SWS Praktikum: teils Beobachtungspraktikum, teils Labor-Ast-rophysik-Praktikum

Arbeitsaufwand: 60h Präsenz bei Praktikum,

120h Eigenstudium für Vor- und Nachbereitung

Leistungspunkte: 8

Voraussetzungen: Grundstudium Bachelor Physik

Einführung in die Astronomie empfohlen

Lernziele / Kompetenzen: Funktionsweise und Beobachtung von Sternen, Staublaborversu-che, Datenauswertung, Fehlerrechnung

Inhalt: Spektroskopie und Photometrie am Teleskop,

interstellarer Staub, Sternentstehung, Infrarot-Astronomie

Studien- und Prüfungsleistungen: Protokolle ausarbeiten und abgeben, ggf. Prüfung

Medienformen: Tafelanschrieb, Overheadfolien, praktiksches Vorführen

Literatur: Voigt, Abriss der Astronomie (BI Wissenschaftsverlag)

Unsöld, Baschek, Der neue Kosmos (Springer)

Scheffler, Elsässer, Physik der Sterne und der Sonne (BI)

Carroll, Ostlie, Intro to Modern Astrophysics (Addison-Wesley)

Seite 25 von 144

Modulnummer

Modulbezeichnung Extragalaktik

Modulverantwortliche(r), Dozent: Prof. Dr. Helmut Meusinger

Sprache: deutsch


Wahlflichtmodul Diplom Physik, Master Physik, Lehramt

Häufigkeit des Angebots (Zyklus) alle 2 Jahre im Sommersemester in ungeraden Jahren


Lehrform / SWS: Vorlesung: 2 SWS Übung: 2 SWS

Arbeitsaufwand (work load): Präsenzstunden: Vorlesung: 30

Selbststudium: Nacharbeit + Übungen: 90




Voraussetzungen: Inhalte des Moduls Stellarphysik

Lernziele / Kompetenzen: - Vermittlung der grundlegenden Begriffe, Phänomene und Kon-zepte der beobachtenden Extragalaktik

- Verständnis extragalaktischer und kosmologischer Phänomene

Inhalt: Milchstrassensystem: Bestandteile des Sternsystems, Kinematik der Sterne; Galaxien: Normale und aktive Galaxien, supermasse-reiche Schwarze Loecher, Galaxienhaufen; beobachtende Kos-mologie: Entfernungsbestimmung, Supernovae, Gamma-Ray Bursts, Hintergrundstrahlung, Weltmodelle, Dunkle Materie


Regelmäßige Teilnahme an der Vorlesung (mindestens 80%)


Klausur (120 min Dauer) oder mündliche Prüfung am Ende des Semesters oder erfolgreiche Teilnahme an den Übungen (Form der Prüfung wird zu Beginn der Vorlesungen angegeben, Form der Wiederholungsprüfung nach der ersten Prüfung)


z.T. mit Übungen

Literatur: Schneider, Extragalaktische Astronomie (Springer), sehr ausführ-lich, sehr aktuell

Unsoeld & Baschek, Der neue Kosmos (Springer), sehr ausführ-lich zu Stellarphysik

Seite 26 von 144

Modulbezeichnung: Kosmologie

Modulnummer

Modulverantwortliche(r): Prof. Karl-Heinz Lotze

Dozent(in): Prof. Karl-Heinz Lotze

Sprache: Deutsch

Zuordnung zu den

Studiengängen

Wahlpflichtmodul Master Physik, Lehramt

(alle 2 Jahre im SoSe in geraden Jahren)

Lehrformen / SWS: 2 SWS Vorlesung plus 2 SWS Übung


Leistungspunkte: 6

Arbeitsaufwand: Präsenzstunden: 30 h Vorlesung + 30 h Seminar

Selbststudium: Nacharbeit + Übungen: 30 h

Prüfungsvorbereitung: 90h

Gesamtaufwand: 180 Stunden

Voraussetzungen: Bachelor in Physik, Vorlesungen Allgemeine Relativitätstheorie und Extragalaktik empfohlen

Lernziele / Kompetenzen: Probleme, Methoden und Aussagen der theoretischen und be-obachtenden Kosmologie

Inhalt: Robertson-Walker-Kosmen, Friedmannsche Weltmodelle, kosmo-logisch relevante astronomische Beobachtungen, Modelle mit kosmologischer Konstante, Horizonte, thermische Geschichte der frühen Universums, Strukturbildung


Regelmäßige Teilnahme an Vorlesungen und Übungen, Abgabe der Übungsaufgaben


Übungen, Klausur oder mündliche Prüfung am Ende des Semes-ters

Medienformen: Tafel, Overheadfolien mit handouts

Literatur: Schneider, Extragalaktische Astronomie (Springer)

Harrison: Cosmology (Cambridge University Press)

Goenner: Einführung in die Kosmologie (Spektrum Akademischer Verlag)

Peacock: Cosmological Physics (Cambridge Univ. Press)

Gesamtdarstellungen der Allgemeinen Relativitätstheorie

Seite 27 von 144

Modulbezeichnung: Laborastrophysik

Modulnummer

Modulverantwortliche(r): Dr. Cornelia Jäger

Dozent(in): Dr. Cornelia Jäger, Dr. Harald Mutschke

Sprache: Deutsch

Zuordnung zu den

Studiengängen

Wahlpflichtmodul M.Sc. Physik, Lehramt

(Sommersemester in geraden Jahren, ggf. auch in ungeraden Jahren)

Lehrformen / SWS: 2 SWS Vorlesung + 1-2 SWS Übung + 2 SWS Praktikum


Leistungspunkte: 6

Arbeitsaufwand: Präsenzstunden: 30 h Vorlesung 30 h Übung 60 h Praktikum




Voraussetzungen: Vordiplom oder Bachelor in Physik

Lernziele / Kompetenzen: Kenntnisse über interstellare und zirkumstellare Medien, Konzep-tion von astrophysikalischen Laborexperimenten, Molekül- und Festkörperspektroskopie, optische Eigenschaften von Clustern, Nanoteilchen und Festkörperpartikeln

Inhalt: Mineralogie und Evolution kosmischer Staubpartikel; Emission, Absorption und Streuung elektromagnetischer Strahlung durch Partikel (Mie-Theorie); Festkörper-Spektroskopie bei kurzen und langen Wellenlängen sowie tiefen Temperaturen; Erzeugung und Analytik von Nanopartikeln und anderen Analogmaterialien im La-bor; Quantenmechanische Effekte in Nanoteilchen; Photolumi-neszenz; Erzeugung von Molekül- und Clusterstrahlen; Absorpti-ons- spektroskopie von Molekülen und Clustern in der Gasphase;


Regelmäßige Teilnahme an Vorlesungen




Literatur: Krügel, The Physics of Dust (IOP)

Henning (Hrsg.), Astromineralogy (Springer)

Kuzmany, Festkörperspektroskopie (Springer)

Ehrenfreund u.a. (Hrsg.), Laboratory Astrophysics and Space Re-search (Kluwer)

Tielens & Snow, The Diffuse Interstellar Bands (Kluwer)

Seite 28 von 144

Studiengang: M.Sc. Physik, Lehramt Astronomie

Modulbezeichnung: Neutronensterne

Semester: 1 Semester, Sommersemester in geraden Jahren

Modulverantwortliche(r): Prof. Neuhäuser

Dozent(in): Prof. Neuhäuser

Sprache: Deutsch

Zuordnung zum Curriculum Wahlpflichtfach M.Sc. Physik

Lehrform / SWS: 2 SWS Vorlesung + 2 SWS Übung

Arbeitsaufwand: 30h Vorlesungen

30h Übung

90h Eigenstudium für Vor- und Nachbereitung

Leistungspunkte: 6

Voraussetzungen: Einführung in die Astronomie, Stellarphysik empfohlen

Lernziele / Kompetenzen: Entwicklung von Sternen verschiedener Massen, Endstadien, Methoden der Hochenergie-Astrophysik

Inhalt: Entwicklung von Sternen als Funktion der Masse, Nach-Hauptrei-hen-Entwicklung, Endstadien: weiße Zwerge, Neutronensterne, schwarze Löcher, Supernovae, Hochenergie-Astrophysik: Röntgen- und Gamma-Strahlung

Studien- und Prüfungsleistungen: Klausur oder mündliche Prüfung


erfolgreiche Teilnahme an Übungen

Medienformen: Tafelanschrieb, Overheadfolien, PowerPoint

Literatur: Unsöld, Baschek, Der neue Kosmos (Springer)

Scheffler, Elsässer, Physik der Sterne und der Sonne (BI)

Carroll, Ostlie, Intro to Modern Astrophysics (Addison-Wesley)

Longair, High Energy Astrophysics vol. 1 & 2 (Cambridge)

Lorimer, Kramer, Handbook of Pulsar Astronomy (Cambridge)

Haensel, Potekhin, Yakovlev, Neutron stars (Springer)

Seite 29 von 144

Modulnummer:

Modulbezeichnung: Physik der Planetensysteme

Modulverantwortliche(r): Prof. Alexander Krivov

Dozent(in): Prof. Alexander Krivov, Prof. Artie Hatzes

Sprache: meist englisch (manchmal teilweise deutsch)

Zuordnung zu den Studiengängen Wahlpflichtmodul Diplom Physik, Master Physik, Lehramt

Häufigkeit des Angebots Jedes Sommersemester



Arbeitsaufwand: Präsenzstunden: Vorlesung: 60 h, Übung: 30 h

Selbststudium: Nacharbeit (Vorlesung, Übung): 60 h

Lösen von Übungsaufgaben: 60 h




Voraussetzungen: Modul Einführung in die Astronomie empfohlen

Lernziele / Kompetenzen: Erlernen von Eigenschaften, Entstehung und Entwicklung des Sonnensystems und extrasolarer Planetensysteme

Entwicklung von Fähigkeiten zum selbstständigen Lösen von ver-gleichsweise einfachen Aufgaben aus diesen Gebieten

Inhalt: Das Sonnensystem und extrasolare Planetensysteme: Überblick und historischer Abriss;

Detektionsmethoden von Exoplaneten (Radialgeschwindigkeit, Astrometrie, Transit, Direktaufnahme, Mikrolensing, Interferomet-rie);

beobachtete Eigenschaften und Diversität von Planetensystemen;

Theorie der Planetenentstehung (Akkretionsscheibe, Staub-Gas-Wechselwirkung, Agglomeration vom Staub zu Planetesimalen, Wachstum der Planetesimale zu Embryonen, Entstehung der Rie-sen- und terrestrischen Planeten, Migration, Trümmerscheiben)


Regelmäßige Teilnahme an Vorlesungen und Übungen, Abgabe der Übungsaufgaben (mindestens 80%)

Voraussetzungen für die Vergabe von Leistungspunkten (Prüfungs-form)

Übungen, Klausur oder mündliche Prüfung am Ende des Semes-ters (Art der Prüfung und Wiederholungsprüfung wird zu Beginn der Vorlesung bekannt gegeben)


Literatur: Safronov, Evolution of the protoplanetary cloud and formation of the Earth and the planets (1969) Clark, Extrasolar Planets (Wiley,1998) Garzon, Eiroa, de Winter, Mahoney (Eds.), Disks, Planetesimals, and Planets, ASP Conf. Ser., V. 219, 2000 Deming , Seager (Eds.), Sci. Frontiers in Research on Extrasolar Planets , ASP Conf. Ser., V. 294, 2003 “Protostars and Planets III-V” (Univ. Arizona Press, 1993-2006)

Seite 30 von 144

Modulbezeichnung Sonne und sonnenähnliche Sterne

Modulnummer

Modulverantwortliche(r) Prof. Artie Hatzes

Dozent(in) Dr. Eike Guenther (Vorlesung); Cosmos Dumba (Übungen)

Sprache Deutsch (Vorlesung), Englisch + Deutsch (Übungen)

Ort SR 1 Ph.


Wahlpflichtmodul Master Physik

Lehrformen / SWS Vorlesung 2 Stunden pro Woche + 2 Stunden Übungen pro Wo-che

Dauer des Moduls: Ein Semester

Arbeitsaufwand: Präsenzstunden: 34 h Vorlesung + 32 h Übungen. 34 h Lösen der Übungsaufgaben, 40 Nacharbeit der Vorlesung, Prüfungs-vorbereitung 40 h. Gesamtarbeitsaufwand: 180 h

Leistungspunkte: 6

Voraussetzungen: Einführung in die Astronomie

Lernziel / Kompetenzen: Erlangung der Grundkenntnisse im Bereich der Physik sonnen-ähnlicher Sterne die es ermöglichen mit einer Bachelor Arbeit in diesem Bereich zu beginnen.

Inhalt: - Entstehung der Sonne

- Grundgleichungen des Sternaufbaus

- Polytropentheorie

- Photosphäre, Chromosphäre, Korona

- Sonnenwind

- Zukünftige Entwicklung der Sonne


Regelmäßige Teilnahme an den Vorlesungen, Übungen, kor-rekte und selbstständige Bearbeitung der Hausaufgaben (>50%), vorrechnen an der Tafel.


Regelmäßige Teilnahme an den Vorlesungen, Übungen, kor-rekte und selbstständige Bearbeitung der Hausaufgaben (>50%), vorrechnen an der Tafel, mündliche Prüfung.

Medienformen / Instrument: Beamer + PC

Literatur: Barnes, Jeanette: A Beginner’s Guide to Using IRAF

Seite 31 von 144

Modulnummer:

Modulbezeichnung: Terra-Astronomie

Modulverantwortliche(r), Dozent: Prof. Dr. R. Neuhäuser

Sprache: deutsch

Zuordnung zu den Studiengängen Wahlpflichtmodul für die Studiengänge MSc Physik, Lehramt im Drittfach Astronomie, Wahlmodul für Nebenfächler

Häufigkeit des Angebots (Zyklus) Sommersemester (in ungeraden Jahren)



Übung: 2 SWS

Seminar 2 SWS

Arbeitsaufwand (work load): Präsenzstunden: Vorlesung: 30, Übung: 30, Seminar 30








Konzepte der Terra-Astronomie


Aufgaben aus diesen Gebieten

- Entwicklung von Fähigkeiten zum selbständigen Vortragen

in einem der Teilgebiete

- Beiträge von Natur- und Geisteswissenschaften

Inhalt: Sonnenaktivität und -wind, kosmische Strahlung und ihre Quellen, Supernovae und ihre Überreste, Neutronensterne, Gamma-Ray-Bursts, Radionukleide auf der Erde, Auswirkung kosmischer Er-eignisse auf Erde und Biosphäre, historische Beobachtungen zur Rekonstruktion der Sonnenaktivität und kosmischer Explosionen


Regelmäßige Teilnahme an Übungen oder Seminar (entweder mindestens 80 % der Lösungen abgegeben oder einen Vortrag im Seminar gehalten)


Erfolgreiche Teilnahme an Übungen (mindestens 50 % der Punkte) oder Seminar (guter Vortrag), oder mündliche Prüfung o-der Klausur

Medienformen: Medienunterstützte Vorlesung mit Beispielen, Experimenten und Übungen

Literatur: Lehrbücher zur Sonnenphysik (z.B. Vaquero & Vasquez) und Su-pernovae (z.B. Stephenon & Green)

Seite 32 von 144

Vertiefungsbereich - Festkörperphysik/Materialwissenschaft


Modulnummer

Modulbezeichnung Oberseminar Festkörperphysik/ Materialwissenschaft

Modulverantwortliche(r): Prof. Dr. P. Seidel, Prof. Dr. T. Fritz

Art des Moduls (Pflicht-, Wahl-pflicht- oder Wahlmodul)

Wahlpflichtmodul

Sprache: Deutsch, Englisch (auf Wunsch)

Zuordnung zu den Studiengängen Wahlpflichtkurs im Studiengang M.Sc. Physik im Wahlfach „Fest-körperphysik/Materialwissenschaft“ im 2. Semester

Lehrform(en) / SWS: Seminar: 2 SWS


Arbeitsaufwand: Präsenzstunden: Seminar: 30

Selbststudium: Vorarbeit: 90


Leistungspunkte: 4

Voraussetzungen: Festkörperphysik I

Lernziele / Kompetenzen: - Selbständiges Einarbeiten in ein Spezialgebiet

- Selbständiges Auffinden und Auswerten wiss. Literatur

- Präsentation wissenschaftlicher Sachverhalte

- Vertiefte Kenntnisse auf den Gebieten Festkörperphysik und Ma-terialwissenschaft

Inhalt: -Systematische Erarbeitung von Spezialkenntnissen auf den Ge-bieten Festkörperphysik und Materialwissenschaft

- Präsentation und Diskussion aktueller festkörperphysikalischer und materialwissenschaftlicher Probleme

Voraussetzung für die Zulassung zur Modulprüfung (Prüfungsvor-leistungen)

Regelmäßige Teilnahme am Seminar


1 Fachvortrag (benotet)

Medienformen: Beamer, Overheadprojektor, Tafel

Literatur: Spezialliteratur des jeweiligen Fachgebietes (vorwiegend in engli-scher Sprache)

Seite 33 von 144

Number ASP_MP_A1.4

Name Condensed matter physics II

Coordinator Prof. Dr. Silvana BOTTI

Learning objectives The aim of this course is to provide knowledge about terms, phenomena, and con-cepts of condensed matter physics for the description, modelling, measurement, and interpretation of structures, effects, phenomena, and excitations in condensed matter. Development of the ability to relate problems in complex structures to the basic physical principles. After the course the students should be able to solve physical problems from this field.

Content - elastic properties, - electron structure - crystalline and non-crystalline systems - magnetism - spin phenomena - dynamics of electrons in external fields - semiconductors - transport phenomena - dielectric properties - phenomena of order and disorder - elementary excitations


ECTS credits 8

Category submodule may be advised compulsory to the student according to the student's previous knowledge (This is decided by the academic coordinator of the program.)

Usability submodule is part of the module Adjustment in the 1st semester of the M.Sc. Pho-tonics program


Duration 1 semester

Workload lectures: 60 h exercises: 30 h self-study: 150 h - 45 h (lectures) - 60 h (exercises) - 45 h exam preparation total workload: 240 h

Language lecture in English; script, seminars, and exercises in German

Prerequisites successful completion of Bachelor’s degree in a related field

Exam prerequisites Regular attendance of seminars, solution of exercise tasks, details will be defined at the beginning of the semester.

Requirement to complete this sub-module

written examination at the end of the semester

Used media Lectures supported by electronic media and computer presentations and script

Literature - text books for condensed matter physics (Ibach/Lüth, Kittel, Ashcroft/Mermin, Valenta/Jäger)

Seite 34 von 144

Modulnummer:

Modulbezeichnung: Festkörpermodifikation mit Ionenstrahlen

Modulverantwortliche(r): apl. Prof. Dr. Elke Wendler

Dozent(in): apl. Prof. Dr. Elke Wendler

Sprache: Deutsch

Zuordnung zu den Studiengängen: Wahlmodul für M.Sc. Physik im Wahlfach Festkörperphy-

sik/Materialwissenschaft

Häufigkeit des Angebotes (Zyklus): in unregelmässigen Abständen



Übung: 1 SWS






Leistungspunkte: 4

Voraussetzungen: Bachelor in Physik


Konzepte zur Ion-Festkörper-Wechselwirkung

- Anwendungen von Ionenstrahlen zur Modifikation von Mate-

rialien

Inhalt: Energieverlust der eingeschossenen Ionen durch nukleare

und elektronische Wechselwirkung; Wirkung der übertrage-

nen Energie im Festkörper (z.B. in Halbleitern und Kerami-

ken); Nachweis und Modellierung der Schädenbildung und

Amorphisierung; Anwendungsbeispiele

Voraussetzungen für die Zulassung

zur Modulprüfung (Prüfungsvorleis-

tungen)

wird in der Vorlesung bekanntgegeben

Voraussetzung für die Vergabe von

Leistungspunkten (Prüfungsform):

mündliche Prüfung oder Abschlussklausur (Details werden in

der 1. Vorlesung bekannt gegeben)

Medienformen: medienunterstützte Vorlesung mit Übung

Literatur: Nukleare Festkörperphysik (Schatz, Weidinger),

Ionenimplantation (Ryssel, Ruge),

Ion-Solid-Interactions (Nastasi, Mayer, Hirvonen)

High Energy Ion Beam Analysis (Götz, Gärtner)

Seite 35 von 144

Modulnummer:

Modulbezeichnung: Materialwissenschaft

Modulverantwortliche(r): Prof. Dr. K. D. Jandt

Dozent: Prof. Dr. K. D. Jandt, AOR PD Dr. Jörg Bossert und Mitarbeiter

Sprache: Deutsch, Englisch auf Wunsch

Zuordnung zu den Studiengängen: Wahlpflichtkurs im Studiengang MA Physik im Wahlfach „Festkör-perphysik/Materialwissenschaft“ im 3. Semester

Lehrform(en) / SWS: 2 SWS Vorlesung, 1 SWS Seminar. Angebot im WS






Leistungspunkte: 4

Voraussetzungen für die Zulas-sung zum Modul:

Lernziele / Kompetenzen: Nach erfolgreichem Absolvieren des Moduls beherrscht der/die Studierende wichtige grundlegende Begriffe, Phänomene und Ver-fahren in der Materialwissenschaft bzw. kann diese nennen. Dar-über hinaus entwickelt er/sie Fähigkeiten zum selbstständigen Lö-sen von Problemen und Aufgaben aus dem Gebiet der Materialwis-senschaft.

