Kombinierte Thermo-Optische Simulation für Optische Systeme

Derzeitige kommerziell erhältliche Raytracing Software bietet nur eingeschränkt die Möglichkeit, lokal verteilte thermische und mechanische Einflüsse bei der Optikauslegung und Optimierung zu berücksichtigen. Insbesondere bei Multi-kW-Lasersystemen hoher Brillanz führt die inhomogene Erwärmung der optischen Komponenten zu thermischer Linsenwirkung und damit zu einer Fokusverschiebung und zu Wellenfrontfehlern im Betrieb. Um dem entgegenzuwirken, ist eine Auslegung für einen Betriebspunkt oder einen Betriebsbereich denkbar, welche durch Berücksichtigung thermischer Effekte bereits in der Simulation erreicht werden kann. Das zwischen der FEM Software ANSYS Workbench und der Raytracing Software Zemax geschaffene Interface nutzt ein iteratives Verfahren zur Optimierung des Optikdesigns. Dabei wird zunächst ein Raytracing des Optikdesigns zur Bestimmung der Absorptionsverteilung durchgeführt und dient der thermischen FEM-Simulation als Anfangsbedingung. Die simulierte Temperaturverteilung wird aufbereitet und liefert dem Raytracing ein angepasstes Brechzahlprofil. Ein iterativer Prozess kann die Wechselwirkung der Effekte berücksichtigen und das Ergebnis optimieren.