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.


Jeder kennt aus dem Alltag eine Vielzahl optischer Systeme, seien es Brillen, Kameras, Ferngläser oder Mikroskope. Optik-Design beschäftigt sich dem Entwurf und der Berechnung solcher optischen Systeme. Durch den Einsatz von Computern und speziellen Optik-Design-Programmen haben sich sowohl die Methodik der Optikentwicklung als auch das Berufsbild des Optik-Designers wesentlich verändert.

Die Berechnung der Strahlpropagation kann mit Hilfe verschiedener Formulierungen des Beugungsintegrals erfolgen. Damit lässt sich die elektrische Feldstärke auf diskreten Ebenen in Ausbreitungsrichtung bestimmen. Durch Ausnutzung von Symmetrien kann je nach gewählten Berechnungsverfahren sehr viel Berechnungszeit eingespart werden. Zur Berechnung steht ein Programm-Modul zur Verfügung, welches ebenfalls die Berechnung auf der Grafikkarte ermöglicht.

Die Freiraumdiskretisierung beschreibt die Berechnung der elektrischen Feldstärke im gesamten Betrachtungsbereich. Im Gegensatz zu den Propagationsoperatoren muss der komplette Raum in diskrete Elemente eingeteilt und an den Stützstellen die Maxwell-Gleichungen oder die Wellengleichung gelöst werden. Die Diskretisierung erfolgt vorzugsweise mit finiten Differenzen und ist ebenfalls für die Berechnung auf Grafikkarten implementiert.

Diffraktive optische Elemente ermöglichen die Erzeugung eines definierten Strahlprofiles, welches durch Beugung aufgrund einer Amplituden- und/oder Phasenmanipulation aus einem vorgegebenen Strahlprofil erzeugt wird. Ein Algorithmus zur Berechnung der notwendigen Phasenlage für diese Strahlformung ist der iterative Fourier Transformation Algorithmus (IFTA).