Integrated information technology for the optical simulation and the function/production oriented design of spatial optomechatronic assemblies (FOR 1660)

Third Party Funds Group - Sub project


Acronym: FOR 1660

Start date : 01.11.2014

End date : 31.12.2017

Website: http://www.optaver.de/startseite/startseite.html


Overall project details

Overall project

FOR 1660: Optische Aufbau- und Verbindungstechnik für baugruppenintegrierte Bussysteme

Overall project speaker:

Project details

Short description

The „Agenda Photonics 2020“, an initiative supported by the BMBF and led by the industry,
compiles that the leading markets in the photonics industry in the fields of manufacturing,
healthcare, communications, lighting and energy, must be sustainably promoted in order to keep
Germany as a business location competitive for international competition in the future. Similarly,
the increasing spreading of photonic networks in industrial and infrastructural sectors leads to the
demand for new developments in the optical assembly and interconnection technology. Thus,
opportunities to develop further applications for passive and active optical functionalized system
components are opened up.
The potential of precise space-resolved strain measurements or the capacity to transmit very large
amounts of data are two examples of the beneficial use of optical systems. Apart from the general
advantages of the optical signal line, like as far as possible immunity to electromagnetic radiation,
being non-sparking for the use in potentially explosive areas or the low weight compared to copper
cables, modern technologies make use of the possibilities to integrate optical waveguides into
structural components. Questions regarding the integration of optical waveguides into fiberglass
composite components or into printed circuit boards are, among others, the subject of current
research.
However, questions regarding the signal transfer at nods in photonic networks are still unsolved.
There are possibilities of optical-electrical and electrical-optical signal conversion. Though an
exclusively passive coupling of optical signals is currently subject to restrictions. This and other
challenges of the optical assembly and interconnection technology are picked up by the dislocated
research group.
The goal of the dislocated research group is to research methods and technologies for the design,
construction and manufacturing of three-dimensional optically functionalized mechatronic
components (3D-opto MID). This includes:
1. development of a technical printing process for coating surfaces with lateral structural
resolutions of less than 1 μm for the subsequent application of optical waveguides
2. technology for manufacturing optical waveguides on 3D-formed surfaces in order to
implement the guidance of optical signals on a structural component
3. passive concept of coupling for a subsequent division of the optical signals along the optical
path of the optical fibers during field mounting
4. concept of coupling for the direct connection of optoelectronic converter components to the
optical fibers during the manufacturing process in order to promote the monolithic
integration of optical system components
5. process for the production of 3D wave-guiding structures for the integration of highly
compressed diode arrays at a microscopic level and their coupling to optical waveguides at
the macroscopic level
6. computer-aided methods for the design and simulation of 3D-opto MIDs.

Scientific Abstract

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.

Involved:

Contributing FAU Organisations:

Funding Source

Research Areas