- Institute: Hannoversches Zentrum für Optische Technologien
- Principle Investigators: Dr.-Ing. Maik Rahlves, Prof. Dr. Bernhard Roth, Prof. Dr. Reithmeier
- Researcher: Monali Suar, M.Sc.
Integrierte photonische Bauelemente auf Polymerbasis erfreuen sich zunehmender Beliebtheit in Anwendungen, die von einfachen Polymer-Backplanes bis hin zu komplexen optofluidischen Sensoren zur Detektion von chemischen oder sogar biochemischen Substanzen reichen. Im Gegensatz zu ihren auf Halbleitern basierenden Gegenstücken eignen sich Polymere für die Herstellung von kostengünstigen Einwegprodukten, was ihre Verwendung für medizinische Zwecke ermöglicht. Allerdings ändern sich Polymereigenschaften wie der Brechungsindex unter thermischer oder mechanischer Belastung signifikant, was im optischen Designprozess berücksichtigt und ggf. kompensiert werden muss. Aber auch Wärme und Stress führen letztendlich zu einer geometrischen Verformung des photonischen Bauelements, die es zu berücksichtigen gilt. Fast alle kommerziell erhältlichen Simulationswerkzeuge konzentrieren sich explizit auf starre Halbleiterbauelemente, bei denen solche Effekte nicht in den Entwurfsprozess einbezogen werden müssen. In diesem Projekt konzentrieren wir uns auf die Kombination von optischen und thermomechanischen Simulationen, um polymerbasierte photonische Bauelemente vollständig zu simulieren. Wir konzentrieren uns insbesondere darauf, eine Rückkopplung zwischen optischen und thermomechanischen Simulationen zu etablieren, die es ermöglicht, Verformungen oder eine Änderung der optischen Eigenschaften während der Simulation zu berücksichtigen. Die optische Simulation basiert auf selbst implementierten Strahlpropagationsmethoden (BPM, siehe Abbildung 1), während die thermomechanische Simulation unter Ausnutzung kommerziell verfügbarer, auf der Finite-Elemente-Methode (FEM) basierender Softwaretools durchgeführt wird. Das Ziel dieses Projekts umfasst auch die Simulation sowohl der Herstellungsprozesse als auch des Designs der photonischen Vorrichtung. Die erste Simulation berücksichtigt die Licht-Polymer-Wechselwirkung während der Herstellung, während die letztere das Design von Polymer-Bauelementen für hohe optische Leistungen oder den Betrieb bei erhöhter Temperatur ermöglicht. In Zukunft wird die Kombination von optischen und thermomechanischen Simulationen den Weg für eine präzise Simulation von Polymersystemen ebnen, bei denen Licht mit dem Polymer interagiert und dessen Geometrie und optische Eigenschaften verändert, wie z. B. im Fall von integrierten Polymerlasern.
