Optikdesign

Die Auslegung von Strahlquellen und optischen Systemen gehört zu den Kernkompetenzen des Fraunhofer-Verbunds Light & Surfaces. Angefangen von den aktiven, strahlemittierenden Systemen über die Komponenten zur Strahlübertragung und Strahlformung bis hin zur Systemintegration wird die gesamte Kette des optischen Designs von den Verbundinstituten abgedeckt. Dies gilt sowohl für Strahlquellen zur Lasermaterialbearbeitung als auch für messtechnische und datentechnische Anwendungen.

Das Optikdesign umfasst dabei das gesamte Spektrum angefangen von diffraktiven und refraktiven optischen Elementen bis hin zu Bauelementen der integrierten Optik. Dies schließt insbesondere Freiformoptiken und Systeme, die mikrooptische und herkömmliche optische Komponenten kombinieren, ein.

Insbesondere die Fraunhofer-Institute Fraunhofer IOF und Fraunhofer ILT bieten die gesamte Entwicklung eines optischen Systems aus einer Hand: von der Idee über die Prototypenentwicklung bis hin zur Systemintegration. Hierbei werden neben dem optischen auch das opto-mechanische und opto-elektronische Systemdesign behandelt.

Vor allem für großformatige Optiken und hochintegrierte Systeme fokussiert sich das Fraunhofer IOF auf das Mechanikdesign und dessen Kombination mit dem Optikdesign, welche die Optimierung der Montage optischer Komponenten, benötigte Fügeprozesse, Entwürfe kinematischer Aufhängungen und die Entwicklung entsprechender Justieralgorithmen beinhaltet. Ein Schwerpunkt ist unter anderem das Design von Optikelementen mit geringer Masse und hoher Stabilität für Weltraumanwendungen.

Die Institute bieten ein umfassendes Paket zur Entwicklung seriennaher, kundenspezifischer Prototypen einschließlich der Auslegung klassischer, optischer Systeme mithilfe von sequentiellen und nicht-sequentiellen Raytracings, wellenoptischen Berechnungen sowie Toleranzanalysen. Optische Freiformflächen erlauben das Design nicht-abbildender Systeme zur Erzeugung gewünschter Leistungsdichteverteilungen.

Darüber hinaus werden folgende Leistungen angeboten:

• Faserkopplung, ein- und zweidimensionale Homogenisierung sowie Strahltransformation von Hochleistungslasern
• Mikrooptiken zur Strahlformung
• Frequenzstabilisierung und spektrale Überlagerung von Diodenlasern
• Modellierung thermischer Effekte in Hochleistungs-Laseroptiken

Am Fraunhofer IPM und am Fraunhofer IST liegen die Schwerpunkte im Design und in der Auslegung optischer Systeme, vor allem im Bereich messtechnischer Anwendungen, sowie auf Spektroskopieverfahren. Mit optischen Systemen und bildgebenden Verfahren lassen sich Oberflächen und 3D-Strukturen in der Fertigung auch bei hohen Produktionsgeschwindigkeiten analysieren und modifizieren. Optische Systeme müssen daher immer anwendungstauglich konzipiert werden, um z. B. Prozesse industrieller Produktion in Echtzeit zu optimieren oder Produkte zu authentifizieren. Entsprechend decken die Leistungen der Verbundinstitute den jeweiligen Anwendungsfall vom Konzept bis zur Prototypenrealisierung ab.