EXPEDITION LICHT

Lasermaterialbearbeitung als Anwendungsbeispiel für Optik und Physik

Im Rahmen der Profiloberstufe wird in Hamburg ergänzend zu dem Unterricht an der Schule im Rahmen eines Seminars die Möglichkeit gegeben, die theoretischen naturwissenschaftlichen Kenntnisse in der Anwendung kennenzulernen. Hierzu wurde in Kooperation zwischen dem iLAS (Laserstrahlschneiden mit Festkörperlasern) und der Fa. Rofin Sinar (Laserstrahlschneiden mit Gaslasern) im Frühjahr SuS der Klassen 11/12 der Sophie-Barat Schule ein Seminar angeboten, bei dem die Schüler praktische Schneidversuche durchführen, diese auswerten und die Einflüsse der unterschiedlichen Laserstrahlquellen analysieren. Im Anschluss wurde das gelernte durch Vorträge, die die Schüler an der TUHH halten, nachbereitet und der Lernerfolg kontrolliert. Wichtig ist den beteiligten Institutionen dabei, dass die SuS die Versuche selbstständig planen, durchführen und auswerten. Auch die verwendeten Werkstoffe und Konturen werden mit den SuS gemeinsam ausgewählt. So bekommen sie eine Vorstellung, wie in der Industrie gearbeitet wird (Bedienung einer Werkzeugmaschine), wie Prozesse entwickelt werden und welche Anwendung mit der Theorie der Physik verbunden ist.

Dieses Projekt wird weitergeführt, wenn die entsprechende Profilwahl der SuS die Einrichtung des Physik-Profils ermöglicht.

Schlagwörter:

Lasertechnik, Schneiden, Qualität, Programmierung einer Werkzeugmaschine, Wechselwirkung Material-Strahlung

Projektpartner:

Sophie-Barat-Schule, Warburgstr. 39, 20354 Hamburg, Tel: 040/45022910

Weitere Informationen:

Frühjahr 2011, jährlich bei Bedarf

http://www.sophie-barat-schule.de/

Schülerinnen und Schüler des Oberstufenprofils „Technik, Medien und Wirtschaft“ des Gymnasiums Farmsen (Teil des Oberstufenverbunds Wandsbek) haben vom 22.2.-1.3.2011 drei verschiedene Experimente im Institut bearbeitet:

Schülerinnen und Schüler des Gymnasiums Farmsen bei der Durchführung des Versuchs „akusto-optischer Effekt“

1. Akusto-optischer Effekt:

Dieser grundlegende physikalische Effekt, der durch die Wechselwirkung einer Schallwelle in einem festen oder flüssigen Medium mit einer Lichtwelle zustande kommt, findet in sogenannten akusto-optischen Modulatoren (AOM) Anwendung. Diese ermöglichen es, die Wellenlänge von Laserlicht zu modulieren sowie Licht auf Zeitskalen von einigen hundert Nanosekunden zu schalten. Da akusto-optische Modulatoren sowohl in der modernen Kommunikationstechnologie als auch in modernen Experimenten zur Quantenoptik am Institut für Laser-Physik sind Bezüge zu aktueller optischer Technik sowie zur Grundlagenforschung gegeben. Für den Schülerversuch werden ein Ultraschallgeber sowie eine Flüssigkeit (Wasser oder Alkohol) und ein roter Diodenlaser verwendet. Es wurden Beugungserscheinungen des Lichts beobachtet und vermessen sowie die durch den akusto-optischen Effekt hervorgerufene Frequenzverschiebung des Laserlichts sichtbar gemacht.

Ein akusto optischer Modulator, unverzichtbarer Baustein in modernen Quantengasexperimenten, nutzt den akusto-optischen Effekt aus

2. Festkörperlaser:

Ziel des Versuchs ist der Aufbau und die Justage eines Festkörperlasers bestehend aus Praseodym-YLF-Kristall, blauem Pumplaser und Resonatorspiegeln. Dazu werden Pumplaser, Laserkristall und Resonator Schritt für Schritt justiert, bis der Laser „anspringt“. Weiterhin werden im Rahmen des Versuchs grundlegende Messungen (Wellenlänge von Pumplicht und ausgekoppeltem Laserlicht, Kennlinie des Pumplasers, etc.) durchgeführt. Bei der Durchführung des Versuches wird nicht nur das bei Schülerinnen und Schülern bereits bekannte Laserprinzip anhand eines konkreten Beispiels vertieft, es werden zusätzlich grundlegende Arbeitsweisen der modernen Optik kennen gelernt.

