Simulation – Optik und Laser

Mit Software zur Modellierung und Simulation lassen sich verschiedene laserbasierte Prozesse effizienter und individueller gestalten oder überhaupt erst umsetzen. Am Fraunhofer ILT werden beispielsweise Softwaretools  entwickelt, die die spezifische Auslegung  eines Laserstrahls für bestimmte Aufgaben durch Formung des Intensitätsprofils ermöglicht. So eignen sich entsprechende Lösungen hervorragend für die Optimierung von Laserschneiden von Glas, Metallen oder anderen Werkstoffen oder von laserbasierten Anwendungen in der Medizin.

Das Fraunhofer ILT entwickelt darüber hinaus Algorithmen zur Auslegung von optischen Freiformflächen, mit denen Umverteilungen der Laserleistung durch Lichtbrechung und -reflexion und somit gewünschte Intensitätsprofile erzeugt werden können. Brechende und reflektierende Oberflächen lassen sich dabei in einem optischen Element kombinieren und gewünschte Leistungsdichteverteilungen bei maximaler Lichtleistung erhalten. Durch das gezielte Optikdesign entstehen zunächst virtuelle Prototypen, deren Eigenschaften mit Simulationssoftware überprüft werden. Kommerzielle und selbst entwickelte Tools werden zur Auslegung von Optiken genutzt und helfen dabei, die lichttechnische Funktion zu verifizieren und den Einfluss von Fertigungs- und Montagetoleranzen zu bestimmen.

Das Leistungsangebot umfasst neben Simulation und Modellierung auch die individuelle Beratung.

Mathematische Modellierung physikalischer Prozesse

• Wellenoptik
• Geometrische Optik
• Hydromechanik, Strukturmechanik
• Datenauswertung (Statistik, Klassifizierung etc.)

Numerik

• Lösung von partiellen Differentialgleichungen
• Numerische Optimierung
• Klassifizierung, genetische Algorithmen etc.

Entwicklung von Softwaretools

• Wellenoptisches Simulationstool OPT
• Freiformoptik-Designsoftware

Holters, M., Dirks, S., Stollenwerk, J., Loosen, P.:
Automated and model-based assembly of an anamorphic telescope.
SPIE OPTO, 22 February 2018, San Francisco, California, United States.
Proc. SPIE 10538, Optical Interconnects XVIII, 105380U (10 S.) (2018)
https://doi.org/10.1117/12.2291910

Prochnau, M., Stollenwerk, J., Loosen, P.:
Approach towards the digital optical twin.
International Optical Design Conference - IODC 2017,09-13 July 2017 Denver United States.
Proc. SPIE 10590, International Optical Design Conference 2017, 1059021, (6 S.) (2017)
https://doi.org/10.1364/IODC.2017.ITh3A.1

Bonhoff, T., Schniedenharn, M., Nippgen, S., Thombansen, U., Stollenwerk, J., Loosen, P., Poprawe, R.:
Multiphysikalische Analyse von optischen Systemen für die Lasermaterialbearbeitung.
35. CADFEM ANSYS Simulation Conference, Koblenz, 15.-17. Nov. 2017. (28 S.) (2017)

Bonhoff, T., Schniedenharn, M., Stollenwerk, J., Loosen, P.:
Experimental and theoretical analysis of thermo-optical effects in protective window for selective laser melting.
Lasers in Manufacturing LIM 2017, Munich, June 26-29 2017. (9 S.) (2017)

Moench, H., Andreadaki, A., Gronenborn, S., Kolb, J. S., Loosen, P., Miller, M., Schwarz, T., van der Lee, A., Weichmann, U.:
High power electrically pumped VECSEL and arrays
SPIE LASE, 2014, San Francisco, California, United States. Proceedings Volume 8966, Vertical External Cavity Surface Emitting Lasers (VECSELs) IV; 89660H (2014)
https://doi.org/10.1117/12.2037578

Wester, R.:
Physical optics methods for laser and non-linear optics simulations
Adv. Optical Technol. 2 (3), 247-255 (2013)
https://doi.org/10.1515/aot-2012-0060

Flemmer, J., Pirch, N., Witzel, J., Gasser, A., Wissenbach, K., Kelbassa, I.:
LACAM3D, CAM solution for tool path generation for build up of complex aerospace components by laser powder deposition
Proceedings of the 37th International MATADOR Conference, 61-64 (2012)
http://hdl.handle.net/11420/12306

Pirch, N., Keutgen, S., Gasser, A., Wissenbach, K., Kelbassa, I.:
Modeling of coaxial single and overlap-pass cladding with laser radiation
Proceedings of the 37th International MATADOR Conference, pp. 377-380 (2012)
https://doi.org/10.1007/978-1-4471-4480-9

Nastasi, G., Wester, R., Colla, V., Noll, R.:
Determining inclusion size distributions from OES/PDA data. 
Proc. of the CETAS 2011, Luxembourg, 17.-19. Mai 2011. pp. 495-501, 2011

Thombansen, U., Schüttler, J., Auerbach, T. [u.a.]:
Model-based self-optimization for manufacturing systems. 
Proc. of the 2011 Int. Conf. on Concurrent Enterprising (ICE 2011). Eds.: K.-D. Thoben [u.a.] Piscataway, NJ : IEEE 2011. 9 S. (2011)

Vossen, G., Schüttler, J.:
Mathematical modelling and stability analysis for laser cutting. 
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https://doi.org/10.1080/13873954.2011.642387

Funck, M. C., Loosen, P.:
Statistical simulation of selectively assembled optical systems
SPIE Optical Engineering + Applications, 2009, San Diego, California, United States. Proceedings Volume 7427, Optical Modeling and Performance Predictions IV; 74270B (2009)
https://doi.org/10.1117/12.827376

Maurer, H., Vossen, G.:
Sufficient conditions and sensitivity analysis for optimal bang-bang control problems with state constraints
Sufficient Conditions and Sensitivity Analysis for Optimal Bang-Bang Control Problems with State Constraints. In: Korytowski, A., Malanowski, K., Mitkowski, W., Szymkat, M. (eds) System Modeling and Optimization. CSMO 2007. IFIP Advances in Information and Communication Technology, vol 312. Springer, Berlin, Heidelberg, 82-99, (2009)
https://doi.org/10.1007/978-3-642-04802-9_4

Vossen, G.:
Switching time optimization for bang-bang and singular controls
J. Optimization Theory Appl.144, 409-429, (2009)
https://doi.org/10.1007/s10957-009-9594-4

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