Virtual Prototyping

Green Photonics - Virtual Prototyping

Folgende Simulationsmethoden und Tools kommen im Rahmen des Virtual Prototypings zur Anwendung:

  • Ray-tracing (ASAP, Zemax) – Simualtionstools basierend auf geometrischer Optik
    • Optimierung der Farbhomogenität von Weißlicht-LEDs
    • Optimierung der Lichtstärkeverteilung und der Effizienz von LED-Modulen
    • Optimierung von Beleuchtungssystemen (basierend auf LED, aber auch herkömmliche Leuchtmittel wie Halogen- und Glühbirne, Leuchtstoffröhren, etc.)
      • Reflektoren
      • Hybrid-Systeme (Reflektor + refraktive Optiken)
      • Makro- und Mikrooptik-Arrays
  • Finite Difference Time Domain (FDTD Solutions) – Simulationstool basierend auf Wellenoptik
    • Berechnung und Analyse von diffraktiven Strukturen (Strukturgrößen im Bereich der Wellenlänge des Lichts)
      • Periodische Strukturen (1D, 2D, 3D Gitter)
      • Mikrolinsen-Array zur Lichtlenkung
      • Photonische Strukturen und diffraktive Optiken
      • Ein- und Auskoppelstrukturen für Solarzellen, Wellenleiter, optische Sensordevices
      • Simulation von Partikel- und Oberflächenstreuung
  • Gesamtheitliche Simulation von komplexen optischen Systemen, die sowohl refraktive als auch diffraktive optischen Komponenten beinhalten
    • Kombination von Ray-tracing und wellenoptischen Simulationen (FDTD) inklusive Schnittstellen für den Datenaustausch und Kohärenzbetrachtungen
  • CAD (Rhino, Autocad)
    • Modellierung und Datenexport von Geometrien für Optiken
  • Erstellung von Algorithmen (MATLAB)
    • Berechnung von Freiform-Optiken
    • Datenaufbereitung und Schnittstellen für den Datenaustausch zwischen unterschiedlichen Simulationsmethoden

Interaktion einer (abgeschnittenen) ebenen Welle (Intensität) mit einer rechteckigen periodischen Struktur zu vier unterschiedlichen Zeitpunkten (FDTD)

Momentaufnahme der Interaktion einer ebenen Welle (Intensität) mit einer dreieckigen Auskoppelstruktur. Links: Wellenlänge ist um einen Faktor 10 kleiner als die Struktur -> Totalreflexion an den Flanken verhindert Lichtauskopplung (Evanescente Felder an den Flanken sichtbar); Interferenz an der Spitze der Struktur bewirkt Auskopplung von einem kleinen Teil des einfallenden Lichts. Rechts: Die Wellenlänge ist in der Größenordnung der Struktur -> Auskopplung erfolgt durch Interferenzeffekte über die gesamte Strukturbreite

Ray-tracing Simulation eines Weißlicht-LED-Moduls inklusive Darstellung der Absorption innerhalb der Farbkonversionsschicht