Make light matter

BeamXpertDESIGNER simuliert die Propagation von Laserstrahlung durch optische Systeme in Echtzeit, bietet eine intuitive Bedienung mit CAD-ähnlicher 3D-Darstellung und spricht die Sprache der Lasertechnik. Die leichte Erlernbarkeit und die ausgeprägte Interaktivität ermöglichen es, schnell präzise Ergebnisse zu erzielen. Dies führt zu einem deutlich beschleunigten Workflow im Vergleich mit anderen marktüblichen Lösungen.

Simulationssoftware für Laserstrahlpropagation

Die schnell erlernbare Software BeamXpertDESIGNER ist exakt an die Bedürfnisse von Laserentwicklern und -anwendern angepasst und der sehr schnelle Grundalgorithmus ermöglicht eine 3D-Echtzeitsimulation.

Anwender in Industrie und Forschung stehen regelmäßig vor der Herausforderung, optische Systeme für die Ausbreitung und Führung von Laserstrahlung zu entwerfen.

Die bisherigen Optiksimulationsprogramme sind jedoch schwer zu erlernen, kompliziert zu bedienen, träge in der Interaktion und entsprechen nicht den speziellen Anforderungen im Bereich der Lasertechnologie.

BeamXpertDESIGNER liefert Parameter wie Strahldurchmesser, Taillenposition und Rayleigh-Länge sowie weitere Strahlpropagationsparameter gemäß ISO 11145 und 11146 an beliebiger Stelle im optischen Setup.

Somit gestattet BeamXpertDESIGNER die schnelle und effiziente Auslegung optischer Systeme für Laserstrahlung.

Der Verkaufsstart in Deutschland ist für April 2018 geplant.

Schlank und schnell – fokussiert auf essenzielle Punkte

Schnell erlernen,
leicht bedienen

Schon nach 1 Stunde Einarbeitungszeit erste belastbare Ergebnisse

Intuitiv arbeiten
mit Drag&Drop

Direktes Anklicken, Verschieben und Drehen optischer Komponenten

CAD-ähnliche
3D-Darstellung

Anschauliches visuelles
Arbeiten mit 3D-Objekten

Simulation
in Echtzeit

Sehr schneller Grundalgorithmus ermöglicht 3D-Echtzeitsimulation

Komponenten-
datenbank

Marktübliche optische Komponenten gängiger Hersteller direkt einbinden

Lasernormgerechte
Ergebnisse

Ausgabe der Laserstrahlparameter gemäß ISO 11145 und ISO 11146

Aus der Praxis für die Praxis

Die Entwicklung von BeamXpertDESIGNER erfolgte durch Dr. Eppich anhand der Bedürfnisse der Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des Ferdinand-Braun-Institut bei ihrer täglichen praktischen Arbeit im Zusammenhang mit der Formung, Führung und Kollimation von Laserdiodenstrahlung. Darüber hinaus hat BeamXpertDESIGNER in seinen Betaversionen bei 50 Anwendern in anderen Forschungsinstituten und Firmen seine Verlässlichkeit und Nützlichkeit im Bereich der Laserentwicklung, Lasermaterialbearbeitung, Datenübertragung und Messtechnik bereits eindrucksvoll unter Beweis stellen können. Das Feedback der Betatesterinnen und -tester führte kontinuierlich zur Weiterentwicklung und Verbesserung von BeamXpertDESIGNER.

Use Cases

© FBH/schurian.com

Kollimation von Diodenlaserstrahlung

Um die sehr gute Strahlqualität von Diodenlasern nutzbar zu machen, muss die hochdivergente Strahlung zunächst zu einem parallelen Laserstrahl geformt werden. Diese Kollimation erfolgt typischerweise durch eine oder mehrere Mikrolinsen. Bei ungünstiger Wahl dieser Linsen kann sich die von der Laserdiode gelieferte Strahlqualität allerdings deutlich verschlechtern. Mit Hilfe von BeamXpertDESIGNER kann entschieden werden, welche verfügbaren Linsen hierfür am besten geeignet sind. Darüber hinaus kann die Auswirkung von möglichen Fehljustierungen der Linsen auf die Strahlqualität quantitativ bestimmt werden.

© FBH/schurian.com

Fasereinkopplung

Die Möglichkeit Laserstrahlung in Fasern einzukoppeln, erlaubt es, den Ort der Strahlerzeugung vom Ort der Strahlanwendung zu trennen. Dies stellt in der Praxis einen großen Vorteil dar. Für die Einkopplung der Laserstrahlung in die Faser muss die Strahlung auf einen Fleck genau vorgegebener Größe fokussiert werden und dabei möglichst exakt den Faserkern treffen. Die Größe des Flecks und die durch die Aberration der Einkoppeloptik hervorgerufene Verschlechterung der Strahlqualität hängen von den verwendeten Linsen ab. Mit BeamXpertDESIGNER kann beides berechnet werden. Zusätzlich ist es möglich, Verluste bei der Einkopplung durch Fehljustage der Linsen quantitativ abzuschätzen.

