Optik Design und Simulation

Wir modellieren und analysieren Ihr optisches System oder Messverfahren

Bei der Entwicklung und Verbesserung von Produkten aller Art erlaubt der Einsatz von Simulationssoftware zur Vorhersage des Systemverhaltens die Reduktion von Labortests und
damit eine grosse Zeit- und Kostenersparnis.

Auch im Bereich der Photonik spielen numerische Methoden und Simulationstechniken eine zunehmend wichtigere Rolle. Unsere Kompetenzen liegen hierbei  in der Auslegung und Simulation abbildender oder beleuchtender Systeme, Faser- und integrierter Optik, optische Dünnschichttechnik und optische Messtechnik.

Unser Angebot: 

  • Konzeption und Auslegung photonischer Systeme:
    • Abbildend (sequentielles ray tracing)
    • Nicht-abbildend (nicht-sequentielles ray tracing)
    • Wellenoptische Simulationen
    • Dünnschichtsimulationen
  • Designstudien und Machbarkeitsanalysen zur Spezifikationsfindung

Unsere Softwaretools:

Design und Simulation von optischen Systemen

Wir modellieren und analysieren Ihr optisches System oder Messverfahren: Neue Optiken legen wir entsprechend den Anforderungen aus oder erarbeiten gemeinsam mit Ihnen die notwendigen Spezifikationen mit denen wir dann Ihr System designen und bewerten können. Wir führen Designstudien und Machbarkeitsanalysen zu optischen Fragestellungen durch; auch in Zusammenarbeit mit nachfolgender Bildverarbeitung oder Messdatenauswertung. Wir verwenden sowohl sequenzielle und nicht sequenzielle Strahldurchrechnung mit OpticStudio.

  • Modellierung, Simulation, Optimierung für abbildende und nicht abbildende Optik-Systeme
  • Integration spezieller optischer Elemente
    (Vari-Fokus Linsen, Diffraktive Optische Elemente, Asphären, Freiform Optiken, usw.)
  • Modellierung hybrider optischer Systeme
    (Makro-, Mikro-, Integrierte Optik und Photonik)
  • Interdisziplinäre Zusammenarbeit am OST Campus Buchs mit Bildverarbeitung, Photonik-Simulation,  Messtechnik, Optiklabor
OPTIK DESIGN:
  • Designstudien und Machbarkeitsanalysen zur Spezifikationsfindung
  • Konzeption und Auslegung optischer Systeme
  • Optimierung, Bewertung und Toleranzanalyse optischer Designs
  • Auswahl optischer Komponenten
OPTISCHE SIMULATION und MODELLIERUNG:
  • Beleuchtungssimulation und lichttechnische Berechnungen
  • Simulation optischer Inspektions- und Messverfahren
  • Physikalisch optische Simulation
  • OpticStudio (ZEMAX)

Prof. Dr. Stefan Rinner, Dipl.-Phys.

Professor für Physik und Photonik, Patentingenieur

+41 58 257 33 69 stefan.rinner@ost.ch

Wellenleitersimulation

Numerische Methoden und Simulationstechniken spielen im Bereich der Optik eine zunehmend wichtigere Rolle. Wir interressieren uns besonders für die Simulation von Komponenten im Bereich der Faser- und integrierten Optik.

Die Firma Synopsys ist ein weltweit führendes Unternehmen für Simulationstools im Bereich Photonic Design. Im Zuge eines KTI-Projektes wurden folgende Software Module beschafft:

  • BeamPROP
  • FullWAVE
  • DiffractMOD
  • Grating MOD
  • FemSIM

BeamPROP wird für das Design und die Simulation von Singlemode Wellenleitern oder Fasern eingesetzt. Mittels Mode-Solver kann die Energieverteilung im Wellenleiterquerschnitt berechnet werden. Mit der Beam Propagation Methode kann diese Feldverteilung dann über das gewünschte Bauteil hinweg propagiert werden. Dabei können sowohl 2D wie auch rechenintensive echte 3D Probleme gelöst werden.

FullWAVE basiert auf der „Finite-Difference Time-Domain“ Methode (FDTD) und hat ein breites Anwendungsgebiet. Durch das Lösen der Maxwell-Gleichungen kann die FDTD auch die Rückkopplungen von elektromagnetischen Wellen simulieren. Dies ist besonders im Bereich Oberflächenplasmonen und Biophotonics sehr interessant.

DiffractMOD nützt die „Rigorous Coupled Wave Analysis“ Methode (RCWA) und ist besonders für diffraktive Strukturen wie Diffraktive Optische Elemente (DOE's) und Wellenleiterresonatoren interessant.

GratingMOD setzt auf die „Coupled Mode Theory“ (CMT). Dieses Tool wird vor allem für das Berechnen und Analysieren von Bragg Gittern eingesetzt. Es eignet sich zudem für „long-period“ Gitter und für die Auslegung optischer Verstärker.

FemSIM wird zur Berechnung von Wellenleiter - und Resonatormoden von beliebigen Strukturen eingesetzt. Dieses Softwaremodul basiert auf der Finite Element Methode (FEM).

Prof. Dr. Markus Michler

Professor für Physik und Photonik Leiter Kompetenzbereich integrierte Optik

+41 58 257 34 64 markus.michler@ost.ch

Dünnschichtsimulation

Numerische Methoden und Simulationstechniken spielen auch im Bereich der Optik eine zunehmend wichtigere Rolle. Wir interressieren uns besonders für die Simulation von Komponenten im Bereich der optischen Dünnschichttechnik.

Die Berechnung und Simulation von Reflexions- und Transmissionseigenschaften von Substraten und Dünnschichtsystemen basieren auf den Fresnel Gleichungen. Mit Matrixalgorithen kann das spektrale Verhalten für verschiedene Wellenlängen und Einfallswinkel berechnet werden. Auch die zum Spektrum gehörende Farbe im CIE Farbraumdiagramm kann bestimmt werden. Für einfache Simulationen von Antireflex-, Spiegel- oder Filterbeschichtungen eignet sich das frei verfügbare Softwarepaket OpenFilters. Für komplexere Aufgabenstellungen, Optimierungsaufgaben oder die Analyse bestehender Spektralkurven haben wir die FilmStar Dünnschichtsoftware der Firma FTG im Einsatz. 

David Bischof, M.Sc.

Projektleiter, Fachverantwortlicher 3D Laserbearbeitung von Glas

+41 58 257 34 91 david.bischof@ost.ch

Prof. Dr. Markus Michler

Professor für Physik und Photonik Leiter Kompetenzbereich integrierte Optik

+41 58 257 34 64 markus.michler@ost.ch