Integrierte Informationstechnik für die optische Simulation und das funktions-/fertigungsgerechte Design räumlicher optomechatronischer Baugruppen

Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung - Teilprojekt

Details zum übergeordneten Gesamtprojekt

Titel des Gesamtprojektes: FOR 1660: Optische Aufbau- und Verbindungstechnik für baugruppenintegrierte Bussysteme

Sprecher/in des Gesamtprojekts:
Prof. Dr.-Ing. Jörg Franke (Lehrstuhl für Fertigungsautomatisierung und Produktionssystematik)


Details zum Projekt

Projektleiter/in:
Prof. Dr. Norbert Lindlein

Projektbeteiligte:
Carsten Backhaus
Florian Loosen

Beteiligte FAU-Organisationseinheiten:
Lehrstuhl für Experimentalphysik (Optik)

Mittelgeber: DFG - Forschergruppen
Akronym: FOR 1660
Projektstart: 01.11.2014
Projektende: 31.12.2017


Forschungsbereiche

Optisches Design
Lehrstuhl für Experimentalphysik (Optik)


Abstract (fachliche Beschreibung):


Bislang existiert keine Software für die Konstruktion räumlich angeordneter, optomechatronischer Baugruppen sowie für die angegliederte optische Simulation der Datensignale. Innerhalb der Forschergruppe Optaver soll dieser Mangel durch Berücksichtigung der Produktionsverfahren der anderen Teilprojekte sowie deren Vorgaben für das Design oben genannter Baugruppen beseitigt werden.Der Antragsteller Prof. Franke baut auf dem Programm MIDCAD auf, das die Layoutgestaltung räumlicher, spritzgegossener Elektronikbaugruppen (3D-MID) unterstützt. Die erste erforderliche Maßnahme ist die Überprüfung und gegebenenfalls Steigerung der Genauigkeit von Flächendarstellungen in MIDCAD. Insbesondere das Schließen kleinster Lücken in der Größenordnung der Lichtwellenleiter ist Voraussetzung für die Repräsentation optomechatronischer Baugruppen. Die charakteristischen Designs der anderen Teilprojekte werden in MIDCAD modelliert. Besonderes Augenmerk wird auf die Analyse und Beschreibung von Signalwegen und Parametern der Herstellungsprozesse gelegt. Somit kann das MIDProduktmodell um ein optisches Partialmodell mit Materialkennwerten, optischen Signalleitungswerten, Koppeleffizienz, Prozessparametern und Standard-Designelementen erweitert werden. Im Rahmen der Forschergruppe erfolgt die Einrichtung bidirektionaler Datentransfers zu den Teilprojekten 1 bis 5.Der Antragsteller Prof. Lindlein hat in Vorarbeiten das strahlenoptische Simulationswerkzeug RAYTRACE entwickelt, das die Simulation weitgehend beliebiger dreidimensional angeordneter optischer Systeme erlaubt. Da in den meisten Teilprojekten der Forschergruppe Optaver hochgradig multimodige Wellenleiter hergestellt bzw. verwendet werden, dürfen auf Strahlenoptik basierende Simulationsverfahren benutzt werden, wobei auch die zeitliche Ausbreitung eines Signals verfolgt werden soll. Dazu muss die Dispersion aufgrund der verschiedenen räumlichen Moden berücksichtigt werden und ein nicht-sequentieller Raytracing Ansatz muss verwendet werden, da die Reihenfolge der Teilflächen des optischen Systems, die von einem Strahl getroffen werden, modenabhängig ist. Im Lauf des Projekts soll auch versucht werden, immer wiederkehrende Teilsysteme in 3D-MIDs zu identifizieren, so dass Design-Strategien in das Konstruktionstool MIDCAD eingebaut werden können, ohne eine konkrete numerische strahlenoptische Simulation durchführen zu müssen, da die Ergebnisse einer solchen Simulation vorab ermittelt und in einer Datenbank abgelegt wurden.Ein weiteres wichtiges Ziel dieses Teilprojekts ist der Datenaustausch zwischen den Softwarewerkzeugen MIDCAD und RAYTRACE. Dieser soll analytische Flächenbeschreibungen, Dämpfungsberechnungen, Signallaufzeiten und Impulsantworten beinhalten. Die Kopplung erfolgt vorerst manuell, jedoch ist der Dateiaustausch gemeinsamen Formats bzw. sogar die Integration der Quellcodes vorgesehen.


Forschungsschwerpunkte der FAU
Optik und Optische Techologien


Publikationen

Backhaus, C., Loosen, F., Vögl, C., Mansuroglu, R., & Lindlein, N. (2018). Anwendung von Beam-Propagation-Method und Wave-Propagation-Method zur Simulation innovativ gedruckter Lichtwellenleiter. In DGaO Proceedings 2018. Aalen, DE.
Reitberger, T., Franke, J., Loosen, F., & Lindlein, N. (2017). Important Parameters of Printed Polymer Optical Waveguides (POWs) in Simulation and Fabrication. In Proc. SPIE 10098, Physics and Simulation of Optoelectronic Devices XXV, 100981B (February 22, 2017). San Francisco: SPIE.
Lorenz, L., Nieweglowski, K., Wolter, K.-J., Loosen, F., Lindlein, N., & Bock, K. (2017). Optical Beam Propagation and Ray Tracing Simulation of Interruption-Free Asymmetric Multimode Bus Couplers. Journal of Microelectronics and Electronic Packaging, 14(1), 1-10. https://dx.doi.org/10.4071/imaps.530
Zeitler, J., Reichle, A., Franke, J., Loosen, F., Backhaus, C., & Lindlein, N. (2016). Computer-Aided Design and Simulation of Spatial Opto-Mechatronic Interconnect Devices. (pp. 727-732). Elsevier.
Loosen, F., Backhaus, C., Lindlein, N., Zeitler, J., & Franke, J. (2016). Design and simulation rules for printed optical waveguides with implemented scattering methods in CAD and raytracing software. In Proceeding, 117. DGaO-Jahrestagung. Hannover: DGaO.
Loosen, F., Backhaus, C., Lindlein, N., Zeitler, J., & Franke, J. (2016). Implementation of a Scattering Method for Rough Surfaces in a Raytracing Software linked with a CAD (Computer-Aided Design) Toolbox. In Frontiers in Optics 2016, OSA Technical Digest (online) (Optical Society of America, 2016), paper FW3H.2. Rochester: OSA.
Loosen, F., Backhaus, C., Lindlein, N., Zeitler, J., & Franke, J. (2015). Concepts for the design and optimization process of printed polymer-based optical waveguides (scattering processes). In Proceeding, 4th doctoral students conference on optics (DoKDoK). Eisenach: Abbe School of Photonics.

Zuletzt aktualisiert 2018-22-11 um 18:41