KoSimO - Ganzheitliche Konzeption und Simulation moderner Optiksysteme - Jena

Die InnoProfile-Initiative "nanoreplica" (2006-2010) will ihr regionales Innovationsprofil mit dem folgenden Vorhaben stärken und weiterentwickeln:

Die InnoProfile-Transfer-Initiative

Die dynamische Weiterentwicklung der technologischen Fertigungsmöglichkeiten der letzten Jahre, die Verfügbarkeit neuartiger Optikkomponenten und der massive Einsatz digitaler Verfahren in der Signal- und Bildentstehung optischer Systeme machen es zunehmend schwierig, neuartige Systemansätze bereits in der Konzeptionsphase zu simulieren und in ihrer vollständigen Funktionalität effizient und optimal auszulegen. Erschwerend kommt die Verschmelzung der Disziplinen von Optik, Mechanik und Digitalelektronik hinzu.

Das Projekt setzt hier an und soll die notwendigen Möglichkeiten für die Systemauslegung und -optimierung hinsichtlich allgemeiner Modelle, effizienter Berechnungsalgorithmen speziell aus Sicht der praktischen Umsetzung erweitern und teilweise neu schaffen.

Insbesondere die Fragestellungen, die in der Region Thüringen in zahlreichen kleinen und mittleren Unternehmen in der Produktentwicklung wichtig sind, werden integriert. Modelle, Algorithmen und Implementierungen sollen erarbeitet werden, um diese Probleme erfolgreich zu lösen.

Gleichzeitig soll durch eine enge Vernetzung mit der Universität Jena auch in Aus- und Weiterbildung zu diesen Methoden eine gute Grundlage für die Verfügbarkeit von wissenschaftlichem Fachpersonal gelegt werden.

Die Ziele

Klassische abbildende Optiksysteme haben eine sehr lange Tradition und werden relativ gut beherrscht. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass bei Einsatz moderner Systemkomponenten – beispielsweise Arrays, segmentierte Spiegel, spatial light modulators, Freiformflächen und neuartige Detektionssysteme – viele der konventionellen Methoden nicht ausreichend sind und weiterentwickelt werden müssen. Diesem Aspekt sollen die Teilprojekte 1 und 2 Rechnung tragen.

Ein etwas anders gelagerter Themenkomplex sind Beleuchtungssysteme, die klassisch nur mit relativ einfachen Modellierungswerkzeugen ausgelegt und verbessert werden. Während im abbildenden Bereich oft höchste Qualität gefordert wird, sind in Beleuchtungssystemen völlig andere Kriterien und Erfolgsfaktoren wie Effizienz und thermische Stabilität wichtig. Speziell eine zunehmende Bedeutung physikalischer Effekte und Wirkprinzipien in modernen Systemen in Verbindung mit allgemeinen partiell kohärenten nicht-klassischen Lichtquellen stellen die Simulation heutzutage noch vor sehr große Probleme. Die häufig gewünschten gleichmäßigen Intensitätsverteilungen werden durch eine Restkohärenz gestört und weisen eine körnige Struktur auf. Verbesserte Ansätze, Algorithmen und Werkzeuge sollen geschaffen werden, um Probleme dieser Art in den Griff zu bekommen und für viele alltägliche Fragestellungen eine Hilfestellung zu geben.

Das Ziel des Projektes ist es, die zu den oben aufgeführten Themenblöcken notwendigen Modelle und Algorithmen zur Simulation zu erstellen und für praktikable Implementierungen zu sorgen.

Die thematischen Schwerpunkte

Das Vorhaben ist in fünf Themenfelder untergliedert, die zwar eng zusammenhängen, aber nicht zwingend aufeinander aufbauen. Damit sollen die wichtigen Bereiche innovativer Optiksysteme für neue Komponenten sowie für Beleuchtungssysteme (insbesondere partiell kohärente) adressiert werden.

1. Physikalisch-optische Simulationsmethoden

  • Modelle und Algorithmen für Systeme mit komplexen Komponenten
  • Effiziente wellenoptische Berechnung von 'bad systems'
  • Modellierung von Systemen mit eingebetteten Mikrosystemen
  • Lichtausbreitung in inhomogenen Medien

2. Auslegung komplexer Systeme

  • Optimierung segmentierter Komponenten in Systemen
  • Einbeziehung wellenoptischer Effekte in die Systemoptimierung
  • Kriterien und Analyse von Multi-path-Systemen
  • Synthese und Analyse von Freiformflächen-Systemen

3. Partiell kohärente Systeme

  • Effiziente Berechnungsalgorithmen für partiell kohärente Abbildungen
  • Propagation partiell kohärenter Multimodestrahlung
  • Messung partiell kohärenter Quellen unter Simulationsaspekten
  • Speckle-Simulation

4. Auslegung und Optimierung von Beleuchtungssystemen

  • Allgemeine Lichttransportberechnung mittels TIE
  • Lichtausbreitung in streuenden Medien
  • Optimierung von Beleuchtungssystemen
  • Methodik zur Auslegung von Freiformflächensystemen

5. Layout von high-energy Laser Systemen

  • Integrierte thermo-optisch mechanische Simulation der Strahlausbreitung
  • Simulation von Frequenzverdopplung
  • Axiale Pumpsysteme mit LED Quellen
  • Modenauswahl und spektrale Performance von Resonatoren
  • Adaptive Strahlprofilierung

Die Partner

Die Stiftungsprofessur wurde am Institut für Angewandte Physik, Friedrich-Schiller-Universität Jena eingerichtet und wird durch folgende Einrichtungen finanziert:

  • Layertec GmbH, Mellingen (Th)
  • aspericon, Jena
  • GRINTECH GmbH, Jena
  • BATOP GmbH, Jena
  • LASOS Lasertechnik GmbH, Jena
  • CiS Forschungsinstitut für Mikrosensorik und Photovoltaik GmbH, Erfurt
  • Lastronics GmbH, Jena
  • MAZeT GmbH, Jena
  • Fresnel Optics GmbH, Apolda (Th)
  • Optic Balzers, Balzers (Lichtenstein)
  • Docter Optics GmbH, Neustadt an der Orla (Th)
  • Active Fiber Systems GmbH, Jena
  • piezosystem jena GmbH, Jena)

Die Forschungsarbeiten der Gruppe werden am Fraunhofer Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik Jena durchgeführt.

Kontakt

Prof. Dr. Herbert Gross Friedrich-Schiller-Universität Jena
Physikalisch-Astronomische Fakultät
Institut für Angewandte Physik
Albert-Einstein-Straße 15
07745 Jena
Tel.: 03641 947-992
Fax: 03641 947-802
E-Mail: herbert.gross[at]uni-jena.de
http://www.iap.uni-jena.de/Optical+System+Design/Research/KoSimO.html


Nähere Informationen zum vorangegangenen InnoProfile-Projekt "nanoreplica" finden Sie hier. Weitere Informationen zum ebenfalls aus dieser InnoProfile-Initiative hervorgegangenen InnoProfile-Transfer-Vorhaben "OptofluidChip" finden Sie hier.