Inhalt: Systematische Darstellung materialwissenschaftlicher Grundlagen. Einführung, atomare Struktur und Bindungsarten, Struktur von Me-tallen und Keramik und Polymeren, Störungen im Aufbau von Fest-körpern, Diffusion, mechanische Eigenschaften von Materialien, Deformations- und Verstärkungs-Mechanismen, Versagen

Voraussetzung für die Zulassung zur Modulprüfung (Prüfungsvor-leistungen):

Regelmäßige Teilnahme am Seminar und Lösen der Übungsaufga-ben, Vorträge, CAL-IT


Lösung der Aufgaben im Seminar, bestandene mündliche Prüfung, bei Wiederholungsprüfung ggf. andere Prüfungsform; Detaillierte Festlegungen werden zu Semesterbeginn bekannt gegeben.

Medienformen: Beamer, Overheadprojektor, Tafel, Computer Aided Learning (CAL), Videos

Literatur: William D. Callister Jr, Fundamentals of Materials Science and En-gineering – An integrated approach, 3rd Edition, John Wiley & Sons, Inc. New York 2009

Alternativ: Werkstoffe 1 & 2. M. F. Ashby, D. R. H. Jones, Spekt-rum Akademischer Verlag Heidelberg 2006

Seite 36 von 144

Modulnummer

Modulbezeichnung Metalle

Modulverantwortliche(r): Prof. Dr. M. Rettenmayr

Dozent: Prof. Dr. M. Rettenmayr



Lehrform(en) / SWS: 3 SWS Vorlesung+ 1 SWS Seminar:


Arbeitsaufwand (work load) Präsenzstunden: 30 h Vorlesung + 15 h Seminar




Leistungspunkte: 4

Voraussetzungen für die Zulas-sung zum Modul

Lernziele / Kompetenzen: Kenntnis von Aufbau und Eigenschaften der Metalle sowie deren Zusammenhang, Verständnis der Wechselwirkung von techni-schen und physikalischen Prozessen

Selbständiges Lösen von Problemen bei Materialentwicklung und Materialeinsatz

Inhalt: Aufbau metallischer Werkstoffe (Kristallstruktur, null-, ein-, zweidi-mensionale Defekte, Gefüge)

Mechanismen der Festigkeitssteigerung: Ausscheidung/ Disper-sion, Mischkristall, Rekristallisation, Textur

zeitunabhängige und zeitabhängige mechanische Eigenschaften

Physikalische Eigenschaften

Diffusion


Regelmäßige Teilnahme am Seminar und Lösen der Übungsaufga-ben; Detaillierte Festlegungen werden zu Semesterbeginn bekannt gegeben.


Mündliche Prüfung nach der Vorlesung ’Metalle II’


Literatur: Ausführliches Vorlesungsskript

G. Gottstein: Physikalische Grundlagen der Materialkunde, Sprin-ger, Berlin 1998

Seite 37 von 144

Modulnummer:

Modulbezeichnung: Nanomaterialien und Nanotechnologie

Modulverantwortliche(r): Prof. Dr. Carsten Ronning

Dozent(in): Prof. Dr. Carsten Ronning

Sprache: Deutsch

Zuordnung zu den Studiengängen: Wahlmodul für Master Physik im Wahlfach Festkörperphy-

sik/Materialwissenschaft, Wahlmodul Master Materialwissen-

schaften

Häufigkeit des Angebotes (Zyklus): in unregelmässigen Abständen



Übung: 1 SWS





Leistungspunkte: 4

Voraussetzungen: Gute Kenntnisse in Festkörperphysik

Lernziele / Kompetenzen: Die Studierenden erwerben Fähigkeiten zur Präparation und

Charakterisierung der Nanomaterialien sowie Wissen über

deren theoretische Beschreibung. Sie lernen die Methoden

der Nanotechnologie kennen. Darüber hinaus wird die Vorbe-

reitung eines Seminarvortrages geübt.

Inhalt: Theorie der Dimensionseffekte

Elektronenquantisierung

Einzelelektronen-Transistor

Synthese von Nanomaterialien

Charakterisierung von Nanomaterialien

Materialsysteme: Kohlenstoffnanoröhren, Graphen, Halb-

leitermaterialien, magnetische Nanomaterialien, Bionano-

materialien

Anwendung und Technologie der Nanomaterialien


zur Modulprüfung (Prüfungsvorleis-

tungen)

Regelmäßige Teilnahme an den Lehrveranstaltungen



Seminarvortrag und mündliche Prüfung oder Abschlussklau-

sur (Details werden in der 1. Vorlesung bekannt gegeben)

Medienformen: Tafel, Beamer, Laborbesichtigung

Seite 38 von 144

Literatur: Springer Handbook of Nanotechnology (Editor: B. Bushan),

Basics of Nanotechnology (Wiley, H.G. Rubahn), Nanophys-

ics and Nanotechnology (Wiley, E.L. Wolf), Mesoscopic Elec-

tronics in Solid State Nanostructures (Wiley, T. Heinzel)

Seite 39 von 144

Modulnummer:

Modulbezeichnung: Optische Eigenschaften von Festkörpern und Festkörper-schichten

Modulverantwortliche(r): apl. Prof. Dr. Elke Wendler

Dozent(in): apl. Prof. Dr. Elke Wendler

Sprache: Deutsch

Zuordnung zu den Studiengängen: Wahlmodul für M.Sc.Physik

Häufigkeit des Angebotes: in unregelmässigen Abständen



Übung: 1 SWS






Leistungspunkte: 4

Voraussetzungen: Bachelor Physik

Lernziele / Kompetenzen: Vermittlung grundlegende Begriffe, Phänomene und Kon-

zepte zu optischen Eigenschaften von Festkörpern und An-

wendung auf reale Schichtsysteme

Inhalt: Einführung der mikro- und makroskopischen dielektrischen

Funktion; Kramers-Kronig-Relation; Einfluss der dielektri-

schen Eigenschaften auf die Feldverteilung der elektromag-

netischen Welle - Transmission und Reflexion; Transfer-

matrixmethode; dielektrische Funktion verschiedener Materi-

alien; Anwendungsbeispiele


zur Modulprüfung:

wird in der Vorlesung bekanntgegeben



mündliche Prüfung oder Abschlussklausur (Details werden in

der 1. Vorlesung bekannt gegeben)

Medienformen: medienunterstützte Vorlesung mit Übung

Literatur: L.D. Landau und E.M. Lifschitz, Lehrbuch der Theoretischen

Physik, Band VIII, Elektrodynamik der Kontinua, Akademie-

Verlag Berlin

F. Wooten, Optical Properties of Solids, Academic Press

New York 1972

P. Yeh, Optical Waves in Layered Media, John Wiley & Sons,

New York 1988

Seite 40 von 144

Modulbezeichnung Phasenfeldtheorie

Modulnummer

Modulverantwortliche(r): P. Galenko PhD / Prof. M. Rettenmayr

Dozent: P. Galenko


Zuordnung zu den Studiengängen Wahlpflichtmodul für Studiengang Physik (Master) im Schwerpunkt „Festkörperphysik/Materialwissenschaft“

Lehrform(en) / SWS: Im WS 3 SWS Vorlesung + 1 SWS Seminar:


Arbeitsaufwand (work load) Präsenzstunden: Vorlesung: 45, Seminar/Übungen: 15

Selbststudium: Nacharbeit (Vorlesung, Seminar): 70

Vorbereitung Vorträge: 15



Leistungspunkte: 6


keine

Lernziele / Kompetenzen: Kenntnisse über Grundlagen der Theorie der Phasenübergänge mit diffuser und scharfer Grenze

Aufstellen von Phasenfeld-Gleichungen, analytische Lösung der Gleichungen für stationäre Systeme und für selbstähnliche Re-gimes

Definition der physikalischen Bedeutung der thermodynami-schen und kinetischen Parameter des Phasenfelds

Numerische Integration der einfachsten Phasenfeld-Gleichungen in nichtstationären Systemen

Selbständiges Lösen von Problemen zum Verständnis der Struk-turbildung in der Praxis

Inhalt: Einführung: Mean-Field-Theorie, Phasenübergänge, Ordnungspa-rameter

konservative und nicht-konservative Phasenfeld-Modelle

Analytische Lösungen: Gleichgewicht und Dynamik

Erweiterte Modelle: Mehrphasen-Felder; ”Phase Field Crystal“; schnelle diffuse Grenzflächen

Modellierung: Grundlagen numerischer Algorithmen, numeri-scher Schemen und Verfahren


Lösung von mind. 50% der Übungsaufgaben


mündliche Abschlussprüfung (30min)


Seite 41 von 144

Literatur: Ausführliches Vorlesungsskript

N. Provatas, K. Elder: Phase-field methods in Materials Science and Engineering, WILEY-VCH, Weinheim, 2010

H. Emmerich: The diffuse interface approach in materials science, Springer, Berlin 2003

Seite 42 von 144

Modulnummer:

Modulbezeichnung: Vakuum- und Dünnschichtphysik

Modulverantwortliche(r): Prof. Dr. P. Seidel

Dozent(in): Prof. Dr. P. Seidel

Sprache: Deutsch

Zuordnung zum Curriculum: Wahlpflichtkurs im Studiengang M.Sc. Physik im Wahlfach „Fest-körperphysik/Materialwissenschaft“ im 1. oder 3. Semester

Häufigkeit des Angebotes (Zyk-lus):

Wintersemester


Seminar: 1 SWS



Klausurvorbereitung: 35 h


Leistungspunkte: 4


Lernziele / Kompetenzen: Es werden grundlegende Kenntnisse über moderne Methoden und Verfahren zur Herstellung dünner Schichten einschließlich der zu-gehörigen Vakuumphysik und -technik vermittelt.

Inhalt: - Grundlagen der Vakuumphysik und deren Anwendung in Beschichtungsanlagen

- Übersicht der Dünnschichtabscheidungsverfahren - Physik der Schichtbildungsprozesse und des Schicht-

wachstums - Struktur-Eigenschaftsbeziehungen und mechanische Ei-

genschaften

Voraussetzungen für die Zulas-sung zur Modulprüfung (Prü-fungsvorleistungen):

Regelmäßige Teilnahme an Seminaren; Detaillierte Festlegungen werden zu Semesterbeginn bekannt gegeben.


mündliche Prüfung 30 min

Medienformen: Tafel, Overhead, Beamer

Literatur: W. Pupp, H. K. Hartmann, `Vakuumtechnik, Grundlagen und An-

wendungenA, Hanser-Verlag, München, 1991.

C. Edelmann, `VakuumphysikA, Spektrum, Berlin, 1998.

R. Haefer, ̀ Oberflächen-und Dünnschicht-TechnologieA, Springer,

Berlin, 1987. J.E. Mahan, `Physical vapor deposition of thin filmsA, John Wiley,

New York, 2000. J.A. Venables, `Introduction to surface and thin film processesA,

Cambridge University Press, Cambridge, 2000.

Seite 43 von 144


Modulnummer

Modulbezeichnung Oberseminar Festkörperphysik/ Materialwissenschaft

Modulverantwortliche(r): Prof. Dr. P. Seidel, Prof. Dr. T. Fritz


Wahlpflichtmodul








Leistungspunkte: 4

Voraussetzungen: Festkörperphysik I




- Vertiefte Kenntnisse auf den Gebieten Festkörperphysik und Ma-terialwissenschaft

Inhalt: -Systematische Erarbeitung von Spezialkenntnissen auf den Ge-bieten Festkörperphysik und Materialwissenschaft

- Präsentation und Diskussion aktueller festkörperphysikalischer und materialwissenschaftlicher Probleme


Regelmäßige Teilnahme am Seminar




Literatur: Spezialliteratur des jeweiligen Fachgebietes (vorwiegend in engli-scher Sprache)

Seite 44 von 144

Modulnummer

Modulbezeichnung: Einführung in die Quanten-Informationstheorie

Modulverantwortliche(r): PD Dr. Wolfram Krech

Dozent(in): PD Dr. Wolfram Krech

Sprache: deutsch

Zuordnung zu den Studiengängen Wahlmodul BA/MA Physik; Wahlkurs im Bereich Festkörper-physik/Materialwissenschaft oder Gravitations- und Quanten-theorie

Lehrform / SWS: 2 SWS Vorlesung + 1 SWS Übung



Selbststudium: Nacharbeit + Übungsaufgaben: 60h



Leistungspunkte: 4

Voraussetzungen: Quantentheorie

Lernziele / Kompetenzen: Vermittlung grundlegender Kenntnisse zur Übertragung und Verarbeitung von Information mit Hilfe von Quantensystemen als Informationsträger

Informationstheoretische Beherrschung der Verschränktheit von Quantensystemen

Inhalt: Qubit

Quantenentropie der Information

Quanten-Datenkompression

Verborgene Quanteninformation/Nichtlokalität

Bellsche Ungleichungen

Entanglement

Voraussetzungen für die Zulassung zur Modulprüfung (Prüfungsvorleistun-gen)

Durchgängige Teilnahme an Übungen, Bearbeitung der Übungsaufgaben

Voraussetzungen für die Vergabe von Leistungspunkten (Prüfungsform)

Prüfung (Klausur) am Ende des Semesters

Medienformen: Tafel, Overheadfolien

Literatur: Aktuelle Bücher/Monografien (werden am Beginn der Vorle-sung durch Dozenten empfohlen)

Seite 45 von 144

Modulnummer

Modulbezeichnung: Gravitational Wave Detection

Modulverantwortliche(r): Prof. Dr. P. Seidel, Dr. R. Nawrodt

Dozent(in): Prof. Dr. P. Seidel, Dr. R. Nawrodt


Zuordnung zum Curriculum Wahlpflichtmodul für den Studiengang M.Sc. Physik im Wahlfach „Festkörperphysik“ im 3. Semester


Übung: 1 SWS

Arbeitsaufwand: Präsenzstunden: Vorlesung: 30

Übung: 15




Leistungspunkte: 4

Voraussetzungen: Grundkenntnisse der Optik und Messtechnik

Lernziele / Kompetenzen:

Vermittlung vertiefter Kenntnisse der Präzisionsmesstechnik anhand der Detektion von Gravitationswellen, experimentelle Behandlung von Rauschprozessen, Laserstabilisierung und Interferometrie

Inhalt: Grundlagen von Gravitationswellen

Mögliche Detektionsprinzipien und deren Empfindlichkeit

Rauschprozesse in Gravitationswellendetektoren

Empfindlichkeitssteigerung für zukünftige Gravitationswellendetekto-ren

Festkörperphysikalische Untersuchungen an Materialien für zukünf-tige Detektoren


aktive Teilnahme an den Übungen; Detaillierte Festlegungen werden zu Semesterbeginn bekannt gegeben.



Medienformen: Kreidetafel, Anschauungsexperimente,

Literatur: Maggiore „Gravitational Waves“, Saulson „Gravitational Wave Detec-tion“, Nagourney „Quantum Electronics for Atomic Physics“

Seite 46 von 144

Modulnummer 128.2130

Modulbezeichnung: Kern- und Teilchenphysik

Modulverantwortliche(r): Prof. C. Ronning, apl. Prof. E. Wendler

Dozent(in): Dr. Claudia Schnohr

Sprache: deutsch

Zuordnung zu den Studiengängen Wahlpflichtkurs im Studiengang MA Physik im Wahlfach

„Festkörperphysik/Materialwissenschaft“ im 2. Semester

Lehrform / SWS: Vorlesung 2 SWS;

Seminar/Übungen 1 SWS

Arbeitsaufwand: Präsenzstunden: Vorlesung: 30, Seminar 15


Lösen von Übungsaufgaben:25



Leistungspunkte 4

Voraussetzungen:

Lernziele / Kompetenzen: Die Studierenden erwerben weiterführende Kenntnisse auf dem Gebiet der Kern-und Teilchenphysik und der in der Kernphysik eingesetzten Werkzeuge

Inhalt: Streuprozesse; Eigenschaften stabiler Kerne; Kernmodelle; starke und schwache Wechselwirkung; instabile Kerne; Kernzerfälle; Kernreaktionen; Elementarteilchen (Übersicht)

Erzeugung und Nachweis energiereicher Teilchen;

Studien- und Prüfungsleistungen: Teilnahme an den Übungen, Lösung von mindestens 50% der Übungsaufgaben


Medienformen: Tafel, Overhead;

Literatur: Lehrbücher der Experimental- und der Kern- und Teilchenphysik, z.B.:

Mayer-Kuckuck: Kernphysik; W. Demtröder: Experimentalphysik 4; Povh, Rith, Scholz, Zetsche: Teilchen und Kerne; Musiol, Ranft, Reif, Seeliger: Kern- und Elementarteilchenphysik; Das, Ferbel: Kern- und Teilchenphysik; Bethge,Schröder: Elementarteilchen und ihre Wechselwirkungen

Seite 47 von 144

Modulnummer

Modulbezeichnung: Modern Methods in Nuclear Physics: Theory and Applications

Modulverantwortliche(r): Prof. Dr. T. Stöhlker

Dozent(in): Dr. O. Forstner

Sprache: Englisch

Zuordnung zum Curriculum Wahlmodul für den Studiengang M.Sc. Physik


Übung: 1 SWS






Leistungspunkte: 4

Voraussetzungen: Grundkurs Atom- und Kernphysik

Lernziele / Kompetenzen: The course provides an insight in the fundamental techniques and concepts in modern nuclear physics and to demonstrate their relevance to nowadays applications. Experimental methods and the related theoretical description will be reviewed in great de-tails.

Inhalt: Radioactive Ion Beam Facilities

Nuclear Astrophysics

Precision Mass Measurements

Particle and Radiation Detectors


aktive Teilnahme an den Übungen; Detaillierte Festlegungen wer-den zu Semesterbeginn bekannt gegeben.


Schriftliche und/oder mündliche Prüfungen (Art der Prüfungen wird zu Beginn des Moduls bekannt gegeben)

Medienformen: Kreidetafel, Overheadprojektor, Aushändigung von Illustrations-material, ggf. Computerdemonstrationen

Literatur: Zum Beispiel: Kenneth S. Krane, Introductory Nuclear Physics

Seite 48 von 144

Modulnummer

Modulbezeichnung: Nukleare Festkörperphysik

Modulverantwortliche(r): Prof. Dr. C. Ronning

Dozent(in): Prof. Dr. C. Ronning

Sprache: Deutsch

Zuordnung zum Curriculum Wahlpflichtkurs im Studiengang MSc Physik im Wahlfach „Fest-körperphysik/Materialwissenschaft“

Häufigkeit des Angebotes (Zyklus) in unregelmässigen Abständen

Dauer des Moduls Ein Semester


Übungen: 1 SWS

Arbeitsaufwand: Präsenzstunden: 30 h Vorlesung + 15 h Übungen




Leistungspunkte: 4

Voraussetzungen: sehr gute Kenntnisse in Festkörperphysik und Kernphysik

Lernziele / Kompetenzen: Vermittlung grundlegender Kenntnisse über Grundlagen und An-wendungen der Nuklearen Festkörperphysik

Inhalt: Grundlagen Hyperfeinwechselwirkungen, Detektoren, Mößbauer-effekt, Positronenvernichtung, Myon-Spin-Rotation, Magnetische Kernresonanz, Tracermethoden, Ionenstrahlphysik




Mündliche Prüfung oder/und Klausur oder/und Vortrag (Details werden in der 1. Vorlesungsstunde bekannt gegeben)

Medienformen: Vorlesung mit Folien, Übungsaufgaben, Laborbesichtigung

Literatur: Schatz/Weidinger: „Nukleare Festkörperphysik“

Seite 49 von 144

Modulnummer:

Modulbezeichnung: Oberflächenanalytische Methoden der Festkörperphysik

Modulverantwortliche(r): Prof. Dr. Torsten Fritz

Dozent(in): Prof. Dr. Torsten Fritz / Dr. Roman Forker

Sprache: Deutsch, Bildmaterial auf Englisch

Zuordnung zum Curriculum Wahlpflichtkurs für die Studiengänge M.Sc. Physik und Werk-stoffwissschaft (Bachelor / Master, ab 6. Semester B.Sc. bzw. 1. Semester M.Sc.) im Wahlfach „Festkörperphysik/Materialwis-senschaft“

Häufigkeit des Angebotes (Zyklus): Sommersemester

Lehrform / SWS: Vorlesung: 2 SWS , Übung: 1 SWS

Arbeitsaufwand: Präsenzstunden: Vorlesung: 30 Übung, Seminar: 15


Lösen von Übungsaufgaben, Vorträge etc.: 15



Leistungspunkte: 4

Voraussetzungen: Festkörperphysik

Lernziele / Kompetenzen: Vermittlung der wichtigsten Methoden der Festkörperanalyse.

Entwicklung der Fähigkeit, ein geeignetes Analyseverfahren zur Bestimmung von Material, Struktur oder chemischer Bindung auszuwählen.

