ILM Kurzportrait Bachelor- und Masterarbeiten

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1 Angewandte Photonik ILM Kurzportrait Bachelor- und Masterarbeiten Raimund Hibst Institut für Lasertechnologien in der Medizin und Meßtechnik an der Universität Ulm

2 Überblick Stiftung bürgerlichen Rechts (1985) Stifter: Aesculap, Carl Zeiss, Richard Wolf, Universitätsklinikum Sponsor: Ministerium für Finanzen und Wirtschaft Baden-Württemberg Universität Ulm Kuratorium Universität Ulm, andere Universitäten Stifter, andere Firmen BW Ministerien: MFW und MWK Wirtschaft Ingenieurwiss. Fakultät Naturwiss. Fakultät Medizinische Fakultät Vorstand Vorstandsvorsitzender 2 ehrenamtliche Vorstände Medizintechnik Lasertechnik Prozesskontrolle Qualitätssicherung Aufgabe: Angewandte Forschung, F&E-Projekte mit der Industrie, Technologietransfer Budget: Grundfinanzierung (WM und Stifter) (ca. 1 Mio + Miete); Projekte (öffentl. Förderung, Industrie; > 2 Mio ) Personal: aktuell ca. 50 Mitarbeiter (Physiker, Chemiker, Biologen, Ingenieure, Techniker, Verwaltung) dazu etwa 10 Studenten mit Abschlussarbeiten (Diplom, Master, Bachelor) 2

3 Organisation, Kompetenzgruppen Klinik Lasermedizin (Dermatologie, Zahnheilkunde) Zellbiologie / Molekularbiologie / Mikrobiologie Zellen & Gewebe Mikroskopische Applikationen / Spektroskopie IR-Detektor Wärmestrahlung Anregungsstrahl Materialoptik und optische Bildgebung Prüfgegenstand Materialoptik & -prüfung Oberflächenanalyse und -modifikation Applikationsforschung: Entwicklung Geräte- und Komponentenentwicklung / Patente 3

4 Arbeitsgruppe Materialoptik (Prof. Dr. Alwin Kienle) Korrelation von Mikrostruktur und Optik (Verstehen Detektieren) Messung optischer Eigenschaften Klinik Zellen & Gewebe Lasermedizin (Dermatologie, Zahnheilkunde) Zellbiologie / Molekularbiologie / Mikrobiologie Mikroskopische Applikationen / Spektroskopie Simulation und Messung der Lichtausbreitung nm -µm -mm -cm Skala Maxwell-Gleichungen: Mie-Theorie, Zylindertheorie, FDTD (finite diff. time domain), SPTD (speudo spec. TD), DDA (discrete dipole approximation) Transporttheorie Monte Carlo-Simulationen Diffusionsgleichung analytische Lösungen Materialoptik & -prüfung Materialoptik und optische Bildgebung Oberflächenanalyse und -modifikation Entwicklung Applikationsforschung: Geräte- und Komponentenentwicklung / Patente 4

5 FDTD-Simulation 5

6 FDTD-Simulation Themen für Bachelor- bzw. Masterarbeit Erweiterung der vorhandenen Methoden: Mikroskopische Anwendungen - Modellierung der Lichtquelle und der Abbildungsoptik - Einfluss der Objektträger auf die Lichtstreuung - Untersuchung der Bildgebung Fluoreszenzlichtausbreitung Nichtlineare Effekte - Frequenzverdoppelung - Raman-Streuung Parallelisierung der Programme - Höchstleistungsrechner - GPUs Prof. Dr. Alwin Kienle, Dr. Jan Schäfer 6

