Quantenoptik für Fachinformatikerinnen: Photonen, Laser und Spektroskopie

Question 1

Welcher der folgenden Begriffe beschreibt die Energie eines Photons?

Accepted Answer

Das Produkt aus Planck-Konstante und Frequenz

Answer

Das Verhältnis aus Planck-Konstante und Wellenlänge

Answer

Das Verhältnis aus Geschwindigkeit des Lichts und Frequenz

Answer

Das Produkt aus Lichtgeschwindigkeit und Wellenlänge

Question 2

Welches der folgenden physikalischen Prinzipien beschreibt die Verstärkung von Licht durch stimulierte Emission?

Accepted Answer

Laserprinzip

Answer

Photoelektrischer Effekt

Answer

Holographie

Answer

Interferenz

Question 3

Welche der folgenden Verfahren wird zur Identifizierung und Analyse von Substanzen durch ihre Wechselwirkung mit elektromagnetischer Strahlung verwendet?

Accepted Answer

Spektroskopie

Answer

Mikroskopie

Answer

Röntgenbeugung

Answer

Computertomographie

Question 4

Welcher der folgenden Zustände beschreibt die geringste Energie eines quantenmechanischen Systems?

Accepted Answer

Grundzustand

Answer

Angeregter Zustand

Answer

Metastabiler Zustand

Answer

Virtueller Zustand

Question 5

Welches der folgenden Phänomene erklärt die Beobachtung von zwei miteinander verschränkten Photonen, die sich selbst über große Entfernungen beeinflussen können?

Accepted Answer

Quantenverschränkung

Answer

Interferenz

Answer

Polarisation

Answer

Beugung

Question 6

Welche der folgenden Wellenlängenbereiche wird für die Laseranwendung in der Medizin und Biotechnologie verwendet?

Accepted Answer

Sichtbarer Bereich

Answer

Ultravioletter Bereich

Answer

Infraroter Bereich

Answer

Mikrowellenbereich

Question 7

Welcher der folgenden Effekte beschreibt die Ablenkung einer Lichtwelle an der Grenzfläche zweier Materialien mit unterschiedlichen Brechungsindices?

Accepted Answer

Refraktion

Answer

Reflexion

Answer

Totalreflexion

Answer

Polarisation

Question 8

Welche der folgenden Lichtquellen emittiert spontan und inkohärent?

Accepted Answer

Glühlampe

Answer

Laser

Answer

LED

Answer

Synchrotron

Question 9

Welches der folgenden optischen Bauteile wird verwendet, um paralleles Licht zu erzeugen?

Accepted Answer

Kollimator

Answer

Linse

Answer

Prisma

Answer

Interferenzfilter

Question 10

Was beschreibt das Funktionsprinzip eines Lasers?

Accepted Answer

Emission von kohärenter und monochromatischer Strahlung

Answer

Emission von Licht nur im sichtbaren Spektrum

Answer

Erzeugung von besonders heller Strahlung

Answer

Abstrahlung ohne Wärmeentwicklung

Question 11

Durch welchen Prozess emittieren Atome Licht?

Accepted Answer

Emission

Answer

Absorption

Answer

Reflexion

Answer

Beugung

Question 12

Was unterscheidet spontane von stimulierter Emission?

Accepted Answer

Spontane Emission erfolgt zufällig, stimulierte Emission wird durch ein Photon ausgelöst.

Answer

Stimulierte Emission erfolgt zufällig, spontane Emission wird durch ein Photon ausgelöst.

Answer

Beide Prozesse emittieren Licht gleicher Wellenlänge.

Answer

Beide Prozesse erfordern einen angeregten Zustand.

Question 13

Welche Aussage zur Wechselwirkung von Licht und Materie ist korrekt?

Accepted Answer

Licht kann elastisch und unelastisch mit Materie wechselwirken.

Answer

Licht wechselwirkt nur mit Materie, die elektrische Ladung trägt.

Answer

Licht wechselwirkt nur mit transparenter Materie.

Answer

Licht wechselwirkt nur mit Materie in Bewegung.

Question 14

Was ist die Funktion eines optischen Verstärkers?

Accepted Answer

Verstärkung der Leistung eines Lichtsignals

Answer

Änderung der Frequenz eines Lichtsignals

Answer

Änderung der Polarisation eines Lichtsignals

Answer

Änderung der Phase eines Lichtsignals

Question 15

Welche der folgenden Aussagen über Photonen ist korrekt?

Accepted Answer

Photonen sind Quanten des Lichts und besitzen sowohl Teilchen- als auch Welleneigenschaften.

Answer

Photonen sind ausschließlich Teilchen und haben keine Welleneigenschaften.

Question 16

Nenne die wesentliche Voraussetzung für das Funktionsprinzip eines Lasers.