Inhalt: Oberflächenanalyse von Festkörpern, z.B.: - Elektronenbeugung (LEED, RHEED) - Auger-Spektroskopie - Photoelektronenspektroskopie - Rasterkraft- und Tunnelmikroskopie / -spektroskopie - optische Verfahren


Regelmäßige Teilnahme an Übungen/Seminaren


wird in der 1. Vorlesung bekannt gegeben

Medienformen: Mediengestützte Vorlesung mit Computerdemonstrationen und Übungen

Literatur: D.J. O´Connor, B.A. Sexton, R.S.C. Smart (Eds.): "Surface Analysis Methods in Materials Science", Springer Verlag 2003. John A. Venables, "Introduction to surface and thin film pro-cesses", Cambridge Univ. Press, 2000.

D. P. Woodruff and T. A. Delchar "Modern techniques of surface science", Cambridge Univ. Press, 1994.

Seite 50 von 144

Number ASP_MP_S1.12

Name Optoelectronics

Coordinator Prof. Dr. Frank SCHMIDL

Learning objectives In this course the student will learn the fundamentals of semiconductor opti-cal devices such as photodiodes, solar cells, LEDs, laser diodes and semi-conductor optical amplifiers.

Content - Waveguides - Semiconductors - Photodiodes - Light emitting diodes - Semiconductor optical amplifier


ECTS credits 4

Category submodule which can be elected out of the list of offered submodules in module Specialization I according to the student's education objectives

Usability this submodule is part of the module Specialization I in the 2nd semester of the M.Sc. Photonics program

Frequency of offer summer semester

Duration 1 semester

Workload lectures: 30 h exercises: 15 h self-study: 75 h - 45 h (lectures, exercises) - 15 h solving of physical problems - 15 h exam preparation total workload: 120 h

Language English

Prerequisites none

Exam prerequisites



Used media blackboard and electronic presentations

Literature list of selected publications given during the lecture

Seite 51 von 144

Modulnummer:

Modulbezeichnung: Organische und anorganische Halbleiter

Modulverantwortliche(r): Prof. Dr. Torsten Fritz

Dozent(in): Prof. Dr. Torsten Fritz / Dr. Roman Forker

Sprache: Deutsch, Bildmaterial auf Englisch

Zuordnung zum Curriculum: Wahlpflichtkurs für die Studiengänge M.Sc. Physik und Werk-stoffwissschaft (Bachelor / Master, ab 6. Semester B.Sc. bzw. 1. Semester M.Sc.) im Wahlfach „Festkörperphysik/Materialwis-senschaft“

Häufigkeit des Angebotes (Zyklus): Sommersemester

Lehrform / SWS: Vorlesung: 2 SWS , Übung: 1 SWS

Arbeitsaufwand: Präsenzstunden: Vorlesung: 30 Übung, Seminar: 15


Lösen von Übungsaufgaben, Vorträge etc.: 15



Leistungspunkte: 4

Voraussetzungen: Festkörperphysik

Lernziele / Kompetenzen: - Vermittlung der grundlegenden Begriffe, Phänomene und Konzepte der Halbleiterphysik unter Berücksichtigung des modernen Gebietes der organischen Halbleiter

- Entwicklung von Fähigkeiten zum selbständigen Lösen von Aufgaben aus diesen Gebieten

Inhalt: - Struktur - halbleitende und optische Eigenschaften - Ladungsträgergeneration - Dotierung - Messung elektrischer Kenngrößen - Messung optischer Kenngrößen - Bauelemente


Regelmäßige Teilnahme an Übungen/Seminaren


wird in der 1. Vorlesung bekannt gegeben

Medienformen: Mediengestützte Vorlesung mit Computerdemonstrationen und Übungen

Literatur: Aktuelle Bücher zur Halbleiterphysik

Seite 52 von 144

Modulnummer:

Modulbezeichnung: Polymerphysik

Modulverantwortliche(r): Prof. Dr. Klaus D. Jandt

Dozent(in): Prof. Dr. Klaus D. Jandt und Mitarbeiter


Zuordnung zum Curriculum Wahlpflichtkurs im Studiengang MA Physik im Wahlfach „Festkör-perphysik/Materialwissenschaft“ im 4. Semester

Lehrform / SWS: Vorlesung: 2 SWS, Seminar: 1 SWS, Angebot im SS





Leistungspunkte: 4

Voraussetzungen:

Lernziele / Kompetenzen: Nach erfolgreichem Absolvieren des Moduls besitzt der/die Stu-dierende Verständnis für wesentliche materialwissenschaftli-che Grundlagen der Polymere (Soft Matter). Darüber hinaus hat er/sie Fähigkeiten entwickelt, grundlegende Probleme im Bereich der Polymere zu erkennen, zu formulieren und zu lösen und selbst-ständig im Bereich Polymere zu lernen.

Inhalt: Größe und Form von Makromolekülen, Einzelketten, Morphologie von Polymeren, Schmelzen und Glasübergang Polymer-Lösun-gen und Mischungen, Festkörpereigenschaften von Polymeren, mechanische Eigenschaften und Viskoelastizität, Verarbeitung polymerer Werkstoffe, Anwendungen polymerer Werkstoffe

Voraussetzungen für die Zulas-sung zur Modulprüfung (Prü-fungsvorleistungen):

Lösung der Aufgaben im Seminar; Detaillierte Festlegungen wer-den zu Semesterbeginn bekannt gegeben.


Bestandene mündliche Prüfung, bei Wiederholungsprüfung ggf. andere Prüfungsform

Medienformen: Beamer, Overheadprojektor, Tafel, Computer Aided Learning (CAL), Videos

Literatur: Essentials of Polymer Science and Engineering. P. C. Painter, M. M. Coleman, Destech Pubns Inc, 2008

Alternativ: Polymers: Chemistry and Physics of Modern Materials, J. M. G. Cowie, Taylor & Francis, 2007

Seite 53 von 144

Modulnummer:

Modulbezeichnung: Supraleitende Materialien

Modulverantwortliche(r): Prof. Dr. P. Seidel

Dozent(in): Prof. Dr. P. Seidel

Sprache: Deutsch

Zuordnung zum Curriculum: Wahlpflichtkurs im Studiengang M.Sc. Physik im Wahlfach „Fest-körperphysik/Materialwissenschaft“ im 2. Semester

Häufigkeit des Angebotes (Zyk-lus):

Sommersemester


Seminararbeit (Hausarbeit mit Kurzvortrag): 1 SWS


Selbststudium: Nacharbeit + Vortrag (Hausarbeit): 50 h



Leistungspunkte: 4

Voraussetzungen: Modul Festkörperphysik I

Lernziele / Kompetenzen: Vermittlung grundlegender Kenntnisse über Grundlagen und An-wendungen der Supraleitung und der Josephsoneffekte

Inhalt: Grundlegende Effekte der Supraleitung

Kenngrößen von Supraleitern

Supraleiter im Magnetfeld

Josephsoneffekte und Quanteninterferometer

Supraleitende Materialien

Anwendungsbeispiele


Regelmäßige Teilnahme an Seminaren, Hausarbeit zu Vortrag, Detaillierte Festlegungen werden zu Semesterbeginn bekannt ge-geben.


Mündliche Prüfung am Ende des Semesters

Medienformen: Vorlesung

Seminar mit Vorträgen und Laborbesuchen

Literatur: aktuelle Bücher und ausgewählte Zeitschriftenartikel zur Supralei-tung

Seite 54 von 144

Vertiefungsbereich - Gravitations- und Quantentheorie


Modulnummer

Modulbezeichnung: Oberseminar Theorie

Modulverantwortliche(r): Prof. Dr. Stephan Fritzsche, Prof. Dr. B. Brügmann, Prof. Dr. H. Gies, Prof. Dr. A. Wipf, Prof. Dr. U. Peschel

Dozent(in): Professoren der Theoretischen Physik


Zuordnung zum Curriculum Wahlpflichtmodul für den Studiengang MA Physik im Wahlfach „Gravitations- und Quantentheorie“ im 2. Semester (Im Winterse-mester 2014/15 auch 1. Semester)

Lehrform / SWS: Seminare: 2 SWS

Moduldauer: 1 Semester

Arbeitsaufwand: Präsenzstunden: Seminare: 30



Leistungspunkte: 4

Voraussetzungen: Kenntnisse in Theoretischer Mechanik, Elektrodynamik, Quanten-mechanik, Thermodynamik, Grundlagenwissen in Gravitationstheo-rie und/oder Quantenfeldtheorie

Lernziele / Kompetenzen: Selbständiges Einarbeiten in ein Spezialgebiet


Präsentation wissenschaftlicher Sachverhalte

Vertiefte Kenntnisse auf den Gebieten Gravitationstheorie und Quantentheorie

Inhalt: Systematische Erarbeitung von Spezialkenntnissen auf den Gebie-ten Gravitationstheorie und Quantentheorie

Präsentation und Diskussion aktueller gravitationstheoretischer und quantentheoretischer Probleme


Regelmäßige Teilnahme am Seminar; Detaillierte Festlegungen werden zu Semesterbeginn bekannt gegeben.





Literatur: Spezialliteratur des jeweiligen Fachgebiets (vorwiegend in engli-scher Sprache)

Seite 55 von 144

Modulnummer

Modulbezeichnung: Allgemeine Relativitätstheorie

Modulverantwortliche(r): Prof. Dr. B. Brügmann



Zuordnung zum Curriculum Wahlpflichtkurs für den Studiengang MA Physik im Wahlfach „Gra-vitations- und Quantentheorie“ im 1. Semester


Übung: 2 SWS






Leistungspunkte: 8

Voraussetzungen: Kenntnisse des Moduls Relativistische Physik sind hilfreich

Lernziele / Kompetenzen: Vermittlung von Kenntnissen der relativistische Gravitationsphysik

Entwicklung von Fähigkeiten zur selbständigen Behandlung astro-physikalischer Fragestellungen im Bereich hoher Geschwindigkei-ten und starker Gravitationsfelder

Inhalt: Grundlagen der Allgemeinen Relativitätstheorie

Einsteinsche Feldgleichungen Grenzfall Newtonscher Gravitation Gravitationswellen Schwarze Löcher

Kosmologie und Urknall




Schriftliche und/oder mündliche Prüfungen (Art der Prüfungen wird zu Beginn des Moduls bekannt gegeben)

Medienformen: Kreidetafel, Overheadprojektor, Aushändigung von Illustrationsma-terial, ggf. Computerdemonstrationen

Literatur: Zum Beispiel: Carroll, Geometry and Gravitation (2004); Wald, General Relativity (1984); Straumann, General Relativity with Ap-plications to Astrophysics (2004); Schutz, First Course in General Relativity (2009)

Seite 56 von 144

Modulnummer

Modulbezeichnung: Atome in externen Feldern

Modulbezeichnung (engl.): Atoms in External Fields

Modulverantwortliche(r): Prof. Dr. S. Fritzsche


Sprache: Deutsch / Englisch


Wahlkurs für den Studiengang M.Sc. Physik im Wahlfach "Gravi-tations- und Quantentheorie" im 1. Semester, M.Sc. Photonics


Übung: 2 SWS

Arbeitsaufwand: Präsenzstunden: Vorlesung: 30, Übungen: 30

Selbststudium: Nacharbeit (Vorlesung) : 20

Lösung von Übungsaufgaben: 30



Leistungspunkte 4

Voraussetzungen: Successful participation of modules classical physics (theoretical mechanics, electrodynamics) and quantum mechanics.

Lernziele / Kompetenzen: - Abilities to describe and solve the behaviour of atoms in external fields.

- Basic understanding of the electron dynamics in intense fields

as well as for (laser-) cooling processes and Bose-Einstein condensation of atomic clouds.

- Computer-algebraic and numerical techniques for studying sim-ple quantum systems.

Inhalt: - Hydrogen in external electric and magnetic fields.

- Rotating-wave approximation; radiative damping.

- Laser cooling and trapping.

- Forces in light fields.

- Magnetic trapping; BEC.

- Ion traps.

- Atoms in intense fields: Ionization & High-harmonic generation.


Home tasks, active participation at the tutorials


Oral or written exam

Medienformen: Lectures on blackboard (with selected material in powerpoint)

Literatur: A list of literature will be given at the beginning of the class.

Seite 57 von 144

Modulnummer

Modulbezeichnung: Computational Physics III


Dozent(in): Professoren der Theoretischen Physik und der Angewandten Mathe-matik

Sprache: Deutsch, Englisch

Zuordnung zum Curriculum Wahlpflichtmodul für den Studiengang MA Physik im Wahlfach „Gra-vitations- und Quantentheorie“ im 3. Semester


Übung: 1 SWS


Übung: 15




Leistungspunkte: 4

Voraussetzungen: Kenntnis der Module Computational Physics I und II ist hilfreich

Lernziele / Kompetenzen: Vermittlung der Grundlagen und Methoden der numerischen Be-handlung partieller Differentialgleichungen der Physik.

Selbständige Arbeit an einem individuell abgestimmten numerischen Projekt

Inhalt: Grundlagen Differentialgleichungen

Grundlagen elliptischer, parabolischer und hyperbolischer Differenti-algleichungen

Explizite und Implizite Verfahren, Stabilitätsanalyse

Poissongleichung, Diffusionsgleichung, Advektionsgleichung, Wel-lengleichung, Schocks

Differenzenverfahren, Pseudospektralmethoden, Mehrfachgitter


Übungsaufgaben, aktive Teilnahme an den Übungen; Detaillierte Festlegungen werden zu Semesterbeginn bekannt gegeben.


Numerisches Projekt und/oder schriftliche Prüfung

Medienformen: Tafel, Computer

Literatur: Zum Beispiel Lehrbücher von Garcia; Press/Vetterling/Teu-kolsky/Flannery; Gustafsson/Kreiss/Oliger; Trefethen

Seite 58 von 144

Modulnummer

Modulbezeichnung: Eichtheorien / Gauge theories

Modulverantwortliche(r): Prof. Dr. H. Gies

Dozent(in): Professoren der theoretischen Physik


Zuordnung zum Curriculum Wahlpflichtmodul für den Studiengang MA Physik im Wahlfach „Gravitations- und Quantentheorie“ im 3. Semester


Übung: 2SWS / [Alternativ: Hausarbeit]


Übung: 30



[Alternativ: Hausarbeit: 45]



Kreditpunkte: 4

Voraussetzungen: Grundkenntnisse in Quantenfeldtheorie

Lernziele / Kompetenzen: Vermittlung der Konzepte und Methoden und Erlangung der Fähig-keiten zur theoretischen Behandlung von Eichtheorien mit Anwen-dungen in der Teilchenphysik

Inhalt: Eichsymmetrie

Klassische Yang-Mills-Theorie

Quantisierung von Eichtheorien/BRST formalismus/Gribov Prob-lem

Störungstheorie, Semiklassische Entwicklungen

Topologische Konfigurationen

Confinement Kriterien und Szenarios


aktive Teilnahme an Vorlesung und Übung


Klausur oder mündliche Prüfung am Ende des Semesters (Art der Prüfung wird zum Zeitpunkt der verbindlichen Anmeldung des Mo-duls bekannt gegeben)

Medienformen: Kreidetafel, Overheadprojektor, schriftliches Begleitmaterial

Literatur: z.B. Peskin, Schröder; Pokorski; Dittrich, Reuter

Seite 59 von 144

Modulnummer

Modulbezeichnung: Einführung in die Teilchenphysik

Modulverantwortliche(r): Prof. Dr. Andreas Wipf

Dozent(in): Dr. A. Sternbeck


Zuordnung zum Curriculum Wahlpflichtkurs für den Studiengang M.Sc. Physik im 1. Semester


Übung: 2 SWS


Übung: 30





Leistungspunkte: 4

Voraussetzungen: Module Quantenmechanik und Elektrodynamik

Lernziele / Kompetenzen: Vermittlung der Phänomenologie und der grundlegenden Konzepte der modernen Teilchenphysik. Umgang mit den Begriffen Teilchen, Wechselwirkungen und Klassifikationsschemata. Anwen-dung einfacher Modelle der Teilchenphysik

Inhalt: Das Standardmodell der Teilchenphysik: Symmetrien Quantenelektrodynamik Starke Wechselwirkung, das Quarkmodell und die Quantenchro-modynamik, Hadronen und asymptotische Freiheit Schwache Wechselwirkungen und der Higgseffekt Streuversuche Grenzen des Standardmodells


Werden zu Semesterbeginn festgesetzt. In der Regel erfolgreiche Bearbeitung der Übungsaufgaben zu einem gewissen Prozentsatz.


Mündliche Prüfung am Ende des Semesters

Medienformen: Tafel

Literatur: Nachtmann, Peskin & Schroeder; Ryder; Schwartz; Weinberg

Seite 60 von 144

Modulnummer

Modulbezeichnung: Einführung in Stringtheorie und AdS/CFT

Modulbezeichnung (engl.): Introduction to string theory and AdS/CFT

Modulverantwortliche(r): Jun. Prof. Dr. M. Ammon



Zuordnung zum Curriculum Wahlpflichtmodul für den Studiengang M.Sc. Physik im Wahlfach „Gravitations- und Quantentheorie“ im 3. Semester


Übung: 2 SWS


Übung: 30





Leistungspunkte: 8

Voraussetzungen: Bachelor; Quantenfeldtheorie I sowie Allgemeine Relativitätstheo-rie im Masterstudiengang empfohlen

Lernziele / Kompetenzen: Vermittlung der grundlegenden Prinzipien und Strukturen von Stringtheorie.

Erlangung von Fähigkeiten zur Beschreibung der Wechselwirkun-gen in supersymmetrischen Theorien mittels Gravitationstheorien

Inhalt: Relativistischer bosonischer String & dessen Quantisierung,Offene Strings & D-branen, Aspekte der konformen Feldtheorie, Polyakov Pfadintegral, Streuung von Strings, Niederenergie effektive Wir-kung, Dualitäten, Kompaktifierung, Einführung in AdS/CFT, Test von AdS/CFT, Erweiterung und Anwendungen von AdS/CFT




Klausur oder mündliche Prüfung am Ende des Semester (Art der Prüfung wird zu Beginn des Moduls bekannt gegeben)

Medienformen: Kreidetafel, Overheadprojektor

Literatur: Polchinski; Becker, Becker, Schwarz; Blumenhagen, Lüst, Theisen

Seite 61 von 144

Modulcode *** wird zentral vergeben *** Modultitel (deutsch) Fortgeschrittene Quantenfeldtheorie

Modultitel (english) Advanced Quantum Field Theory

Responsible Jun.-Prof. Dr. M. Ammon

Conditions for admission to the module

Recommended or expected knowledge Content of Courses „Particles and Fields“, „Quantum Field Theory“ and „Introduction to Particle Physics“

Usefulness

Type of module (compulsory, core elective or elective module)

Elective course for M.Sc. Physics

Frequency of offer (Module cycle)

Bi-annually

Duration of module One semester

Composition of the module / teaching methods (V, T, S, internship ...)

Lecture: 4 SWS

exercise: 2 SWS

ECTS credits 8

Workload (workload) in: Contact hours Self-study (incl. Exam preparation)

Contact Hours:

lectures: 60 hours examples classes: 30 hours

Self-study:

Revise lecture and example class material: 60 hours

Solving exercises : 60 hours

Exam preparation : 30 hours

Total workload : 240 Hours

Content Anomalies in Quantum Field Theory (QFT); QFT at finite

temperature and density; (Quantum) Phase Transitions;

Near- and non-equilibrium dynamics of QFT; Introduction

to conformal field theory; Topological objects in quantum

field theory.

Learning outcomes

Impart thorough knowledge of advanced methods in

quantum field theory

The prerequisite for admission to the module examination

Will be announced in the first lecture. Usually 50 per cent of points of the examples sheets or presenting one origi-nal paper.

Requirements for the award of credit points (of evaluation)

Will be announced in the first lecture: usually oral exam at the end of the semester

Additional information about the mod-ule

black board

Recommended reading *

classroom language English

Seite 62 von 144

Modulnummer

Modulbezeichnung: Gravitationswellen




Zuordnung zum Curriculum Wahlpflichtmodul für den Studiengang MA Physik im Wahlfach „Gra-vitations- und Quantentheorie“ im 3. Semester


Übung: 1 SWS


Übung: 15




Leistungspunkte: 4

Voraussetzungen: Grundkenntnisse der Allgemeinen Relativitätstheorie

Lernziele / Kompetenzen:

Vermittlung vertiefter Kenntnisse der Physik und Astrophysik der Gravitationswellen.

Entwicklung von Fähigkeiten zur selbständigen Behandlung von Problemen der Gravitationswellenastronomie.

Inhalt: Theorie der Gravitationsstrahlung (Strahlungsfeld, Abstrahlung, Strahlungsrückwirkung)

Astrophysikalische Quellen von Gravitationswellen

Wirkungsweise von Gravitationswellendetektoren

Analyse von Gravitationswellensignalen





Medienformen: Kreidetafel, Overheadprojektor, Aushändigung von Illustrationsmate-rial, ggf. Computerdemonstrationen

Literatur: Zum Beispiel: Misner/Thorne/Wheeler, Weinberg, Shapiro/Teu-kolsky, Kenyon, Fließbach, Saulson, Schutz: Gravitational Wave Data Analysis

Seite 63 von 144


Modulbezeichnung: Mathematische Methoden der Physik für Fortgeschrittene

Modulverantwortliche(r): Prof. Dr. R. Meinel



Zuordnung zum Curriculum Physikalisches Wahlfach (Gravitations- und Quantentheorie) für M.Sc. Physik im 1. Semester


Übung: 1 SWS

Arbeitsaufwand:

Präsenzstunden: Vorlesung: 30

Übung: 15





Leistungspunkte: 4

Voraussetzungen: Bachelor of Science in Physik

Lernziele / Kompetenzen: Vermittlung von für Physiker wichtigen mathematischen Methoden

Entwicklung der Fähigkeit zum Lösen analytischer und algebrai-scher Probleme in der Physik.

