Optikdesign

Das Fraunhofer ILT bietet umfassende Expertise bei angepassten geometrisch-optischen Lasersystemen. Zu den Schwerpunkten in Forschung und Entwicklung zählen insbesondere die Bereiche Strahlformung, Faserkopplung sowie die Simulation der Erzeugung und Propagation von Strahlung.  

Vorgegebene Leistungsdichteverteilungen lassen sich mit maßgeschneiderten Freiformoptiken durch die Umverteilung von Leistung durch Lichtbrechung und -reflexion realisieren. Das Fraunhofer ILT entwickelt hierzu komplexe Optimierungsalgorithmen, mit denen virtuelle Prototypen entstehen, deren Eigenschaften anschließend mit Simulationssoftware überprüft werden. Freiformoptiken kommen beispielsweise im Bereich der LED-Beleuchtung oder in Lasersystemen zum Einsatz. Auch Materialien mit speziellen Eigenschaften werden für weitere Optiksysteme genutzt. Dank der hohen Brechzahl von 2,4 und der hohen Wärmeleitfähigkeit erlaubt Diamant als Material beispielsweise eine drastische Reduktion der Abmessungen von Laseroptiken. Gemeinsam mit den Fraunhofer-Instituten IAF und IPT entwickelte das Fraunhofer ILT einen Laser-Schneidkopf, der 90 % leichter als konventionelle Vergleichsbauteile mit Glasoptiken ist und sich sehr gut für Laserschneidprozesse eignet.

Das Leistungsangebot des Fraunhofer ILT umfasst FuE-Dienstleistungen im Bereich Design und Simulation, experimentelle Untersuchungen an Labormustern, die Entwicklung industrienaher, zertifizierter Prototypen und umfassende Technologieberatung sowie Markt-und Machbarkeitsstudien.

Optikdesign

• Abbildende und nicht-abbildende optische Systeme für kohärente und inkohärente Quellen
• Mikrooptische Systeme
• Wellenlängenbereich von UV bis IR
• Leistungsbereich bis Multi-kW
• Toleranzanalyse
• Fertigungs- und montagegerechte Auslegung

Prozessangepasste Leistungsdichteverteilungen

• Strahltransformation
• Ein- und zweidimensionale Homogenisierung
• Applikationsangepasste Optiken zum Härten, Kunststoffschweißen, Löten und Reinigen

Opto-mechanisches Design

• FE-Analyse opto-mechanischer Systeme
• Modellierung thermischer Linsen
• Korrektur thermischer Linsen
• Konstruktion optischer Systeme für Hochleistungslaser
• Schnelle Ablenksysteme für Hochleistungslaser

Montage optischer Systeme

• Fertigungsmesstechnik für optische Systeme
• Algorithmen und Methoden für die automatisierte Justage und Montage
• Qualifizierung optischer Systeme

Adams, M., Traub M., Hoffmann D., Meinert F., Ilzhöfer P., Pfau T., Haefner C.:
Optical setup for a two-dimensional tweezer array with independently adjustable columns for neutral atom quantum computing.
SPIE Quantum West, 2024, San Francisco, California, United States, 27 January - 1 February 2024, San Francisco, California, US. Proceedings Volume 12911, Quantum Computing, Communication, and Simulation IV; 129110L (7 S.), (2024).
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Fu, C., Onyszkiewicz, D., Stollenwerk, J., Holly, C.:
Reinforcement Learning für die automatisierte Auslegung drei- bis fünflinsiger Systeme unter Berücksichtigung Seidelscher Aberrationen.
125. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für angewandte Optik, 21. Mai - 25. Mai 2024, Aachen. DGaO Proceedings, 125_b21, (2 S.), (2024)

Fu, C., Onyszkiewicz, D., Kemmerling, M., Stollenwerk, J., Holly, C.:
Evaluation of action spaces for reinforcement learning in optical design.
SPIE Photonics Europe, 2024, 7-12 April 2024, Strasbourg, France.
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Grubert, N., Lange, F., Bonhoff, A., Holly, C.:
Kaskadiertes optisches System: rotierendes diffraktives optisches Element und 2D-Galvanometerscanner - Design, Evaluierung und Anwendung.
125. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für angewandte Optik, 21. Mai - 25. MAI 2024, Aachen. DGaO Proceedings, 125_a2, (2 S.), (2024)

