Eingehende Optikschulung hält sowohl Schüler als auch Lehrer auf dem Laufenden

Veröffentlicht am: 03 Juli 2020

Experte:

Dr. Stefan Bäumer

Trainer

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Im Grunde seines Herzens ist Stefan Bäumer ein Optik-Fanatiker. Er unterrichtet mit großer Leidenschaft, weil er gerne Wissen weitergibt und es ihn, wie er sagt, auf Trab hält. Mit unvermindertem Enthusiasmus gibt er seit Jahren die Optikschulung„Moderne Optik für Optikdesigner“ am High Tech Institute. Die Schulung ist hart – sie deckt alle Aspekte der Optik ab – aber auch sehr wertvoll, sagen ihm die Teilnehmer hinterher.

Eines der schönen Dinge an der Optik, meint Stefan Bäumer, ist das Visuelle. „Wenn Sie im Labor einen Aufbau mit einem Licht- oder Laserstrahl und Linsen bauen, können Sie den Strahl mit Ihrer Visitenkarte verfolgen und sehen, was mit ihm passiert und wie er ein Bild formt. Mir gefällt die Tatsache, dass man den Effekt sofort visuell sehen kann“, sagt er enthusiastisch. Er arbeitet gerne in diesem Bereich, weil die Optik das Herzstück des optischen (Mess-)Systems ist und sowohl die Funktionen als auch die Toleranz des Systems bestimmt.

„In Zukunft werden wir uns mehr und mehr in Richtung End-to-End-Modellierung bewegen“, sagt Stefan Bäumer, Dozent am High Tech Institute.

Bäumers Erfahrung mit der Optik reicht weit zurück. Schon während seines Masterstudiums der Physik, das er an der Washington State University absolvierte, gab es eine Verbindung. Auch während seiner Promotion an der Technischen Universität Berlin beschäftigte er sich am Optischen Institut mit Optik.

Nach dem Abschluss seiner Promotion begann Bäumer seine Karriere bei Philips in Eindhoven. Hier begann er als Optikdesigner bei CFT und später bei Philips High Tech Plastics. Danach arbeitete er acht Jahre lang als Senior Designer für optische Systeme bei Philips Applied Technologies und Philips Research. Nach kurzer Zeit als Senior Principal Engineer bei Philips Lighting wurde er von TNO gefragt, ob er sich ihrem Team anschließen wolle. Das tat er gerne, denn so konnte er sein Licht bei einer anderen Organisation anmachen. Nach einer siebzehnjährigen Karriere bei Philips wechselte er zur optischen Gruppe bei TNO in Delft.

Jetzt arbeitet Bäumer seit fast acht Jahren als leitender Optikdesigner bei TNO. Seit 2015 ist er auch Teil der Gruppe der leitenden Wissenschaftler, die die technische Politik mitbestimmen. Als leitender Wissenschaftler ist Bäumer mitverantwortlich für die Leitung der Forschung im Bereich Optik bei TNO.

Fortschritt

Um entscheiden zu können, welchen Weg man mit TNO Optics einschlagen will, ist es sicherlich nützlich, dass Bäumer schon lange in diesem Bereich tätig ist. Dadurch ist er über die Entwicklungen gut informiert. „Tatsächlich gibt es eine Reihe wichtiger Entwicklungen, die zu einem starken Wachstum in der Optik geführt haben. Die Genauigkeit, mit der man optische Systeme modellieren kann, hat enorm zugenommen. Auch die Integration mit anderen Disziplinen hat sich stark verbessert. Außerdem hat sich die Herstellung optischer Elemente verbessert, da die Fertigungstechnologie große Sprünge gemacht hat. Schließlich sind Möglichkeiten für Detektoren und Lichtquellen im Nahinfrarotbereich hinzugekommen, die zum Beispiel in der medizinischen Forschung eingesetzt werden“, erklärt Bäumer.

Weitreichende technologische Entwicklungen auf dem Gebiet des Designs optischer Systeme haben die Leistungsfähigkeit aller Arten von Simulationsprogrammen in den letzten Jahren tatsächlich erheblich verbessert. Davon profitiert auch die Optik. „Früher habe ich mit eher rudimentären optischen Designprogrammen gearbeitet, mit denen man Systeme modellieren und ein Layout erstellen konnte. Das war noch sehr viel Handarbeit“, sagt Bäumer. „Heutzutage kann man viel schneller und genauer modellieren. Sie können alle Arten von Phänomenen in Ihre Simulationen einbeziehen, wie z.B. Nanostrukturen und Beugung. Auch die Integration mit anderen Disziplinen wie der Thermik, der Mechanik und die verbesserte Kommunikation zwischen den Softwaresystemen der verschiedenen Disziplinen haben zu Fortschritten geführt.“

