Unsere Forschungsstruktur
PTU1 Computational Photonics
Diese Themeneinheit bildet die grundlegende Basis für die theoretischen und rechnergestützten Bestrebungen in PhoenixD und trägt maßgeblich zur 5D-Photonik bei. Der Schwerpunkt liegt auf dem Design, der Modellierung, der Simulation und der Virtualisierung von Materialien, Prozessen und Systemen. Simulation und Prognosen leiten die experimentellen Aktivitäten und ermöglichen tiefere Einblicke in die zugrunde liegenden Mechanismen. Die thematischen Aktivitäten müssen mehrere Skalen beherrschen und basieren auf multiphysikalischen Ansätzen. Schnittstellen müssen definiert und Einheiten kombiniert werden. Dies ermöglicht es, Anwendungen in Bereichen wie der subatomaren und biomedizinischen Bildgebung zu adressieren und zu entwickeln, die zuvor unzugänglich waren und voraussichtlich den Fortschritt in der Materialwissenschaft und Medizin vorantreiben werden.
PTU2 Matter-Light Interaction
Der Fortschritt optischer Systeme hin zu 5D-Photonik in Verbindung mit Echtzeit-Virtualisierung erfordert die dynamische Manipulation und konfigurierbare Erzeugung von klassischem und Quantenlicht in kleinskaligen/integrierten Geräten. Wichtige Merkmale umfassen nachhaltigen Energieverbrauch, hohe Übertragungsleistungen und die Fähigkeit zur Synthese von Lichtfeldern mit mehreren Eingabeparametern. Obwohl in den letzten Jahren bedeutende Fortschritte erzielt wurden, zum Beispiel durch die Realisierung integrierter elektro-optischer und rein optischer Manipulationseinheiten in Dünnschicht-Wellenleitsystemen, Metamaterialoberflächen und optischen Fasern, sind die Leistungsmerkmale in Bezug auf Bandbreite, Dynamikbereich, optische Verluste und Vielseitigkeit mehrerer Eingabeparameter noch begrenzt. Dies behindert die Umsetzung komplexerer dynamischer photonischer Netzwerke und 5D-photonischer Testfälle.
PTU3 Adaptive Optical Materials
Die Stärke der Materialumsetzung innovativer optischer Systeme in PhoenixD liegt darin, dass Chemiker und Ingenieure Hand in Hand arbeiten. Während die Produktion im großen Maßstab die Produktionsaspekte auf dem Manufacturing Grid des OPTICUM adressiert, liegt der Schwerpunkt hier vor allem auf den optischen Materialien und deren Aufbereitung, basierend auf den optischen Materialien. Ein integraler Bestandteil zur Erfüllung technologischer Anforderungen ist die Synthese innovativer adaptiver Materialien, die durch verschiedene Analysetechniken in Verbindung mit ihrer rechnergestützten Modellierung innerhalb der Simulationsplattform charakterisiert werden. Kombinationen aus einem funktionalen Material (Chromophor, Nanopartikel) und einem Trägermaterial (Glasfaser, Polymer, poröser Feststoff) erwiesen sich als besonders vielversprechend, insbesondere in Verbindung mit einem fortschrittlichen 3D-Wellenleiterdesign. Der Fokus wird ausgeweitet auf die Verarbeitung von Wellenleiter-/Trägermaterialien, die Lithiumniobat und die chemische Gasphasenabscheidung von Diamant einbeziehen, sowie auf Glastechnologien sowohl für planare Optiken als auch für Fasern, und auf die Entdeckung vielseitiger und nachhaltiger funktionaler Materialien in ausreichend großen Mengen, die durch Skalierung der Synthese erreicht werden.
PTU4 Multiscale Production – Manufacturing Grid
Das Ziel besteht darin, etablierte und neue Optikfertigungsprozesse zu verknüpfen und weiterzuentwickeln, um flexible Prozessketten zu schaffen, die eine skalenübergreifende und vollautomatisierte Fertigung optischer Systeme ermöglichen. Um dies zu erreichen, werden in PhoenixD untersuchte Prozesse zusammengeführt, um in einer gemeinsamen Fertigungsumgebung disruptiv Mehrwert zu schaffen: Das OPTICUM - eine neuartige intelligente Forschungseinrichtung. Die Integration von Fertigungs- und Messtechnologien ist entscheidend, um hochintegrierte optische Geräte zu erzeugen. Zukünftige integrierte Systeme auf verschiedenen funktionalen Materialien (Glas, Diamant, nichtlineare Materialien und Polymere) sind geplant, die elektronische und optische Funktionalitäten kombinieren und Signalverarbeitung und -übertragung innerhalb eines einzigen Geräts ermöglichen. Neuartige Optikberechnungskompetenzen, Materialien und in den Produktionsprozess integrierte Messtechnik werden angewendet, um innovative Anwendungen zu realisieren.
PTU5 Multi-Modal Computational Optical Metrology
Moderne technische Systeme sind mit zahlreichen Sensoren ausgestattet. Geräte wie Smartphones und Fahrzeuge überwachen sowohl ihren Status als auch ihre Umgebung. In einfachen Fällen steuern Sensorsignale das System direkt. In komplexeren Systemen jedoch erzeugt der kontinuierliche Strom von Sensordaten ein detailliertes Situationsmodell des Systems und seiner Umgebung. Virtualisierung kann zum einen Rückmeldung an menschliche Bediener geben oder zum anderen für verschiedene Maschinenanwendungen, wie Maschinensteuerung oder ein digitales Familienkonzept, genutzt werden. Multimodale Sensornetzwerke mit paralleler Auswertung umfangreicher Sensordaten bieten im Vergleich zu einzelnen Messsystemen größere Genauigkeit, Effizienz und Zuverlässigkeit und schaffen neue Funktionalitäten, wie z.B. vorausschauende Wartungsplanung und automatisierte Erkennung von Anomalien in Produktionsprozessen. Messtechnik ist entscheidend, um die reale und die virtuelle Welt innerhalb dieser Systeme zu verbinden, was sie zu einem wesentlichen Bestandteil von PhoenixDs Vision für die 5D-Photonik macht. Obwohl es derzeit ausgeklügelte Messgeräte gibt, sind weitere Fortschritte bei ihrer Anpassung, Integration in Netzwerke und Verbindung zu neuronalen Maschinen sowie bei der Erforschung neuartiger Konzepte erforderlich. PhoenixD hat die folgenden Themen identifiziert, um zu dieser Vision beizutragen: neuartige integrierte Sensorkonzepte und Quantensysteme, die Verfeinerung der rechnergestützten Messtechnik für fortschrittliche Bildgebung und die Verarbeitung großer Sensordatensätze für die optische Messtechnik und ein digitales Familienkonzept in Produktionsumgebungen.