Grubert, N., Fu, C., Kurth, R., Stollenwerk, J., Holly, C.:
Justagestrategie zur Überlagerung von vier Lichtschnitten.
Deutsche Gesellschaft für angewandte Optik e. V., (DGaO Jahrestagung 2023, 30.05-03.06 2023, Aachen Germany.
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Esser, D., Giesberts, M., Erben, B., Nyga, S., Kasemann, R., Wührer, C., Hahn, S., Leyendecker, M., Eßer, J., Wirz, W., Klein, S., Traub, M., Klein, J., Brandenburg, W., Luttmann, K., Mohr, D., Pérez Prieto, L., Hoffmann, H.-D,
Optomechanical design of a 150 mJ single frequency UV laser for the AEOLUS-2 mission.
International Conference on Space Optics — ICSO 2022, 3-7 October 2022, Dubrovnik, Croatia. Proceedings Volume 12777, International Conference on Space Optics — ICSO 2022; 127770N (2023).
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Grubert, N., Prochnau, M., Stollenwerk, J., Holly, C.,
Fiber-based sensor for combustion chamber monitoring: manufacturing challenge.
SPIE OPTO, 28 Jan - 3 Feb 2023, San Francisco, California, United States. Proceedings Volume 12434, MOEMS and Miniaturized Systems XXII; 124340O (2023)
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Fu, C., Kemmerling, M., Stollenwerk, J., Holly, C.:
Ansätze für die Entwicklung von optischen Systemen mittels bestärkenden Lernens.
124. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für angewandte Optik e.V., 30.05.2023-03.06.2023, Berlin.
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Fu, C., Stollenwerk, J., Holly, C.:
Reinforcement learning for guiding optimization processes in optical design.
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Grubert, N., Lange, O., Stollenwerk, J., Holly, C.,
Optomechanische Toleranzangaben aus dem Optikdesign nach ISO-GPS-Norm.
123. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für angewandte Optik, 7.-11.Juni 2022, Pforzheim. DGaO-Proceedings 123_A32 (2022)

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Design of an efficient illuminator for partially coherent sources in the extreme ultraviolet.
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Barnowski, D., Dahmen, M., Farkas, T., Petring, D., Petschke, U., Pootz, M., Schäl, R.:
Multifunctional laser processing with a digital twin.
12th CIRP Conference on Photonic Technologies [LANE 2022], 4-8 September 2022, Fürth, Germany - (2022)
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Hesker, M., Fu, C., Heinrichs, M., Stollenwerk, J., Loosen, P.:
Precise and fast autofocus measuring device for high-resolution high-speed pupillometry.
CLEO, Conference on Lasers and Electro-Optics Applications and Technology 2021,9–14 May 2021, San Jose, California US. OSA Technical Digest (Optica Publishing Group, 2021), paper AW3T.4, (2021)   https://doi.org/10.1364/CLEO_AT.2021.AW3T.4

Grubert, N., König, G., Stollenwerk, J., Loosen, P.:
Ring-Shaped Conoscopic Holography for Distance and Tilt Measurement.
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Lantzsch, T., Traub, M., Westphalen, T., Tenbrock, C., Schleifenbaum, J. H.:
Laser powder bed fusion of stainless steel 316L using a combination of
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Lüttgenau, B., Brose, S., Choi, S., Panitzek, D., Danylyuk, S., Lebert, R., Stollenwerk, J., Loosen, P.:
Design and realization of an industrial stand-alone EUV resist qualification setup.
SPIE Photomask Technology + EUV Lithography, 2020, Online Only. Proceedings Volume 11517, Extreme Ultraviolet Lithography 2020; 115171F (2020)
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Hofmann, O., Chemerenko, O., Finger, J., Eifel, S., Stollenwerk, J., Loosen, P.:
Highly dynamic positioning of individual laser beams in a multi-beam system for laser surface processing.
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Grubert, N., König, G., Stollenwerk, J., Loosen, P.:
Methodik zur kostenbasierten Toleranzbudgetfestlegung optomechanischer Systeme.
121. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für angewandte Optik e. V.(DGaO), 02. - 06. Juni 2020. BremenDGaO-Proceedings, A22 (2 S.) (2020)

Hofmann, J., Bonhoff, T., Stollenwerk, J., Loosen, P.:
Auslegungsmethodik für Kunststoffoptiken in Laseranwendungen.
121. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für angewandte Optik e. V.(DGaO), 02. - 06. Juni 2020. BremenDGaO-Proceedings, A19, (2 S.), (2020)

König, G., Grochowski M., Eckert, M., Jakobczak, F., Stollenwerk, J., Kowalewski, S., Loosen P.:
Apparat zur automatisierten Justage optischer Systeme.
121. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für angewandte Optik e. V.(DGaO), 02. - 06. Juni 2020. BremenDGaO-Proceedings, A23 (2 S.) (2020)

