Dynamische optische Wellenfront Synthesizer - Design, Herstellung und Systemintegration (Wavesynth)

• Antragsteller: Professor Dr. Stefan Sinzinger
• Fachliche Zuordnung: Messsysteme
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 390737909

Das beantragte Forschungsprojekt `wavesynth` adressiert eine systemtechnisch effiziente und leistungsfähige Möglichkeit optische Module mit verstimmbaren optischen Eigenschaften zu modellieren, zu realisieren und für komplexe Anwendungen nutzbar zu machen. Mit Hilfe mehrachsiger mechanischer Verschiebung bzw. Rotation angepasster freiform- bzw. beugungsoptischer Bauelemente wird es möglich, die Wellenfronten in optischen Systemen bzw. in deren Austrittspupillen optimal an die gewünschte Funktionalität anzupassen. Dieser vielfältig diskutierte Ansatz (sog. Alvarez-Lohmann Linsen) ermöglicht Verstimmbereiche und optische Aperturen die optimal an optische Systemanwendungen angepasst werden können. In Verbindung mit einer einzigartigen Reproduzierbarkeit der verstimmbaren optischen Eigenschaften, liegt hierin das herausragende Potential gegenüber vielfältigen alternativ diskutierten Lösungsansätzen wie z.B. verstimmbaren (fluidischen) (Mikro-)optiken. Der Fokus der Forschungsarbeiten liegt auf der Modellierung, dem Design und der Systemintegration der dynamischen Wellenfront Synthesizer. Zu diesem Zweck werden bereits bei der Suche nach geeigneten Startsystemen analytische Ansätze zur Berücksichtigung der dynamischen Eigenschaften erarbeitet. Angepasste Modellbeschreibungen ermöglichen die Integration der Kostenfunktionen im optischen Systemdesign ebenso wie die Analyse der Systemtoleranzen gegenüber Justage- und Herstellungsungenauigkeiten. Für die Demonstration der Leistungsfähigkeit entsprechender verstimmbarer optischer Module liegt der Schwerpunkt auf einer beugungsoptischen Realisierung der Demonstrationsobjekte. Neben den zu berücksichtigenden Verlusten in höhere Beugungsordnungen bietet die diffraktive Realisierung auch das Potential für interessante neue Funktionalitäten. Optische Module und Systeme mit dynamisch verstimmbarer Funktionalität bieten herausragende Möglichkeiten z.B. für innovative Anwendungen im Bereich bildgebender oder messtechnischer Systeme. In Verbindung mit elektronischen Bildverarbeitungsmethoden, dem sog. `Computational Imaging`, sind innovative neue Systemlösungen auch in anderen Anwendungsbereichen denkbar. In einem Demonstrationsexperiment werden die dynamischen Wellenfront Synthesizer für die Optimierung der numerischen Phasenrückgewinnung aus aufgezeichneten Intensitätsbildern eingesetzt. Diese finden Anwendung in der Wellenfrontmessung oder in bildgebenden Anwendungen mit synthetischer Apertur.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen