Promovendus legt basis voor geheel nieuwe benadering in optisch design

Wiskundige en TU/e-promovendus Bart van Lith heeft een heel nieuw wetenschappelijk vakgebied gecreëerd met het combineren van zijn kennis van de wiskunde en natuurkunde. Zijn promotieonderzoek leidde tot een nieuwe, innovatieve aanpak waarmee een volledig nieuw onderzoeksveld in computationele optica van verlichting is geïntroduceerd. Vorige week promoveerde hij cum laude aan de faculteit Wiskunde en Informatica.

De motivatie voor dit promotieproject, dat deel uitmaakte van het Flagship Lighting van het Intelligent Lighting Institute, kwam voort uit een klassiek probleem in de optica van verlichting: in verschillende toepassingen van licht (bijvoorbeeld LED’s) worden verschillende kleuren gebruikt. Om een uniforme output te creëren, moet het licht gemengd worden. Tot nu toe werden de berekeningen hiervoor gemaakt met behulp van ray-tracing technieken; een techniek die wordt gebruikt om het pad van lichtstralen naar, door en uit bijvoorbeeld een lichtgeleider te voorspellen.

Doorbraak
Van Lith concludeerde in zijn onderzoek echter dat ray-tracing technieken tekortkomingen hebben. Daarom bedacht hij een innovatieve benadering waarbij het transport van energie als het fysieke model wordt gebruikt in plaats van de algemeen gebruikte ray-tracing methode. Het voordeel van deze methode ten opzichte van ray-tracing is dat het de energieverdeling op alle posities in het systeem direct, met een kortere berekentijd en/of met een hogere nauwkeurigheid weergeeft.

Impact
De aanpak van Van Lith, zodra uitgebreid naar 3D-geometrieën, biedt mogelijkheden tot het ontwikkelen van een hele reeks aan nieuwe toepassingen en zal de toekomstige toolset van optische ontwerpers in de industrie sterk verbeteren. Het stelt hen onder meer in staat om optische systemen sneller te ontwerpen, nieuwe optische componenten te ontwerpen, optische systemen met bestaande lichtbronnen automatisch te optimaliseren en systeemanalyses uit te voeren met behulp van de energiedistributie in de faseruimte.

Indrukwekkend
Volgens zijn begeleiders prof.dr.ir. Wilbert IJzerman en dr.ir. Jan ten Thije Boonkkamp is het werk van Van Lith indrukwekkend. Hij legde niet alleen de basis voor een geheel nieuwe benadering in optisch ontwerp voor verlichtingsdoeleinden, zijn proefschrift bevat ook een uitgebreide beschrijving van innovatieve manieren om dit onderzoek voort te zetten. Hierdoor kan het onderzoek op het gebied van computationele optica van verlichting in de komende jaren worden uitgebreid.

Bijzonder
Van Lith behaalde zowel zijn Masterdiploma Technische Natuurkunde als Industriële en Toegepaste Wiskunde aan de TU Eindhoven. Zijn afstudeerproject voor Industriële en Toegepaste Wiskunde werd beoordeeld met een 10 en resulteerde in een eerste publicatie van zijn hand. De eervolle ‘cum laude’ vermelding die Van Lith kreeg voor zijn proefschrift ‘Principles of computational illumination optics’, is vrij uitzonderlijk. Ongeveer vijf procent van alle proefschriften komt ervoor in aanmerking, ofwel zo’n tien tot vijftien per jaar.