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Optische Simulation: Warum, wie und was?

Die optische Simulation ist eine wesentliche Grundlage für Innovationen in vielen Bereichen. Sie bietet unseren Kunden eine einzigartige Gelegenheit, Konzepte besser zu verstehen, zu erforschen und Phänomene zu beobachten, die sonst für eine direkte Beobachtung unerreichbar wären. Unsere Ingenieurteams unterstützen eine Vielzahl von Akteuren in den unterschiedlichsten Branchen bei der Durchführung ihrer komplexen Projekte.
Durch die Möglichkeit, das Verhalten von Licht in verschiedenen optischen Systemen wie Linsen, Spiegeln, Glasfasern, Sensoren, Bildschirmen und vielen anderen vorherzusagen, erweist sich die optische Simulation als ein wertvolles Werkzeug. Sie spielt eine entscheidende Rolle bei der Optimierung des Designs dieser Systeme, indem sie detaillierte Informationen darüber liefert, wie sich Licht ausbreitet, reflektiert, gebrochen und gebeugt wird und wie es mit Materialien interagiert.

Warum Optische Simulation?

Die optische Simulation ermöglicht die Vorhersage des Verhaltens von Licht in verschiedenen optischen Systemen, wie z. B. Linsen, Spiegeln, Glasfasern, Sensoren, Bildschirmen usw. Sie kann zur Optimierung des Designs dieser Systeme verwendet werden, indem sie Informationen darüber liefert, wie sich Licht ausbreitet, reflektiert, gebrochen und gebeugt wird und mit Materialien interagiert.

Hier sind einige Gründe, warum die optische Simulation wichtig ist:

Mithilfe der optischen Simulation lässt sich vorhersagen, wie sich das Licht in einem bestimmten optischen System verhalten wird, was die Entwicklung effizienterer und leistungsfähigerer optischer Systeme ermöglicht. Beispielsweise kann sie bei der Gestaltung von Linsen helfen, um Aberrationen zu minimieren, und bei der Gestaltung von Glasfasern, um den Signalverlust zu minimieren.
Die optische Simulation ermöglicht virtuelle Tests, um die Leistung optischer Systeme zu bewerten, was die Anzahl der benötigten physischen Prototypen verringern kann. Dies kann helfen, im Designprozess Zeit und Geld zu sparen.
Mithilfe der optischen Simulation können komplexe optische Phänomene wie Interferenz, Beugung, Polarisation usw. simuliert werden. Dies kann dazu beitragen, komplexe optische Phänomene zu verstehen und neue optische Geräte zu entwickeln.

Die optische Simulation ist entscheidend für die Entwicklung von Produkten wie bildgebenden Geräten, Spektroskopen und Metrologie. Sie gewährleistet die Zuverlässigkeit des Designs, sagt die optische Leistung voraus und löst Probleme vor der Erstellung von Prototypen, wodurch Kosten und Zeit gesenkt werden. Ebenso optimiert sie Beleuchtungssysteme, trägt zur adaptiven Optik bei, die in Teleskopen und Mikroskopen verwendet wird, und ist entscheidend für die Untersuchung komplexer optischer Phänomene.

Wie funktioniert die Optische Simulation?

Die optische Simulation beginnt mit der genauen Definition des zu untersuchenden optischen Systems. Zweitens ist die Wahl der richtigen Simulationssoftware entscheidend. Zu den beliebten Optionen gehören Zemax, Code V und COMSOL Multiphysics. Sobald das 3D-Modell des Systems erstellt ist, werden Simulationsparameter wie die Wellenlänge des Lichts und die Umgebungsbedingungen festgelegt. Die Simulation wird gestartet und die Ergebnisse werden analysiert, in der Regel durch die Visualisierung von Grafiken oder Bildern.
Zemax ist eine optische Simulationssoftware, die weithin für das Design von optischen Systemen wie Objektiven, Teleskopen, Mikroskopen, Laserscannern und mehr verwendet wird. Es ermöglicht die Modellierung der Lichtausbreitung durch komplexe optische Systeme und die Optimierung der optischen Leistung anhand von Designspezifikationen.
COMSOL Multiphysics ist eine Multiphysik-Simulationssoftware, die optische Simulationsfunktionen zur Modellierung von Phänomenen wie Beugung, Reflexion, Transmission und Absorption von Licht enthält. Es kann für die Gestaltung von optischen Geräten wie Linsen, Filtern, Wellenleitern und mehr verwendet werden.
FRED ist eine optische Simulationssoftware, die für das Design von optischen Systemen wie Objektiven, Sensoren, Bildschirmen, Glasfasern und mehr verwendet wird. Es ermöglicht die Modellierung der Lichtausbreitung durch komplexe optische Systeme und die Optimierung der optischen Leistung anhand von Designspezifikationen.
Code V ist eine optische Simulationssoftware, die für das Design von optischen Systemen wie Objektiven, Teleskopen, Mikroskopen, Laserscannern und mehr verwendet wird. Es ermöglicht die Modellierung der Lichtausbreitung durch komplexe optische Systeme und die Optimierung der optischen Leistung anhand von Designspezifikationen.