Inhalt: Funktionentheorie

Einführung in die Gruppentheorie

Variationsrechnung

Laplace-Transformationen

Spezielle Funktionen der Physik


aktive Teilnahme an den Übungen



Medienformen: Kreidetafel, Overheadprojektor, Computerunterstützte Demonstrati-onen; schriftliches Begleitmaterial

Literatur: Lehrbücher zur Mathematischen Physik

Seite 64 von 144

Modulnummer:

Modulbezeichnung: Mathematische Relativitätstheorie

Modulverantwortliche(r): Dr. David Hilditch, Prof. Dr. B. Brügmann



Zuordnung zum Curriculum Wahlmodul für den Studiengang MSc Physik, Wintersemester (1./2. Semester)


Übung: 2 SWS


Übung: 30

Selbststudium: Nacharbeit (Vorlesung): 20




Leistungspunkte: 4

Voraussetzungen: Allgemeinen Relativitätstheorie (optional: Gravitationswellen, Nu-merische Relativitätstheorie)

Lernziele / Kompetenzen: - Vermittlung der Grundlagen und Methoden der Mathematischen Relativitätstheorie

- Einarbeitung in einzelne, wichtige Arbeiten des Fachgebiets

Inhalt: - Einführung in (relevante) Gebiete der Funktionalanalysis

- Wohl-definierte partielle Differentialgleichungen

- Die Energiemethode für Wellengl. in gekrümmter Raumzeit

- Allg. Relativitätstheorie als Anfangswertproblem

- Das Theorem der positiven Masse

- Kugelsymmetrischer Kollaps

- Stabilität der Minkowski-Raumzeit


Aktive Teilnahme an den Übungen; Präsentation einer wichtigen Veröffentlichung aus dem Gebiet. Details werden zu Semesterbe-ginn bekannt gegeben.


Schriftliche oder mündliche Prüfung (Art der Prüfung wird zu Be-ginn des Moduls bekannt gegeben)

Medienformen: Tafel, Folien, Beamer

Literatur: Literatur wird zu Beginn der Vorlesung bekannt gegeben. Partial Differential Equations. L. C. Evans. Partial Differential Equations in General Relativity. A. Rendall. The Cauchy Problem in General Relativity. Hans Ringström. Mathematical Problems of GR, I. Demetrios Christodoulou.

Seite 65 von 144

Modulnummer:

Modulbezeichnung: Numerische Relativitätstheorie




Zuordnung zum Curriculum Wahlpflichtmodul für den Studiengang MSc Physik im Wahlfach „Gravitations- und Quantentheorie“ im 3. oder 4. Semester


Übung: 2 SWS


Übung: 30




Leistungspunkte: 4

Voraussetzungen: Grundkenntnisse der Computational Physics und Allgemeinen Re-lativitätstheorie

Lernziele / Kompetenzen: Vermittlung der Grundlagen und Methoden des numerischen Zu-gangs zur Allgemeinen Relativitätstheorie

Entwicklung von Fähigkeiten zum selbständigen Lösen von Aufga-ben aus diesem Gebiet

Inhalt: Numerische Relativitätstheorie für Schwarze Löcher und Gravitati-onswellen

3+1 Zerlegung der 4-dimensionalen Einsteingleichungen

Numerische Behandlung des Elliptischen Anfangswertproblems

Numerische Behandlung von Zeitentwicklungsgleichungen




Schriftliche oder mündliche Prüfung (Art der Prüfung wird zu Be-ginn des Moduls bekannt gegeben)

Medienformen: Tafel, Folien, Beamer

Literatur: Zum Beispiel: T. Baumgarte and S. Shapiro, Numerical Relativity and Compact Binaries, Phys.Rept. 376 (2003) 41-131; Alcubierre, Introduction to 3+1 Numerical Relativity (2008)

Seite 66 von 144

Number ASP_MP_S2.20

Name Particles in strong electromagnetic fields

Coordinator Prof. Dr. Matt ZEPF and Dr. Sergey RYKOVANOV

Learning objectives This course is devoted to the dynamics of charged particles in electromag-netic fields. Starting with motion of electrons in constant magnetic and elec-tric fields, the course continues with the electron motion in electromagnetic pulses (i.e. laser pulses) of high strength (i.e. when laser pressure becomes dominant). Radiation produced by electrons in extreme motion will be calcu-lated for several most important cases: synchrotron radiation, Thomson scattering, undulator radiation. Effects of radiation reaction on electron mo-tion will be discussed. The last part of the course will briefly discuss the QED effects in strong laser fields: stochasticity in radiation reaction, pair produc-tion by focused laser pulses and QED cascades. Analytical framework will be complemented with the help of numerical calculations.

Content - Electrons in constant fields - Electrons in electromagnetic pulses - Radiation produced by particles in extreme motion - Radiation reaction - QED effects in strong laser fields


ECTS credits 4

Category submodule can be elected out of the list of offered submodules in module Specialization I and Specialization II according to the student's education objectives


Frequency of offer summer and winter semester

Duration 1 semester

Workload lectures: 30 h exercises: 15 h self-study: 75 h total workload: 120 h

Language English

Prerequisites Lectures in classical electrodynamics and special relativity (introductory level courses)

Exam prerequisites


presentation and oral examination

Used media electronic presentations, blackboard

Literature - J.D. Jackson, Classical Electrodynamics - L.D. Landau and E.M. Lifshitz, Classical Theory of Fields - P. Gibbon, Short Pulse Laser Interactions with Matter - G.A. Mourou, T. Tajima, and S.V. Bulanov, Optics in the relativistic

regime, Reviews of Modern Physics, 78, 309 (2006)

Seite 67 von 144

Modulnummer

Modulbezeichnung: Physik der Skalen – die Renormierungsgruppe


Dozent(in): Prof. Dr. H. Gies, Prof. Dr. A. Wipf






Lösen von Übungsaufgaben oder Anfertigen einer Hausarbeit: 45



Leistungspunkte: 4

Voraussetzungen: Kenntnisse des Moduls Quantenfeldtheorie sind hilfreich

Lernziele / Kompetenzen: Vermittlung von Kenntnissen der Renormierungstheorie

Entwicklung von Fähigkeiten zur selbständigen Behandlung quan-tenfeldtheoretischer Fragestellungen zum Thema laufender Kopp-lungskonstanten, Lang- u. kurzreichweitiges Verhalten von QFTn

Inhalt: Störungstheoretishe Renormierung

Klassifikation perturbativ renormierbarer Theorien

Renormierbarkeitsbeweise

Renormierung in statistischen Systemen

Renormierungsgruppengleichungen, Flussgleichungen


aktive Teilnahme; Detaillierte Festlegungen werden zu Semester-beginn bekannt gegeben.


Schriftliche und/oder mündliche Prüfungen (Art der Prüfungen wird zu Beginn des Moduls bekannt gegeben), Hausarbeit


Literatur: Zum Beispiel: J. Cardy (Scaling and Renormalization), J. Zinn-Jus-tin (QFT & Critical Phenomena), Peskin, Schroeder (An Introduc-tion to QFT), K. Huang (From Operators to Pathintegrals)

Seite 68 von 144

Modulnummer

Modulbezeichnung: Physik des Quantenvakuums in starken Feldern


Dozent(in): Prof. Dr. H. Gies und Dr. F. Karbstein




Übung: 2 SWS


Übung: 30





Leistungspunkte: 4

Voraussetzungen: Grundkenntnisse in Quantenfeldtheorie

Lernziele / Kompetenzen: Vermittlung der Konzepte und Methoden und Erlangung der Fähig-keiten zur Bearbeitung von Fragestellungen der Quantenelektrody-namik in starken elektromagnetischen Feldern.

Inhalt: Theoretische Grundlagen der Quantenelektrodynamik (QED) in starken elektromagnetischen Feldern,

Ableitung elementarer Signaturen der Starkfeld-QED,

Diskussion von Vorschlägen für deren Nachweis mit aktuellen ex-perimentellen Methoden.





Medienrormen: Kreidetafel, Overheadprojektor, schriftliches Begleitmaterial

Literatur: Peskin & Schröder; Dittrich & Gies; Battesti & Rizzo: Rept. Prog. Phys. 76 (2013).

Seite 69 von 144

Modulnummer

Modulbezeichnung: Quantenfeldtheorien auf dem Gitter

Modulverantwortliche(r): Prof. Dr. A. Wipf

Dozent(in): Prof. Dr. A. Wipf und Dr. Andre Sternbeck




Übung: 2 SWS



Übungsaufgaben, Programmieren: 60



Leistungspunkte: 8

Voraussetzungen: Grundkenntnisse in Quantenfeldheorie

Lernziele / Kompetenzen: Vermittlung von Konzepten und Methoden zum Verständnis von Quantenfeldtheorien auf dem Raumzeit-Gitter und deren engen Beziehung zu Systemen der Statistischen Physik. Entwicklung der Fähigkeiten zur numerischen Simulation von Quantenfeldtheorien incl. Eichtheorien auf dem Gitter.

Inhalt • Quantenfeldtheorien bei endlicher Temperatur

• Euklidische Quantenfeldtheorien

• Gitterfeldtheorien und Spinmodelle

• Exakte Resultate und Näherungen

• Monte-Carlo-Simulationen

• Renormierungsgruppe

• Gittereichtheorien

• Quantenchromodynamik auf dem Gitter

Voraussetzungen für die Zulassung zur Modulprüfun (Prüfungsvor-leis-tungen):


Voraussetzung für die Vergabe von Leistungspunkten (Prüfungsform)

Schriftliche und/oder mündliche Prüfungen (Art der Prüfung wird zu Beginn des Moduls bekannt gegeben)

Medienformen: Kreidetafel, Overheadprojektor, Computerexperimente, schriftli-ches Begleitmaterial

Literatur: A. Wipf, „Statistical Approach to QFT“, Lecture Notes in Physics 864; I. Montvay und G. Münster, „Quantum Fields on the Lattice“, CUP 2010; M. Creutz, „Quarks, Gluons and Lattices“, Cambridge Monographs on MMP, 1983; Gattringer und Lang,“Quantum Chromodynamics on the Lattice“, Lecture Notes in Physics 788

Seite 70 von 144

Modulnummer

Modulbezeichnung: Quantenphysik mit dem Rechner



Sprache: Deutsch

Zuordnung zum Curriculum Wahlpflichtkurs für den Studiengang MSc Physik im 1. Semester


Übung: 2 SWS


Übung: 30


Lösen von Übungsaufgaben: 30 (inkl. einfacher Programme)



Leistungspunkte: 4

Voraussetzungen: Empfohlen: Erfolgreicher Abschluss der Module Theoretische Me-chanik, Elektrodynamik, Quantentheorie

Lernziele / Kompetenzen: - Vermittlung computeralgebraischer und numerischer Methoden bei der Beschreibung einfacher Quantenmodelle.

- Fähigkeiten zum selbständigen Lösen einfacher Modelle und Auf-gaben; Formulierung von Pseudo-Code und effizienter Umgang mit Computeralgebra-Systemen.

Inhalt: - Coulomb-Problem - Teilchen mit Spin - Qubits, Quantenregister und Quantengatter - Darstellung reiner und gemischter Zustände (Blochkugel). - Zusammengesetzte Systeme; nichtunterscheidbare Teilchen - Hartree-Fock Methode - Kopplung von Drehimpulsen


Übungsaufgaben, aktive Teilnahme an den Übungen


Ausarbeitung oder schriftliche Leistungskontrolle

Medienformen: Tafelvorlesung mit Übungen im Computerlabor.

Literatur: Ausführliche Literaturliste wird zu Vorlesungsbeginn angegeben.

Seite 71 von 144

Modulnummer

Modulbezeichnung: Relativistische Astrophysik

Modulverantwortliche(r): Prof. Dr. Reinhard Meinel





Übung: 1 SWS


Übung: 15




Leistungspunkte: 4

Voraussetzungen: Grundkenntnisse der Allgemeinen Relativitätstheorie

Lernziele / Kompetenzen: Vermittlung vertiefter Kenntnisse der relativistischen Gravitations-physik, Himmelsmechanik und Astrophysik.

Entwicklung von Fähigkeiten zur selbständigen Lösung astrophysi-kalischer Fragestellungen auf Gebieten hoher Geschwindigkeit und starker Gravitation.

Inhalt: Newtonsche und relativistische Sternmodelle

Weiße Zwerge

Neutronensterne

Schwarze Löcher






Literatur: Zum Beispiel: Hartle, Shapiro/Teukolsky, Goenner, Straumann, d‘Inverno, Landau/Lifschitz, Misner/Thorne/Wheeler

Seite 72 von 144

Modulnummer

Modulbezeichnung: Solitonen


Dozent(in): Prof. Dr. R. Meinel

Sprache: Deutsch

Zuordnung zum Curriculum Wahlpflichtmodul für den Studiengang MA Physik im Wahlfach „Gravitations- und Quantentheorie“

Häufigkeit des Angebots (Zyklus): Vorlesung wird alle zwei Jahre angeboten


Übung: 1 SWS


Übung: 15




Leistungspunkte: 4

Voraussetzungen:

Lernziele / Kompetenzen: Vermittlung der Grundlagen und Methoden der Solitonenphysik


Inhalt: Integrable nichtlineare Gleichungen (zum Beispiel Sinus-Gordon-Gleichung, Korteweg-de Vries-Gleichung, Nichtlineare Schrödin-gergleichung, Toda-Gitter, Ernst-Gleichung)

Methoden zur Konstruktion spezieller exakter Lösungen (zum Bei-spiel n-Solitonenlösungen) und zur Lösung von Anfangs- und Randwertproblemen (Bäcklundtransformation und Inverse Streumethode)

Erhaltungssätze und Integrabilität

Solitonen in der Hydrodynamik, der Allgemeinen Relativitätstheorie und in der Nichtlinearen Optik


Aktive Teilnahme an den Übungen; Detaillierte Festlegungen wer-den zu Semesterbeginn bekannt gegeben.



Medienformen: Tafel, Overheadprojektor

Literatur: Zum Beispiel: G. Eilenberger, Solitons-Mathematical Methods for Physicists; S. Novikov et al., Solitons and the Inverse Scattering Transform

Seite 73 von 144

Modulnummer

Modulbezeichnung: Symmetrien in der Physik

Modulverantwortliche(r): Prof. Dr. A. Wipf





Übung: 2 SWS


Übung: 30




Leistungspunkte: 4

Voraussetzungen: Modul Theoretische Mechanik und Quantenmechanik I wird emp-fohlen

Lernziele / Kompetenzen: Vermittlung der Grundlagen über diskrete und kontinuierliche Gruppen, Lie-Algebren und deren Darstellungen mit Anwendungen auf Raumzeit- und innere Symmetrien der Physik. Beherrschung der Anwendung gruppentheoretischer Methoden in Quantenme-chanik, Kristallographie und Elementarteilchenphysik

Inhalt Symmetrien und Gruppen Raumzeit-Symmetrien Endliche Gruppen und kontinuierliche Liegruppen Lie-Algebren Darstellungstheorie, Charakteren Ausgewählte Anwendungen in der Festkörperphysik, Atomphysik, Quantenfeldtheorie und Teilchenphysik





Medienformen: Kreidetafel, Overheadprojektor, Skript zur Vorlesung

Literatur: Lehrbücher, z.B. J. Conway; M. Wagner; H. Jones; M. Hamermesh

Seite 74 von 144

Modulnummer

Modulbezeichnung: Teilchen und Felder / Particles and Fields


Dozent(in): Professoren der theoretischen Physik

Sprache: Englisch (ggf. Deutsch falls einstimmig erwünscht)


Lehrform / SWS: Vorlesung: 2 SWS Übung: 2SWS / [Alternativ: Hausarbeit falls kein Übungstermin zustande kommt]


Übung: 30



[Alternativ: Hausarbeit: 45]



Kreditpunkte: 4

Voraussetzungen: Grundkenntnisse in Mechanik, Quantenmechanik, Elektrodynamik

Lernziele / Kompetenzen: Vorbereitung auf die Quantenfeldtheorie im 2. M.Sc. Semester; Vermittlung der Konzepte und Methoden und Erlangung der Fähig-keiten zur theoretischen Behandlung von Feldtheorien mit Anwen-dungen in der Teilchenphysik

Inhalt: – Einführung: Beispiele klassischer Feldtheorien – Aspekte klassischer Feldtheorien: Lagrange- u. Hamiltonforma-lismus, Noether-Theorem u. -Ladungen, – Nichtlineare skalare Feldtheorien: O(N)-Modelle, spontane Sym-metriebrechung, Goldstone-Theorem – Felder/Teilchen als Darstellungen der Lorentz-Gruppe: Klassifi-kation der Darstellungen, Spinoren, Konstruktion von freien Theo-rien – Wechselwirkende Theorien: Yukawa-Modelle, QED, abelsche Higgs-Modelle – Aktuelle Aspekte von Feldtheorien in der Teilchenphysik





Medienformen: Kreidetafel, Overheadprojektor, schriftliches Begleitmaterial

Literatur: Ausgewählte Kapitel aus z.B., Kaku, Peskin-Schröder, Aitchison-Hey, Ryder, Felsager

Seite 75 von 144

Modulnummer

Modulbezeichnung: Theoretische Atomphysik

Modulbezeichnung (engl.): Atomic Theory


Dozent(in):



Wahlpflichtkurs für den Studiengang MA Physik im Wahlfach "Gravitations- und Quantentheorie" im 1. Semester, M.Sc. Pho-tonics


Übung: 2 SWS

Arbeitsaufwand: Präsenzstunden: Vorlesung: 30, Übungen: 30

Selbststudium: Nacharbeit (Vorlesung, Übungen) : 30

Lösung von Übungsaufgaben: 30


Leistungspunkte 4

Voraussetzungen: Modul Quantenmechanik I

Lernziele / Kompetenzen: Vermittlung der Grundlagen der Atomstruktur und atomarer Stoß-prozesse

Inhalt: Überblick zu den Einelektronenatomen Modelle unabhängiger Elektronen Hartree-Fock Theorie Schalen- und Termstruktur von Atomen Wechselwirkung mit dem Strahlungsfeld Korrelierte Vielteilchenmethoden Bethe-Bloch Potentialstreuung, atomare Stoßprozesse Grundlagen der Dichtematrixtheorie


aktive Teilnahme an den Übungen; detaillierte Festlegungen wer-den zu Semesterbeginn bekannt gegeben.


Klausur oder mündliche Prüfung am Ende des Semesters (Art der Prüfung wird zu Beginn des Moduls bekanngegeben)

Medienformen: Kreidetafel, Overheadprojektor, Computerexperimente, schriftli-ches Begleitmaterial.

Literatur: Zum Beispiel: Johnson ”Atomic Structure Theory: Lectures on Atomic Physics”, Brandsen & Joachain ”Physics of Atoms and Molecules”.

Seite 76 von 144


Modulnummer

Modulbezeichnung: Oberseminar Gravitations- und Quantentheorie

Modulverantwortliche(r): Prof. Dr. Stephan Fritzsche, Prof. Dr. B. Brügmann, Prof. Dr. H. Gies, Prof. Dr. A. Wipf



Zuordnung zum Curriculum Wahlpflichtmodul für den Studiengang MA Physik im Wahlfach „Gravitations- und Quantentheorie“ im 2. Semester (Im Winters-mester 2014/15 auch 1. Semester)

Lehrform / SWS: Seminare: 2 SWS

Moduldauer: 1 Semester

Arbeitsaufwand: Präsenzstunden: Seminare: 30



Leistungspunkte: 4

Voraussetzungen: Kenntnisse in Theoretischer Mechanik, Elektrodynamik, Quanten-mechanik, Thermodynamik, Grundlagenwissen in Gravitationstheo-rie und/oder Quantenfeldtheorie

Lernziele / Kompetenzen: Selbständiges Einarbeiten in ein Spezialgebiet


Präsentation wissenschaftlicher Sachverhalte

Vertiefte Kenntnisse auf den Gebieten Gravitationstheorie und Quantentheorie

Inhalt: Systematische Erarbeitung von Spezialkenntnissen auf den Gebie-ten Gravitationstheorie und Quantentheorie

Präsentation und Diskussion aktueller gravitationstheoretischer und quantentheoretischer Probleme







Literatur: Spezialliteratur des jeweiligen Fachgebiets (vorwiegend in engli-scher Sprache)

Seite 77 von 144

Modulnummer

Modulbezeichnung: Electronic Structure Theory

Modulverantwortliche(r): Prof. Dr. S. Botti


Sprache: Englisch

Zuordnung zum Curriculum Wahlpflichtmodul für den Studiengang M.Sc.Physik

Semester Sommersemester


Übung: 3 SWS (In the computer room)


Übung: 45

Selbststudium: Nacharbeit (Vorlesung): 20 Lösen von Übungsaufgaben: 0 (Practical classes) Prüfungsvorbereitung: 25 (Including the finalization and preparation of the presentation of the individual project)


Leistungspunkte: 4

Voraussetzungen: Successful participation in the modules: classical physics (theoreti-cal mechanics, electrodynamics), quantum mechanics. Some ba-sics of structure of the matter and/or solid state physics.

