Optisches Design

Die „Agenda Photonik 2020“, eine durch das BMBF geförderte und aus der Industrie heraus geführte Initiative, trägt zusammen, dass die Leitmärkte in der Photonikbranche sowohl in der Produktion als auch auf den Gebieten Gesundheit, Kommunikation, Beleuchtung sowie Energie nachhaltig zu fördern sind, um den Wirtschaftsstandort Deutschland auch zukünftig für den internationalen Wettbewerb konkurrenzfähig zu halten. Ebenso führt die zunehmende Verbreitung photonischer Netze in industriellen wie infrastrukturellen Bereichen zur Forderung nach Neuentwicklungen in der optischen Aufbau- und Verbindungstechnik. Somit werden Möglichkeiten zur Erschließung weiterer Anwendungsfelder für passive und aktive optisch funktionalisierte Systemkomponenten eröffnet.

Das Potenzial präziser, ortsaufgelöster Dehnungsmessungen oder die Kapazität zur Übertragung sehr großer Datenmengen sind zwei Beispiele für den vorteilhaften Einsatz optischer Systeme. Neben den allgemeinen Vorteilen der optischen Signalleitung, wie vorwiegende Störfestigkeit gegenüber elektromagnetischer Strahlung, Funkenfreiheit zum Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen oder dem geringen Gewicht im Vergleich zu Kupferkabeln, nutzen moderne Technologien die Möglichkeiten, optische Wellenleiter in Strukturbauteile zu integrieren. Fragen zur Integration optischer Leiter in GFK-Verbundbauteile oder in Leiterplatten sind u. a. Gegenstand aktueller Forschung.

Ungelöst sind jedoch Fragen zur Signalübergabe an Knotenpunkten in photonischen Netzen. So existieren Möglichkeiten der optisch-elektrischen und elektrisch-optischen Signalwandlung. Eine ausschließlich passive Kopplung optischer Signale unterliegt gegenwärtig unterschiedlichen Limitierungen. Diese und weitere Herausforderungen der optischen Aufbau- und Verbindungstechnik greift die dislozierte Forschergruppe auf.

Das Ziel dieser Forschergruppe ist die Erforschung von Verfahren und Technologien für die Auslegung, Konstruktion und Fertigung dreidimensionaler, optisch funktionalisierter, mechatronischenBauteilen (3D-opto MID). Dies beinhaltet:
1. Entwicklung eines drucktechnischen Verfahrens zur Oberflächenbeschichtung mit lateralen
Strukturauflösungen kleiner als 1 μm
2. Technologie zur Fertigung optischer Wellenleiter auf 3D-geformten Oberflächen zur
Führung optischer Signale auf Strukturformbauteilen
3. Passives Koppelkonzept für eine nachträgliche Aufteilung des optischen Signals entlang
des optischen Pfades von Lichtwellenleitern während der Feldmontage
4. Fertigungsverfahren für die direkte Anbindung optoelektronischer Wandlerbausteine an
Wellenleiter durch einen Abformprozess zur monolithischen Integration optischer
Systemkomponenten zu fördern
5. Verfahren zur Fertigung 3D-wellenführender Strukturen zur Integration hochdichter
Wandlerarrays auf Mikroebene und deren Kopplung an optische Wellenleiter auf
Makroebene
6. Rechnerbasierte Methoden für die Konstruktion und Simulation von 3D-opto MIDs.

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Kurze optische Laserpulse mit Pulsdauern von Nanosekunden (ns) bis hinab zu wenigen Femtosekunden (fs) werden in vielen Bereichen der physikalischen Grundlagenforschung, der ingenieurwissenschaftlichen angewandten Forschung und der industriellen Praxis verwendet. Im Rahmen des Vorhabens soll ein Simulationsverfahren für die elektromagnetische Feldverteilung von kurzen optischen Pulsen (ns bis zu wenigen fs Pulsdauer) im Fokus eines realen optischen Systems mit hoher numerischer Apertur (bis…

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Um ein vollständiges Abbild der gesamten Prozesskette des Herstellungsverfahrens von gedruckten Polymer Optischen Wellenleitern (POW) zu erhalten, ist es notwendig, ein virtuelles Abbild dieser zu erstellen. So können schon im Designprozess der Wellenleiter und Koppelstellen auf opto-mechatronischen Baugruppen Aussagen über die optischen Eigenschaften getroffen werden. Mit der durch die Forschergruppe OPTAVER (FOR 1660/0) entwickelten Designstrategie können sowohl die geometrischen als auch opt…

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