Anwendungsfach Optische Systeme

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Wolfgang Vogt
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1 Universität Stuttgart ITO Institut für Technische Optik Anwendungsfach Optische Systeme Technologietrends Optik als Schlüsseltechnologie Beispiele: Aktuelle Forschung Lehrangebot Opt. Systeme 2015: 1

2 (erneuerbare) Energie Industrielle Fertigung Mobilität Biotechnologie Information & Kommunikation Medizin & Gesundheit Opt. Systeme 2015: 2

3 Technologie Trends Opt. Systeme 2015: 3

4 höher, schneller, weiter... kleiner, schneller, genauer, flexibler,... Opt. Systeme 2015: 4

T, first digital all transitor model TI-Nspire CAS ( 130,- ) Tyrannei der

5 Beispiel: unser Computer 50er Jahre: Computer so groß wie Kleiderschränke - hatten jedoch kaum die Leistung eines heutigen Taschenrechners 1960: IBM 1401 T, first digital all transitor model TI-Nspire CAS ( 130,- ) Tyrannei der großen Zahl - neue Computer mussten immer mehr Komponenten aufnehmen... Opt. Systeme 2015: 5

Vorhersage: Die Zukunft des Heim-Computing 2004 1954: Scientists from RAND corporation have created this model to illustrate how a home

6 Vorhersage: Die Zukunft des Heim-Computing : Scientists from RAND corporation have created this model to illustrate how a home computer could look in the year However, the technology will not be economically feasible for the average home... Opt. Systeme 2015: 6

7 Allgemeine Trends - Reducing the Feature Sizes Miniaturization 14 nm Increasing the Degree of Integration Complexity Extending the Functionality Multimedia > 1,3 Billion Transistors 1973/ Opt. Systeme 2015: 7

8 Allgemeine Trends Extension of Functionality Multimedia Martin Cooper, Motorola Motorola Dynatac 8000 Motorola G 2. Motorola Opt. Systeme 2015: 8

9 Allgemeine Trends Extension of Functionality Multimedia Steve Sasson, Kodak Kodak 3,6 kg 1 st CCD DigiCam Kodak EasyShare Z981 One Opt. Systeme 2015: 9

Helfer: Verbesserte optische Komponenten Digitale Bildsensoren - CCD

Räumliche Lichtmodulatoren - digitale Wellenfrontmodulation (SLM

Brilliante Lichtquellen - hohe Strahlqualität, hohe spektrale

, flexible Abstimmbarkeit (VCSEL) Verbesserte Rechenleistung

10 Helfer: Verbesserte optische Komponenten Digitale Bildsensoren - CCD und CMOS - hohes Orts-Bandbreite-Produkt, breite spektrale Empf. Räumliche Lichtmodulatoren - digitale Wellenfrontmodulation (SLM Technologie) - digitale Wellenfrontrekonstruction (digitale Holografie) Brilliante Lichtquellen - hohe Strahlqualität, hohe spektrale Energiedichte,... - großer Emissionsber., flexible Abstimmbarkeit (VCSEL) Verbesserte Rechenleistung (Graphik-Beschleunig.) - modellbasierte Bildrekonstruktion - Simulation, phase retrieval, computional imaging,... Opt. Systeme 2015: 10

11 Optische Technologien: Schlüsseltechnologie! - Umsatz 2014: ca. 35 Mia Euro - Wachstum in Deutschland: >10% pro Jahr - High-Tech Strategie der Bundesregierung: Photonik 2020 Kernfelder: - Informationstechnologien - Produktions- & Werkstofftechnologien - Lebenswissenschaften - Prozeßkontrolle/Messtechnik Opt. Systeme 2015: 11

12 3 Beispiele wo Kybernetiker dringend gebraucht werden Opt. Systeme 2015: 12

13 Mikroelektronik Opt. Systeme 2015: 13

14 mein PC? 2012: Intel Core i7 vpro > 1,4 Billion Transistors 4 cores, 22 nm Process Opt. Systeme 2015: 14

15 ASML TWINSCAN NXT:1950i Opt. Systeme 2015: 15

16 ASML TWINSCAN NXT:1950i Opt. Systeme 2015: 16

17 Entwicklung Preise Arbeitsspeicher Prognose 2004: Was kostet 1 Mbyte? aktuell: DDR Gbyte: 14,57 0,3 ct/mbyte Opt. Systeme 2015: 17

18 Beispiel: Roadmap der Halbleiterindustrie Opt. Systeme 2015: 18

19 Remote Labs Opt. Systeme 2015: 19

20 Sony a MPix Full Size Hologram Opt. Systeme 2015: 20

21 DH-eLab Setup Opt. Systeme 2015: 21

22 Cloud Facilities: HoloGrid USt UTai UOsaka UShen Opt. Systeme 2015: 22

23 Potential für e-labs beyond e-learning: Remote Assembling New Way Documenting Shared Facilities Virtual & Remote Labs Remote Comparison New Way Reviewing New Way Publishing New Way Teaching New Way Device Test Opt. Systeme 2015: 23

24 Astronomie Opt. Systeme 2015: 24

25 Adaptive Optik Large Binocular Telescop (LBT, Arizona) ohne mit Quelle: Opt. Systeme 2015: 25 25

26 Adaptive Optik Grundprinzip AO aus AO an möglichst schnell ( > 1kHz) Opt. Systeme 2015: 26

27 Arbeitsteilung ITO / ISYS ISYS ITO Verformbarer Sekundärspiegel, Large Binocular Telescop (LBT, Arizona, USA) Opt. Systeme 2015: 27

28 Ansteuerung verformbarer Spiegel 88 Aktuatoren Am ISYS: ALPAO DM88 3 cm Mikrometer dünne Spiegelmembran lokal verformbar über Schwingspulen-Aktuatoren Erste Eigenfrequenz bei 280 Hz Aber: Stellsignale sollen mit > 500 Hz umgesetzt werden Daher: Regelung / dynamische Vorsteuerung des Spiegels mit gutem Modellwissen nötig Opt. Systeme 2015: 28

29 Numerisches Modell eines verformbaren Spiegels Lösung einer Differenzengleichung (FD-Modell) Anzahl Stützpunkte: 600 Virtuelle Randpunkte Opt. Systeme 2015: 29

30 Messergebnisse Large Binocular am P45 Telescope Large Binocular Telescope verformbaren Spiegel P45 Prototyp Sprungantwort ohne FF-Regelung (5 ms Einschwingzeit) Sprungantwort mit FF-Regelung (1 ms Einschwingzeit) Opt. Systeme 2015: 30

31 Lehrangebot Optische Systeme Opt. Systeme 2015: 31

32 Kernfach: Optische Informationsverarbeitung, Osten, SS, 4SWS (Fourier-Optik) Ergänzungsfächer: - Optik dünner Schichten, SS, 2 SWS - Grundlagen der Laserstrahlquellen, Graf, WS, 4 SWS - Bildverarbeitungssysteme in der industriellen Anwendung, Haist, SS, 2 SWS - Einführung in das Optik-Design, Menke, WS, 2 SWS - Grundlagen der Technischen Optik, Osten, WS, 2 SWS Opt. Systeme 2015: 32

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