Lernziele / Kompetenzen: Electronic structure theory is a successful and ever-growing field

shared by theoretical physics and theoretical chemistry, that takes

advantage from the increasing availability of high-performance

computers.

Starting only from the knowledge of the types of atoms that consti-tute a material (molecule, solid, nanostructure,..) we will learn how to determine without further experimental input, i.e. using only the laws of quantum physics, its structural and electronic properties.

The lectures will initiate the students to the state-of-the-art theoreti-cal and computational approaches used for electronic structure cal-culations.

In the practical classes the students will learn through tutorials to use different software for electronic structure simulations. During the last month they will realize a small independent scientific pro-ject.

Inhalt: - Introduction to the many-body problem - Wavefunction-based approaches for electronic structure - Density functional theory - Electronic excitations: beyond density functional theory


Active participation in the tutorials, individual research project dur-ing the practical classes

Seite 78 von 144


Active participation in the tutorials, individual research project dur-ing the practical classes, oral exam;

Medienformen: Lectures on blackboard (with selected material in slides).

Literatur: A bibliography will be given at the beginning of the class.

Seite 79 von 144

Modulnummer 128LX811

Modultitel Kontinuumsmechanik für Lehramtstudenten

Modul-Verantwortlicher Prof. Dr. R. Meinel

Voraussetzung Modul Theoretische Mechanik


Module Theoretische Physik I und II für Lehramtstudenten

Art des Moduls (Pflicht-, Wahlpflicht-, Wahlmo-dul)

Pflichtmodul für Physik-Lehramtstudenten (Gymnasium und Re-gelschule)

Häufigkeit des Angebots (Zyklus) Sommersemester



2 SWS Vorlesung 1 SWS Übung

Leistungspunkte (ECTS credits) 4

Arbeitsaufwand (work load) in: - Präsenzstunden und - Selbststudium (einschl.

Prüfungsvorbereitung) in h

Vorlesung: 30, Übung: 15 Nacharbeit (Vorlesung, Übung): 30 Lösen von Übungsaufgaben: 30 Prüfungsvorbereitung: 15

Inhalte - Mechanik deformierbarer Körper (Bahnkurven, Stromlinien, Wir-bel, Potentialströmungen, Tensor der Deformationsgeschwindig-keit) - Bilanzgleichungen - Materialgleichungen (Spannungs-Dehnungs-Diagramm, Hook-sches Gesetz, Zustandsgleichungen, Reibungsgesetz) - Lineare Elastizitätstheorie (Torsion, Biegung, Wellen, Schwin-gungen) - Hydrodynamik (Strömungen, Kraft auf umströmte Gegen-stände, Zirkulations- und Wirbelsätze, Ähnlichkeitsgesetze, Tur-bulenz, Grenzschichten)

Lern- und Qualifikationsziele

- Vermittlung der grundlegenden Begriffe, Phänomene und Kon-zepte der Kontinuumsmechanik - Entwicklung von Fähigkeiten zum selbständigen Lösen von Auf-gaben aus diesem Gebiet


Übungsaufgaben, aktive Teilnahme an den Übungen

Voraussetzung für die Vergabe von Leistungspunkten (Prüfungs-formen); einschl. Notengewich-tung in %

Schriftliche Prüfung (90 Minuten)


Die Note dieses Moduls geht mit dem Gewicht 1 in die Fachend-note Physik ein.

Empfohlene Literatur Lehrbücher der theoretischen Physik von z.B. Sommerfeld, Landau/Lifschitz, Scheck; Budó: Theoretische Mechanik; Ste-phani/Kluge: Theoretische Mechanik

Seite 80 von 144

Modulnummer

Modulbezeichnung: Magnetohydrodynamik



Sprache: Deutsch

Zuordnung zum Curriculum Wahlpflichtmodul für den Studiengang MA Physik im Wahlfach „Gravitations- und Quantentheorie“ im 2. oder 4. Semester

Häufigkeit des Angebots (Zyklus): Vorlesung wird alle zwei Jahre angeboten


Übung: 1 SWS

Arbeitsaufwand (work load) in: - Präsenzstunden und - Selbststudium (einschließ-

lich Prüfungsvorbereitung) in h

Vorlesung: 30, Übung: 15

Nacharbeit (Vorlesung, Übung): 30



Leistungspunkte: 4

Voraussetzungen:

Lernziele / Kompetenzen: Vermittlung der Grundlagen und Methoden der Magnetohydrodyna-mik


Inhalt: Magnetohydrodynamische Näherung

Magnetohydrokinematik (Induktionsgleichung, freier Zerfall von Magnetfeldern, eingefrorene Feldlinien, Dynamoproblem) Ideale Magnetohydrodynamik, Magnetohydrostatik Hartmann-Strömung, Magnetohydrodynamische Wellen, Stabili-tätsuntersuchungen

Anwendungen in der Astrophysik (Magnetfelder von Planeten, Sternen, Galaxien; Sonnenphysik)





Medienformen: Tafel, Folien

Literatur: Zum Beispiel: Landau/Lifschitz Band 8; F. Cap, Lehrbuch der Plas-maphysik und Magnetohydrodynamik; D. Lortz, Magnetohydrody-namik; R. Kippenhahn und C. Moellenhoff, Elementare Plasmaphy-sik

Seite 81 von 144

Modulnummer

Modulbezeichnung: Quantenfeldtheorie

Modulverantwortliche(r): Jun-Prof. Dr. M. Ammon





Übung: 2 SWS


Übung: 30





Leistungspunkte: 8


Lernziele / Kompetenzen: Vermittlung der grundlegenden Prinzipien und Strukturen von Quantenfeldtheorien.

Erlangung von Fähigkeiten zur Beschreibung der Wechselwirkun-gen zwischen Elementarteilchen und zur Berechnung wichtiger Streu- und Zerfallsprozesse.

Inhalt Prinzipien für relativistische Quantenfeldtheorien

Quantisierung von Klein-Gordon-, Dirac-, und elektromagnetischen Feldern Störungstheorie und Feynman-Diagramme, S-Matrix und Wirkungsquerschnitte, Darstellungen der Lorentz-Gruppe, Funktionalintegrale, effektive Wirkungen und Korrelationsfunktionen

Regularisierung und Renormierung





Medienformen: Kreidetafel, Overheadprojektor, Computerdemonstrationen, schrift-liches Begleitmaterial

Literatur: Peskin und Schroeder; Ryder; Weinberg; Itzykson und Zuber; Kaku

Seite 82 von 144

Vertiefungsbereich - Optik


Modulnummer

Modulbezeichnung Oberseminar Optik

Modulverantwortliche(r): Prof. Dr. C. Spielmann


Wahlpflichtmodul

Sprache: Deutsch oder Englisch

Zuordnung zu den Studiengängen Wahlpflichtmodul für den Studiengang MA Physik im Wahlfach „Optik“ im 2. Semester






Leistungspunkte: 4


Breites Spektrum von Spezialkenntnissen auf dem Gebiet der Op-tik




- Vertiefung der Kenntnisse auf modernen Gebieten der Optik

Inhalt: - Systematische Erarbeitung von Spezialkenntnissen auf dem Ge-biet der modernen Optikforschung

- Präsentation und Diskussion aktueller optischer Forschungsge-biete




Halten eines Vortrages

Medienformen: Beamer, Overheadprojektor, Tafel, Internet

Literatur: Spezialliteratur des jeweiligen Fachgebietes (vorwiegend Fachzeit-schriften in englischer Sprache)

Seite 83 von 144

Number ASP_MP_S2.1

Name Active photonic devices

Coordinator Prof. Dr. Markus A. SCHMIDT

Learning objectives The aim of this course is to give a comprehensive overview about active pho-tonic devices such as switches or modulators. The course starts by a crisp introduction to the most important parameters and physical principles. The lecture will then focus onto real-world devices including the areas of electro-optics, waveguides, acousto-optics, magneto-optics and nonlinear optics. During this lecture we will discuss the fundamental principles as well as de-vices currently employed in photonics. This lecture will provide the students a base for their Master’s thesis.

Content - Introduction - electro-optical modulation - optomechanics in photonics - acousto-optical device - magneto-optics and optical isolation - integrated lasers - nonlinear devices for light generation - bistability in photonics - spatial light modulation


ECTS credits 4



Frequency of offer winter semester only

Duration 1 semester

Workload Workload - lectures: 30 h - exercises: 10 h - self-study: 65 h - exam preparation: 15 h total workload: 120 h

Language English

Prerequisites basic knowledge about electrodynamics

Exam prerequisites


The form of the exam will be announced at the beginning of the semester. Either written examination at the end of the semester (90 min duration) or oral exam (15-20 min).

Used media blackboard, projector, written supplementary material

Literature - J. D. Jackson Electrodynamics - A. Yariv Optical Electronics in Modern Communications - Born/Wolf Principles of Optics

Seite 84 von 144

Number ASP_MP_S2.2

Name Applied laser technology II (Laser as a tool)

Coordinator Prof. Dr. H. STAFAST, Prof. Dr. R. HEINTZMANN, and Dr. W. PAA

Learning objectives In various selected topics out of the broad field of laser applications, the stu-dents should acquire knowledge of laser-material interactions (e.g. atom cooling and optical tweezer), laser induced processes in gases, liquids, and matrices (incl. laser isotope separation), materials´ preparation and structur-ing by ablation, deposition and/or modification.

Content Applied Laser Technology using the laser as a tool (microscopic and macroscopic light-materials´ interactions, materials´ preparation and modifications.) with the exception of classical laser materials´ processing (e.g. cutting, drilling, welding, soldering)

Course type lectures: 2 h/week (Stafast, Heintzmann) exercises: 2 h bi-weekly (Paa)

ECTS credits 4

Category Submodule which can be elected out of the list of offered submodules in module Specialization II according to the student's education objectives

Usability This submodule is part of the module Specialization II in the 3rd semester of the M.Sc. Photonics program.


Duration 1 semester


Language English

Prerequisites basic knowledge of lasers and general physics

Exam prerequisites successful participation in exercises/seminar


successful completion of exercises/seminar and exam (written or oral)

Used media media-supported lectures and exercises/seminar

Literature R. Paschotta, Encyclopedia of Laser Physics and Technology, Wiley-VCH

Seite 85 von 144

Number

Name Attosecond laser physics

Coordinator Prof. Dr. Adrian PFEIFFER

Learning objectives The course gives an introduction into the young research field of attosecond physics. Electron dynamics in atoms and molecules on the attosecond time scale (which is the natural timescale for bound electrons) will be discussed, along with modern techniques for attosecond pulse generation and character-ization.

Content - Coherent electron dynamics in atoms and molecules - Strong field effects and ionization - High harmonic generation and phase matching - Techniques for attosecond pulse generation - Transient absorption - Attosecond quantum optics with few-level quantum models


ECTS credits 4

Category submodule which can be elected out of the list of offered submodules in mod-ule Specialization II according to the student's education objectives


Frequency of offer winter semester (not in 2016)

Duration 1 semester

Workload lectures: 30 h exercises: 15 h self-study : 20 h (lectures, exercises) 25 h solving of physical problems 30 h exam preparation total workload: 120 h

Language English

Prerequisites none

Exam prerequisites


written or oral examination at the end of the semester

Used media blackboard, overhead projector, computer based demonstrations

Literature Zenghu Chang, Fundamentals of Attosecond Optics

Seite 86 von 144

Number ASP_MP_S2.4

Name Biomedical imaging – ionizing radiation

Coordinator Prof. Dr. Jürgen R. REICHENBACH and Prof. Dr. Eckart FÖRSTER

Learning objectives The course introduces the physical principles, properties and technical con-cepts of imaging systems as they are applied today in medicine and physics. The focus is laid on the use and application of ionizing radiation, which has always been an important aspect of the application of physics to medicine. Applications and current developments will be presented. After having ac-tively participated the students should demonstrate a critical understanding of the theoretical basis and technologies of these imaging systems and have acquired an appreciation of instrumentation and practical issues with differ-ent imaging systems. The course is independent of the course Biomedical imaging – Nonionizing Radiation offered in the 2nd semester and does not require previous participation of that course.

Content - Introduction to biomedical and medical imaging systems - Physical principles behind the design of selected imaging systems - Technological aspects of each modality - Spatial and temporal resolution - Importance of each modality concerning physical, biological and clinical

applications


ECTS credits 4




Duration 1 semester


Language English

Prerequisites none

Exam prerequisites regular participation in lectures and exercises


oral examination


Literature - A. Oppelt, Imaging Systems for Medical Diagnostics: Fundamentals, Technical Solutions and Applications for Systems Applying Ionizing Radiation, Nuclear Magnetic Resonance and Ultrasound, Publicis, 2nd edition, 2006

- P. Suetens, Fundamentals of Medical Imaging, Cambridge University Press; 2nd edition, 2009

- W.R. Hendee, E.R. Ritenour, Medical Imaging Physics, Wiley-Liss, 4th

Seite 87 von 144

edition, 2002

Seite 88 von 144

Number ASP_MP_S2.5

Name Diffractive Optics

Coordinator Prof. Dr. Frank WYROWSKI

Learning objectives Diffractive optics is widely recognized as an important enabling technology in modern optics. The control of light fields by microstructured media, which is the essence of diffractive optics, opens a large number of avenues in opti-cal research and engineering. In this lecture, the basic modeling and design principles of diffractive optics are considered. Various scenarios from diffe-rent applications are investigated.

Content - Modeling diffraction of light fields - Diffraction vs. scattering - Diffraction at gratings - Diffractive and Fresnel lens modeling and design - Modeling and design of diffractive beam splitters and diffusers - Modeling of microlens arrays - Modeling and design of cell-oriented diffractive elements - Application and modeling of Spatial Light Modulators (SLM)

Course type lectures: 2h/week exercises: 1h/week

ECTS credits 4

Category submodule can be elected out of the list of offered submodules in module Specialization II according to the student's education objectives

Usability this submodule is part of the module Specialization II in the 3rd semester of the Master of Photonics program


Duration 1 semester

Work load lectures: 30h exercises: 15h self-study: 75h - 45h (lectures, exercises) - 15h solving of physical problems - 15h exam preparation total work load: 120h

Language English

Prerequisites none




Used media Blackboard, projector, PC Pool, PowerPoint, VirtualLab

Literature E. Hecht and A. Zajac, Optics M. Born and E. Wolf, Principles of Optics J. Turunen and F. Wyrowski, Diffractive Optics for industrial and commercial

applications, Akademie Verlag, 1997

Seite 89 von 144

Number ASP_MP_A1.1

Name Fundamentals of modern optics

Coordinator Prof. Dr. Thomas PERTSCH

Learning objectives The course covers the fundamentals of modern optics which are necessary for the understanding of optical phenomena in modern science and technol-ogy. The students will acquire a thorough knowledge of the most important con-cepts of modern optics. At the same time the importance and beauty of op-tics in nature and in technology will be taught. This will enable students to follow more specialized courses in photonics.

Content - basic concepts of wave optics - dielectric function to describe light-matter interaction - propagation of beams and pulses - diffraction theory - elements of Fourier optics - polarization of light - light in structured media - optics in crystals


ECTS credits 8

Category submodule which may be advised compulsory to a student according to the student's previous knowledge

Usability submodule being part of module Adjustment for the M.Sc. Photonics in the 1st semester


Duration 1 semester

Workload 240 h divided in lectures: 60 h, exercises: 30 h, self-study: 150 h (90 h lec-tures and exercises, 30 h computer-based solving of physical problems, 30 h exam preparation)

Language English

Prerequisites elements of linear algebra and calculus successful completion of Bachelor’s degree in a related field

Exam prerequisites


written examination at the end of the semester (90 min duration)

Used media blackboard, overhead projector, computer demonstrations

Literature - B.E.A. Saleh and M.C. Teich, “Fundamentals of Photonics,” Wiley (2007). - H. Lipson, D.S. Tannhauser, S.G. Lipson, “Optical Physics,” Cambridge (2010). - E. Hecht and A. Zajac, “Optics,” Addison-Wesley Longman (2003). - F.L. Pedrotti, L.S. Pedrotti, L.M. Pedrotti, “Introduction to Optics,” Pearson (2006). - G. Brooker, “Modern Classical Optics,” Oxford (2002).

Seite 90 von 144

Number

Name Fundamentals of x-ray physics

Coordinator Prof. E. FÖRSTER, Prof. Gerhard. G. PAULUS, and Dr. Ulf ZASTRAU

Learning objectives The course gives an introduction to basic concepts of X-ray physics which are at the core of the majority of applications of modern X-ray sources.

Content - physical foundations of X-ray physics - kinematic theory of X-ray scattering - dynamical theory of X-ray scattering - modern X-ray sources and detectors - high-resolution experiments


ECTS credits 4



Frequency of offer winter semester (bi-annual, not in 2016)

Duration 1 semester

Workload - lectures: 30 h - exercises: 15 h - self-study: 30 h - doing exercises: 30 h - exam preparation: 15 h - total workload: 120 h

Language English

Prerequisites basic seminar physics

Exam prerequisites regular and active participation in lectures and exercises; details will be specified at the beginning of the semester

Requirements oral or written examination at the end of the semester (will be specified at the beginning of the lecture)

Used media blackboard, beamer, overhead projector, written supplementary material, as appropriate computer demonstration

Literature R.W. James, Optical Principles of the Diffraction of X-Rays, 1962 A. Authier, Dynamical Theory of X-Ray Diffraction, 2001 D. Attwood, Soft x-rays and extreme ultraviolet radiation, 1999

Seite 91 von 144


Modulbezeichnung: Grundlagen der Laserphysik

Modulverantwortliche(r): Prof. J. Limpert

Dozent(in): Prof. J. Limpert

Sprache: deutsch


Wahlpflichtmodul für den Studiengang MSc Physik (3. Semester) im Wahlfach „Optik“

M.Sc. Werkstoffwissenschaft


Häufigkeit des Angebots: Wintersemester



Übung: 30

Selbststudium: Nacharbeit(Vorlesung/Übung): 30

Vorbereitung Fachvortrag: 90

(einschließlich schriftlicher Kurzfassung)


Leistungspunkte: 6

Voraussetzungen: Bachelor oder Vordiplom in Naturwissenschaften

Vorlesungen: Quantenmechanik + Atom- und Molekülphysik

Lernziele / Kompetenzen: - phys. Grundlagen der Absorption und Emission

- Inversion/optische Verstärkung

- Konzepte zur Erzeugung kohärenten Lichts

- das Laserprinzip

- Grundprinzipien der nichtlinearen Optik

Inhalt: - Laserprinzip und wesentliche Lasertypen

- Pumpkonzepte und optische Verstärkung

- stabile und instabile Resonatoren

- Einfrequenzlaser

- Ultrakurzpulslaser

- wesentliche Lasertypen und ihre Merkmale


Prüfung am Vorlesungsende (schriftlich oder mündlich)


Klausur

Medienformen: Medienunterstützte Vorlesungen und Seminare mit Übungen

Literatur: - Optik, Licht und Laser, D. Meschede

- Lasers, T. Siegman

- Laser, F. K. Kneubühl

- Laser – Grundlagen, Systeme, Anwendungen, J. und H.-J. Eich-ler, Springer

- Laser Spectroscopy, W. Demtröder

Seite 92 von 144

Number ASP_MP_S2.6

Name High intensity/relativistic optics

Coordinator Prof. Dr. Malte KALUZA

Learning objectives The interaction of high intensity light fields with matter is the subject of this course. The students should learn the basic ideas of high intensity laser technology and its applications.

Content - High-intensity laser technology - Laser plasma physics - Laser accelerated particles and applications

Course type lectures: 2 h/week exercises: 1 h/week (will be given as 2 h every second week)

ECTS credits 4




Duration 1 semester


Language English

Prerequisites none

Exam prerequisites


oral or written examination at the end of the semester (will be specified at the beginning of the lecture)

Used media blackboard, electronic presentations

Literature - W. L. Kruer, The Physics of Laser Plasma Interactions, Westview press (2003), Boulder Colorado

- P. Gibbon, Short Pulse Laser Interactions with Matter, Imperial College Press (2005), London

- F. F. Chen, Introduction to Plasma Physics and Controlled Fusion, Vol. 1: Plasma Physics, Springer (1984)

Seite 93 von 144

Number ASP_MP_S1.8

Name History of Optics

Coordinator Dr. Christian FORSTNER and Prof. Dr. Christian SPIELMANN

Learning objectives In close collaboration with the supervisor, the student will work on an inde-pendent project. The students will develop the ability to evaluate critically the arguments and analytical methods of historians. They will learn develop-ing their own interpretations based on critical assessments of primary-source evidence and independent research.

Content - The seminar covers the history of optics from the antiqui-ty to the 20th century: Starting with Greek theories of vi-sion and ending with quantum optics. A strong focus will be given on the development of concepts and experi-ments that influenced todays thinking about light and op-tics, such as wave particle dualism or the Abbe diffraction limit. An excursion the Jena’s Optical Museum is part of the seminar.

