O que é a dispersão volumétrica?

Definição de espalhamento volumétrico

A dispersão volumétrica é um fenômeno que ocorre em um meio óptico (por exemplo, vidro ou plástico), no qual a presença de pequenas partículas no interior do material faz com que a luz se disperse. As imperfeições particuladas no meio podem ser causadas por pequenas bolhas, inclusões ou contaminação.

A dispersão proveniente dessas fontes é semelhante, em sua natureza, à das partículas superficiais, com a diferença de que a limpeza não consegue eliminá-la. As partículas presentes nesse meio óptico geralmente dispersam a luz tanto na direção frontal quanto na direção posterior. A intensidade e a polarização da luz dispersa não se relacionam facilmente com as características dos defeitos, e não há um ângulo mínimo de dispersão associado ao tamanho do ponto iluminado, como ocorre na dispersão superficial.

Por que a dispersão volumétrica é importante para um projeto óptico?

A dispersão volumétrica é importante no projeto óptico, pois afeta a nitidez e a visibilidade da imagem. É uma das várias medições de dispersão da luz essenciais para se obter resultados precisos na simulação.

Em um projeto óptico, a geometria por si só não determina a distribuição da luz; são as propriedades ópticas que determinam como a energia e a direção dos raios de luz se alteram. Por esse motivo, é importante conhecer com a maior precisão possível as características ópticas dos materiais que serão utilizados no projeto.

A melhor maneira de obter características precisas é medir o material diretamente e exportar os dados para utilizá-los em um software de projeto óptico.

Que solução a Keysight oferece para a medição da dispersão volumétrica?

Para utilizar esses modelos de espalhamento de partículas no projeto de sistemas de iluminação reais com materiais de espalhamento reais, são necessários valores específicos de parâmetros que, normalmente, não podem ser medidos diretamente. A Keysight desenvolveu uma técnica que determina os valores adequados dos parâmetros de espalhamento (tanto para o modelo de Gegenbauer quanto para o de Mie) com base em dados medidos de BSDF de amostras volumétricas de materiais de espalhamento.

É possível realizar medições de BSDF com uma bancada óptica especializada: a Keysight REFLET 180S.

Para medições de espalhamento volumétrico, é possível medir a BTDF (Função de Distribuição de Transmitância Bidirecional) bidimensional da mesma amostra em quatro espessuras diferentes. Utilizando essas quatro medições de BTDF, realizamos uma otimização com o modelo que desenvolvemos para determinar os parâmetros necessários à simulação do material. Em seguida, verificamos se os dados calculados fornecem os mesmos resultados de simulação que as medições.

A otimização oferece os seguintes parâmetros:

• Caminho livre médio (MFP), que define a distância média que um raio percorre antes de sofrer um evento de dispersão que altere sua direção de propagação.
• Os fatores de anisotropia g e alfa, que descrevem a distribuição angular da dispersão conforme definida pela função de fase de Gegenbauer. Em cada evento de dispersão, a variação angular na propagação é amostrada aleatoriamente a partir dessa distribuição. O intervalo válido de g está entre –1 e 1, enquanto alfa pode assumir qualquer valor superior a –0,5.
• Transmitância, que corresponde à transmissão absoluta por evento de dispersão. Valores de transmitância superiores a 1,0 resultarão em ganho de energia.
  

Você pode usar esses parâmetros diretamente no software de iluminação LightTools para criar um arquivo de material (.mat) que poderá ser utilizado em simulações.