Optický model rozptylu světla využívající modifikovaný koherentní maticový formalismus

Abstract

Tato práce se zabývá vývojem programu pro simulaci chování světla ve vícevrstvých strukturách, potenciálně umožňující zahrnutí difuze světla. V teoretické části je odvozen matematický model popisu šíření světla a jeho difuze pomocí modifikovaného maticového formalismu. Dále je zde popsán výběr programového jazyka pro vývoj a princip chodu využitých externích knihoven. Praktickým výstupem práce je program realizovaný v jazyce Python, který umožňuje návrh a vizualizaci struktury materiálů přes grafické uživatelské rozhraní. Pro takto navrženou strukturu je možné simulovat průběh reflexe, transmise a absorpce pro obě polarizace světla. Další funkcionalitou je možnost umístění difuzních rovin do struktury pro simulaci difuze světla ve struktuře. Pro tento případ je v praktické části odvozeno rozšíření maticového výpočtu do diskretizovaného úhlového vektoru a způsob vytvoření difuzní matice. Počet úhlů, pro které probíhá simulace, je uživatelsky nastavitelný spolu s rozsahem výpočtu. Výsledná matice je programem převáděna na soustavu lineárních rovnic a řešena. Výsledky simulací lze exportovat do standardních grafických a textových formátů. V závěru práce je program porovnán s konkurenčními simulačními programy OPAL 2 od PV Lighthouse a OPTOS od instituce Fraunhofer ISE.

The aim of this work is the development of a software for simulation of the light propagation in a multilayer structures, potentially allowing inclusion of diffusion of light. In the theoretical part of the work, mathematical model of light propagation using modified matrix formalism is derived along with diffusion of such light. Furthermore, the process of choosing programming language for the development and the internal workings of the external libraries used is described in this part. Practical output of the work is standalone software realized in the Python programming language, which allows the user to design and visualize a structure of multilayer material through the graphical user interface. For the designed structure reflection, transmission and absorption can be simulated for both polarizations of light. Another functionality is the option to insert a diffusion plane into the structure for simulation of a light diffusion in the structure. For this purpose, the matrix mathematical model is extended into a discrete angle vector and method of the diffusion matrix creation is described. Number of the angles, for which the simulation is computed, is set by the user alongside the range of the simulation. Results of the simulation can be exported to the standard graphics and text formats. In the final part of the work developed software is compared to existing solutions OPAL 2 from PV Lighthouse and OPTOS from Fraunhofer ISE institute.