Phasenraummethoden in Optikdesign und Simulation

Der Phasenraum in der Optik entspricht einer Visualisierung der Position und der Winkel von Strahlen innerhalb eines optischen Systems.

So entspricht die paraxiale Strahlenverfolgung einer ABCD-ähnlichen linearen Transformation, während eine echte Strahlenverfolgung auch Aberrationen aufzeigt.

Ray-Tracing eines einzelnen Strahls durch ein optisches System und die entsprechenden Trajektorien im Phasenraum.

Im Phasenraum wirkt ein optisches System als Transformation der Eingangslichtverteilung auf die Lichtverteilung in der Bildebene. Daher liefert eine Analyse dieser Transformationseigenschaften ein vollständiges Bild der optischen Funktionalität. So kann der Phasenraum beispielsweise Aufschluss über die Beiträge zur Aberration in abbildenden optischen Systemen geben oder bei Beleuchtungssystemen einen Überblick über den allgemeinen Strahlungstransport und die Strahlungsumverteilung geben.

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Film der Phasenraumbewegung eines Strahlengitters. Die Farbe zeigt Regionen mit hohen Aberrationen an.

Strahlenverfolgungsbild (oben) und Phasenraumtransformation eines Mischstabs (unten): a) Anfangsverteilung; b) sich ausbreitende Verteilung in Abwesenheit der Stab-Seitenwände; c) endgültige Verteilung, die dem Rückfalteffekt des Stabs ähnelt.

Publikationen

  1. Herkommer, Alois M. "Phase space optics: an alternate approach to freeform optical systems." Optical Engineering 53 (3) (2014).
  2. Rausch, D., Herkommer, A.M. "Illumination Optics in Phase Space." Fringe 2013. Springer Berlin Heidelberg, 373-376 (2014).
  3. A. M. Herkommer and D. Rausch, "Phase space transformations - a different way to understand freeform optical systems," in Renewable Energy and the Environment, OSA Technical Digest (online) (Optical Society of America, 2013), paper FT2B.5.
  4. Rausch D., Herkommer A.M. “Phase space approach to the use of integrator rods and optical arrays in illumination systems”, Advanced Optical Technologies, Vol. 1, page 69-78, (2012).
  5. Rausch D., Herkommer A.M. “Phase space approach to the use of integrator rods and optical arrays in illumination systems”, Advanced Optical Technologies, Vol. 1, page 69-78, (2012).
  6. Herkommer, A. M., Rausch D. “Phase space optics – an engineering tool for illumination design”, Proc. SPIE 8429, 84290C (2012).
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