© FBH/schurian.com

Frequenzkonversion (SHG, THG, …)

In bestimmten Wellenlängenbereichen kann Laserstrahlung nicht oder nur mit großen technischen Schwierigkeiten direkt erzeugt werden. Stattdessen wird die Laserstrahlung in einem leichter zugänglichen Wellenlängenbereich erzeugt und mit Hilfe nichtlinearer Kristalle in den gewünschten Wellenlängenbereich konvertiert. Um dabei optimale Umsetzungsgrade zu erzielen, muss die Laserstrahlung unter Einhaltung sehr eng definierter Parameter (Fokusdurchmesser und -position, Rayleigh-Länge, etc.) in den Kristall fokussiert werden. Mit Hilfe von BeamXpertDESIGNER gelingt es schnell und zuverlässig, die hierfür erforderlichen Linsenkombinationen zu bestimmen.

Inside BeamXpertDESIGNER

BeamXpertDESIGNER verwendet zwei unterschiedliche Modellierungsansätze. Das erste Modell nutzt die Propagation der Momente erster und zweiter Ordnung der Intensitätsverteilungen zur Simulation. Ein proprietärer Ansatz gestattet hierbei eine weniger restriktive Anwendung der paraxialen Näherung. Da die Berechnung sehr schnell erfolgt, kann die Simulation in Echtzeit durchgeführt werden.

Im zweiten Modell wird die Laserstrahlung durch ein Bündel geometrisch-optischer Strahlen repräsentiert, die per klassischem Raytracing durch das System propagiert werden. Diese Strahlenbündel sind so ausgelegt, dass sie dem sogenannten Gauß-Schell-Modell entsprechen.

Aus dem Strahlenbündel lassen sich an jedem Ort im optischen System die Strahlpropagationsparameter, darunter die besonders wichtige Beugungsmaßzahl M2, ableiten. Anhand der Änderung der Beugungsmaßzahl des Strahlenbündels beim Durchgang durch das optische System kann der Umfang der auftretenden Aberrationen, (z. B. durch unpassende Linsenwahl oder -anordnung) aufgedeckt werden.

Ein typischer Workflow besteht deshalb in der interaktiven Auslegung des optischen Systems unter Anwendung der Propagation der Intensitätsmomente mit anschließender Kontrolle auf Aberrationen mit Hilfe der Gauß-Schell-Strahlenbündel.

BeamXpertDESIGNER kennenlernen

BeamXpert und das Projekt DOBSY

Spin-off des Ferdinand-Braun-Institut

BeamXpert ist ein Ausgründungsvorhaben des Ferdinand-Braun-Institut, Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik (FBH), das unter dem Arbeitstitel „DOBSY – Designer for Optical Beam Systems“ durch ein EXIST-Gründerstipendium (Förderkennzeichen 03EGSBE375) unterstützt wird. Weitere Unterstützung erfährt BeamXpert durch Leibniz-Transfer der Leibniz-Gemeinschaft.

Das Ferdinand-Braun-Institut, Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik (FBH) erforscht elektronische und optische Komponenten, Module und Systeme auf der Basis von Verbindungshalbleitern. Diese sind Schlüsselbausteine für Innovationen in den gesellschaftlichen Bedarfsfeldern Kommunikation, Energie, Gesundheit und Mobilität. Leistungsstarke und hochbrillante Diodenlaser, UV-Leuchtdioden und hybride Lasersysteme entwickelt das Institut vom sichtbaren bis zum ultravioletten Spektralbereich. Die Anwendungsfelder reichen von der Medizintechnik, Präzisionsmesstechnik und Sensorik bis hin zur optischen Satellitenkommunikation.

Auszeichnungen

Erfolgreich beim Gründerwettbewerb und Businessplan-Wettbewerb

Am 1. September 2017 wurde das Ausgründungsvorhaben des FBH BeamXpert beim „Gründerwettbewerb – Digitale Innovationen“ im Rahmen der IFA in Berlin ausgezeichnet.

Der Gründerwettbewerb des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie findet zweimal jährlich statt. An der ersten Runde 2017 hatten 293 Gründerteams mit 723 Gründerinnen und Gründern teilgenommen. Sechs Teams gewannen Hauptpreise in Höhe von je 32.000 Euro, ein Team wurde mit dem „FinTech“-Sonderpreis in Höhe von 10.000 Euro ausgezeichnet und 13 weitere Teams – zu denen auch BeamXpert zählt – erhielten Preise in Höhe von je 7.000 Euro.

Für die beiden Gründer Dr. Bernd Eppich und Dr. Guido Mann ist dies bereits die zweite Auszeichnung nach dem 2. Platz in der Finalrunde des „Businessplan-Wettbewerbs Berlin-Brandenburg 2017“ (BPW). Der BPW wird durch das Ministerium für Wirtschaft und Energie des Landes Brandenburg unterstützt und aus Mitteln des Europäischen Sozialfonds (ESF) gefördert.

Die Gründer

Wir sind ein Team promovierter Physiker mit zusammen mehr als 50 Jahren Erfahrung in theoretischer und praktischer Laserphysik, die die BeamXpert GmbH als Spin-off des Ferdinand-Braun-Instituts gründen werden. Aufgrund unserer täglichen Arbeit wurde uns das Fehlen einer einfach bedienbaren Simulationssoftware für Laserstrahlung, die es erlaubt die Ausbreitung von Laserstrahlung in optischen Systemen zu berechnen, regelmäßig vor Augen geführt. Dieser Mangel soll mit der Software BeamXpertDESIGNER nun nachhaltig beseitigt werden.

Dr. Bernd Eppich und Dr. Guido Mann