Das Laserstrahlhärten ist ein etabliertes Fertigungsverfahren, das ein präzises und effizientes Randschichthärten ermöglicht. Ein Laserstrahl erhitzt hierzu die Oberfläche des Werkstücks. Anschließend erfolgt die Abkühlung durch Selbstabschreckung. Das so erzeugte Temperaturfeld ergibt sich als Konsequenz aus Laserleistung, Vorschubgeschwindigkeit und der Strahlform. Das Temperaturfeld wiederum bedingt die metallurgische Umwandlung des Werkstoffes und damit die Produktqualität.
Durch die Lösung des inversen Wärmeleitungsproblems ergibt sich ein neuer Ansatz zur Prozessoptimierung: Das Temperaturfeld kann direkt als Optimierungsgröße verwendet werden. Wie die Analyse des Stands der Technik zeigt, sind moderne Strahlformungssysteme wie Freiformoptiken in der Lage, die so berechneten Intensitätsverteilungen zu realisieren. Hieraus resultiert ein neuer Freiheitsgrad zur Prozessoptimierung und ebenso ein Wissensdefizit hinsichtlich optimaler Temperaturfelder, dem mit folgendem Ansatz begegnet wird:
Zunächst werden Zielgrößen identifiziert. Als Zielgröße für die Prozessoptimierung können sowohl produktions- als auch qualitätstechnisch relevante Bewertungsgrößen identifiziert werden. Die für die Optimierung erforderliche quantitative Beschreibung der Bewertungsgrößen vom Zeit-Temperatur-Verlauf wird durch eine Modellierung erarbeitet. Auf dieser Basis werden Zeit-Temperatur-Verläufe hergeleitet, die jeweils auf die Optimierung einer Bewertungsgröße abzielen. Zudem kann der Einfluss der hergeleiteten Zeit-Temperatur-Verläufe auf anderen Bewertungsgrößen identifiziert werden.
Den erzeugbaren Temperaturfeldern zur Generierung der entsprechenden Zeit-Temperatur-Verläufe sind jedoch physikalische Grenzen gesetzt. So kann die Intensitätsverteilung nur auf die Oberfläche einwirken. Auch werden Aufheizraten, Abkühlraten und der Wärmefluss in der Tiefe durch andere Größen wie die Vorschubgeschwindigkeit bedingt. In einem weiteren Teilmodell erfolgt daher eine Approximation der Lösung des inversen Wärmeleitungsproblems zur Bestimmung physikalisch realisierbarer Temperaturfelder. 
Mit dem Modell können so effizient Temperaturfelder in einem weiten Parameterraum simuliert und die Bewertungsgrößen analysiert werden. Auf diese Weise werden verschiedene Felder simulativ eruiert und mit dem Stand der Technik verglichen. Ausgewählte Temperaturfelder werden darüber hinaus mit Hilfe von Freiformoptiken realisiert und die Ergebnisse auf diese Weise experimentell verifiziert.