¿Qué es la dispersión volumétrica?

Definición de dispersión volumétrica

La dispersión volumétrica es un fenómeno que se produce en un medio óptico (por ejemplo, vidrio o plástico), en el que la presencia de pequeñas partículas en el interior del material provoca la dispersión de la luz. Las imperfecciones en forma de partículas del medio pueden deberse a pequeñas burbujas, inclusiones o contaminación.

La dispersión procedente de estas fuentes es de naturaleza similar a la de las partículas superficiales, salvo que no puede eliminarse mediante limpieza. Las partículas presentes en dicho medio óptico suelen dispersar la luz tanto hacia delante como hacia atrás. La intensidad y la polarización de la luz dispersada no se correlacionan fácilmente con las características de los defectos, y no existe un ángulo mínimo de dispersión asociado al tamaño del punto iluminado, como ocurre con la dispersión superficial.

¿Por qué es importante la dispersión volumétrica en el diseño óptico?

La dispersión volumétrica es importante en el diseño óptico, ya que influye en la nitidez y la visibilidad de la imagen. Es una de las diversas mediciones de dispersión de la luz que resultan esenciales para obtener resultados de simulación precisos.

En un diseño óptico, la geometría por sí sola no determina la distribución de la luz; son las propiedades ópticas las que determinan cómo varían la energía y la dirección de los rayos de luz. Por este motivo, es importante conocer con la mayor precisión posible las características ópticas de los materiales que se utilizarán en el diseño.

La mejor forma de obtener características precisas es medir el material directamente y exportar los datos para utilizarlos en un programa de diseño óptico.

¿Qué solución ofrece Keysight para medir la dispersión volumétrica?

Para poder utilizar estos modelos de dispersión de partículas en el diseño de sistemas de iluminación reales con materiales dispersores reales, se necesitan valores específicos de los parámetros que, por lo general, no se pueden medir directamente. Keysight ha desarrollado una técnica que determina los valores adecuados de los parámetros de dispersión (tanto para el modelo de Gegenbauer como para el de Mie) a partir de datos medidos de la función de dispersión de la superficie (BSDF) de muestras volumétricas de materiales dispersores.

Puede realizar mediciones de BSDF con un banco óptico especializado: el Keysight REFLET 180S.

Para las mediciones de dispersión volumétrica, se puede medir la BTDF (función de distribución de la transmitancia bidireccional) en 2D de la misma muestra en cuatro espesores diferentes. A partir de estas cuatro mediciones de la BTDF, llevamos a cabo una optimización con el modelo que hemos desarrollado para determinar los parámetros necesarios para simular el material. A continuación, verificamos que los datos calculados arrojen los mismos resultados de simulación que las mediciones.

La optimización ofrece los siguientes parámetros:

• Recorrido libre medio (MFP), que define la distancia media que recorre un rayo antes de sufrir un evento de dispersión que modifique su dirección de propagación.
• Los factores de anisotropía g y alfa, que describen la distribución angular de la dispersión tal y como la define la función de fase de Gegenbauer. En cada evento de dispersión, el cambio angular en la propagación se toma al azar de esta distribución. El rango válido de g está comprendido entre –1 y 1, mientras que alfa puede tomar cualquier valor superior a –0,5.
• La transmitividad, que corresponde a la transmisión absoluta por evento de dispersión. Los valores de transmitividad superiores a 1,0 ganarán energía.
  

Puedes utilizar estos parámetros directamente en el software de iluminación LightTools para crear un archivo de material (.mat) que luego podrás utilizar en las simulaciones.