Course type seminars: 2 h/week

ECTS credits 4

Category submodule can be elected out of the list of offered submodules in module Specialization I according to the student's education objectives



Duration 1 semester

Workload seminar: 30 h excursion: 10 h preparation presentation: 90 h total workload: 120 h

Language English (or German)

Prerequisites none

Exam prerequisites


successful participation and oral presentation of the results

Used media

Literature - David C. Lindberg, Theories of Vision from al-Kindi to Kepler. Chicago: University of Chicago Press, 1976.

- Olivier Darrigol, A History of Optics: From Greek Antiquity to the Nineteenth Century. Orford: Oxford University Press, 2012.

- Helge Kragh, Quantum Generations: A History of Physics of the Twentieth Century. Princeton: Princeton University Press, 1999.

Seite 94 von 144

Number ASP_MP_S2.7

Name Image processing in microscopy

Coordinator: Prof. Dr. Rainer HEINTZMANN

Learning objectives Current microscopy often acquires a large amount of image data from which the biological or clinical researcher often needs to answer very specific questions. A major topic is the reconstruction of the sample from the acquired, often complex, microscopy data. To solve such inverse problems, a good model of the data acquisition process is required, ranging from assumptions about the sample (e.g. a positive concentration of molecules per voxel), assump-tions about the imaging process (e.g. the existence of an incoherent spa-tially invariant point spread function) to modeling the noise characteristics of the detection process (e.g. read noise and photon noise).

Content We will show different methodologies to extract specific information such as for example the average speed of diffusing particles or the locations and ar-eas of cells from the multidimensional image data. Also fitting quantitative models to extracted data will be treated. Simulation of far-field intensity distribution by using simple Fourier-space based approaches is treated with and without considering the vectorial na-ture of the oscillating electro-magnetic field.


ECTS credits 4




Duration 1 semester

Workload - lectures: 30 h - exercises: 15 h - self-study: 75 h

total workload: 120 h

Language English

Prerequisites All the image processing and simulations will be practiced in exercises using MatLab and the free image processing toolbox DIPImage (www.diplib.org). The student needs to be familiar with MatLab at a basic level and with basic concepts of image processing such as filtering and thresholding. The Image Processing lecture by Prof. Denzler in the second term forms a good basis for this course.

Exam prerequisites


The form of the exam will be announced at the beginning of the semester.

Used media blackboard, beamer, overhead projector, written supplementary material

erature list of literature will be given in the lecture

Seite 95 von 144

Number ASP_MP_S2.8

Name Imaging and aberration theory

Coordinator Dr. Herbert GROSS

Learning objectives This course covers the fundamental principles of classical optical imaging and aberration theory of optical systems.

Content - Paraxial imaging - Basics of optical systems - Eikonal theory - Geometrical aberrations, representations, expansion - Detailed discussion of primary aberrations - Sine condition, isoplanatism, afocal cases - Wave aberrations and Zernike representation - Miscellaneous aspects of aberration theory


ECTS credits 4




Duration 1 semester


Language English

Prerequisites basic geometrical and physical optics





Literature list of literature will be given in the lecture

Seite 96 von 144

Number ASP_MP_S2.9

Name Interaction of high-energy radiation with matter

Coordinator Prof. Thomas STÖHLKER

Learning objectives The course introduces the basic interaction processes of high-energy pho-ton and particle beams with matter. The course also covers recent develop-ments of high intensity radiation sources, such as free electron lasers and modern particle accelerators.

Content - Fundamental interaction processes - Scattering, absorption and energy loss - Detection methods - Particle creation - Application and biology and medicine


ECTS credits 4




Duration 1 semester


Language English

Prerequisites atomic and particle physics (introductory level course)

Exam prerequisites




Literature - Leo, Techniques for Nuclear and Particle Physics Experiments - Eichler and Meyerhof, Relativistic atomic collisions - Haken-Wolf, Atomic and Quantum Physics

Seite 97 von 144

Number ASP_MP_S2.10

Name Introduction to accelerator physics

Coordinator Prof. Dr. T. STÖHLKER and Dr. O. FORSTNER

Learning objectives The course introduces the basics behind accelerators together with their in-strumentation and the applications of particle accelerators.

Content Physics behind accelerators Production of ion beams with ion sources Types of accelerators Beam diagnosis Applications of accelerators


ECTS credits 4




Duration 1 semester

Workload - lectures: 30 h - exercises: 15 h - self-study: 30 h - doing exercises: 30 h - exam preparation: 15 h


Language English

Prerequisites basic seminar physics

Exam prerequisites regular and active participation in lectures and exercises; details will be specify at the beginning of the semester

Requirements oral or written examination at the end of the semester (will be specified at the beginning of the lecture)

Used media blackboard, beamer, overhead projector, written supplementary material, as appropriate computer demonstration

Literature for example: Hinterberger, Physik der Teilchenbeschleuniger und Ionenoptik, Springer 1997

Seite 98 von 144

Number ASP_MP_S2.11

Name Introduction to nanooptics

Coordinator Dr. Isabelle STAUDE and Prof. Dr. Thomas PERTSCH

Learning objectives The course provides an introduction to the broad research field of nanoop-tics. The students will learn about different concepts which are applied to control the emission, propagation, and absorption of light at subwavelength spatial dimensions. Furthermore they will learn how nanostructures can be used to optically interact selectively with nanoscale matter, a capability not achievable with standard diffraction limited microscopy. After successful com-pletion of the course the students should be capable of understanding pre-sent problems of the research field and should be able to solve basic prob-lems using advanced literature.

Content The course will cover a basic introduction to the following topics: - Surface-plasmon-polaritons - Plasmonics - Photonic crystals - Fabrication and optical characterization of nanostructures - Photonic nanomaterials / metamaterials / metasurfaces - Optical nanoemitters - Optical nanoantennas


ECTS credits 4

Category submodule which can be elected out of the list of offered submodules in mod-ule Specialization II according to the student's education objectives

Usability submodule being part of module Specialization II for the M.Sc. Photonics in the 3rd semester


Duration 1 semester

Workload lectures: 30 h exercises: 15 h self-study : 45 h (lectures, exercises) 15 h solving of problems and preparation of presentation 15 h exam preparation total workload: 120 h

Language English

Prerequisites fundamental knowledge on modern optics and condensed matter physics as usually obtained in the modules Adjustment and Fundamentals

Exam prerequisites


written examination at the end of the semester (90 min duration) and oral presentation on a current research topic

Used media blackboard and electronic presentations, laboratory teaching

Literature - L. Novotny and B. Hecht, Principles of Nano-Optics, Cambridge 2006 - P. Prasad, Nanophotonics, Wiley 2004 - list of selected journal publications given during the lecture

Seite 99 von 144

Number ASP_MP_F1.2

Name Introduction to optical modeling

Coordinator Prof. Dr. Frank WYROWSKI and Dr. habil. Uwe ZEITNER

Learning objectives The course aims to show how linear optics is applied for modeling and design of optical elements and systems. In the first part of the lecture we focus on ray-tracing techniques and its application through image formation. Then we combine the concepts with physical optics and obtain field tracing. It enables the propagation of vectorial harmonic fields through optical systems. In practi-cal exercises the students will get an introduction to the use of commercial optics modeling and design software.

Content - Concepts of ray tracing - Modeling and design of lens systems - Image formation - Physical properties of lenses and lens materials in optical design - Image aberrations and methods to avoid them - Vectorial harmonic fields - Plane waves - Fourier transformation and spectrum of plane waves representation - Concepts of field tracing - Propagation techniques through homogeneous and isotropic media - Numerical properties of propagation techniques


ECTS credits 4

Category compulsory submodule

Usability the submodule is part of the module Fundamentals of the M.Sc. Photonics program in the 1st semester


Duration 1 semester

Workload lectures: 30 h exercises: 15 h self-study: - 45 h (lectures, exercises) - 15 h solving of physical problems - 15 h exam preparation total workload: 120 h

Language English

ECTS credits 4



Requirements to com-plete this submodule


Used media blackboard, projector, PC Pool, PowerPoint, VirtualLab, Zemax

Literature - H. Gross, Handbook of Optical Systems Vol.1: Fundamentals of Technical Optics, Wiley-VCH

- L. Mandel and E. Wolf, Optical Coherence and Quantum Optics - L. Novotny and B. Hecht, Principles of Nano-Optics

Seite 100 von 144

Number ASP_MP_S2.12

Name Laser driven radiation sources

Coordinator Prof. Matt ZEPF

Learning objectives The course introduces the basic interaction processes of high-energy lasers with plasmas and particle beams with a particular emphasis on the ex-tremely intense sources of proton, electron and photons with pulse durations in the femtosecond regime.

Content - Laser Plasma Interactions - Principles of Plasma Accelerators - Ultrafast Photon Sources - Scattering of photons from particle beams


ECTS credits 4




Duration 1 semester


Language English/German depending on participants

Prerequisites electrodynamics (required), plasma physics (desirable)





Literature - Gibbon, Short Pulse Laser Interactions with Matter

Seite 101 von 144

Number ASP_MP_S2.13

Name Laser engineering


Learning objectives This is an application oriented course focusing on topics needed for devel-opment and design of diode pumped high energy class laser systems. Be-sides general topics the main part of this lecture is dedicated to ytterbium based laser systems. Besides basic knowledge like the spectral properties of laser materials and their significance for a laser system, further key topics like laser induced damage thresholds, laser diode pump engines, modeling of amplification and amplified spontaneous emission will be discussed.

Content - origin and dependencies of absorption and emission cross sections - Ytterbium based laser media - design of laser diode pump engines, - special topics in geometrical optics for amplifier design - basic calculations for layout of diode pumped high energy amplifiers - Ytterbium based laser materials and cryogenic cooling - limitations and special topics (laser induced damage threshold (LIDT),

amplified spontaneous emission (ASE) … )

Course type lectures: 2 h/week exercises: 2h every other week

ECTS credits 4




Duration 1 semester

Workload lectures: 30 h exercises: 15 h self-study: 75 h - 45 h (lectures, exercises) - 15 h computer-based solving of physical problems - 15 h exam preparation total workload: 120 h

Language English

Prerequisites Prior knowledge in electrodynamics and laser physics is strongly recom-mended.

Exam prerequisites regular participation in lectures and active participation in exercises


written or oral examination at the end of the semester (will be specified in the lecture)


Literature - Koechner, W. (2013). Solid-state laser engineering (Vol. 1). Springer. - Träger, F. (Ed.). (2012). Springer handbook of lasers and optics. Springer

Science & Business Media. - Wood, R. M. (2003). Laser-induced damage of optical materials. CRC

Press.

Seite 102 von 144

Number ASP_MP_S2.14

Name Lens design II

Coordinator Prof. Dr. Herbert GROSS

Learning objectives This course covers the advanced principles of the development of optical systems.

Content - Paraxial imaging and basic properties of optical systems - Initial systems and structural modifications - Chromatical correction - Aspheres and freeform surfaces - Optimization strategy and constraints - Special correction features and methods - Tolerancing and adjustment


ECTS credits 4




Duration 1 semester


Language English

Prerequisites basic aberration theory and optical design methods, submodule Optical de-sign with Zemax




Used media blackboard and electronic presentations, practical exercises with Zemax, computer based demonstrations, computer lab


Seite 103 von 144

Number ASP_MP_S2.15

Name Light microscopy

Coordinator Prof. Dr. Rainer HEINTZMANN

Learning objectives Understanding of the working principles of modern light microscopes and microscopic methods ranging from standard methods to modern superreso-lution techniques.

Content Starting from geometrical optics the imaging system will be described and optical aberrations will be discussed. Moving on to wave optics monochro-matic waves will be taken as the basis for the description of coherent imag-ing. Combined with scattering theory in the 1st Born approximation a funda-mental understanding of the possibilities and limitations in imaging is gained. The concept of the amplitude transfer function and McCutchens 3-dimen-sional pupil function are introduced. On this basis various coherent imaging modes are discussed including holo-graphic approaches and their limitations, and optical coherent tomography. The working principles of light-detectors are discussed and the requirements for appropriate sampling of images. Finally various modes of fluorescence microscopy and high-resolution mi-croscopy will be covered. The exercises will be calculating examples, also involving hands-on com-puter based modeling using Matlab and other tools.


ECTS credits 4




Duration 1 semester

Workload - lectures: 30 h - exercises: 15 h - self-study: 30 h - doing exercises: 30 h - exam preparation: 15 h


Language English

Prerequisites none

Exam prerequisites

Requirements The form of the exam will be announced at the beginning of the semester.



Seite 104 von 144

Number ASP_MP_S2.18

Name Nonlinear optics

Coordinator Prof. Dr. Gerhard G. PAULUS

Learning objectives This course gives an introduction to optics in nonlinear media and discusses the main nonlinear effects.

Content Propagation of light in crystals Properties of the nonlinear susceptibility tensor Description of light propagation in nonlinear media Parametric effects Second harmonic generation Phase-matching Propagation of ultrashort pulses High-harmonic generation - Relativistic optics


ECTS credits 4

Category submodule which can be elected out of the list of offered submodules in module Specialization II according to the student's education objectives.



Duration 1 semester


Language English

Prerequisites submodule Fundamentals of Modern Optics




Used media blackboard and electronic presentations, computer based demonstrations, written supplementary material

Literature Boyd, Nonlinear optics Zernike/Midwinter, Applied nonlinear optics - Sauter, Nonlinear optics

Seite 105 von 144

Number ASP_MP_S2.19

Name Optical engineering


Learning objectives This module provides an introduction into the fundamentals of optics and photonics which are necessary to understand optical phenomena in modern science and technology. Topics include an introduction into the theory of light (ray optics, wave op-tics, electromagnetic optics, photon optics), the theory of interaction of light with matter and the theory of semiconductor materials and their optical prop-erties.

Content - Introduction to optics - Geometrical optics: postulates of ray optics, paraxial optics, matrix

approach, raytracing - Simple optical components , lenses, mirrors, stops - Wave optics: postulates of wave optics, relation between wave optics and

ray optics - Optical imaging, field and pupil, magnification, lens makers formula, afocal

systems - Photometry and illumination, color - Optical instruments - Image quality, primary aberrations, wave aberrations, correction of

systems - Beam optics: the Gaussian beam, transmission of a Gaussian beam

through optical components, beam shaping - Optical properties of materials: metals, ceramics, glass, polymers and

composites - Electromagnetic optics: electromagnetic theory of light, dielectric media,

elementary electromagnetic waves, absorption and dispersion - Optical components II, fibers, prisms, sensors, aspheres, arrays - Special topics: scanning, adaptive optics, gradient index, optics


ECTS credits 4

Category submodule which can be elected out of the list of offered submodules in module Specialization II according to the student's education objectives.



Duration 1 semester

Workload lectures: 30 h exercises: 15 h self-study: 75 h [45 h (lectures, exercises), 15 h solving of physical prob-lems, 15 h exam preparation] total workload: 120 h

Language English

Prerequisites

Exam prerequisites



Seite 106 von 144

Used media Lectures/excercises: blackboard, projector


Seite 107 von 144

Number ASP_MP_S2.21

Name Physical Optics Design


Learning objectives Optical design is typically based on ray optics. It is discussed when the ray approach fails and a physical optics based concept can be used to tackle such situations. Moreover, physical optics provides very powerful concepts in system design, since the design tasks are formulated in terms of fields which enables access to all parameters of concern in design. Various examples from different applications are investigated to illustrate and demonstrate theo-retical results.

Content - Concept of physical optics modeling by field tracing - Geometric field tracing by smart rays. - Design as an inverse field propagation problem - System design in the functional embodiment - Design of lens systems for laser sources - Design of systems for light shaping by holographic optical elements and

freeform surfaces - Inclusion of partially coherent and polychromatic light; multiplexing - Optimization of coatings and gratings in structure design - Applications in laser optics, wavefront engineering, and lighting


ECTS credits 4


Usability the submodule is part of the module Fundamentals of the Master of Photon-ics program in the 3rd semester


Duration 1 semester

Work load lectures: 30h exercises: 15h self-study: - 45h (lectures, exercises) - 15h solving of physical problems - 15h exam preparation total work load: 120h

Language English

ECTS credits 4

Prerequisites Recommended: Lectures on Fundamentals of Modern Optics and Introduc-tion to Optical Modeling and Design




Used media Blackboard, projector, PC Pool, PowerPoint, VirtualLab, Mathematica

Literature E. Hecht and A. Zajac, Optics M. Born and E. Wolf, Principles of Optics R.E. Fischer and B. Tadic-Galeb, Optical System Design J. Turunen and F. Wyrowski, Diffractive Optics for industrial and commercial

applications, Akademie Verlag, 1997

Seite 108 von 144

Number ASP_MP_S2.22

Name Physics of free-electron lasers

Coordinator Prof. Dr. Gerhrad G. PAULUS, Prof. Dr. Eckart FÖRSTER, and Dr. Kai-Sven SCHULZE

Learning objectives Introduction to the physical foundations, instrumentation, and selected appli-cations of FELs Acquisition of the competence to judge the applicapility and significance of FELs to address problems in X-ray physics.

Content - physical foundations of X-ray lasers - undulators - FEL differential equation - instrumentation - selected applications


ECTS credits 4




Duration 1 semester


Language English





Used media blackboard and electronic presentations, computer-based demonstrations, written supplementary material

Literature - Lecturer’s script - Schmüser et al.: Ultra-violet and Soft X-ray Free-Electron Lasers

Seite 109 von 144

Number ASP_MP_S2.23

Name Physics of ultrafast optical discharge and filamentation

Coordinator Prof. Dr. Christian SPIELMANN and Dr. Daniil KARTASHOV

Learning objectives In a selected number of topics out of the broad field of high power laser mat-ter interactions the students should acquire knowledge of ionization, plasma kinetics, filamentation and applications in spectroscopy metrology and at-mospheric science.

Content - physics of photoionization - optical breakdown - basics of plasma kinetics - LIBS Laser induced breakdown spectroscopy - physics of filamentation - applications: LIDAR, lightning discharge, supercontinuum generation


ECTS credits 4




Duration 1 semester


Language English


Exam prerequisites


successful completion of exercises /Seminar and exam (written or oral)

Used media media supports lectures and exercises/seminar

Literature

Seite 110 von 144

Number ASP_MP_S2.24

Name Thin film optics

Coordinator Prof. Dr. Andreas TÜNNERMANN and Dr. Olaf STENZEL

Learning objectives This course is of use for anyone who needs to learn how optical coatings are used to tailor the optical properties of surfaces. After an introduction about the theoretical fundamentals of optical coatings the student should learn to calculate the optical properties of uncoated and coated surfaces. Based on this, typical design concepts and applications will be presented.

Content - Introduction into optical material properties (classical description) - Theory of interference films - Thin film characterization methods - Design concepts - Types and application of optical coatings - selected questions of the semiclassical treatment of thin film spectra


ECTS credits 4

Category Submodule which can be elected out of the list of offered submodules in module Specialization II according to the student's education objectives



Duration 1 semester


Prerequisites knowledge on optics and electrodynamics of continua

Exam prerequisites


oral or written test, depending on number of participants

Used media blackboard, electronic presentations

Literature - Born/Wolf: Introduction to optics - H. A. Macleod, Thin Film Optical Filters, Adam Hilger Ltd. 2001 - R. Willey, Practical Design and Productions of Optical Thin Films, Marcel

Dekker Inc. 2003 - N. Kaiser, H. K. Pulker (Eds.), Optical Interference Coatings, Springer

Series in Optical Sciences, Vol. 88, 2003 - O. Stenzel, The Physics of Thin Film Optical Spectra. An Introduction,

Springer Series in Surface Sciences, Vol. 44, 2005

Seite 111 von 144

Number ASP_MP_S2.25

Name Ultrafast optics

Coordinator Prof. Dr. Stefan NOLTE

Learning objectives The aim of this course is to provide a detailed understanding of ultrashort la-ser pulses, their mathematical description as well as their application. The students will learn how to generate, characterize and use ultrashort laser pulses. Special topics will be covered during the seminars.

Content - Introduction to ultrafast optics - Fundamentals - Ultrashort pulse generation - Amplification of ultrashort pulses - Measurement of ultrashort pulses - Applications - Generation of attosecond pulses


ECTS credits 4




Duration 1 semester


Language English

Prerequisites The students should have a basic understanding of laser physics and mod-ern optics.

Exam prerequisites regular participation in lectures and seminars


Examination at the end of the semester (written or oral)

Used media blackboard and overhead transparencies

Literature - A. Weiner, Ultrafast Optics - Diels/Rudolph, Ultrashort Laser Pulse Phenomena - C. Rulliere, Femtosecond laser pulses - W. Koechner, Solid-state Laser engineering - A. Siegman, Lasers

Seite 112 von 144


Modulnummer

Modulbezeichnung Oberseminar Optik

Modulverantwortliche(r): Prof. Dr. C. Spielmann


Wahlpflichtmodul

Sprache: Deutsch oder Englisch

Zuordnung zu den Studiengängen Wahlpflichtmodul für den Studiengang MA Physik im Wahlfach „Optik“ im 2. Semester






Leistungspunkte: 4


Breites Spektrum von Spezialkenntnissen auf dem Gebiet der Op-tik




- Vertiefung der Kenntnisse auf modernen Gebieten der Optik

Inhalt: - Systematische Erarbeitung von Spezialkenntnissen auf dem Ge-biet der modernen Optikforschung

- Präsentation und Diskussion aktueller optischer Forschungsge-biete




Halten eines Vortrages

Medienformen: Beamer, Overheadprojektor, Tafel, Internet

Literatur: Spezialliteratur des jeweiligen Fachgebietes (vorwiegend Fachzeit-schriften in englischer Sprache)

Seite 113 von 144

Submodule number ASP_MP_S1.1

Submodule name [Specialization I:] Applied laser technology –Laser as a probe

Submodule coordinator Prof. Dr. R. Heintzmann, Prof. Dr. H. Stafast and Dr. W. Paa

Learning objectives In a selected number of topics out of the broad field of laser applications, the students should acquire knowledge of laser diagnostics, spectroscopy, me-trology, optical sensing and microscopy.

