Optische Systeme

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Georg König

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Bei anspruchsvollen optischen Systemen stehen Optik, Mechanik und Elektronik in enger Interaktion. Adaption an dynamische Änderungen der Umgebungsbedingungen, einstellbare Intensitätsverteilungen bei Laseranwendungen, Kompensation optischer Fehler sowie eine variable Prozessanpassung sind Anforderungen die heute an optische Systeme gestellt werden. Die Gruppe Optische Systeme forscht an neuen Montageverfahren für kompakte optische Systeme, fertigungs- und montagegerechtem Design, Simulation thermischer Einflüsse sowie der Integration von Aktorik und Sensorik zur Steuerung und Regelung von Optiken. Darüber hinaus beschäftigt sich die Gruppe mit dem Design von Sonderoptiken für Anwendungen in der Lasermaterialbearbeitung, Prozessüberwachung und Strahlformung.

 
 

Simulation und Design

Modell einer Fokussiereinheit Urheberrecht: Fraunhofer ILT Modell einer Fokussiereinheit

Die Auslegung applikationsangepasster optischer Systeme, die den Anforderungen moderner Laserbearbeitungsverfahren Stand halten, gehört zu den Kernkompetenzen des Lehrstuhls. Neben dem Design von Systemen zur Erzeugung applikationsangepasster Leistungsdichteverteilungen stellen die Berücksichtigung von thermooptischen Effekten in hochbelasteten Linsensystemen sowie die Untersuchung des Propagationsverhaltens ultrakurzer Laserpulse weitere Schwerpunkte dar.

  • Auslegung applikationsangepasster optischer Systeme
  • Simulation auf Basis strahlen- und wellenoptischer Methoden
  • Durchführung von Sensitivitäts- und Toleranzanalysen
  • Fertigungs- und montagegerechtes Design
  • Analyse thermischer Einflüsse durch Kopplung von Raytracing und Finite Elemente Methoden (FEM)
 
 

Präzisionsmontage von Optiken

Anlage zur automatisierten Optikmontage Urheberrecht: Fraunhofer ILT Anlage zur automatisierten Optikmontage

Die präzise Montage und Justage von Optischen Systemen bestimmt neben dem Design maßgeblich die optische Qualität des Systems. Hierbei steht ein erhöhter Automatisierungsgrad meist einer erhöhten Genauigkeit gegenüber. Innovative Designkonzepte, modellbasierte Software und neuste Montagestrategien ermöglichen es diesen Gegensatz aufzulösen. Die Forschungsschwerpunkte des Lehrstuhls liegen hierzu in:

  • Aufbau optischer Systeme in Planartechnik
  • Entwicklung von Justage- und Montagestrategien
  • Kompensation von Toleranzeffekten
  • Modulare Optikmontage mit hoher Genauigkeit (300 Nanometer)
  • Designkonzepte zur automatisierten Montage
 
 

Aktive und geregelte Systeme

Facettenspiegel zur flexiblen Strahlformung Urheberrecht: Fraunhofer ILT Facettenspiegel zur flexiblen Strahlformung

Die wachsenden Anforderungen an die Flexibilität und Dynamik optischer Systeme, um innovativen Anwendungen der Lasermaterialbearbeitung gerecht zu werden, verlangen zunehmend die Integration von aktiven und geregelten Komponenten in optische Systeme. Neben der automatisierten Positionierung optischer Elemente, bieten zum Beispiel flexible Strahlformungselemente mit einer großen Anzahl an Freiheitsgraden vielfältige Möglichkeiten, die von dem Lehrstuhl untersucht werden. Zu den Arbeitsschwerpunkten in diesem Bereich gehören:

  • Design von Optiken mit variablen Strahlformungs- und Führungseigenschaften
  • Integration von Aktoren und Sensoren in optische Systeme
  • Entwicklung elektro-optischer Modulatoren (Pockelszelle für miniaturisierte Beschriftungslaser)
  • Entwicklung hardwarebasierter deterministischer Regelarchitekturen mittels Field Programmable Gate Array FPGA