Dank moderner Rechentechnik tragen die Modellierung und die Simulation heutzutage wesentlich zum Verständnis von Laserprozessen bei und ermöglichen somit eine gezielte Entwicklung von angepassten Lasersystemen. Das Themengebiet der Modellierung und Simulation untergliedert sich am LHM in zwei Teilbereiche, der rigorosen Berechnung der Laserstrahlpropagation und der multiphysikalischen Simulation der Wechselwirkung zwischen Laserstrahlung und Materie.
Der Lasermaterialbearbeitungsprozess stellt in den meisten Fällen ein sehr komplexes und hochdynamisches System dar, dessen komplette Beschreibung sehr aufwendig ist. Einige Vorgänge der Lasermaterialbearbeitung sind dabei bis heute nicht vollständig verstanden. Eine realitätsnahe Abbildung durch eine rechnergestützte Simulation bietet die Möglichkeit, den Ablauf des Prozesses zeitlich und räumlich aufzulösen. Die auf diese Weise gewonnenen Erkenntnisse können zur Optimierung von Laserbearbeitungsverfahren genutzt werden.
Die Berechnung der Laserstrahlpropagation kann mit Hilfe von analytischen, strahlenoptischen, vereinfachten wellenoptischen und rigorosen Berechnungsmethoden erfolgen. Damit sind alle auftretenden Effekte beim Durchlaufen von optischen Komponenten berechenbar. Spezielle Anwendungen sind die Charakterisierung und das Design optischer Elemente sowie die Berechnung von diffraktiven optischen Elementen sowie die Ausbreitung des entstehenden Beugungsbildes.