Alles in allem muss man für eine gute optische Simulation das optische System genau definieren, die geeignete Simulationssoftware auswählen, das Modell erstellen, die Randbedingungen und die Simulationsparameter festlegen, die Simulation starten, die Ergebnisse analysieren und gegebenenfalls Anpassungen vornehmen.

Es ist wichtig zu beachten, dass jede optische Simulationssoftware bestimmte Anforderungen an die Ressourcen und das Wissen des Benutzers stellt sowie Vorteile und Einschränkungen in Bezug auf die Funktionalität hat. Die Wahl der Software hängt von den spezifischen Bedürfnissen des jeweiligen Nutzers und der Art des zu simulierenden Problems ab.

Welche Anwendungsbereiche gibt es für die Optische Simulation?

Wir nutzen die optische Simulation, um das Verhalten von Licht in verschiedenen optischen Systemen zu modellieren und zu analysieren, z. B. in Geräten für die Bildgebung, Spektroskopie oder Metrologie. Dies ermöglicht es, das Design zuverlässiger zu machen, die optische Leistung vorherzusagen und potenzielle Probleme zu lösen – und das alles vor der Erstellung eines physischen Prototyps, wodurch Kosten und Zeit gesenkt werden.
Die optische Simulation optimiert das Design von Beleuchtungssystemen, bewertet die Leistung von Lichtquellen, optimiert Lichtverteilungen und trägt zum Design von Bildschirmen, Projektoren, Anzeigetafeln oder holographischen Geräten bei.
Wir sind an der Entwicklung von Systemen für adaptive Optik beteiligt, die in Teleskopen, Mikroskopen und anderen wissenschaftlichen Instrumenten verwendet werden. Mithilfe der Simulation können Wellenoberflächenanalysatoren zur Messung optischer Aberrationen modelliert und optimiert werden.
Die optische Simulation ist eine vielseitige Technologie, die in einem breiten Spektrum von Anwendungen zum Einsatz kommt, bei denen das Verständnis des Verhaltens von Licht für den Entwurf, die Optimierung und die Verbesserung optischer Systeme von entscheidender Bedeutung ist.

Beispiel für ein optisches Projekt

Wir entwerfen Spektrographen für optische Teleskope und optische Testgeräte für die Ausrichtung und Qualifizierung von Instrumenten (OGSE). Diese Werkzeuge tragen zur Erforschung des Universums bei, indem sie optische Spitzenleistungen und eine für die astronomische Forschung entscheidende Genauigkeit gewährleisten.
Unser Fachwissen erstreckt sich auch auf die Uhrenindustrie, wo wir Zifferblätter von Uhren modellieren, um die optische Leistung verschiedener Designs zu validieren. Diese Simulation gewährleistet die Lesbarkeit und optische Qualität der Zifferblätter und bietet den Uhrmachern zuverlässige Designlösungen.
Im Hochfrequenzbereich untersuchen wir optische Systeme für die ERH ITER-Heizsysteme. Durch die Modellierung von Gaußschen Strahlen analysieren wir Verluste, einschließlich ohmscher Verluste und Fehlanpassungen aufgrund thermischer Unterschiede, um eine optimale Leistung für die Kernfusion zu gewährleisten.

Die optische Simulation wird bei der Entwicklung von Glasfasern für Hochgeschwindigkeitskommunikationsnetze eingesetzt. Sie ermöglicht eine optimierte Lichtübertragung über große Entfernungen und durch komplexe Faserverbindungen und verbessert so die Effizienz von Telekommunikationsnetzen.

Die optische Simulation wird eingesetzt, um die Ausbreitung von Laserstrahlen in verschiedenen Umgebungen zu modellieren. Dazu gehört die Entwicklung von Laserschneidsystemen, Laserkommunikationssystemen und hochpräzisen Lasermesssystemen.

Die optische Simulation wird verwendet, um Video- und Beleuchtungsprojektoren zu entwerfen, die in der Unterhaltungsindustrie eingesetzt werden. Sie optimiert die Projektion von Bildern und Videos auf komplexen Oberflächen und garantiert eine hervorragende Bildqualität.

Turbomaschinen wie Pumpen und Turbinen sind komplexe Systeme, deren Betrieb von einer Vielzahl von Strömungsphänomenen abhängt, darunter Turbulenz, Kavitation und Schmierung. Durch den Einsatz modernster numerischer Methoden begleiten unsere CFD-Experten Sie beim Design und der Bewertung Ihrer Hydrauliksysteme und helfen Ihnen, deren Leistung zu optimieren.

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