Content Applied Laser Technology using the laser as a probe for diagnostics (remote and microscopic, cw and ultrafast), spectroscopy, metrology, sensing, and la-ser microscopy

Course type lectures: 2 h/week exercises: 1 h/week (2 h bi-weekly)

ECTS credits 4

Category submodule which can be elected out of the list of offered submodules in mod-ule Specialization I according to the student's education objectives

Usability submodule being part of module Specialization I in the 2nd semester of the M.Sc. Photonics program


Duration 1 semester


Language English


Exam prerequisites successful participation in exercises/seminars

Requirement to complete this submodule

successful completion of exercises/seminar and exam (written or oral)

Used media media-supported lectures and exercises/seminar

Literature - W. Demtröder, Laser Spectroscopy, Springer - Haken/ Wolf, Molecular Physics and Elements of Quantum Chemistry,

Springer

Seite 114 von 144


Submodule name Biomedical imaging – non-ionizing radiation

Submodule coordinator Prof. Dr. J. R. Reichenbach / Prof. Dr. E. FÖRSTER

Learning objectives The course introduces physical principles, properties and technical concepts of imaging systems as they are applied today in medicine and physics. The focus is laid on the use and application of non-ionizing radiation, as utilized, e.g., with magnetic resonance imaging or ultrasound imaging. Applications and current developments will be presented. After active participation the students should demonstrate a critical understanding of the theoretical basis and technologies of these imaging systems and have acquired an apprecia-tion of instrumentation and practical issues with different imaging systems. The course is independent of the course Biomedical imaging – Ionizing Ra-diation offered in the 3rd semester.

Content - Introduction to imaging systems - Physical principles behind the design of selected biomedical imaging

systems, including magnetic resonance imaging, ultrasound imaging - Technological aspects of each modality - Importance of each modality concerning physical, biological and clinical

applications


ECTS credits 4



Frequency of offer Summer semester

Duration 1 semester

Workload Lectures and lab tours: 30 h exercises: 15 h self-study: 75 h 45 h (lectures, exercises) 15 h solving of physical problems 15 h exam preparation total workload: 120 h

Language English

Prerequisites None

Exam prerequisites


oral examination


Literature - A. Oppelt. Imaging Systems for Medical Diagnostics: Fundamentals, Technical Solutions and Applications for Systems Applying Ionizing Radiation, Nuclear Magnetic Resonance and Ultrasound, Publicis, 2nd edition, 2006

- J.T. Bushberg et al., The Essential Physics of Medical Imaging, Lippincott Raven, 3rd edition, 2011

- R.W. Brown, Y.-C. N. Cheng, E. M. Haacke, M.R. Thompson, R. Venkatesan, Magnetic Resonance Imaging: Physical Principles and

Seite 115 von 144

Sequence Design, Wiley, 2nd edition, 2014

Seite 116 von 144


Submodule name Biophotonics

Submodule coordinator: Prof. Dr. Rainer HEINTZMANN, Prof. Dr. Stefan H. HEINEMANN, PD Dr. Roland SCHÖNHERR, Prof. Dr. Michael SCHMITT, Dr. Kai WICKER

Learning objectives The aim of this course is to present modern methods in spectroscopy, mi-croscopy and imaging dedicated to biological samples. After the course the students will be able to choose and to apply appropriate spectroscopic methods and imaging technologies to resolve special biophotonic problems.

Content The module provides a deep introduction into the multitude of possible linear and non-linear light biological matter interaction phenomena and thus in modern techniques and applications of frequency-, spatially-, and time-re-solved bio-spectroscopy. The course presents a comprehensive overview over modern spectroscopic and optical imaging techniques inclusive specific theoretical methodologies to analyze the experimental spectroscopic data to resolve problems in life sciences. The biological part introduces to molecular and cellular properties of living organisms, explains some major components of physiological function and diseases and sets the stage for biophotonics applications by highlighting some key methods necessary to prepare biological material for photonics experiments and by showing several examples of how biophotonics can help to shed light on biologically and clinically relevant processes. The mod-ule spans aspects of the scientific disciplines chemistry, physics, biology and medicine The exercises will be partly calculating examples and partly in the form a seminar talks of the students presenting current research publications..


ECTS credits 4




Duration 1 semester

Workload - lectures: 30 h - exercises: 15 h - self-study: 75 h - exam preparation: 15 h


Language English

Prerequisites none

Exam prerequisites


The form of the exam will be announced at the beginning of the semester. Either written examination at the end of the semester (60 min duration) or oral exam (15 min.)


Literature - Paras N. Prasad, Introduction to Biophotonics - Textbooks on laser spectroscopy, e.g. Demtröder; on quantum mechanics,

e.g. Atkins and on optics, e.g. Zinth/Zinth

Seite 117 von 144

- Jerome Mertz: Introduction to Optical Microscopy, Roberts & Company Publishers, 2010

- Selected chapters of Handbook of Biophotonics (Ed. J. Popp) WILEY

Seite 118 von 144

Number ASP_MP_S1.4

Name Computational photonics

Coordinator Prof. Dr. Thomas PERTSCH

Learning objectives The course aims at an introduction to various techniques used for computer based optical simulation. Therefore the student should learn how to solve Maxwell’s equations in homogenous and inhomogeneous media rigorously as well as on different levels of approximation. The course concentrates pre-dominantly on teaching numerical techniques that are useful in the field of micro- and nanooptics.

Content - Introduction to the problem - Maxwell’s equations and the wave equation - Free space propagation techniques - Beam propagation methods applied to problems in integrated optics - Mode expansion techniques applied to stratified media - Mode expansion techniques applied to spherical and cylindrical objects - Multiple multipole technique - Boundary integral method - Finite-Difference Time-Domain method - Finite Element Method - Computation of the dispersion relation (band structure) of periodic media - Mode expansion techniques applied to gratings - Other grating techniques - Contemporary problems in computational photonics


ECTS credits 4


Usability submodule being part of module Specialization I for the M.Sc. Photonics in the 2nd semester


Duration 1 semester

Workload lectures: 30 h exercises: 15 h self-study : 45 h (lectures, exercises) 15 h computer-based solving of physical problems 15 h exam preparation total workload: 120 h

Language English

Prerequisites fundamental knowledge on modern optics and condensed matter physics as usually obtained in the modules Adjustment and Fundamentals 1 as well as basic knowledge of a computer programming language and computational physics

Exam prerequisites



Used media blackboard and electronic presentations, computer based demonstrations, computer labs, written supplementary material

Seite 119 von 144

Literature - A. Taflove and S.C. Hagness, Computational Electrodynamics - list of selected journal publications given during the lecture

Seite 120 von 144

Number ASP_MP_S1.5

Name Design and correction of optical systems


Learning objectives This course covers the fundamental principles of classical optical system design, the performance assessment and the correction of aberrations. In combination of geometrical optics and physical theory the students will learn the basics to understand optical systems, which can be important for experi-mental work.

Content - Basic technical optics - Paraxial optics - Imaging systems - Aberrations - Performance evaluation of optical systems - Correction of optical systems - Optical system classification - Special system considerations


ECTS credits 4




Duration 1 semester

Workload lectures: 30 h exercises: 15 h self-study: 75 h - 45 h (lectures, exercises) - 15 h solving of physical problems - 15 h exam preparations total workload: 120 h

Language English


Exam prerequisites



Used media electronic presentations

Literature a list of literature will be given during the lecture

Seite 121 von 144

Number ASP_MP_S1.6

Name Fiber optics

Coordinator Prof. Dr. Markus SCHMIDT

Learning objectives This course introduces to the making and properties of different types of op-tical fiber waveguides. Applications of optical fibers to optical communica-tion and optical sensing will be discussed.

Content - Properties of optical fibers - Light propagation in optical fibers - Technology and characterization techniques - Special fiber types (photonic crystal fibers, hollow fibers, polarization

maintaining fibers, dispersion compensating fibers) - Fiber devices (e.g. fiber amplifiers and lasers) - Applications in optical communication systems, optical sensor concepts


ECTS credits 4




Duration 1 semester

Workload lectures: 30 h exercises: 15 h self-study: 75 h - 45 h (lectures, exercises) - 15 h solving of physical problems - 15 h exam preparations total workload: 120 h

Language English

Prerequisites fundamental knowledge on modern optics and condensed matter physics as usually obtained in the modules Adjustment and Fundamentals I

Exam prerequisites


written or oral examination at the end of the semester (will be specified at the beginning of the lecture)


Literature - Calvo et al., Optical Waveguides - Snyder/Love, Optical Waveguide Theory - Okamoto, Fundamentals of Optical Waveguides

Seite 122 von 144

Number ASP_MP_S1.7

Name Fundamentals of quantum optics

Coordinator Jun.-Prof. Alexander SZAMEIT and Dr. M. ORNIGOTTI

Learning objectives Goals: quantization of the free electromagnetic field, representation of the quantum states of light and their statistics, light matter interaction at the quantum level (Jaynes-Cummings model), introduction to nonlinear quan-tum optics and quantum information

Content - quantization of the free electromagnetic field - nonclassical states of light and their statistics - Jaynes-Cummings model - nonlinear optics - quantum Information


ECTS credits 4




Duration 1 semester

Workload lectures: 30 h exercises: 15 h self-study: 75 h - 30 h (lectures, exercises) - 45 h solving of physical problems total workload: 120 h

Language English

Prerequisites quantum mechanics

Exam prerequisites

Requirements examination at the end of the semester (written or oral)

Used media media-supported lectures and seminars with exercises

Literature - Loudon – The Quantum Theory of Light - Gerry/Knight – Introductory Quantum Optics - Mandel/Wolf – Optical Coherence and Quantum Optics

Seite 123 von 144

Modulnummer

Modulbezeichnung: Holography

Modulverantwortliche(r): Prof. Dr. R. Kowarschik

Dozent(in): Prof. Dr. R. Kowarschik

Sprache: englisch

Zuordnung zu den Studiengängen Wahlmodul für den Studiengang MA Physik im Wahlfach „Optik“ im 2. Semester




Seminar: 1 SWS

Arbeitsaufwand: Präsenzstunden: Vorlesung: 30, Seminar: 15 (empfohlen)


Lösen von Problemstellungen::15 (empfohlen)



Leistungspunkte: 4

Voraussetzungen: Module Elektrodynamik und Grundkonzepte der Optik empfohlen

Lernziele / Kompetenzen: - Vermittlung der grundlegenden Begriffe, Phänomene, Methoden

und Anwendungen der Holographie;


Problemen und Aufgaben aus diesem Gebiet;

Inhalt: - Holographische Aufnahme und Rekonstruktion

- Eigenschaften holographischer Abbildungen

- Hologrammtypen und Speichermedien

- Digitale Holographie

- Anwendungen (Informationsspeicherung und –verarbeitung,

Displays, Messtechnik)


Aktive Teilnahme an den Seminaren (empfohlen)


Schriftliche oder mündliche Prüfung (wird zu Vorlesungsbeginn bekannt gegeben)

Medienformen: Medienunterstützte Vorlesung z. T. mit Experimenten

Literatur: Lauterborn et al., Kohärente Optik, Bergmann/Schäfer, Optik, Hecht, Optik, Ackermann/Eichler, Holography, Caulfield, Hand-book of Holography

Seite 124 von 144

Number ASP_MP_S1.8

Name Image processing

Coordinator Prof. Dr. Joachim DENZLER

Learning objectives The course covers the fundamentals of digital image processing. Based on this the students should be able to identify standard problems in image pro-cessing to develop individual solutions for given problems and to implement image processing algorithms for use in the experimental fields of modern optics.

Content - Digital image fundamentals (Image Sensing and Acquisition, Image Sampling and Quantization)

- Image Enhancement in the Spatial Domain (Basic Gray Level Transformations, Histogram Processing, Spatial Filtering)

- Image Enhancement in the Frequency Domain (Introduction to the Fourier-Transform and the Frequency Domain, Frequency Domain Filtering, Homomorphic Filtering)

- Image Restoration (Noise Models, Inverse Filtering, Geometric Distortion) - Color Image Processing Image Segmentation (Detection of

Discontinuities, Edge Linking and Boundary Detection, Thresholding, Region-Based Segmentation)

- Representation and Description Applications


ECTS credits 4




Duration 1 semester


Language English

Prerequisites none

Exam prerequisites




Literature - Gonzalez, Woods, Digital Image Processing, Prentice Hall, 2001

Seite 125 von 144

Modulnummer

Modulbezeichnung: Kohärenzoptik und optische Informationsverarbeitung

Modulverantwortliche(r): Prof. Dr. R. Kowarschik, Prof. Dr. H. Bartelt

Dozent(in): Prof. Dr. R. Kowarschik, Prof. Dr. H. Bartelt

Sprache: deutsch

Zuordnung zum Curriculum Wahlpflichtmodul für den Studiengang MA Physik im Wahlfach „Optik“ im 4. Semester


Arbeitsaufwand: Präsenzstunden: Vorlesung: 30 h

Selbststudium: Nacharbeit der Vorlesung: 60 h


Gesamtarbeitsaufwand: 120 Stunden h

Leistungspunkte: 4

Voraussetzungen:

Lernziele / Kompetenzen: Vermittlung von grundlegenden Begriffen und Konzepten der klassischen Beschreibung der Kohärenz

Vermittlung von Kenntnissen über den Einfluß der Kohärenz auf die Eigenschaften optischer Systeme

Vermittlung von Kenntnissen über Grundprinzipien der optischen Informationsverarbeitung

Inhalt: Räumliche und zeitliche Kohärenz, Komplexe Darstellung opti-scher Felder, Kohärenzfunktion, Messung der Kohärenzfunktion, Intensitätskorrelation

Partielle Kohärenz in optischen Systemen Optische Übertragungsfunktionen Auflösungsvermögen optischer Systeme

Optische Filterung


Regelmäßige Teilnahme an Vorlesungen und Übungen, Übungs-aufgaben; Detaillierte Festlegungen werden zu Semesterbeginn bekannt gegeben.


Klausur oder mündliche Prüfung (Art der Prüfung wird zu Beginn des Moduls bekannt gegeben)

Medienformen: Medienunterstützte Vorlesung mit Demonstrationsexperimenten und mit Übungen oder Seminar

Literatur: Lehrbücher der Optik von Born/Wolf, Hecht, Klein/Furtak

Seite 126 von 144

Submodule number ASP_MP_F1.3

Submodule name Laser physics

Submodule coordinator Prof. Jens LIMPERT and Prof. Stefan NOLTE

Learning objectives This course provides an introduction to the basic ideas of laser physics. The first part presents the fundamental equations and concepts of laser theory, while the second part is devoted to a detailed discussion of selected laser ap-plications. The students are introduced to the different types of lasers includ-ing classical gas or ruby lasers as well as modern high power diode pumped solid-state concepts and their applications.

Content - Introduction to laser physics (stimulated emission, atomic rate equations, laser pumping and population inversion)

- Optical beams and laser resonators - Laser dynamics - Q-switching - Mode locking - Wavelength tuning and single frequency operation - Laser systems - Selected industrial and scientific applications


ECTS credits 8


Usability the submodule is part of the module Fundamentals in the 2nd semester of the M.Sc. Photonics program


Duration 1 semester

Workload lectures: 60 h exercises: 30 h self-study: 150 h - 90 h (lectures, exercises) - 60 h oral presentation total workload: 240 h

Language English


Exam prerequisites

Requirement to complete this submodule

oral representation and written examination at the end of the semester

Used media blackboard, overhead projector, computer based demonstrations, written sup-plementary material

Literature - A. Siegman, Lasers - W. Koechner, Solid-State Laser Engineering - W. Demtröder, Laser Spectroscopy - D. Bäuerle, Laser Processing and Chemistry - H.-G. Rubahn, Laser Applications in Surface Science and Technology

Seite 127 von 144

Number ASP_MP_S1.9

Name Lens design I


Learning objectives This course gives an introduction in layout, performance analysis and opti-mization of optical systems with the software Zemax.

Content - Introduction and user interface - Description and properties of optical systems - Geometrical and wave optical aberrations - Optimization - Imaging simulation - Introduction into illumination systems - Correction of simple systems - More advanced handling and correction methods


ECTS credits 4


Usability this submodule is part of the module Specialization I in the 1st semester of the M.Sc. Photonics program


Duration 1 semester


Language English





Used media electronic presentations, practical exercises with Zemax, computer-based demonstrations, computer labs, written supplementary material


Seite 128 von 144

Number ASP_MP_S1.10

Name Light Source Modeling


Learning objectives The application and usage of optical technologies benefit significantly from the ever growing variety of light sources with different characteristics and reasonable prices. LEDs, lasers and laser diodes have become indispensa-ble in numerous applications and devices. Ultrashort pulses are on the way to industrial and medical applications. X-ray sources are of increasing im-portance. All those sources require a suitable approach in optical modeling and design. The students will get a comprehensive overview of different source modeling techniques of practical importance in optical modeling and design.

Content - Special cases of monochromatic fields - Gaussian beams and its propagation - Electromagnetic coherence theory; cross spectral density - Cross spectral density and polarization matrices - Stokes vectors and Mueller matrix - Mode decomposition of general source fields - Elementary mode decomposition - System modeling with partially coherent source fields - System modeling with ultrashort pulses - All techniques are demonstrated at hands-on examples


ECTS credits 4


Usability this submodule is part of the module Specialization I in the 2nd semester of the Master of Photonics program


Duration 1 semester

Work load lectures: 30h exercises: 15h self-study: 75h - 45h (lectures, exercises) - 15h solving of physical problems - 15h exam preparation total work load: 120h

Language English





Used media Blackboard, projector, PC Pool, PowerPoint, VirtualLab

Literature E. Hecht and A. Zajac, Optics M. Born and E. Wolf, Principles of Optics L. Mandel and E. Wolf, Optical Coherence and Quantum Optics B.E.A. Saleh and M.C. Teich, Fundamentals of Photonics

Seite 129 von 144

Number ASP_MP_S1.11

Name Micro/nanotechnology

Coordinator Dr. habil. Uwe ZEITNER

Learning objectives In this course the student will learn about the fundamental fabrication tech-nologies which are used in microoptics and nanooptics. This includes an overview of the physical principles of the different lithography techniques, thin film coating and etching technologies. After successful completion of the course the students should have a good overview and understanding of the common technologies used for the fabrication of optical micro- and nano-structures. They know their capabilities and limitations.

Content The course will cover an introduction into the following topics: - demands of micro- and nano-optics on fabrication technology - basic optical effects of micro- and nano-structures and their description - typical structure geometries in micro- and nano-optics - coating technologies - lithography (photo-, laser-, electron-beam) and its basic physical

principles - sputtering and dry etching - special technologies (melting, reflow, …) - applications and examples


ECTS credits 4

Category submodule can be elected out of the list of offered submodules in the mod-ule Specialization I according to the student's education objectives



Duration of submodule 1 semester


Language English

Prerequisites none

Exam prerequisites


Examination at the end of the semester (written or oral), will be specified during the lecture


Literature will be announced during lectures

Seite 130 von 144

Modulnummer: 71342 + 71344

Modulbezeichnung : Moderne Methoden der Spektroskopie

Modulverantwortliche(r) Prof. Dr. Christian Spielmann

Dozent(in): Prof. Dr. Christian Spielmann

Sprache: Deutsch

Zuordnung zu den Studiengängen: Master Physik

Häufigkeit des Angebots (Zyklus): Jährlich im Sommersemester


Lehrform / SWS: Vorlesung 2 SWS, Seminar 1 SWS:

Arbeitsaufwand: Präsenzstunden: Vorlesung: 30 Seminar: 15 Selbststudium: Nacharbeit: 45 Prüfungsvorbereitung: 30 Gesamtarbeitsaufwand: 120 Stunden


Voraussetzungen: Kenntnisse auf dem Gebiet der Optik, Atomphysik, La-serphysik

Lernziele/Kompetenzen: - Vermittlung vom Methoden der Spektroskopie basierend auf neuen Entwicklungen in der Optik

- Vermittlung von Wissen über Auslegung eines spektro-skopischen Experiments

- Befähigung zum selbstständigen Lösen spektroskopi-scher Fragestellungen

Inhalte:

1. Grundlagen Licht-Materiewechselwirkung 2. Experimentelle Hilfsmittel der Spektroskopie 3. Laserspektroskopie 4. Zeitaufgelöste Spektroskopie 5. Laserkühlung 6. THz- und Röntgenspektroskopie 7. Photoelektronspektroskopie 8. Anwendungen von Laserspektroskopie in Physik, Che-

mie, Medizin


Teilnahme an Seminar

Voraussetzung für die Vergabe von Leis-tungspunkten (Prüfungsformen):

Art der Prüfung wird zu Beginn des Moduls bekannt gege-ben

Medienformen: Tafel, schriftl. Begleitmaterial, Overhead-Projektor, Bea-mer;

Empfohlene Literatur:

Seite 131 von 144

Number ASP_MP_S1.14

Name Physical Optics Modeling


Learning objectives Physical optics modeling deals with the solution of Maxwell’s equations for different types of optical components. On its basis a source field can be prop-agated through a system by the concept of field tracing. The students will get an introduction to field tracing and a comprehensive overview of different modeling techniques of practical importance in optical modeling and design.

