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Ganzheitliche Simulation von Optiksystemen 24.01.2017 | 16:45 Uhr - 18:15 Uhr

Die Berechnung und Simulation optischer Systeme hat eine lange Tradition und wurde vor mehr als 150 Jahren begonnen. Wenn man aber heute vergleicht, welchen Stand Simulationen z. B. im Automobilbau haben, wirken optische Simulationen fast archaisch und man ist von einem virtual prototyping noch weit entfernt. Die mathematische Basis für nahezu alle optischen Modellierungsfragen sind nach wie vor die Maxwellgleichungen, ihre Lösung erfordert aber erheblichen Aufwand und ist selbst bei heutiger Computertechnik und modernsten Algorithmen nur in wenigen Anwendungsszenarien möglich. Daher ist die Frage nach zulässigen Vereinfachungen, Näherungen und effizienten Algorithmen eine Schlüsselfrage für erfolgreiche Simulationen in der Optik. Die einfachste Möglichkeit ist die geometrische Optik und die Verwendung von Raytrace. Damit hat man über mehr als 100 Jahre Optiksysteme mit Erfolg modelliert. Heute aber gibt es im Wesentlichen drei große Themenfelder, die eine Erweiterung der traditionellen Ansätze notwendig machen. Es sind dies zunehmend physikalische Prinzipien in der Wirkungsweise optischer Systeme, die auch Eigenschaften des Lichts nutzen, die geometrisch-optisch nicht oder nur unzureichend erfasst werden können, wie Beugung, Polarisation, zeitliche Effekte oder Kohärenz. Daher sind wellenoptische Beschreibungen für viele moderne Anwendungen unverzichtbar. Ferner sind heutzutage auch Softwareaspekte wichtig, viele Systeme erfordern eine Signal- und Bildverarbeitung und können hinsichtlich ihrer Performance nur bewertet werden, wenn man diese Algorithmen einbezieht. Da sich schließlich im optischen Gerätebau auch zunehmend Kostenfragen und technologische Realisierung als wichtige Fragen stellen, versucht man seit einiger Zeit, auch reale Systeme zu modellieren, um die Auswirkungen nicht-perfekter Komponenten bestmöglich zu verstehen und vorhersagen zu können. Es sind also weitreichende Bestrebungen erkennbar, zu einer mehr ganzheitlichen Simulation optischer Systeme zu kommen und entsprechende Vorhersagen über die Qualität und eventuelle Probleme in der technologischen Realisierung bereits während der Entwicklung im Computer machen zu können. Damit erhofft man sich eine risikoarme und schnellere Entwicklung von Systemen im industriellen Umfeld. Im Vortrag werden die verschiedenen Aspekte und Probleme dieser Modellierungen skizziert und anhand praktischer Beispiele erläutert. Dabei wird auch auf die historische Entwicklung und den Stand heutiger Softwarepakete zur Bearbeitung entsprechender Simulationen eingegangen.

Referent/in

Prof. Dr. Herbert Gross, Friedrich Schiller Universität Jena, Institute of Applied Physics

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