Accepted Answer

Populationeninversion

Answer

Hohe Temperatur

Answer

Geringe Lichtintensität

Question 17

Welche Spektroskopiemethode untersucht die Wechselwirkung von Licht mit Molekülschwingungen?

Accepted Answer

Infrarotspektroskopie

Answer

Atomspektroskopie

Answer

Kernspektroskopie

Question 18

Was ist der Effekt, bei dem Elektronen aus einem Material durch Bestrahlung mit Licht emittiert werden?

Accepted Answer

Photoelektrischer Effekt

Answer

Brechung von Licht beim Übergang zwischen verschiedenen Materialien

Answer

Absorption von Licht durch ein Material

Question 19

Wie wird die fundamentale Konstante bezeichnet, die das elementare Wirkungsquantum beschreibt?

Accepted Answer

Plancksches Wirkungsquantum

Answer

Boltzmann-Konstante

Answer

Lichtgeschwindigkeit im Vakuum

Question 20

Welchen Wellenlängenbereich umfasst das für den Menschen sichtbare Licht?

Accepted Answer

400 nm bis 700 nm

Answer

1 cm bis 10 cm

Answer

1 μm bis 10 μm

Question 21

Was wird durch die Schrödinger-Gleichung beschrieben?

Accepted Answer

Die Wellenfunktion eines quantenmechanischen Systems

Answer

Die Bahnen von Elektronen in Atomen

Answer

Die Energie eines quantenmechanischen Systems

Question 22

Welche physikalische Größe bestimmt maßgeblich die Energie eines Photons?

Accepted Answer

Frequenz

Answer

Polarisation

Answer

Intensität

Question 23

Welche der folgenden Aussagen über Photonen ist korrekt?

Accepted Answer

Photonen sind masselose Teilchen mit Impuls.

Answer

Photonen sind Wellen mit unbestimmter Ausbreitungsgeschwindigkeit.

Answer

Photonen können in einem Vakuum nicht existieren.

Answer

Photonen sind Teilchen mit elektrischer Ladung.

Question 24

Wie lautet die Bedingung für stimulierte Emission?

Accepted Answer

Das System befindet sich in einem angeregten Zustand und wird durch ein Photon mit der gleichen Frequenz wie der Übergang stimuliert.

Answer

Das System befindet sich im Grundzustand und wird durch ein Photon mit höherer Frequenz als der Übergang stimuliert.

Answer

Das System befindet sich in einem angeregten Zustand und wird durch ein Photon mit niedrigerer Frequenz als der Übergang stimuliert.

Question 25

Welche Technik wird zur Untersuchung der Energiezustände von Atomen eingesetzt?

Accepted Answer

Atomspektroskopie

Answer

Interferometrie

Answer

Polarimetrie

Answer

Photometrie

Question 26

Welche Aussage zur Wechselwirkung von Licht und Materie ist korrekt?

Accepted Answer

Licht kann von Materie sowohl absorbiert als auch emittiert werden.

Answer

Licht kann nur von Materie emittiert werden.

Answer

Licht kann nur von Materie absorbiert werden.

Question 27

Worauf beruht das Prinzip des Fabry-Pérot-Interferometers?

Accepted Answer

Mehrfache Reflexionen von Licht zwischen zwei parallelen Spiegeln

Answer

Beugung von Licht durch einen engen Spalt

Answer

Interferenz von Licht zweier kohärenter Quellen

Question 28

Welche Anwendung steht im Zusammenhang mit Quantenoptik?

Accepted Answer

Laserchirurgie

Answer

Photovoltaik

Answer

Radioastronomie

Answer

Kernspaltung

Question 29

Welcher Zweck wird durch einen optischen Resonator in einem Laser erfüllt?

Accepted Answer

Bereitstellung von Rückkopplung und Verstärkung für die Laserstrahlung

Answer

Fokussierung der Laserstrahlung auf einen Punkt

Answer

Umwandlung der Laserstrahlung in andere Frequenzen

Question 30

Welche Aussage zur Quantenverschränkung ist korrekt?

Accepted Answer

Sie ermöglicht es zwei Teilchen, unabhängig von ihrem Abstand miteinander zu korrelieren.

Answer

Sie kann durch elektromagnetische Felder beeinflusst werden.

Answer

Sie ist nur zwischen identischen Teilchen möglich.

Question 31

Welche der folgenden Aussagen beschreibt die Wechselwirkung von Licht mit Materie auf Quantenebene korrekt?

Accepted Answer

Licht kann von Materie absorbiert, emittiert oder gestreut werden, wobei die beteiligten Energiemengen quantisiert sind, d. h. nur in diskreten Paketen auftreten können.

Answer

Licht verhält sich wie eine klassische Welle, die sich durch Materie bewegt, ohne dass Energie ausgetauscht wird.

Question 32

Was ist die grundlegende Einheit der Energie für Licht?

