O que é a dispersão total integrada?

Definição de espalhamento integrado total

A dispersão total integrada (TIS) descreve a quantidade de luz que é desviada (ou dispersada) da direção da luz incidente por reflexão difusa e transmissão a partir de uma superfície ou elemento óptico. É igual à razão entre a potência óptica refletida e transmitida de forma difusa e a potência óptica incidente quando a luz incide sobre uma superfície.

TIS = (fluxo radiante da refletância difusa + fluxo radiante da transmitância difusa) / [(potência da refletância especular + potência da transmitância especular) + (potência da refletância difusa + potência da transmitância difusa)]

Isso significa que o TIS é um número sem unidade, com um valor entre 0 e 1.

O objetivo do TIS é coletar toda a luz difusa em todas as direções, excluindo o feixe especular.

Por que o TIS é importante para um projeto óptico?

O TIS é essencial para determinar as características ópticas precisas de um material. É um dos vários indicadores de desempenho óptico de materiais que permitem medir diretamente como a luz interage com uma amostra do material.

Durante um processo de projeto óptico, a precisão dos resultados da simulação depende de definições precisas das propriedades ópticas (propriedades superficiais e do volume). A geometria, por si só, muitas vezes não é suficiente para determinar a distribuição da luz. As propriedades ópticas do material e da superfície determinam como a energia e a direção de um raio se alteram. É importante conhecer com precisão suficiente as características ópticas dos materiais que serão utilizados. Em seguida, é possível exportar os resultados para um software de projeto óptico.

Dispor de medições precisas é vantajoso para:

• Engenheiros de projeto óptico, que precisam de propriedades ópticas precisas para simulações em softwares de projeto óptico
• Engenheiros de P&D, que precisam projetar o material adequado que ofereça propriedades ópticas específicas
• O pessoal de controle de qualidade, que verifica essas características como parte dos processos de garantia e controle de qualidade da fabricação

Além do TIS, os indicadores típicos de desempenho dos materiais ópticos medidos incluem:

• Função de Distribuição de Espalhamento Bidirecional (BSDF)
• Relação entre refletância, transmitância e absorvância

Como se mede o TIS?

As medições TIS são notoriamente difíceis de realizar, principalmente porque é necessário separar a luz incidente refletida especularmente e a transmitida da luz difusa. Esses padrões de radiação normalmente se sobrepõem e não é possível separá-los facilmente utilizando apenas a geometria do equipamento de medição.

Os parágrafos a seguir descrevem alguns métodos para medir o TIS:

Medição do TIS utilizando esferas integradoras

É possível medir o TIS de uma amostra de material ou de uma superfície utilizando esferas integradoras especialmente projetadas para esse fim. Idealmente, o arranjo de medição deve captar todo o sinal de luz difusa (excluindo a luz especular) em uma hemisfério: a luz difusa proveniente da amostra é integrada por uma hemisfério refletora lambertiana e, em seguida, normalizada pela potência total refletida e transmitida do feixe incidente (também medida em uma hemisfério refletora).

Na prática, você colocará a amostra nas portas de saída e de entrada de uma esfera integradora e as iluminará com uma fonte de laser para medir a (potência de refletância especular + potência de transmitância difusa) e a (potência de refletância difusa + potência de transmitância especular), respectivamente. Repita a mesma medição após abrir uma porta que permita a saída do feixe especular da esfera integradora, de modo que ele não seja incluído nas medições da potência de transmitância difusa e da potência de refletância difusa.

Cálculo do TIS a partir do BSDF

Também é possível medir o TIS utilizando um goniômetro com um detector que possa ser varrido no espaço angular para medir a BSDF de uma amostra ou superfície. É possível calcular o TIS diretamente a partir das medições da BSDF, conforme mostrado nas fórmulas a seguir.

Sendo θd e φd, respectivamente, o ângulo de espalhamento e o ângulo azimutal do detector.

θi e φi, respectivamente, o ângulo de dispersão e o ângulo azimutal da fonte.

θd _{Specular max} e θd _{Specular min} são os limites da parte especular do BSDF.

A precisão do cálculo do TIS depende da precisão do BSDF e da amostragem do BSDF. Quanto maior a resolução, mais precisa é a avaliação do TIS.

Que soluções a Keysight oferece?

A Keysight oferece serviços de medição em um laboratório com iluminação e temperatura controladas. Podemos medir o TIS utilizando o método das esferas integradoras descrito acima.

Além disso, a Keysight oferece instrumentos de medição de espalhamento de ponta para o seu laboratório, destinados à medição da BSDF, que você pode utilizar para o cálculo do TIS. Por exemplo, o Keysight REFLET 180S é capaz de medir o BSDF para extrair/calcular o TIS a partir dessas medições. A precisão depende da resolução das medições. As diferentes resoluções angulares desses instrumentos permitirão que você extraia a parte especular das medições de BSDF com vários graus de precisão.