Optik

Stellen Sie sich eine Welt vor, in der die Lichtquelle und das Licht selbst nicht mehr am selben Ort sein müssen.

Aero-Glas ermöglicht durch seine nanostrukturierte Architektur eine präzise Steuerung der Lichtstreuung – so kann Licht aus der Ferne in das Material geleitet, räumlich geformt und ohne sichtbare Lichtquelle wieder abgestrahlt werden.

Die Herausforderung

Moderne Beleuchtungs- und optische Systeme stoßen zunehmend an die physikalischen Grenzen herkömmlicher Komponenten. Herkömmliche Diffusoren, Beschichtungen und optische Elemente weisen häufig folgende Eigenschaften auf:

  • voraussetzen, dass sich die Lichtquelle und das Leuchtelement an derselben Stelle befinden

  • sichtbare, blendende Punktquellen erzeugen, die die Gestaltungsfreiheit einschränken

  • optischen Baugruppen mehr Gewicht und Volumen verleihen

  • erfordern komplexe Mehrschichtbeschichtungen oder Sekundäroptiken

  • mit dem Wärmemanagement bei Anwendungen mit hoher Leistungsaufnahme zu kämpfen haben

Da Laser- und Hochleistungs-LED-Systeme insbesondere in der Architekturbeleuchtung und im Automobildesign immer mehr Verbreitung finden, wird der Bedarf an präziser Lichtformung mit räumlicher Flexibilität immer wichtiger.

Was Aeromaterialien leisten können

Aero-Glas besteht aus einem dreidimensionalen, nanostrukturierten Glasnetzwerk mit extrem hoher Porosität. Im Gegensatz zu herkömmlichen Diffusormaterialien handelt es sich dabei weder um eine Beschichtung noch um eine Folie – die optische Funktion ist direkt in das Material eingebettet.

Dies eröffnet neue Gestaltungsmöglichkeiten: Ein Laser oder eine andere Lichtquelle kann in einiger Entfernung positioniert und in das Aeroglas eingekoppelt werden, das das Licht dann gleichmäßig über sein gesamtes Volumen streut. Die Lichtquelle selbst bleibt dabei unsichtbar.

Diese Struktur führt zu:

  • Volumetrische Lichtstreuung: Kohärentes Laserlicht wird gleichmäßig im gesamten Material gestreut, nicht nur an dessen Oberfläche

  • Durch die räumliche Trennung von Lichtquelle und Lichtaustritt kann der Laser verdeckt, geschützt oder zentral positioniert werden, während das Leuchtelement jede beliebige Form annehmen kann

  • Thermische Entkopplung: Die Wärme entsteht am Laser und nicht am Leuchtelement, was das Wärmemanagement am Beleuchtungspunkt vereinfacht

  • Minimales Zusatzgewicht bei einer Dichte, die um Größenordnungen unter der herkömmlicher Materialien liegt

Im Gegensatz zu Beschichtungen oder Folien ist die optische Funktion direkt in das Material eingebettet, was neue optische Architekturen ermöglicht.

Anwendungs-beispiele

Projektion und Großflächenbeleuchtung
Für Sportarenen, Kinos oder große Veranstaltungsorte ermöglicht Aeroglas eine lasergesteuerte Beleuchtung mit einer etwa zehnmal höheren Bestrahlungsstärke als herkömmliche Leuchtstoffe, und das ohne Umwandlungsverluste.

Farblich einstellbares weißes Licht durch RGB-Lasermischung
Rot-, Grün- und Blaulaser, die in Aeroglas eingekoppelt werden, erzeugen durch einfache Anpassung der Laserintensitäten jede beliebige Farbe innerhalb eines breiten Spektrums – einschließlich weißem Licht. Eine Lichtumwandlung ist nicht erforderlich.

Speckelfreie Laserbeleuchtung
Das Aero-Glas reduziert den Speckelkontrast des Laserlichts deutlich unter die Wahrnehmungsschwelle des menschlichen Auges – so wird das Laserlicht in alltäglichen Umgebungen angenehm.

Lichtquelle und Lichtaustritt voneinander getrennt 
Überall, wo der Laser verborgen, geschützt oder zentral positioniert werden muss, erlaubt Aeroglas die unabhängige Platzierung und Formgebung des Leuchtelements.

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Relevante wissenschaftliche Veröffentlichungen

Dieselben strukturellen Prinzipien, die Aeromaterial für die Aktorik so nützlich machen, also extreme Porosität, Wandstärken im Nanobereich und ein zufälliges Netzwerk aus Hohlröhren, machen es auch zu einem außergewöhnlich effizienten Lichtdiffusor. Es wirkt wie ein künstlicher dichter Nebel, der das Licht gleichmäßig in alle Richtungen streut, ohne es zu absorbieren.

Conversionless efficient and broadband laser light diffusers for high brightness illumination applicationsSchütt et al. — Nature Communications, 2020 Demonstriert ein Bornitrid-Aeromaterial (aus derselben Synthesefamilie) als breitbandigen Laserdiffusor, der über das gesamte sichtbare Spektrum eine Effizienz von ~98 % erreicht und etwa das Zehnfache der von herkömmlichen Leuchtstoffen tolerierten Bestrahlungsstärken aushält. Eröffnet neue Möglichkeiten für den Einsatz energieeffizienter Laserdioden in Anwendungen mit hoher Helligkeit wie Autoscheinwerfern, Projektoren und der Beleuchtung großer Räume. Lesen Sie die Veröffentlichung