7 Monte-Carlo-Simulationen zur Lichtausbreitung mit Polarisation Detektor für Remission Polarisator Analysator Einstrahlung polarisiert Detektion unpolarisiert Einstrahlung polarisiert Analysator parallel zur Einstrahlung bzw. senkrecht zur Einstrahlung Standard: Verwendung der CPU (Central Processing Unit) für die Rechnungen lange Rechenzeiten bis zu mehreren Wochen Mit der GPU (Graphics Processing Unit) lassen sich Berechnungen mit der Monte-Carlo-Methode parallelisieren Geschwindigkeitsgewinn bis zum Faktor 1000! Aufgabe einer Bachelor- bzw. Masterarbeit: Parallelisieren von Monte-Carlo-Simulationen auf der GPU mit der Entwicklungssprache CUDA. Schwerpunkt: Optimierung im Hinblick auf Rechenzeit Prof. Dr. Alwin Kienle, Dr. Ansgar Hohmann 7

8 Bestimmung der optischen Eigenschaften streuender Medien Problem: In streuenden Medien kann der Absorptionskoeffizient nicht mit einfachen Transmissions- oder Remissionsmessungen bestimmt werden Lösung: Messung der ortsaufgelösten Remission erlaubt Trennung von Streuung und Absorption Prof. Dr. Alwin Kienle, Dr. Florian Foschum Mögliche Aufgaben für eine Bachlor- bzw. Masterarbeit: Erweiterung des Messaufbaus in den UV-Bereich Erweiterung des Messaufbaus in den IR-Bereich Entwicklung eines Faseraufbaus für Messungen im streuenden Medium Software-Entwicklung 8

9 Arbeitsgruppe Geräteentwicklung (Dr. Karl Stock) Optik Design von Geräten / Applikatoren unter Berücksichtigung der Anwendung Prototypenbau Lasertherapiegeräte Klinik Lasermedizin (Dermatologie, Zahnheilkunde) optische Diagnosesysteme Optische Messgeräte: 3D-Topographie Zellen & Gewebe Zellbiologie / Molekularbiologie / Mikrobiologie Mikroskopische Applikationen / Spektroskopie Materialoptik & -prüfung Materialoptik und optische Bildgebung Oberflächenanalyse und -modifikation Entwicklung Applikationsforschung: Geräte- und Komponentenentwicklung / Patente 9

10 Entwicklung eines 3D-Topographiemessgeräts Messprinzip: konfokale chromatisch kodierte Abstandsmessung Spektrometer Pinholes Lichtquelle Objektiv mit chromatischer Aberration 10

11 Entwicklung eines 3D-Topographiemessgeräts Messprinzip: konfokale chromatisch kodierte Abstandsmessung Spektrometer Pinholes Lichtquelle Objektiv mit chromatischer Aberration 11

12 Entwicklung eines 3D-Topographiemessgeräts neu: multifokale konfokale chromatisch kodierte Abstandsmessung Multiline-Spektrometer Pinhole-Array Lichtquelle + Mikrolinsen-Array Objektiv mit chromatischer Aberration 12

13 Entwicklung eines 3D-Topographiemessgeräts Mögliche Aufgaben für Bachlor- bzw. Masterarbeiten: Programmierung einer Software für eine intelligente Kamera (GigE Schnittstelle) Programmierung der Kameraschnittstelle Programmierung der Datenvorverarbeitung (3D Datenstrom) Softwareseitige Implementierung eines Kameratriggers Testmessungen an ausgewählten Proben und deren Auswertung Entwicklung und Test einer neuartigen Kalibrationsroutine für ein 3D Messsystem Erarbeitung und Test neuer Konzepte mit dem Ziel, die Datengenauigkeit zu erhöhen und Produktionskosten zu senken Umsetzung eines erfolgreichen Konzepts in eine Softwareapplikation Testmessungen an ausgewählten Proben und deren Auswertung Dr. Karl Stock, Michael Zint, MSc. 13

14 Vielen Dank für die Aufmerksamkeit und auf ein Wiedersehen! Weitere Informationen: Institut für Lasertechnologien in der Medizin und Meßtechnik an der Universität Ulm Helmholtzstr. 12, D Ulm, Germany Raimund Hibst: Tel.: