KONWIHR Projekt: LightWave

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LightWave: Hochleistungsrechnen zur Simulation optischer Wellen

Projektzusammenfassung

Optische Technologien sind eine Schlüsseltechnologie des 21. Jahrhunderts. Sie werden in der Medizintechnik, der Kommunikationstechnik, der Energietechnik und der Fertigungstechnik benötigt. Für viele dieser Anwendungen ist es hierbei wichtig zu wissen, wie sich optischen Wellen in Nanostrukturen verhalten. Hierzu sind Simulationen und insbesondere die numerische Lösung der Maxwellschen Gleichungen notwendig. Die numerische Lösung der Maxwellschen Gleichungen ist jedoch sehr rechenaufwendig, da jede Wellenlänge des Lichts durch ein genügend feines Gitter diskretisiert werden muss. Hochleistungsrechnen wird daher zur Weiterentwicklung von optischen Technologien immer wichtiger.

Ziel des Projektes ist zum einen die Anpassung eines parallelen Codes zur effizienten Lösung der Maxwellschen Gleichungen auf Hochleistungsrechnern in München und Erlangen. Dieser parallele Code basiert auf der Bibliothek StaggExPDE. Diese verwendet Expression Templates, strukturierte Gitter und eine MPI und OpenMP Parallelisierung.

Ein weiteres Projektziel ist die Anwendung des Maxwell-Lösers auf zwei wichtige Technologien. Diese sind zum einen die Simulation von optischen Wellen in Dünnschichtsolarzellen und zum anderen die die Simulation des optischen Lithographie-Prozesses bei der Chipherstellung.

KONWIHR-Förderung

  • KONWIHR-Förderung von LightWave: 4/2009 - 3/2012

Kontakt:

  • Dr. Andreas Erdmann, Lehrstuhl für Elektronische Bauelemente/Graduate School of Advanced Optical Technologies (SAOT), Uni-Erlangen
  • Prof. Dr. Christoph Pflaum, Professor für Numerische Simulation auf Hochleistungsrechnern, Uni-Erlangen

Projektbearbeiter:

  • Dipl.-Math. Christine Jandl, Graduate School of Advanced Optical Technologies, Uni-Erlangen
  • Kai Hertel, Graduate School of Advanced Optical Technologies, Uni-Erlangen

Ausgewählte Veröffentlichungen

  • C. Jandl, K. Hertel, C. Pflaum, H. Stiebig: Simulation of silicon thin-film solar cells for oblique incident waves, Proceedings of SPIE, 8065 (2011).
  • K. Hertel, C. Pflaum: Position paper on the simulation of high-frequency optical waves, Procedia Computer Science, 1:1 (2010) 1525-1528. External link: DOI: 10.1016/j.procs.2010.04.171
  • C. Jandl, W. Dewald, U. Paetzold, A. Gordijn, C. Pflaum, H. Stiebig: Simulation of tandem thin-film silicon solar cells, Proceedings of SPIE, 7725:772516 (2010). External link: DOI: 10.1117/12.854366
  • C. Jandl, W. Dewald, C. Pflaum, H. Stiebig: Simulation of microcrystalline thin-film silicon solar cells with integrated afm scans, Proceedings of 25th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition, (2010), pp. 3154-3157.
  • C. Pflaum, Z. Rahimi: An iterative solver for the Finite-Difference Frequency Domain (FDFD) method for the simulation of materials with negative permittivity, Numerical Linear Algebra with Applications, to appear (2010).
  • Z. Rahimi, A. Erdmann, P. Evanschitzky, C. Pflaum: Rigorous EMF simulation of absorber shape variations and their impact on lithographic processes, Proceedings of EMLC, 7545:1 (2010). External link: DOI: 10.1117/12.863595
  • Z. Rahimi, A. Erdmann, C. Pflaum: Characterization of the scattering effect of complex mask geometries with surface roughness, Proceedings of SPIE, 7725:772516 (2010). External link: DOI: 10.1117/12.853726
  • C. Pflaum, Z. Rahimi: Automatic parallelisation of staggered grid codes with expression templates, International Journal of Computational Science and Engineering, 4 (2009) 306-313. External link: DOI: 10.1504/IJCSE.2009.029166
  • C. Pflaum, C. Haase, H. Stiebig, C. Jandl: Simulation of light in-coupling at oblique angles in thin-film silicon solar cells, Proceedings of the 24th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition, (2009). External link: DOI: 10.4229/24thEUPVSEC2009-3BO.9.6