Traub, M., Holly, C., Di Meo, A., Arntz, D,, Hesker, M., Hoffmann, D., Nebel, C., Poprawe, R.:
Diamond lenses enable ultra-compact and lightweight laser processing heads.
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Holters, M., Dirks, S., Stollenwerk, J., Loosen, P.:
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SPIE OPTO, 22 February 2018, San Francisco, California, United States. Proc. SPIE 10538, Optical Interconnects XVIII, 105380U (2018), 1-10 (2018)
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Prochnau, M., Holzbrink, M., Wang, W., Holters, M., Stollenwerk, J., Loosen, P.:
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Prochnau,M., Stollenwerk, J., Loosen, P.:
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Traub, M., Holly, C., Hoffmann, D., Widmann, C., Zuerbig, V., Nebel, C.:
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König, G., Chen, C., Holters, M., Stollenwerk, J.H., Loosen, P.:
Comparison of Different Methods for Robustness Estimation of Simple Lens Systems.
OSA Optical Design and Fabrication Congress, IODC 2017, 09 - 13 July 2017, Denver, Colorado United States.Optics InfoBase Conference PapersVolume Part F51-IODC 2017, 2017, 1-2 (2017) https://doi.org/10.1364/IODC.2017.IM3A.6

Holters, M., Stollenwerk, J., Loosen, P.:
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Prochnau,M., Stollenwerk, J., Loosen, P.:
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Monocrystalline CVD-diamond optics for high-power laser applications.
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Bonhoff, T., Büsing, L., Stollenwerk, J., Loosen, P.:
Modeling of optical aberrations due to thermal deformation using finite element analysis and ray-tracing
SPIE Optical Systems Design, 2015, Jena, Germany. Proceedings Volume 9626, Optical Systems Design 2015: Optical Design and Engineering VI; 96261V (2015)
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Esser, D., Staasmeyer, J.-H., Weitenberg, J., Rußbüldt, T., Sartorius, T., Hoffmann, H.-D.:
Fused-silica mirror substrates with laser-microstructured openings with reduced chipping
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Measurement of cut front properties in laser cutting
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Thombansen, U., Hermanns, T., Stoyanov, S.:
Setup and maintenance of manufacturing quality in CO2 laser cutting
Procedia CIRP 20, 98 – 102 (2014)
https://doi.org/10.1016/j.procir.2014.05.037

Thombansen, U., Ungers, M.:
Illumination for process observation in laser material processing
Physics Procedia  56, 1286-1296 (2014)
https://doi.org/10.1016/j.phpro.2014.08.053

Thombansen, U., Ungers, M.:
Cognition for robot scanner based remote welding
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Pütsch, O., Bahrenberg, L., Loosen, P.:
Opto-mechatronisches System zur Erzeugung prozessangepasster Intensitätsverteilungen für die Lasermaterialbearbeitung
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Pütsch, O., Temmler, A., Stollenwerk, J., Willenborg, E., Loosen, P.:
Active optical system for laser structuring of 3D surfaces remelting
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High-power diode lasers optimized for low-loss smile-insensitive external spectral stabilization
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Thermo-optical (TOP) analysis by coupling FEM and ray tracing
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Gatej, A., Wasselowski, J., Loosen, P.:
Using Adaptive Weighted Least Squares Approximation for Coupling Thermal and Optical Simulation
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https://doi.org/10.1364/ao.51.006718

Gatej, A., Richman, A., Pütsch, O., Loosen, P.:
Thermo-Optical (TOP) analysis of transmissive elements for laser-systems 
SPIE Optical Engineering + Applications, 2012, San Diego, California, United States. Proceedings Volume 8490, Laser Beam Shaping XIII; 84900C (2012)
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Pütsch, O., Loosen, P.:
Electro-optically actuated liquid-lens zoom 
SPIE Photonics Europe, 2012, Brussels, Belgium. Proceedings Volume 8429, Optical Modelling and Design II; 842906 (2012)
https://doi.org/10.1117/12.922631

Hengesbach, S., Witte, U., Traub, M., Hoffmann, D.:
Simulation and analysis of volume holographic gratings integrated in collimation optics for wavelength stabilization 
SPIE LASE, 2011, San Francisco, California, United States. Proceedings Volume 7918, High-Power Diode Laser Technology and Applications IX; 79180A (2011)
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Funck, M., Loosen, P.:
Estimating the performance gain of selectively assembled optical systems
53. Int. Wissenschaftliches Kolloquium, Techn. Univ. Ilmenau. CD-ROM, pp. 160-161, (2008)

Schnitzler, C., Hambuecker, S., Ruebenach, O., Sinhoff, V., Steckman, G., West, L., Wessling, C., Hoffmann, H.-D.:
Wavelength stabilization of HPDL array: fast-axis collimation optic with integrated VHG
Proc. SPIE 6456, 1-7, (2007)
Lasers and Applications in Science and Engineering, 2007, San Jose, California, United States. Proceedings Volume 6456, High-Power Diode Laser Technology and Applications V; 645612 (2007)
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Traub, M., Hoffmann, H.-D., Plum, H.-D., Wieching, K., Loosen, P., Poprawe, R.:
Homogenization of high power diode laser beams for pumping and direct applications
Lasers and Applications in Science and Engineering, 2006, San Jose, California, United States. Proceedings Volume 6104, High-Power Diode Laser Technology and Applications IV; 61040Q (2006)
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