Content - Introduction to field tracing - Diffraction integrals; free space propagation - Propagation through plane interfaces and stratified media - Propagation through gratings - Mie theory - Geometric field tracing - Thin element approximation - Propagation through lenses and refractive freeform surfaces - Propagation through diffractive lenses and computer generated holograms - Modeling combined surfaces (refractive + microstructures) - All techniques are demonstrated at hands-on examples


ECTS credits 4


Usability the submodule is part of the module Fundamentals of the Master of Photon-ics program in the 2st semester


Duration 1 semester

Work load lectures: 30h exercises: 15h self-study: - 45h (lectures, exercises) - 15h solving of physical problems - 15h exam preparation total work load: 120h

Language English

ECTS credits 4


Exam prerequisites



Used media Blackboard, projector, PC Pool, PowerPoint, VirtualLab, Mathematica

Literature E. Hecht and A. Zajac, Optics M. Born and E. Wolf, Principles of Optics L. Novotny and B. Hecht, Principles of Nano-Optics

Seite 132 von 144

Number ASP_MP_S1.15

Name Physics foundations of renewable energies

Coordinator Prof. Dr. Gerhard G. PAULUS

Learning objectives Teaching of knowledge on the fundamentals of renewable energies. Development of skills for the independent evaluation of different types of re-newable energies.

Content - basics of energy supply in Germany - potential of renewable energies - thermodynamics of the atmosphere - physics of wind energy systems - concentrating solar power plants


ECTS credits 4

Category submodule which can be elected out of the list of offered submodules in module Specialization I according to the student's education objectives.



Duration 1 semester


Language English

Prerequisites Fundamentals of physics

Exam prerequisites details will be defined at the beginning of the semester


written or oral examination at the end of the semester, will be defined at the beginning of the semester


Literature Gasch, Twele: Windkraftanlagen De Vos: Thermodynamics of Solar Energy Conversion

Seite 133 von 144

Number ASP_MP_S1.16

Name Physics of extreme electromagnetic fields: experiment and theory

Coordinator Prof. Thomas STÖHLKER, Dr. Andrey Volotka

Learning objectives The course provides insight into the basic techniques and concepts in phys-ics related to extreme electromagnetic fields. Their relevance to nowadays applications will be discussed in addition. Experimental methods and the re-lated theoretical description will be reviewed in great detail.

Content - Strong field effects on the atomic structure - Relativistic and QED effects on the structure of heavy ions - X-ray spectroscopy of high-Z ions - Application in x-ray astronomy - Penetration of charged particles through matter - Particle dynamics in of atoms and ions in strong laser fields - Relativistic ion-atom and ion-electron collisions


ECTS credits 4




Duration 1 semester


Language English

Prerequisites knowledge of atomic and particle physics (introductory level course)

Exam prerequisites




Literature - Leo, Techniques for Nuclear and Particle Physics Experiments - Eichler and Meyerhof, Relativistic atomic collisions - Haken-Wolf, Atomic and Quantum Physics

Seite 134 von 144

Number ASP_MP_S1.17

Name Plasma physics


Learning objectives This course offers an introduction to the fundamental effects and processes relevant for the physics of ionized matter. After actively participating in this course, the students will be familiar with the fundamental physical concepts of plasma physics, especially concerning astrophysical phenomena but also with questions concerning the energy production based on nuclear fusion in magnetically or inertially confined plasmas.

Content - fundamentals of plasma physics, - single particle and fluid description of plasmas, - waves in plasmas, - interaction of electromagnetic radiation with plasmas, - plasma instabilities - non-linear effects (shock waves, parametric instabilities, ponderomotive

effects, ...)

Course type lectures: 2 h/week exercises: 2 h every other week

ECTS credits 4




Duration 1 semester

Workload lectures: 30 h exercises: 15 h self-study : 45 h (lectures, exercises) 15 h solving of physical problems 15 h exam preparation total workload: 120 h

Language English

Prerequisites prior knowledge of electrodynamics is essential, knowledge of laser physics is recommended but not conditional

Exam prerequisites regular participation in lectures and active participation exercises


written or oral examination at the end of the semester (will be specified at the beginning of the lecture)


Literature - F. Chen: Plasma Physics and Controlled Fusion, Plenum Publishing Corporation, New York (1984)

- J. A. Bittencourt: Fundamentals of Plasma Physics, Springer, New York (2004)

- U. Schumacher: Fusionsforschung, Wissenschaftliche Buchgesellschaft, Darmstadt (1993)

Seite 135 von 144

Number ASP_MP_S1.18

Name Theory of nonlinear optics

Coordinator Prof. Dr. Ulf PESCHEL

Learning objectives The course provides the theoretical background of nonlinear optics and quantum optics.

Content - types and symmetries of nonlinear polarization - nonlinear optics in waveguides - solutions of nonlinear evolution equations - temporal and spatial solitons - super continuum generation


ECTS credits 4




Duration 1 semester

Workload lectures: 30 h exercises: 15 h self-study : 30 h self-study of lecture material 30 h self-study of exercise material 15 h exam preparation total workload: 120 h

Language German or English on request

Prerequisites fundamental knowledge of electrodynamics

Exam prerequisites


participation in exercises and solution of tasks – 1 ECTS credits oral examination (30 min duration) – 3 ECTS credits

Used media blackboard and electronic presentations, script

Literature - Agrawal, Govind P.: Contemporary nonlinear optics - Moloney, Jerome V., Newell Alan C.: Nonlinear Optics - Sutherland, Richard Lee: Handbook of nonlinear optics

Seite 136 von 144

Modulcode

Modultitel (deutsch) Terahertz Technologie

Modultitel (englisch) Terahertz Technology

Modul-Verantwortliche/r Dr.A.Gopal,

Prof. G.G.Paulus

Voraussetzung für die Zulas-sung zum Modul

keine

Empfohlene bzw. erwartete Vorkenntnisse*

Module Nichtlineare Optik,

Grundlagen der modernen Optik

Verwendbarkeit (Vorausset-zung wofür)*


Wahlpflichtmodul M.Sc. Physik (Vertiefung Optik)

Häufigkeit des Angebots (Mo-dulturnus)

Sommersemester


Zusammensetzung des Moduls / Lehrformen (V, Ü, S, Prakti-kum, …)

2 SWS Vorlesung,

1 SWS Übung

Leistungspunkte (ECTS cre-dits) 4

Arbeitsaufwand (work load) in: - Präsenzstunden

- Selbststudium (einschl. Prüfungsvorbereitung)

120

45

70

Inhalte

Lern- und Qualifikationsziele

Voraussetzung für die Zulas-sung zur Modulprüfung

Bearbeitung von Übungsaufgaben (Umfang wird zu Beginn be-kannt gegeben)

Voraussetzung für die Vergabe von Leistungspunkten (Prü-fungsform)

Schriftliche oder mündliche Prüfung

Zusätzliche Informationen zum Modul*

Empfohlene Literatur*

Unterrichtssprache* Englisch

Seite 137 von 144

Number ASP_MP_S1.19

Name XUV and X-ray optics

Coordinator Prof. Dr. Christian SPIELMANN and Dr. D. KARTASHOV

Learning objectives This course covers the fundamentals of modern optics at short wavelengths as they are necessary for the design of EUV and X-ray optical elements. Based on this the students will learn essentials of several challenging appli-cations of short-wavelength optics, being actual in modern science and technology.

Content - Complex refractive index in the XUV and X-ray range - Refractive and grazing incidence optics - Zone plate optics - Thomson and Compton scattering - X-ray diffraction by crystals and synthetic multilayers - VUV and X-ray optics for plasma diagnostics - Time-resolved X-ray diffraction - EUV lithography


ECTS credits 4

Category submodule can be elected out of the list of offered submodules of module Specialization I according to the student's education objectives



Duration 1 semester


Language English

Prerequisites none

Exam prerequisites




Literature a list of literature will be given during the lecture

Seite 138 von 144

Freier Wahlbereich Gemäß § 7 Absatz 3 der Studienordnung sind über das 1. und 2. Semester summiert mindestens 12 und (in Abhängigkeit vom Vertiefungsstudium) maximal 20 Leistungspunkte im freien Wahlbereichsstudium zu erbringen. Im freien Wahlbereichsstudium sollen aus dem Angebot anderer Fakultäten über die Physik hinaus Kenntnisse entsprechend den Neigungen der Studierenden erworben werden, die ihnen im späteren Be-ruf von Nutzen sein können. Die zu belegenden Module sollen in der Regel zu einem Masterstudiengang gehören. Hat der Studierende jedoch auf dem ausgewählten Gebiet noch keine Vorkenntnisse erworben, können auch Module aus einem Bachelor-Studiengang ausgewählt werden. Im freien Wahlbereichsstudium dürfen auch Module aus anderen Schwerpunkten der Physikalisch – Ast-ronomischen Fakultät, die nicht für das Vertiefungsstudium gewählt wurden, belegt werden. Der freie Wahlbereich und der Vertiefungsbereich (s.o.) umfassen zusammen 44 Leistungspunkte. Der Prüfungsausschuss Physik und Photonics der Physikalisch – Astronomischen Fakultät weist bezüg-lich der Auswahl der Module darauf hin, dass das freie Wahlbereichsstudium benotet sein muss. Dar-über sollen die Studierenden den jeweiligen Modulverantwortlichen zu Beginn der Modulbearbeitung in-formieren.

Seite 139 von 144

Beispiel

Grundlagen der Physikgeschichte mit 4 ECTS zuzüglich Spezielle Fragen der Physikgeschichte I mit 4 ECTS zuzüglich Spezielle Fragen der Physikgeschichte II mit 4 ECTS

Modulnummer/-code

Modultitel (deutsch) Grundlagen der Physikgeschichte

Modultitel (englisch) Introduction to History of Physics Modulverantwortlicher Dr. Christian Forstner


Keine


Art des Moduls (Pflicht-, Wahlpflicht-, Wahlmodul)

Nichtphysikalisches Nebenfach im M.Sc. Physik, Wahlpflichtmo-dul im Lehramtsstudium Physik

Häufigkeit des Angebots (Zyklus) Sommersemester Dauer des Moduls 1 Semester


2 SWS Vorlesung


Arbeitsaufwand (work load): - Präsenzstunden und - Selbststudium (einschl. Prüfungsvorbereitung)

Vorlesung: 30 Nacharbeit (Vorlesung): 60 Prüfungsvorbereitung: 30

Inhalte Das Modul vermittelt grundlegende Kenntnisse über die Ge-schichte der Physik aus einer ideengeschichtlichen und einer so-zial bzw. strukturgeschichtlichen Perspektive ausgehend von der antiken Naturphilosophie bis ins 20. Jahrhundert. Dabei sollen die Theoriegenese und der Theoriewandel sowie die Entwicklung der zentralen Begrifflichkeiten der modernen Physik erarbeitet wer-den. Ebenso zentral sind die Strukturen und sozialen Geflechte, in denen die Physik im 19. und 20. Jahrhundert betrieben wurde.

Lern- und Qualifikationsziele Das Modul führt Studenten der Physik in die Geschichte ihres Fa-ches ein und soll zugleich am konkreten Gegenstand Arbeitstech-niken und Methoden der Geschichte der Naturwissenschaften vermitteln.

Voraussetzungen für die Zulas-sung zur Modulprüfung


Mündliche Modulprüfung im Umfang von 30 min


Die Note dieses Moduls geht im LA-Studium in die Fachendnote Physik ein.

Empfohlene Literatur Wolfgang Schreier (Hrsg.), Geschichte der Physik. Ein Abriss. (Diepholz, Stuttgart, Berlin 2008), Iwan Rhys Morus, When Phys-ics Became King (Chicago 2005); Helge Kragh, Quantum Gener-ations A History of Physics in the Twentieth Century (Princeton 1999);


Seite 140 von 144

Modulnummer/-code

Modultitel (deutsch) Spezielle Fragen der Physikgeschichte I

Modultitel (englisch) Special Topics of History of Physics Modulverantwortlicher Dr. Christian Forstner


Keine




Häufigkeit des Angebots (Zyklus) Wintersemester Dauer des Moduls 1 Semester


2 SWS Seminar



Seminar: 30 Nacharbeit (Seminar): 8 Referat und Präsentation: 32 Hausarbeit: 50

Inhalte Das Modul vertieft die in der Überblicksvorlesung erworbenen Grundkenntnisse zur Geschichte der Physik an ausgewählten Beispielen aus dem 19. und 20. Jahrhundert. Im Brennpunkt ste-hen die großen inhaltlichen und strukturellen Umbrüche, die die Disziplin in dieser Zeit erfahren hat. Als mögliche Schlagworte können Quantenmechanik, Relativitätstheorie, aber auch Groß-forschung und gesellschaftspolitische Einschnitte wie die NS-Diktatur genannt werden.

Lern- und Qualifikationsziele Das Modul führt Studenten der Physik in die Geschichte ihres Fa-ches ein und vertieft am konkreten Gegenstand Arbeitstechniken und Methoden der Geschichte der Naturwissenschaften.


Referat mit Thesenpapier, regelmäßige Teilnahme (80%) und Mitarbeit am Seminar.


Schriftliche Hausarbeit im Umfang von 15-20 Seiten



Empfohlene Literatur Wolfgang Schreier (Hrsg.), Geschichte der Physik. Ein Abriss. (Diepholz, Stuttgart, Berlin 2008), Iwan Rhys Morus, When Phy-sics Became King (Chicago 2005); Helge Kragh, Quantum Gene-rations A History of Physics in the Twentieth Century (Princeton 1999); Spezifische Literatur wird zu Beginn des Semesters ge-nannt.


Seite 141 von 144

Modulnummer/-code Modultitel (deutsch) Spezielle Fragen der Physikgeschichte II

Modultitel (englisch) Special Topics of History of Physics II

Modulverantwortlicher Dr. Christian Forstner


Keine. Empfohlene Vorkenntnisse: Grundlagen der Physikge-schichte und Spezielle Fragen der Physikgeschichte I







2 SWS Seminar



Seminar: 30 Projekt: 80 Präsentation der Ergebnisse: 10

Inhalte Das Modul vertieft die in der Überblicksvorlesung erworbenen Kenntnisse zur Geschichte der Physik an ausgewählten Beispie-len. Dabei sollen in eigenständigen Rechercheprojekten vertiefte Kenntnisse in eigenständigem physikhistorischen Arbeiten erwor-ben werden.

Lern- und Qualifikationsziele In enger Absprache mit dem Betreuer wird ein eigenständiges physikhistorisches Rechercheprojekt entworfen und bearbeitet. Die Studierenden sollen lernen eigene physikhistorische Frage-stellungen zu finden und erfolgreich zu bearbeiten.


Aktive Teilnahme am Seminar


Mdl. Präsentation der Ergebnisse (100%)



Empfohlene Literatur Wolfgang Schreier (Hrsg.), Geschichte der Physik. Ein Abriss. (Diepholz, Stuttgart, Berlin 2008), Iwan Rhys Morus, When Phy-sics Became King (Chicago 2005); Helge Kragh, Quantum Gene-rations A History of Physics in the Twentieth Century (Princeton 1999); Spezifische Literatur wird zu Beginn des Semesters ge-nannt.


Seite 142 von 144

Forschungsphase

3. Semester

Modulnummer:

Modulbezeichnung: Einführung in das wissenschaftliche Arbeiten

Modulverantwortliche(r): apl. Prof. Dr. Frank Schmidl

Dozent(in): Betreuender Hochschullehrer der jeweiligen Arbeit

Sprache: Deutsch oder englisch

Zuordnung zu den Studiengängen Pflichtmodul im Studiengang M.Sc. Physik im 3. Semester

Lehrform / SWS: 12 SWS, Praktische kreative wissenschaftliche Arbeit unter Anlei-tung des betreuenden Hochschullehrers, der die Arbeit ausgibt, und eines wissenschaftlichen Mitarbeiters.

Arbeitsaufwand: Literaturstudium: 110 h

Wissenschaftliche Tätigkeit: 300 h

Präsentation anfertigen: 40 h


Leistungspunkte: 15


Lernziele / Kompetenzen: Selbständiges Erarbeiten von Kenntnissen aus der internationalen Fachliteratur

Kritisches Auseinandersetzen mit wissenschaftlichen Ergebnissen und Ableitung von Schlussfolgerungen für eigene Zielsetzungen

Kennenlernen der Methodik des wissenschaftlichen Arbeitens durch aktive Mitarbeit an Forschungsaufgaben

Präsentation wissenschaftlicher Ergebnisse

Inhalt: Die möglichen Themen des Moduls können aus allen Teilgebieten der Physik ausgewählt werden. Es muss ein betreuender Hoch-schullehrer für das jeweilige Thema an der Physikalisch-Astrono-mischen Fakultät gefunden werden.

Erarbeitung der wissenschaftlichen und technischen Grundlagen für die Masterarbeit.


Bericht über die durchgeführte wissenschaftliche Arbeit, beispiels-weise als Präsentation


Positive Bewertung der Präsentation (ca. 20 Minuten) mit an-schließender Diskussion

Medienformen: Medienunterstützte Präsentation der Ergebnisse

Literatur: Einschlägige Lehrbücher sowie relevante internationale Fachlite-ratur in englischer und deutscher Sprache

Seite 143 von 144

Modulnummer:

Modulbezeichnung: Projektplanung zur Masterarbeit




Zuordnung zu den Studiengängen Pflichtmodul im Studiengang MA Physik im 3. Semester

Lehrform / SWS: 12 SWS, Praktische kreative wissenschaftliche Arbeit unter Anlei-tung des betreuenden Hochschullehrers, der die Arbeit ausgibt und eines wissenschaftlichen Mitarbeiters.



Präsentation anfertigen: 40 h


Leistungspunkte: 15


Lernziele / Kompetenzen: Selbständiges Erarbeiten von Kenntnissen aus der internationalen Fachliteratur

Kritisches Auseinandersetzen mit wissenschaftlichen Ergebnissen und Ableitung von Schlussfolgerungen für eigene Zielsetzungen

Ausarbeitung eines wissenschaftlichen Arbeitsplans mit Arbeits-zielen


Inhalt: Das Modul Projektplanung dient der Definition des Inhaltes der Masterarbeit. Dazu muss mindestens ein Arbeitsthema auf wis-senschaftliche Relevanz und Durchführbarkeit analysiert werden.

Die möglichen Themen der Projektplanung können aus allen Teil-gebieten der Physik ausgewählt werden. Es muss ein betreuender Hochschullehrer für das jeweilige Thema an der Physikalisch-Ast-ronomischen Fakultät gefunden werden.


Abgabe eines Arbeitsplanes für die Masterarbeit, beispielsweise als Präsentation


Positive Bewertung einer Präsentation (ca. 20 Minuten) des Ar-beitsplanes mit anschließender Diskussion

Medienformen: Medienunterstützte Präsentation der Ergebnisse der Projektpla-nung


Seite 144 von 144

4. Semester

Modulnummer:

Modulbezeichnung: Masterarbeit




Zuordnung zu den Studiengängen Pflichtmodul im Studiengang M.Sc. Physik im 4. Semester

Lehrform / SWS: 25 SWS praktische kreative wissenschaftliche Arbeit unter Anlei-tung des betreuenden Hochschullehrers, der die Arbeit ausgibt und eines wissenschaftlichen Mitarbeiters.



Masterarbeit anfertigen: 250 h

Präsentation: 50 h


Leistungspunkte: 30

Voraussetzungen: Einführungsprojekt zur Masterarbeit

Lernziele / Kompetenzen: Selbständiges Erarbeitung von Kenntnissen aus der internationa-len Fachliteratur

Wissenschaftliche Arbeit in einem Forscherkollektiv nach einem Plan

Zusammenfassende Darstellung wissenschaftlicher Ergebnisse in der Masterarbeit


Inhalt: Das Thema der Materarbeit wird mit dem Einführungsprojekt fest-gelegt und kann aus allen Teilgebieten der Physik ausgewählt werden, die an der Physikalisch-Astronomischen Fakultät von Hochschullehrern vertreten werden.

Erarbeitung neuer wissenschaftlicher Kenntnisse auf einem Teil-gebiet der Physik unter Anleitung.


Abgabe der Masterarbeit


Positive Bewertung der Masterarbeit und der Präsentation der Er-gebnisse (ca. 20 Minuten) mit anschließender Diskussion, wobei sich die Modulnote zu gleichen Teilen aus den beiden Gutachten und der mündlichen Präsentation ergibt

Medienformen: Medienunterstützte Präsentation der Ergebnisse der Masterarbeit


Documents

FRIEDRICH - physik.uni-jena.deund... · Electronic Structure Theory ... Fundamentals of quantum optics ... Holography