Modellbildung und Simulation optischer Komponenten auf opto-mechatronischen Baugruppen zur Abbildung charakteristischer Kenngrößen

Modellbildung und Simulation optischer Komponenten auf opto-mechatronischen Baugruppen zur Abbildung charakteristischer Kenngrößen

(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

Titel des Gesamtprojektes:
Projektleitung:
Projektbeteiligte:
Projektstart: 1. Mai 2018
Projektende: 30. April 2021
Akronym: TP 6
Mittelgeber: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
URL: http://www.optaver.de/startseite/startseite.html

Abstract

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 optischen Parameter bestimmt und direkt an die Fertigungsanlagen überführt werden. Dabei ist die rechnergestützte Modellierung und Simulation von zentraler Bedeutung. Die in der ersten Förderperiode durchgeführten Arbeitspakete dienen diesem Ziel. Durch die Erweiterung des Lösungsansatzes auf 3D-optomechatronische Baugruppen (Modellierung) und der Simulation sowohl dreidimensionaler Wellenleiterpfade/Wellenleiter (bezogen auf gedruckte POW) als auch Kopplerstrukturen kann ein vollständiges virtuelles Abbild beschrieben werden. Außerdem können durch die Erweiterung der Simulation um eine schnelle wellenoptische Propagationsmethode die Kopplerstrukturen genau simuliert und Kenngrößen definiert werden, die nachher auch im CAD-Modell zur Verfügung stehen. Der Antragsteller Prof. Franke baut auf dem hausinternen Programm MIDCAD auf, das die Layoutgestaltung räumlicher, spritzgegossener Elektronikbaugruppen (3D-MID) unterstützt. Durch die entwickelten Datenschnittstellen zwischen MIDCAD und dem optischen Simulationssystem RAYTRACE ist es möglich, einen Austausch von Geometriemodellen und den daraus berechneten Ergebnissen zu Dämpfungswerten, u. a. resultierend aus Rauheit und Welligkeit der Wellenleiter, zu gewährleisten. Durch die Erweiterung der Produktmodelle, unter Berücksichtigung der Eigenschaften aus den Herstellungsprozessen, kann erreicht werden, dass die Wellenleiter mit ihren physikalischen, geometrischen, chemischen und optischen Eigenschaften modelliert und realitätsgetreu in ihrem Verhalten dargestellt werden können (3D-Opto-MID). Der Antragsteller Prof. Lindlein hat in Vorarbeiten das strahlenoptische Simulationswerkzeug RAYTRACE entwickelt, das die Simulation weitgehend beliebiger dreidimensional angeordneter optischer Systeme erlaubt. Außerdem besitzt das Programm als Erweiterung ein wellenoptisches Simulationstool (WaveSim). Durch die Erweiterung der (der Modellierung nachfolgenden) Simulation von gedruckten Lichtwellenleitern um eine wellenoptische Methode sollen auch Fälle simulativ untersucht werden, in denen eine strahlenoptische Simulation nicht ausreichend ist. Beispiele dafür sind die Verkleinerung der Abmessungen der Wellenleiter oder die Kopplung zweier Wellenleiter. Im Rahmen der Forschergruppe erfolgt die Einrichtung bidirektionaler Datentransfers zu den Arbeiten der Teilprojekte 1.2 bis 3.2.

Publikationen