3. Interferometrie:

Es wurden zwei verschiedene Interferometer, ein Michelson- und ein Mach-Zehnder-Interferometer aufgebaut und justiert. Im Rahmen dieses Schülerversuchs werden Messungen der Kohärenzlänge der benutzten Laser sowie der Wellenlänge des verwendeten Laserlichts durchgeführt, anhand derer sowohl Grundlagen des Wellenmodells des Lichts sowie Besonderheiten des Laserlichts verdeutlicht werden können. Des Weiteren ermöglicht der Versuch ein Verständnis für die Längenskalen im Nanometerbereich, auf denen mit Hilfe der Interferometrie Messungen durchgeführt werden können. Die theoretische Einführung und die Betreuung des Versuchs erfolgten durch Doktoranden des Instituts für Laser-Physik, wodurch ein direkter Kontakt mit Forschenden hergestellt und zusätzliche Motivation geschaffen wurde.

Die Experimente wurde von den Schülerinnen und Schülern begeistert durchgeführt und es ist geplant, die Kooperation mit dem Gymnasium Farmsen im jährlichen Rhythmus fortzuführen.

Schlagwörter:

Laser, LED, Licht-Materie-Wechselwirkung, Beugung am Gitter

Projektpartner:

Gymnasium Farmsen

Swebenhöhe 50, 22159 Hamburg, 040 645037-3, (http://www.gymnasium-farmsen.de/)

Weitere Informationen:

22.02.2011 – 01.03.2011, jährliche Wiederholung geplant

Bilderquellen:

Gymnasium Farmsen; ILP

Im Rahmen des Betriebspraktikums, welches je nach Schulform und Schule

in der Mittelstufe (9. und 10. Klasse) oder der Oberstufe (11. Klasse) durchgeführt wird, können Schülerinnen und Schüler während eines zwei- bis dreiwöchigen Aufenthalts am Institut für Laserphysik den Berufsalltag eines Grundlagenforschers kennen lernen. Dabei wird in der Regel in Zusammenarbeit mit Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern des Instituts ein eigenes kleines „Forschungsprojekt“ durchgeführt, in dessen Rahmen einzelne Teilaufgaben des Arbeitens in der Grundlagenforschung erledigt werden. Im den oben genannten Zeitraum hat ein Schüler der 9. Klasse des Gymnasiums Grootmoor das Projekt „Aufbau eines Stromtreibers für Laserdioden“ bearbeitet. Das dreiwöchige Praktikum begann mit einer Einführung in die Funktionsweise von Lasern und Laserdioden sowie praktische Versuche mit Lasern (Aufbau von Lasern, Interferometrie). Des Weiteren wurde mit der Software „EAGLE“, die am Institut zum Zeichnen von elektronischen Schaltplänen und zum Entwurf von Platinen benutzt wird, gearbeitet. Verschiedenen Schaltungen wurden realisiert und die zugehörigen Platinen entworfen und mit einer Ätzanlage hergestellt. Die Schaltungen wurden aufgebaut, vermessen und schließlich mit Laserdioden getestet.

Schlagwörter:

Betriebspraktikum, Laser, Photonik, Entwicklung elektronischer Komponenten, Testmessungen

Projektpartner:

Gymnasium Grootmoor,

Am Damm 47, 22175 Hamburg, 040 640873-0,

Weitere Informationen:

06.06.2011 – 24.06.2011

http://www.grootmoor.de/

Bilderquellen:

ILP

Am 28.3.2011 fand im Rahmen der Bremer KinderUni 2011

Thermobild

im BIAS-Bremer Institut für angewandte Strahltechnik ein Workshop für neun Schülerinnen und Schüler statt zum Thema.

„Was kann Licht und wie funktioniert eine Wärmebildkamera“ ?

In diesem Workshop wurde vermittelt, wie ein Laser funktioniert und was im Umgang mit dieser Technologie beachtet werden muss.

Thermobild der Teilnehmer

Es wurde mit einer Wärmebildkamera experimentiert und erforscht, welche Bereiche des Körpers besonders warm sind und wie ein Laserstrahl als Thermobild aussieht. Durch Versuche mit verschieden Temperaturen wird die Wirkweise der Thermobildkamera spielerisch erklärt.

Schlagwörter:

Laser, Wärmebildkamera

Weitere Informationen:

Einen Tag, Jährlich

http://www.kinderuni.uni-bremen.de/cms/

Bilderquellen:

Uni Bremen

Was wäre die Welt ohne Ingenieure? Kein elektrisches Licht, kein Telefon, kein Auto. Die Welt wäre nicht so, wie wir sie kennen. Von der Buchdruckkunst über Trinkwasseraufbereitung bis hin zu lebensnotwendiger Medizintechnik – wir brauchen Ingenieure, um zu funktionieren.

