Hannoversches Zentrum für Optische Technologien

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Projekte:

• Aktive Mikrooptik

Thanin Schultheis

Im Projekt „aktive Mikrooptik“ am Hannoverschen Zentrum für optische Technologien (HOT) werden verschiedene Anwendungen durch Ansteuerung von Mikrooptiken mittels eines Ferrofluids untersucht. Die Bewegung eines Ferrofluides durch das von Mikrospulenarrays erzeugte Magnetfeld kann dafür genutzt werden, ein Fluid in einem Kanalsystem zu bewegen und verschiedene optische Elemente zu verändern oder dem Strahlengang hinzuzufügen (Abb. 1).

Im Rahmen dieses Projektes soll die Ansteuerung einer Fluidlinse simuliert werden. Ein erster Prototyp nutzt als Linse einen aus einer Bohrung austretenden Wassertropfen, der durch einen Kanal versorgt wird. Druckerhöhung im Kanal führt zu einer Krümmungsradiusänderung der refraktiven Oberfläche, was eine gezielte Beeinflussung der Brennweite ermöglicht. Hierbei treten statische und dynamische Effekte auf, die die Abbildungsqualität der Linse beeinflussen und die analytisch nicht erfassbar sind.

Mit dem Programm COMSOL soll zunächst der Füllvorgang der Fluidlinse simuliert werden. Von besonderem Interesse sind hierbei sowohl entstehende Schwingungen der Linsenoberfläche, die die Geschwindigkeit der Fokussierung begrenzen als auch das Geschwindigkeitsprofil des in die Linse einströmenden Fluides, dass, falls nicht rotationssymmetrisch, zu einer weiteren Verformung der Linse beitragen kann. Hierbei handelt es sich um dynamische Effekte. Zu den statischen Effekten zählt eine Beeinflussung der Rundheit der Linse aufgrund von Fehlern in der Bohrungsgeometrie, deren Einfluss ebenfalls mit Hilfe von COMSOL überprüft werden soll.

In einem ersten Schritt wurde für die Simulation mittels einer CAD-Software ein Modell der Bohrung und des Versorgungskanals, wie sie auch an dem Konzeptmodell der Linse vorkommen, erstellt (Abb. 2). Dieses Modell dient anschließend als Grundlage für CFD-Berechnungen am RRZN. Der zweite Arbeitsschritt besteht in der Vernetzung der Geometrie. Bereiche großer Divergenz müssen fein aufgelöst werden, während Bereiche kleiner räumlicher Änderung der betrachteten Größen weniger fein vernetzt werden können, siehe auch Abb. 3. Da für die Lösung der entstehenden Differentialgleichungssysteme Berechnungskapazitäten über denen eines Standard-PCs benötigt werden, wird das Rechencluster des Rechenzentrums für diese Aufgabe in Anspruch genommen.

Die mit dieser Betrachtung erhaltenen Ergebnisse können verwendet werden, um die Geometrie des Versuchsträgers als auch den Ablauf des Fokussiervorgangs weiter zu verfeinern und somit die Abbildungsqualität und Fokussiergeschwindigkeit der Fluidlinse zu optimieren.

Weitere Informationen:

• http://www.hot.uni-hannover.de
• http://www.imr.uni-hannover.de

• Comsol