Fakultätsbericht 2016-2017 der Physikalisch-Astronomischen Fakultät

Forschung — 35 Abb. 1. Neues Polynomsystem zur Freiformflächenoptimierung. Ziel in diesem Projekt ist es, die Möglichkeiten der physika- lisch-optischen Simulation komplexer Abbildungs- und Be- leuchtungssysteme zu erweitern und im Sinne eines virtual prototyping eine ganzheitliche Berechnung von Systemen zu ermöglichen. Damit können Entwicklungszeiten verkürzt und Risiken in einer Geräteentwicklung frühzeitig erkannt werden. Insbesondere sind hier 5 Schwerpunkte der Modellierung und Algorithmenentwicklung adressiert. Zum einen soll eine besse- re Verzahnung der geometrisch-optischen und der wellenopti- schen Simulation erreicht werden insbesondere auch um die Lücke in den verfügbaren Tools zur Erfassung von Mikroopti- ken zu schließen (Abb.3). Außerdem macht es große Proble- me, Systeme mit großen Wellenaberrationen physikalisch- optisch zu erfassen. Hier wird im Rahmen des Projektes unter- sucht und schon erfolgreich demonstriert, dass mit neuartigen Ansätzen entsprechende Problemfälle gelöst werden können. Ferner fehlen leistungsfähige Algorithmen und Modellbildun- gen, um methodisch Beleuchtungssysteme mit komplexen Fra- gestellungen zu entwickeln. Hier sind insbesondere moderne Ansätze zur Strahlprofilformung für Laser zu nennen, die mit Freiformflächen, Axicons oder komplexen Maskenkomponen- ten spezielle Lichtverteilungen erzeugen. Ferner sind in vielen neuartigen Systemen für Hochleistungslaser die Probleme mit nichtlinearen Effekten und thermischen Wechselwirkungen nicht zufriedenstellend gelöst. Zur Kompensation unvermeid- barer Strahldeformationen wurde insbesondere auch auf die Messung solcher Störungen und ihre adaptive Behebung ein- gegangen. In der Anwendung entsprechender Systeme auf bio-medizinische Problemstellungen besteht ferner die Not- wendigkeit, die Lichtwechselwirkung und -ausbreitung in streu- endem Gewebe mit den Simulationen des optischen Instru- ments für Beleuchtung und Beobachtung zu koppeln, um eine ganzheitliche Systembeschreibung zu erhalten. Das Verhalten partiell kohärenter Lichtfelder ist ebenfalls bei Einsatz entspre- chender multimodiger Laserstrahlung sehr schwer zu erfassen, hier wurden neue Ansätze und Algorithmen von der Messung der relevanten physikalischen Parameter bis zur theoretischen Berechnung der Strahlpropagation entwickelt (Abb.4). Forschungsprojekt KoSimO—Holistisches Systemdesign Abb. 4. Beugungseffekte an einer Fresnellinse, Phasenraum (links) und Ortsraum (rechts). Abb. 3. Beugung einer Welle an einer Mikrolinse. Abb. 2. Abschattungsfreies drei- Spiegelsystem mit Freiformen.