Final Student Theses

Für industrielle und kommerzielle Anwendungen werden volumenholographische Materialien benötigt, die mechanisch, thermisch und chemisch stabil sind. Als klassisches Medium für optische Anwendungen erfüllt insbesondere Glas diese Anforderungen. Der Fokus der vorliegenden Arbeit liegt auf der volumenholographischen Funktionalisierung von photo-thermisch-refraktiven Gläsern. Die Aufnahme und Charakterisierung von Volumenhologrammen erfolgt dabei sowohl in Transmission als auch in Reflexion, um die Möglichkeiten und Grenzen dieser noch unzureichend erforschten Gläser aufzuzeigen. Eine zentrale Herausforderung ist es, mit Hilfe von Parameterstudien herauszufinden, mit welchen Belichtungsparametern, Aufnahme- und Rekonstruktionsgeometrien sowie unter welchen Bedingungen Transmissions- und Reflexionsvolumenhologramme in das Material eingebracht werden können. Parameter, die nicht unmittelbar gemessen werden können wie beispielsweise die Brechzahlmodifikation, werden durch einen Abgleich mit Simulationen auf Basis der gekoppelten Wellentheorie von Kogelnik bestimmt. Ursachen für Abweichungen werden in Bezug auf das verwendete PTR-Glas und Grenzen der angewandten Kogelnik-Theorie diskutiert.

Ziel der Arbeit ist es, den Einsatz von verstimmbaren Optiken für Zoomoptiken in Smartphonekameras zu untersuchen. Hierzu wird zunächst die Historie sowie die Funktionsweise konventioneller Zoomoptiken erläutert, bevor diese mit dem Aufbau und dem Funktionsprinzip verstimmbarer Optiken verglichen werden. Dabei ergeben sich sowohl Vorteile als auch Nachteile für beide Varianten, welche anschließend aufgezeigt werden. Die Recherche zu bereits in Smartphones verwendeten Zoomsystemen macht deutlich, dass diese einen optischen Zoom lediglich durch den konventionellen Ansatz erzielen, jedoch auch einige Patente zum Einsatz verstimmbarer Optiken existieren. Ein solches Patentsystem wird mithilfe des Optikdesignprogramms "Zemax" simuliert und analysiert. Die gewonnen Erkenntnisse werden daraufhin für den Aufbau mehrerer kombinierter Zoomsystems aus konventioneller und verstimmbarer Optik genutzt. Abschließend werden die Ergebnisse hinsichtlich eines möglichen Einsatzes in Smartphonekameras abgewogen.

Die Lichtschichtmikroskopie (LSM) ist eine seit einigen Jahren verwendete bildgebende Methode zur zerstörungsfreien Abbildung von Proben in der biologischen und medizinischen Forschung. Im Laufe der letzten Jahre wurden verschiedene statische wie dynamische Methoden zur Lichtschichterzeugung entwickelt. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Auslegung und dem Aufbau eines experimentellen Systems, welches die Möglichkeit bieten soll, diese Methoden zu testen und miteinander zu vergleichen. Begonnen wird mit Simulationen mithilfe der Programme PARAX und Zemax. Das dabei ausgelegte System wird im Labor aufgebaut und besteht aus drei Teilen: der Laserlichtquelle mit Strahlaufweitung und Strahlaufbereitung, der Lichtschichterzeugung mittels Zylinderlinse und einer verfahrbaren Kamera. Als Bewertungskriterium wird die Kaustik der Lichtschicht herangezogen, welche entscheidend ist für die Leistungsfähigkeit eines LSMs. Zur Vermessung der Kaustik mithilfe der Kamera wird ein eigens geschriebenes LabView-Programm vorgestellt. Erste Messungen erlauben den Vergleich zwischen simulierter und gemessener Lichtschichtdicke.

Diese Arbeit beschäftigt sich mit dem strukturierten Aufbau von kompakten, vergrößernden Teleskoparray-Systemen für AMD-Sehhilfen. Einerseits werden die notwendigen Einzelkomponenten analysiert: Es wird eine Marktanalyse für Mikrolinsenarrays präsentiert. Ein Schwerpunkt der Arbeit liegt auf der Untersuchung von gefertigten Mikrolinsenarrays, im Besonderen deren Formtreue und Toleranzen. Dazu wurden mehrere Messprinzipien verwendet. Um den Bogen von der Messung zur Simulation zu spannen, wurde ein Scilab-Programm geschrieben. Mit diesem lassen sich dreidimensionale Oberflächenmessdaten des Olympus Laserscanning-Mikroskopes durch genäherte Funktionen, etwa in Form von Polynomen, substituieren. Die Grenzen der einzelnen Programmteile und die Erweiterungsmöglichkeiten dieses Programmes werden abschließend unter die Lupe genommen. Andererseits sind die Charakteristika von vergrößernden Array-Optiken beleuchtet: Die notwendigen Anforderungen für vergrößernde AMD-Sehhilfen werden diskutiert, mehrere Kepler-Systeme auf Basis am Markt verfügbarer Linsenarrays entworfen und in Zemax simuliert sowie die Ergebnisse der Simulationen mit einem am Fachgebiet entworfenen galileischen Teleskoparray verglichen. Bei diesen Betrachtungen werden vielfach systembestimmende Verknüpfungspunkte zwischen vergrößernden Array-Optiken mit dem Anwendungsgebiet als AMD-Sehhilfe aufgezeigt.

Diffraktive optische Elemente bieten für viele Anwendungsbereiche Möglichkeiten, die mit der refraktiven Optik nur schwer erreichbar sind. Bei der Herstellung dieser Elemente setzt die Firma CDA GmbH aus Suhl auf den modifizierten Spritzgussprozess aus der CD-/DVD-Produktion. Als Material wird Polycarbonat verwendet, welches sehr gute optische Eigenschaften besitzt. Die Abformung der komplexen Strukturen einer diffraktiven Optik in der Spritzgussmaschine stellt eine besondere Herausforderung dar. Es werden dazu die Parameter Werkzeugtemperatur und Abkühlzeit variiert und untersucht. Mittels eines AFM (Atomic Force Microscope) wird die Veränderung der Struktur der gespritzten Scheibe analysiert. Spektrometer und Intensitätsmesser bewerten die optische Funktionalität einer unregelmäßigen Punktwolke und einer regelmäßigen 3x3 Punktabbildung. Mit Hilfe des Formeinsatzes und der Messmittel werden die Werkzeugtemperatur und die Abkühlzeit charakterisiert. Dabei zeigt sich, dass verschiedene Werkzeugtemperaturen einen erheblichen Einfluss besitzen und eine hohe Werkzeugtemperatur das beste Ergebnis bringt. Die Abkühlzeit zeigt bei den verschiedenen Werkzeugtemperaturen einen unterschiedlichen Verlauf. Ein Ziel für die Zukunft ist es, mit dem geeigneten Parametersatz die Langzeitstabilität der Maschine und des Werkzeuges untersuchen und bewerten zu können und gegebenenfalls bei Verschleiß und Abnutzung entgegensteuern zu können.