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Green Photonics

Nachhaltige Nutzung von Licht

Licht spielte in der Geschichte der Menschheit schon immer eine zentrale Rolle. Künstlich erzeugtes Licht bestimmt insbesondere in einer industrialisierten Gesellschaft weitgehend das Leben der Menschen und muss vor allem in der Nacht mit einem entsprechenden Energieaufwand erzeugt werden. Aktuelle Studien zeigen, dass allein der im Beleuchtungsbereich benötigte Strombedarf bei ca. 19 % des weltweiten Gesamtstrombedarfs liegt. Das Institut MATERIALS setzt sich unter dem Motto „Green Photonics“ das Ziel, einen Forschungsbeitrag für die nachhaltige Erzeugung und Nutzung von Licht zu leisten.

Techno- logien

Green Photonics - Anwendungen

Das Segment der „Green Photonics” bündelt Anwendungen zur Erzeugung und Einsparung von Energie, Reduktion von Treibhausgasen, und der effizienten Lichterzeugung. Die zugehörigen Technologien reichen von der Photovoltaik über Leuchtdioden (LED)-Beleuchtung, die optische Sensorik, energieeffiziente Kommunikations-technologien bis zu energie- und ressourcenschonenden Laser-Produktionsverfahren.

 

Betrachtet man diese Technologien im Detail, so wird deutlich, dass diese scheinbar unterschiedlichen Themen eine Reihe von Gemeinsamkeiten besitzen. So sind die LED-Technologie und die Photovoltaik beispielsweise beides Halbleiter-Technologien und in beiden spielen Optik und Optoelektronik eine wichtige Rolle. Die sich daraus ergebenden analogen Fragestellungen wie z.B. zur optimierten Lichtkontrolle und -manipulation werden dazu führen, dass die grundlegenden Ansätze für eine weitere Optimierung in Zukunft stärker zusammenwachsen werden.

 

Daneben werden die nächsten Jahre aber noch eine Vielzahl von Innovationen mit sich bringen. Die geringe Größe und die kompakte Bauweise werden völlig neue Integrationsmöglichkeiten von LEDs und Solarzellen (insbesondere auch CPV) in vielen Anwendungsbereichen (energieautarke Beleuchtungssysteme, Medizintechnik, Sensorik, Verkehrstechnik, Kommunikationstechnologien) ermöglichen. In Kombination mit einem maßgeschneiderten Lichtmanagement eröffnen sich damit völlig neue Ansätze und Strategien für technologische Entwicklungen und neuartige Produkte.

Systeme

Optisches Design und Fertigung

Unsere Aktivitäten im Bereich der Green Photonics-Technologien zielen darauf ab unseren Kunden Gesamtlösungen anzubieten, von der optischen Simulation und dem Prototyping bis zur Unterstützung der Überführung in die großflächige und kosteneffiziente Fertigung optischer Strukturen und Komponenten zur Lichtkopplung, Lichtlenkung und Lichtsteuerung, z. B. für Weißlicht-LEDs und Photovoltaikmodule.

 

Die Entwicklung und das Design von maßgeschneiderten optischen Systemen und Komponenten vereint eigentlich drei Disziplinen: das optische Design, die Fertigung optischer Komponenten und die optische Charakterisierung dieser Komponenten. Dabei gilt es schon bei der Simulation im Sinne des angestrebten virtuellen Prototypings Aspekte der Optikfertigung und des Designs mit einfließen zu lassen.

Virtual Prototyping

Green Photonics - Virtual Prototyping

Mit den im Forschungsbereich Green Photonics: Virtual Prototyping eingesetzten Simulationsmethoden (Ray-tracing (ASAP, Zemax) und wellenoptischen Methoden (FDTD Solutions, Virtual Lab, sowie kombinierte Ray-tracing und wellenoptische Simulationen) können wir maßgeschneiderte optische Elemente und Komponenten in Strukturgrößen sowohl kleiner als auch größer als die Wellenlänge des Lichts entwerfen. Das Portfolio an optischen Strukturen reicht von diffraktiven und refraktiven optischen Elementen bis zu Freiformmikrooptiken. Damit kann die ganze Bandbreite optischer Effekte sowohl in der Beleuchtung als auch in der Photovoltaik zielgerichtet ausgenutzt und die Energieeffizienz weiter gesteigert werden.

Devices

Green Photonics - Devices

Im Forschungsbereich Green Photonics: Devices werden diese optischen Komponenten und Systeme mittels Prototyping-Verfahren gefertigt und in Labormustern integriert. Die konkreten Schwerpunkte liegen dabei auf folgenden Forschungsthemen:

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Messgeräte

Infrastruktur

 

Zur Analytik, sowohl zur Bestimmung von Eingabeparametern für die optische Simulation als auch zur Charakterisierung der Labormuster verfügen wir über ein umfassendes Portfolio an Messgeräten.

Für weitergehende thermische und strukturelle Untersuchungen verfügen wir über ein kompetentes Partnernetzwerk, mit dem wir unseren Kunden einen One-Stop-shop für die aktuellen Herausforderungen einer Technologieentwicklung anbieten können.

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