Accepted Answer

Photon

Answer

Elektron

Answer

Atom

Question 33

Welches Gerät nutzt die stimulierte Emission von Licht zur Erzeugung eines gebündelten, kohärenten Lichtstrahls?

Accepted Answer

Laser

Answer

Glühbirne

Answer

Leuchtdiode

Answer

Sonnenkollektor

Question 34

Welche Spektroskopie-Technik wird verwendet, um Informationen über die chemische Zusammensetzung von Stoffen zu erhalten, indem ihre Wechselwirkung mit Licht verschiedener Wellenlängen analysiert wird?

Accepted Answer

Atomspektroskopie

Answer

Röntgenspektroskopie

Answer

Elektronenmikroskopie

Answer

Massenspektrometrie

Question 35

Welche Voraussetzung muss erfüllt sein, damit Licht kohärent mit Materie wechselwirken kann?

Accepted Answer

Die Lichtwellen müssen dieselbe Frequenz und Phase haben.

Answer

Die Lichtwellen müssen dieselbe Amplitude haben.

Answer

Die Lichtwellen müssen dieselbe Polarisation haben.

Question 36

Welche Anwendung nutzt das Phänomen der Quantenverschränkung, bei dem zwei Teilchen auf eine Weise miteinander verbunden sind, dass sie unabhängig von der Entfernung miteinander korrelieren?

Accepted Answer

Quantenkryptographie

Answer

Mikrowellenherde

Answer

Sonnenkollektoren

Answer

Laserpointer

Question 37

Was besagt das Heisenberg'sche Unschärfeprinzip?

Accepted Answer

Es ist unmöglich, gleichzeitig den genauen Ort und Impuls eines Teilchens mit beliebiger Genauigkeit zu bestimmen.

Answer

Die Energie eines Teilchens kann nicht kleiner als seine Ruheenergie sein.

Question 38

Was ist spontane Emission von Licht?

Accepted Answer

Freisetzung von Licht durch angeregte Atome oder Moleküle, ohne dass äußere Kräfte einwirken.

Answer

Absorption von Licht durch Materie

Answer

Emission von Licht durch Laser

Question 39

Welche Eigenschaft ist charakteristisch für Bose-Einstein-Kondensate?

Accepted Answer

Sie verhalten sich wie ein einziges makroskopisches Wellenpaket, das kohärent ist und über große Entfernungen hinweg miteinander korreliert.

Answer

Sie sind elektrisch geladen.

Answer

Sie haben eine negative Temperatur.

Question 40

Welches Phänomen ist ein charakteristisches Merkmal der Quantenoptik?

Accepted Answer

Photonen

Answer

Radiowellen

Answer

Elektrische Felder

Answer

Gravitationswellen

Question 41

Welche Eigenschaft zeichnet Laserlicht aus?

Accepted Answer

Kohärente, monochromatische und gebündelte Lichtstrahlung

Answer

Inkosistente, polychromatische und diffuse Lichtstrahlung

Answer

Teilchenartige, unmonochromatische und gebündelte Lichtstrahlung

Question 42

Welche Spektroskopieart untersucht die Wechselwirkung elektromagnetischer Strahlung mit Atomen und Molekülen?

Accepted Answer

Atomspektroskopie

Answer

Kernspinresonanzspektroskopie

Answer

Massenspektroskopie

Answer

Röntgenspektroskopie

Question 43

Welches Prinzip beschreibt die Wechselwirkung von Photonen mit Materie?

Accepted Answer

Photoelektrischer Effekt

Answer

Lorentzkraft

Answer

Coulomb-Gesetz

Answer

Dopplereffekt

Question 44

Wie lautet die Formel für die Energie eines einzelnen Photons in Abhängigkeit von seiner Frequenz f?

Accepted Answer

hf

Answer

hf²

Answer

1/hf

Answer

h/f

Question 45

Welches Gerät findet in der Quantenoptik Anwendung zur Verstärkung von Lichtsignalen?

Accepted Answer

Laserdiode

Answer

Spektrometer

Answer

Fotomultiplier

Answer

Interferometer

Question 46

Welcher Mechanismus beschreibt die spontane Emission von Photonen?

Accepted Answer

Einstein-A-Koeffizient

Answer

Franck-Condon-Prinzip

Answer

Rydberg-Formel

Answer

Einstein-B-Koeffizient

Question 47

Welche Anwendung der Quantenoptik findet sich in der Medizin?

Accepted Answer

Laserchirurgie

Answer

Röntgenbildgebung

Answer

Ultraschalluntersuchung

Answer

Kernspintomographie

Question 48

Was ist ein wesentliches Merkmal eines Bose-Einstein-Kondensats?

Accepted Answer

Makroskopische Quantenüberlagerung

Answer

Supraleitung

Answer

Elektrische Isolierung

Answer

Magnetische Ordnung

Question 49

Photonen sind Teilchen mit:

Accepted Answer

einer Energie, die proportional zur Frequenz des Lichts ist.