Werbeflyer Weltretter-Tag 2011

Am 21.05.2011 veranstaltet der Fachbereich Produktionstechnik der Universität Bremen den vierten Weltretter-Tag in Folge. In Schnuppervorlesungen und Workshops können Schülerinnen und Schüler der Klassen 10-13 einen Samstag lang einen Eindruck von dem Berufsbild der Ingenieure und dem dazugehörigen Studium an der Uni Bremen bekommen und überlegen, wie sie selbst die Welt retten könnten.

Im BIAS wurde der Workshop Laserchemische Mikromaterialbearbeitung angeboten, denn der Laser stellt den Allrounder unter den Werkzeugen in der Mikrostrukturierung dar. Dieser Workshop gab 13 Schülern einen Einblick in die laserchemische Mikromaterialbearbeitung und deren Anwendungsgebiete.

Schlagwörter:

Ingenieur, Mikromaterialbearbeitung, Laser

Projektpartner:

Fachbereich 4 Produktionstechnik, Universität Bremen

(http://www.werdeweltretter.de/index2.php)

Weitere Informationen:

Einen Tag; Jährlich

http://www.facebook.com/werdeweltretter

Bilderquellen:

Uni Bremen

Das 2-Tages-Praktikum wendet sich an Schüler

Schüler im Laserlabor

und Schülerinnen ab der 8.-9. Jahrgangsstufe (Vorbereitung eines Praktikumsplatzes), die in den Sommerferien alles über das Lasergravieren erfahren möchten. Außerdem werden Inhalte aus der Unfallverhütungsvorschrift „Laserstrahlung“ BGV B2 für Lasereinrichtungen in der Materialbearbeitung und Beschriftung behandelt. In dem Praktikum werden nicht nur die theoretischen Grundlagen vorgestellt sondern im Unterschied zu unserem 3-Tages-Seminar können die Teilnehmer im Rahmen des Praktikums in unserem Labor für Lasertechnik zusätzliche Erfahrungen und Kenntnisse erlangen. Die praktischen Übungen an den Laseranlagen können durch eigens mitgebrachte „Objekte“ ausgeführt werden.

Ziel: Die Schüler und Schülerinnen können nach erfolgreichem Praktikum, die Laserbeschriftungsanlagen selbst einstellen und praktische Aufgaben erfüllen. Durch das Praktikum werden die erforderlichen Kenntnisse und Erfahrungen beim Umgang mit Lasereinrichtungen vertieft und gefestigt.

Insbesondere ist dieses Basis-Praktikum als Vorstufe zu einem 3-4-Wöchigem Pflichtpraktikum der Schüler gedacht, die sich für diese Technologien besonders interessieren. Praktikantenplätze können angeboten werden.

Schlagwörter:

Optiken, Stahlteiler, Strahlquelle, Resonator, Brennweite, Laserstrahlenschutz

Projektpartner:

Hamburger Schulen; in Zusammenarbeit mit der Fa. TEMECO

Weitere Informationen:

Zweimal im Jahr, Termine auf Anfrage; Teilnehmerbegrenzung, kleine Gruppen

www.haw-hamburg.de/gruendungsservice

Bilderquellen:

HAW Hamburg; Werner Krassau

Das neue Praktikum „Optische Speicher“ wurde in

Spektralfarben auf einer CD

Zusammenarbeit mit der HAW Hamburg und der Stadtteilschule Poppenbüttel für Schüler und Schülerinnen aus der Oberstufe geschaffen und ist somit ein weiteres Modul für den Naturwissenschaftlichen Unterricht.

Das Speichermedium das mittels Licht, insbesondere Laserlicht, beschrieben und zur Wiedergabe des Gespeicherten abgetastet wird gehört heute zu den häufigsten optischen Speicherarten. Die zu Informationen die gespeichert werden sind z. B. Texte, Musik, Bilder und Sprache und werden in digitaler Form mit dem Laser in den optischen Speicher eingebrannt. Der größte Vorteil liegt in der überaus hohen Speicherkapazität.

Das Praktikum läst keine Wünsche offen. Im Rahmen einer anschaulichen Vorlesung werden die wesentlichen Technologien behandelt und Beispiele verschiedener optischer Speicher vorgestellt und selbst erlernt. Eigenschaften und Materialaufbau wird erläutert.

Mit einem Ausblick und einer Firmenbesichtigung schließt das Praktikum ab.