Sicher ist, dass die anspruchsvolleren Fertigungstechnologien, die jetzt zur Verfügung stehen, auch die optischen Entwicklungen stark beschleunigt haben. Dies ist zum Teil auf Drehbänke mit viel höherer Präzision – das Diamantdrehen ermöglicht die Herstellung unglaublich präziser optischer Oberflächen, einschließlich Freiformflächen – und neue Techniken wie das magnetorheologische Finishing (MRF) und das Ionenstrahl-Figurieren (IBF) zurückzuführen. Diese Techniken ermöglichen es Optikern, Optiken mit viel besseren Spezifikationen zu entwerfen. Dies hat in den letzten zehn Jahren auch zum Aufkommen der Freiformoptik geführt. Dieser Zweig des Fachgebiets entwirft neue optische Elemente, die keine Translations- oder Rotationssymmetrie über die optische Achse aufweisen. Dies bietet Raum für bessere Leistung, Miniaturisierung und neue optische Funktionalitäten.

Stefan Bäumer: „Ich möchte meinen Studenten ein gutes optisches Grundwissen vermitteln, das sie in die Lage versetzt, gut einzuschätzen, was mit optischen Systemen möglich ist. Und natürlich auch, wo die Grenzen der Machbarkeit liegen“. Foto: TNO.

Bäumer prognostiziert, dass wir uns in Zukunft mehr und mehr in Richtung End-to-End-Modellierung bewegen werden. Bäumer: „Damit meine ich, dass wir die Systemleistung von der Quelle bis zum Detektor unter allen Umständen vorhersagen werden, unter anderem mit Hilfe von Hochleistungsrechnern, wie es beim Raytracing (Berechnung, wie sich Lichtstrahlen im optischen System verhalten, AB) über Grafikkarten geschieht. Diese Technik wird bereits in der Filmindustrie eingesetzt, aber auch im wissenschaftlichen Bereich ist sie auf dem Vormarsch. Ich erwarte auch, dass der rechnergestützten Optik mehr Aufmerksamkeit geschenkt werden wird. Da immer mehr Rechenleistung zur Verfügung stehen wird, wird es mehr Möglichkeiten geben, einen besseren Kompromiss zwischen optischer Hardware und Datenverarbeitung durch Software zu finden. Aus diesem Grund werden bei optischen Systemen andere Entscheidungen getroffen werden. Auch nanostrukturierte Oberflächen und Materialien werden in der Optik zunehmend Anwendung finden. Für die Optik im Allgemeinen werden die Entwicklungen im Quantenbereich einen ganz neuen Bereich erschließen.“

Gesamtübersicht

Mit all seinem Wissen über optische Systeme und die Entwicklungen auf diesem Gebiet kann Bäumer seinen Studenten in den Schulungen viel erzählen und zeigen. Der Lehrgang‚Moderne Optik für Optikdesigner‚ deckt alle Grundlagen der Optik ab. „Es ist wichtig, dass die Auszubildenden verstehen, wie die Dinge funktionieren und welche Prinzipien dahinter stecken. Wie wirken sich elektromagnetische Wellen und Beugung auf optische Systeme aus? Was sind die Polarisationseffekte? All diese Fragen werden in der Prüfung behandelt“, betont Bäumer.

Die Tatsache, dass diese Ausbildung einen Überblick über das gesamte Gebiet der Optik gibt, macht sie einzigartig. Es gibt jedoch viele spezialisierte Optikkurse, die sich auf ein bestimmtes Gebiet wie die nichtlineare Optik oder das optische Design konzentrieren. Was diese Schulung jedoch einzigartig macht, ist die Tatsache, dass sie den gesamten Bereich der Optik abdeckt. Ein Team von nicht weniger als sieben qualifizierten Dozenten, die alle auf dem Gebiet der Optik arbeiten und auf einen bestimmten Teilbereich spezialisiert sind, sorgt für eine qualitativ hochwertige Ausbildung.

„Gerade der Umfang und die Menge der Hausaufgaben, die die Studenten zu erledigen haben, machen es zu einem harten Training. Aber diese Hausaufgaben sind der Schlüssel, um sich mit der Materie vertraut zu machen. Wenn ich nachher mit den Studenten spreche und sie frage, wie es ihnen gefallen hat, sagen sie, dass es hart war, aber dass sie viel gelernt haben“, betont Bäumer. „Das Training ist auch für mich sehr anstrengend. Jedes Training erfordert viel Vorbereitung und es gibt eine Menge Nacharbeit, aber ich lerne auch jedes Mal dazu und das hält mich auf Trab. Ich möchte meinen Studenten ein gutes optisches Grundwissen vermitteln, das sie in die Lage versetzt, gut einzuschätzen, was mit optischen Systemen möglich ist. Und natürlich auch, wo die Grenzen der Machbarkeit liegen.“

Dieser Artikel stammt von Antoinette Brugman, freiberufliche Journalistin und Mitarbeiterin derZeitschrift High-Tech Systems .