Im Rahmen dieser Dissertation wird gezeigt, dass komplexe und mehrlinsige optische Systeme auch auf einer mikrooptischer Skala realisiert werden können. Hierzu werden zunächst die Einzelkomponenten charakterisiert und modelliert. Die Systemoptimierung geschieht mit einer numerischen Strahlverfolgung, ähnlich wie in der Makrooptik. Die Strahlverfolgung wird mit einer neuen Parametrisierung für die präzise Beschreibung von Gradientenindex-Mikrolinsen ergänzt. Zwei verschiedene mikrooptische Systeme werden durch die Technik der Schichtstapelung aufgebaut: ein Mikroobjektiv aus drei Mikrolinsen und ein konfokales Sensorarray für die Medizintechnik. Für den präzisen Zusammenbau der Schichten wird ein spezielles Alignmentverfahren entwickelt. Hiermit konnte im Experiment eine Deckungsgenauigkeit von 5 µm erzielt werden. Weiterhin werden die Realisierungsmöglichkeiten einer Multiplex-Übertragung untersucht, welche nur passiv optische Bauteile benötigt. Es wird dabei die Einkoppelrichtung eines Strahls als Multiplexparameter (angular division multiplexing - ADM) verwendet. Hierzu wird der Entwurf und die Toleranzanalyse eines Multiplexers und des Demultiplexers mit mikrooptischen Elementen vorgestellt. In ersten Experimenten wurde eine Übertragungsstrecke mit einer stufenindex Multimode-Faser über 8 m mit 13 logischen Kanälen realisiert.
Translation of the title:
Construction of micro-optical systems for measurements and signal transmission
(English)
Translation of the abstract:
Subject of this thesis is the realization of complex optical systems with several lenses of micro-optical scale. To achieve this aim the individual components are characterized and modeled first. The system optimization is done by numerical ray tracing, similar to the method used in macro optics. The ray tracing is complemented by a new parameter set for the accurate description of gradient index micro lenses. Two different micro-optical systems are constructed by the technique of stacked layers: a micro objective of three micro lenses and a confocal sensor array for the medical technology. For the precise assembly of the layers, a special alignment system is developed. An overlay accuracy of 5 µm can be achieved hereby. Furthermore the implementation of a multiplexed transmission line, which needs only passive optical elements, is examined. Hereby the coupling direction of a ray is used as multiplex parameter (angular division multiplexing - ADM). For this transmission line the design and the tolerance analysis of a multiplexer and a demultiplexer with micro-optical elements are presented. In first experiments a transmission system with a step index multimode fiber over a length of 8 m with 13 logical channels was realized.
(English)
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