¿Qué es la dispersión total integrada?

Definición de dispersión total integrada

La dispersión total integrada (TIS) describe la cantidad de luz que se desvía (o se dispersa) de la dirección de la luz incidente debido a la reflexión difusa y la transmisión desde una superficie o un elemento óptico. Equivale a la relación entre la potencia óptica reflejada y transmitida de forma difusa y la potencia óptica incidente cuando la luz incide sobre una superficie.

TIS = (flujo radiante de reflectancia difusa + flujo radiante de transmitancia difusa) / [(potencia de reflectancia especular + potencia de transmitancia especular) + (potencia de reflectancia difusa + potencia de transmitancia difusa)]

Esto significa que el TIS es un número sin unidades cuyo valor oscila entre 0 y 1.

El objetivo del TIS es recoger toda la luz dispersa en todas las direcciones, sin el haz especular.

¿Por qué es importante el TIS en el diseño óptico?

El TIS es fundamental para determinar las características ópticas precisas de un material. Es uno de los diversos parámetros de rendimiento óptico de los materiales que permiten medir directamente cómo interactúa la luz con una muestra de material.

Durante un proceso de diseño óptico, la precisión de los resultados de la simulación depende de que las propiedades ópticas (tanto superficiales como internas) se definan con exactitud. La geometría por sí sola no suele bastar para determinar la distribución de la luz. Las propiedades ópticas de los materiales y de las superficies determinan cómo varían la energía y la dirección de un rayo. Es importante conocer con suficiente precisión las características ópticas de los materiales que se van a utilizar. A continuación, se pueden exportar los resultados a un programa de diseño óptico.

Disponer de mediciones precisas resulta beneficioso para:

• Ingenieros de diseño óptico que necesitan datos precisos sobre las propiedades ópticas para realizar simulaciones con software de diseño óptico
• Ingenieros de I+D que necesitan diseñar el material adecuado que ofrezca unas propiedades ópticas específicas
• El personal de control de calidad, que comprueba estas propiedades como parte de los procesos de garantía y control de calidad de la fabricación

Además del TIS, entre los parámetros típicos de rendimiento de los materiales ópticos que se miden se incluyen:

• Función de distribución de la dispersión bidireccional (BSDF)
• Reflectancia, transmitancia, relación de absorbancia

¿Cómo se mide el TIS?

Las mediciones TIS son muy difíciles de realizar, principalmente porque hay que separar la luz incidente reflejada especularmente y la transmitida de la luz dispersa. Estos patrones de radiación suelen solaparse y no es fácil separarlos utilizando la geometría del equipo de medición.

En los párrafos siguientes se describen algunos métodos para medir el TIS:

Medición del TIS mediante esferas integradoras

Se puede medir el TIS de una muestra de material o de una superficie utilizando esferas integradoras especialmente diseñadas. Lo ideal es que el montaje de medición capte toda la señal de luz difusa (sin la luz especular) en un hemisferio: la luz difusa procedente de la muestra se integra mediante un hemisferio reflectante lambertiano y, a continuación, se normaliza con respecto a la potencia total reflejada y transmitida del haz incidente (que también se mide en un hemisferio reflectante).

En la práctica, se colocará la muestra en el puerto de salida y, a continuación, en el de entrada de una esfera integradora, y se iluminarán con una fuente láser para medir la (potencia de reflectancia especular + potencia de transmitancia difusa) y la (potencia de reflectancia difusa + potencia de transmitancia especular), respectivamente. Realice la misma medición de nuevo tras abrir un puerto que permita la salida del haz especular de la esfera integradora, de modo que no se incluya en las mediciones de la potencia de transmitancia difusa y la potencia de reflectancia difusa.

Cálculo del TIS a partir del BSDF

También se puede medir el TIS utilizando un goniómetro con un detector que pueda barrer el espacio angular para medir la BSDF de una muestra o superficie. El TIS se puede calcular directamente a partir de las mediciones de la BSDF, tal y como se muestra en las siguientes fórmulas.

Siendo θd y φd, respectivamente, el ángulo de dispersión y el ángulo azimutal del detector.

θi y φi, respectivamente, el ángulo de dispersión y el ángulo azimutal de la fuente.

θd _{Specular max} y θd _{Specular min} son los límites de la parte especular de la BSDF.

La precisión del cálculo del TIS depende de la precisión del BSDF y del muestreo del BSDF. Cuanto mayor sea la resolución, más precisa será la evaluación del TIS.

¿Qué soluciones ofrece Keysight?

Keysight ofrece servicios de medición en un laboratorio con control de luz y temperatura. Podemos medir el TIS utilizando el método de las esferas integradoras descrito anteriormente.

Además, Keysight ofrece instrumentos de medición de dispersión de alta gama para su laboratorio, destinados a medir la función de dispersión de la superficie (BSDF), que puede utilizar para el cálculo de la intensidad total de la señal (TIS). Por ejemplo, el Keysight REFLET 180S es capaz de medir el BSDF para extraer o calcular el TIS a partir de estas mediciones. La precisión depende de la resolución de las mediciones. Las diferentes resoluciones angulares de estos instrumentos le permitirán extraer la parte especular de las mediciones del BSDF con distintos grados de precisión.