Hocheffiziente Simulation von Mehrfachstreuprozessen auf Basis der Mie-Theorie für die optische Sensorik

Die theoretische Beschreibung der Lichtausbreitung durch streuende Medien ist für zahlreiche Anwendungsgebiete von der Medizintechnik bis zur Beleuchtungstechnik von großem Interesse. Ein idealer Ausgangspunkt hierfür ist die Mie-Theorie, die die Wechselwirkung elektromagnetischer Wellen mit sphärischen Streuzentren beschreibt. Der Durchmesser der Streuzentren ist bei unseren Betrachtungen vergleichbar mit der Wellenlänge des eingestrahlten Lichts. Es existieren verschiedene Algorithmen, mit denen die Streuparameter und Streufunktionen berechnet werden können. Wir präsentieren eine Lösung, die mit einstellbarer Winkelabtastung (0.0001° - 1°) sowie einer beliebigen Eingangsfeldverteilung (Lasermoden, Messdaten, etc.) die Ausgangsverteilung eines frei definierbaren Streukörpers berechnen kann. Eine rein CPU basierte Lösung ist selbst bei Multithreading Programmierung sehr zeitaufwändig. Aus diesem Grund setzen wir programmierbare Grafikprozessoren ein. Hierbei kann die Rechenzeit bei exakter Rechnung gegenüber einer CPU signifikant verkürzt werden. Die Ergebnisse der Simulation werden mit Resultaten geeigneter Streulichtexperimente verschiedenster Proben validiert.