Answer

einer Masse.

Answer

einer elektrischen Ladung.

Question 50

Welche Methode misst Atomspektren?

Accepted Answer

Absorptionsspektroskopie

Answer

Massenspektrometrie

Answer

Röntgendiffraktometrie

Answer

Kernspinresonanzspektroskopie

Question 51

Welche Anwendung nutzt das Prinzip der Quantenverschränkung?

Accepted Answer

Quantenkryptographie

Answer

Sonnenkollektoren

Answer

Mikrowellenherde

Answer

Laserpointer

Question 52

Welcher Vorteil ergibt sich aus der Verwendung von Quantenpunkten in der Biomedizin?

Accepted Answer

Sie können als Fluoreszenzmarker zur Visualisierung biologischer Prozesse verwendet werden.

Answer

Sie können als Speichermedien für Daten verwendet werden.

Answer

Sie können als Katalysatoren für chemische Reaktionen verwendet werden.

Question 53

Wozu dient eine Blende in einem optischen System?

Accepted Answer

Begrenzung der Lichtmenge, die das System durchläuft.

Answer

Erzeugung von Interferenzen zwischen Lichtwellen.

Answer

Fokussierung des Lichts auf einen bestimmten Punkt.

Question 54

Welche Aussage zur Wechselwirkung von Licht mit Materie ist falsch?

Accepted Answer

Licht kann nur mit Materie wechselwirken, wenn die Energie der Photonen kleiner ist als die Bandlücke des Materials.

Answer

Licht kann durch Absorption, Streuung oder Reflexion mit Materie wechselwirken.

Question 55

Welcher Prozess ist für die Verstärkung von Licht in einem Laser verantwortlich?

Accepted Answer

Stimulierte Emission

Answer

Spontane Emission

Answer

Absorption

Answer

Reflexion

Question 56

Welcher Wellenlängenbereich ist charakteristisch für sichtbares Licht?

Accepted Answer

400 nm - 700 nm

Answer

100 GHz - 1 THz

Answer

1 µm - 10 µm

Answer

10 nm - 100 nm

Question 57

Welche Aussage über die Wechselwirkung von Licht mit Materie ist korrekt?

Accepted Answer

Licht kann Materie anregen und zu Emissionsspektren führen, die Informationen über die Energiezustände der Materie liefern.

Answer

Die Wechselwirkung von Licht mit Materie führt immer zu einer Erwärmung.

Answer

Licht kann nur von bestimmten Materialien absorbiert werden.

Answer

Licht kann nur von Materie absorbiert und nicht emittiert werden.

Question 58

Welcher Begriff beschreibt die Fähigkeit eines Materials, Licht zu absorbieren und wieder auszustrahlen?

Accepted Answer

Lumineszenz

Answer

Transmission

Answer

Absorption

Answer

Reflexion

Question 59

Welche Farbe entspricht der längsten Wellenlänge im sichtbaren Spektrum?

Accepted Answer

Rot

Answer

Grün

Answer

Blau

Answer

Gelb

Question 60

Welcher Effekt beschreibt die Emission eines Photons durch ein angeregtes Atom, das nicht durch ein externes Photon beeinflusst wird?

Accepted Answer

Spontane Emission

Answer

Stimulierte Emission

Answer

Raman-Streuung

Answer

Absorption

Question 61

Was ist der Hauptunterschied zwischen einem normalen Lichtstrahl und einem Laserstrahl?

Accepted Answer

Laserlicht ist kohärent, während normales Licht inkohärent ist.

Answer

Laserlicht ist monochromatisch, während normales Licht polychromatisch ist.

Answer

Laserlicht hat eine geringere Intensität als normales Licht.

Answer

Laserlicht hat eine höhere Wellenlänge als normales Licht.

Question 62

Welche der folgenden Anwendungen basiert *nicht* direkt auf dem Prinzip der Laserspektroskopie?

Accepted Answer

Laser-Scanner in Supermärkten

Answer

Bestimmung der Konzentration von Stoffen in Lösungen

Answer

Geschwindigkeitsmessung von Objekten mit dem Doppler-Effekt

Answer

Analyse der chemischen Zusammensetzung von Materialien

Question 63

Wie nennt man die kleinste Energieeinheit, die ein Atom absorbieren oder emittieren kann?

Accepted Answer

Photon

Answer

Elektron

Answer

Quanten

Answer

Atomkern

Question 64

Welche Art von Spektroskopie nutzt Laserlicht, um die Zusammensetzung von Stoffen zu analysieren?

Accepted Answer

Laserinduzierte Fluoreszenzspektroskopie

Answer

UV-Vis-Spektroskopie

Answer

Röntgenspektroskopie

Answer

Massenspektroskopie