Schlagwörter:

Optik, optische Speicher, Speichermedien, Speichersysteme, Festplatten, CD, DVD

Projektpartner:

Stadtteilschule Poppenbüttel/Fa. Basler AG

Weitere Informationen:

Mehrmals im Jahr (Auf Anfrage); Teilnehmerbegrenzung

www.haw-hamburg.de/gruendungsservice

Bilderquellen:

HAW Hamburg; Werner Krassau

Das Ziel des Praktikums ist nicht nur die Vermittlung

Spektralfarben

von verschiedenen Ausführungsformen von optischen Speichermedien (CD, DVD, Festplatten etc.) sondern auch der Vermittlung physikalischen Grundlagen. Der Schwerpunkt dieses Praktikums ist aber das kennenlernen von wesentlichen Technologien zur Datenspeicherung. Auch auf den aktuellen Stand und dem Forschungsstadium heutiger Speichertechnologien wird eingegangen. Im Einzelnen werden auch die magnetischen Speicher (Magnetbänder und Festplatten etc.)vorgestellt. Im wesentlichen werden aber die optischen Speicher (CD, DVD, Blu-Ray) und Halbleiterspeicher (SRAM, DRAM etc.) im Praktikum behandelt. Mit Hilfe von Quecksilberlampen können die Gitterkonstanten ermittelt und in die vorhandenen Arbeitsblätter übertragen und ausgewertet werden.

Das Praktikum läst keine Wünsche offen. Mit einem Ausblick in die aktuelle Entwicklung und befindlichen Alternativtechnologien schließt das Praktikum mit einer umfangreichen Firmenbesichtigung.

Schlagwörter:

Optik, optische Speicher, Blu-Ray, Speichermedien, Speichersysteme, Festplatten, CD, DVD, DRAM

Projektpartner:

Emil Krause Gymnasium (Stadtteischule Barmbek)

Weitere Informationen:

Zweimal im Jahr, Termine auf Anfrage; Teilnehmerbegrenzung, kleine Gruppen

www.haw-hamburg.de/gruendungsservice

Bilderquellen:

HAW Hamburg; Werner Krassau

In Partnerschaft zwischen der Stadtteilschule Barmbek

Verschiedene Prismen

und der Hochschule für Angewandte Wissenschaften Hamburg wird ein Praktikum „polarisiertes Licht“ angeboten und durchgeführt. Dieses Praktikum bietet jährlich den Schülern und Schülerinnen der 7.-10. Klasse eine Vertiefung in den Naturwissenschaftlichen Fächern Physik, hier den Bereich der „Optik“. Verschiedene Einblicke in den theoretischen Hintergrund von polarisiertem Licht mit der Erzeugung verschiedener Polarisierungszustände werden im Praktikum dargestellt.

Persönliche Begegnungen mit Lehrenden und Studierenden der Hochschule und Teilnahme einer Besichtigung eines Unternehmens werden angeboten.

Schlagwörter:

Lichtwellenleiter Optik, Linsen, Prismen, Kristalle, Polarisation, Brechzahlen

Projektpartner:

Stadtteilschule Barmbek

Weitere Informationen:

Mehrmals im Jahr (Auf Anfrage); Teilnehmerbegrenzung

www.haw-hamburg.de/gruendungsservice

Bilderquellen:

HAW Hamburg; Werner Krassau

Das KIGA – Lab (Kindergarten Labor) ist eine Initiative der Universität Bremen

Kinder experimentieren

(Arbeitsbereich Didaktik) in Zusammenarbeit mit Frau Prof. Marquardt-Mau. Hier lernen Studierende und Kinder gemeinsam, begeben sich auf eine Forschungsreise und entdecken die Welt der physikalischen Phänomene in der belebten und unbelebten Natur. Das Vorhaben soll Kindergarten- und Grundschulkinder Naturwissenschaft und Technik in besonderen pädagogischen Spiel- und Experimentierangebote spielerisch näher bringen, um somit den Erfolg und die Neugier auf die, u.a. Physikalischen Phänomene zu steigern. An lebensnahen Praxisbeispielen entdecken und lernen die Kinder ob ein Regenwurm Augen hat. Zuerst werden die Regenwürmer mit Taschenlampen und danach unter Mikroskopen mit unterschiedlicher Vergrößerung untersucht und beobachtet.

Schlagwörter:

Mikroskope, Brennweite, Monookular, Licht, Strahlung, Spektrum, Phänomene

Projektpartner:

Universität Bremen, Forum Lehren und Lernen

Weitere Informationen:

Jährlich, Anmeldungen erforderlich

www.schule.uni-bremen.de

Bilderquellen:

Uni-Bremen