thermo-optische simulation für optische systeme

THERMO-OPTISCHE
SIMULATION FÜR OPTISCHE
SYSTEME
Ergebnis
Mit der am Fraunhofer ILT entwickelten Schnittstelle
lassen sich thermische Effekte in optischen Komponenten
simulieren und in ein für das Raytracing verständliches Format
transferieren. Für einen Laserkristall in Slabgeometrie konnte
diese Schnittstelle bereits genutzt und mit Hilfe analytischer
Aufgabenstellung
Lösungen abgeglichen werden.
Derzeitige kommerziell erhältliche Raytracing Software bietet
Anwendungsfelder
nur eingeschränkt die Möglichkeit, thermische und mechanische Einflüsse bei der Optikauslegung und Optimierung zu
Anwendung findet diese Schnittstelle bei der Auslegung einer
berücksichtigen. Insbesondere bei Laseranwendungen führt
Zoomoptik zur Kompensation thermischer Linsenwirkung.
die inhomogene Erwärmung der optischen Komponenten
Darüber hinaus können auch weitere Anwendungsfelder von
zu thermischer Linsenwirkung und damit zu einer Fokusver-
dieser Berechnungsmethode profitieren. Insbesondere bei
schiebung im Betrieb. Um dem entgegenzuwirken, ist eine
multi-kW-Lasersystemen mit hohen auftretenden Temperatur-
Auslegung für einen Betriebspunkt oder einen Betriebsbereich
und Brechzahlgradienten im Betriebspunkt können gekoppelte
denkbar, welche durch Berücksichtigung thermischer Effekte
thermo-optische Simulationen die Auslegung optimieren.
bereits in der Simulation erreicht werden kann.
Ansprechpartner
Vorgehensweise
Dipl.-Wirtsch.-Ing. Alexander Gatej
Zur gekoppelten Modellierung von Thermik und Optik ist
Telefon +49 241 8906-614
die Erstellung einer geeigneten Schnittstelle zwischen zwei
[email protected]
unterschiedlichen Simulationswerkzeugen notwendig.
Realisiert wurde dies zwischen der FEM Software Ansys
Dr. Jochen Stollenwerk
Workbench und der Raytracing Software Zemax, wobei
Telefon +49 241 8906-411
die Vorgehensweise mehrere Schritte umfasst. Die erste
[email protected]
Auslegung mit Hilfe von Raytracing Software geschieht unter
Vernachlässigung thermischer Einflüsse. Die daraus errechneten Absorptionswerte dienen der thermischen FEM-Simulation
als Anfangsbedingung. Die resultierende Temperaturverteilung
wird aufbereitet und interpoliert und liefert dem Raytracing
ein entsprechendes Brechzahlprofil. Ein iterativer Prozess kann
die Wechselwirkung der Effekte berücksichtigen und das
Ergebnis optimieren.
3 Slablaser mit Kompensationseinheit
der thermischen Linse.
Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT, www.ilt.fraunhofer.de
DQS zertifiziert nach DIN EN ISO 9001, Reg.-Nr.: DE-69572-01
Änderungen bei Spezifikationen und anderen technischen Angaben bleiben vorbehalten. 03/2011.
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