Quantenoptische Experimente Als Grundlage Eines Curriculums Zur Quantenphysik des Photons.

Intro -- 1 Einführung -- 1.1 Zielsetzung und Aufbau der Arbeit -- 1.2 Bestehende Ausbildungskonzepte zur Quantenphysik -- 1.3 Auswahl des Quantenobjektes -- 1.4 Experimente zur Quantennatur von Licht -- 1.5 Kohärentes Licht: Quantenzustand vs. klassische e-m Welle -- 2 Repräsentation der Experimente -- 2.1 Animationen und Programme zur Quantenphysik -- 2.2 Lehrfilme zur Quantenphysik -- 2.3 Remotely-Controlled-Labs -- 2.4 Interaktive Bildschirmexperimente -- 2.5 Vergleich und Realisierung -- 2.5.1 Anpassung der IBE auf quantenoptische Experimente -- 2.5.2 Herstellung von quantenoptischen IBE -- 3 Experimente mit einzelnen Photonen -- 3.1 Experimentelle Grundlagen -- 3.1.1 Detektoren -- 3.1.2 Lasersysteme -- 3.1.3 Datenauswertung -- 3.1.4 Erzeugung von Photonenpaaren -- 3.1.5 Phasenanpassung im Kristall -- 3.1.6 Justierung der Experimente -- 3.1.7 Optimierung zum Zweck der Ausbildung -- 3.1.8 Messung der Koinzidenzen -- 3.2 Existenz des Photons -- 3.2.1 Korrelationsfunktion -- 3.2.2 Experiment -- 3.2.3 Anwendung des Experimentes in der Ausbildung -- 3.3 Photonenstatistik mit einem Strahlteiler -- 3.3.1 Photonenzahldarstellung -- 3.3.2 Experiment -- 3.4 Photonenstatistik mit einem TMD -- 3.4.1 Theorie -- 3.4.2 Experiment -- 3.4.3 Vergleich der Statistiken -- 3.5 Interferenz im Interferometer -- 3.5.1 Theorie -- 3.5.2 Experiment -- 3.5.3 Interferenz und Quantennatur -- 3.5.4 Interferenz und Weginformation -- 3.5.5 Analogieexperiment für die Schule -- 3.6 Interferenz am Doppelspalt -- 3.6.1 Theorie -- 3.6.2 Experiment -- 3.6.3 Doppelspalt vs. Interferometer -- 3.7 Zweiphotoneninterferenz am Strahlteiler -- 3.7.1 Interferenz zweiter und vierter Ordnung -- 3.7.2 Theorie zur Hong-Ou-Mandel Interferenz -- 3.7.3 Experiment zur Hong-Ou-Mandel Interferenz -- 3.8 Quantenkryptographie -- 3.8.1 Forschung -- 3.8.2 Grundlagen -- 3.8.3 Demonstrationsexperiment.

3.8.4 Analogieexperiment für die Schule -- 3.9 Verschränkung -- 3.9.1 Forschung -- 3.9.2 Quelle für verschränkte Photonen -- 3.9.3 Bell-Zustände -- 3.9.4 Winkelabhängigkeit -- 3.9.5 Nichtlokalität nach CHSH -- 3.9.6 Nichtlokalität nach Wigner -- 3.9.7 Nichtlokalität nach Hardy -- 3.9.8 Nichtlokalität für die Schule -- 3.10 Quantenzufall -- 3.10.1 Einführung -- 3.10.2 Prinzip des Quantenzufalls -- 3.10.3 Photonische Quantenzufallsgeneratoren -- 3.10.4 Demonstrationsexperiment -- 3.10.5 Zufall an einem Strahlteiler -- 3.10.6 Experiment mit separablen Photonenpaaren -- 3.10.7 Experiment mit verschränkten Photonenpaaren -- 3.10.8 Analyse der Quantenzufallszahlen -- 3.10.9 Quantenzufall für die Ausbildung -- 3.11 Sonstige Experimente -- 3.11.1 Gesetz von Malus -- 3.11.2 Abgeschwächtes Licht -- 4 Integration der Experimente in die Ausbildung -- 4.1 Ausbildungslabore -- 4.1.1 Vorüberlegungen -- 4.1.2 Station 1: Musikalischer Lichtleiter -- 4.1.3 Station 2: Prinzip der Quantenkryptographie -- 4.1.4 Station 3a: Interferenz und Prinzip Quantenradierer -- 4.1.5 Station 3b: Gesetz von Malus -- 4.1.6 Durchführung eines Labortages -- 4.2 Curriculum für die Schulausbildung -- 4.2.1 Vorüberlegungen -- 4.2.2 Schülervorstellungen und Konzeptwechsel -- 4.2.3 Methode des Lerntagebuchs -- 4.2.4 Unterrichtskonzept Teil 1: Unterrichtseinheit -- 4.2.5 Unterrichtskonzept Teil 2: Projektarbeit -- 4.2.6 Unterrichtskonzept Teil 3: Ausbildungslabor -- 4.2.7 Integration in die Lehramtsausbildung -- 4.3 Homepage QuantumLab -- 5 Diskussion, Zusammenfassung und Ausblick -- 5.1 Diskussion zur Annahme des Konzepts -- 5.2 Zusammenfassung -- 5.3 Ausblick auf weitere Arbeiten.

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