Qu'est-ce que la diffusion intégrale totale ?

Définition de la diffusion intégrale totale

La diffusion totale intégrée (TIS) décrit la quantité de lumière déviée (ou diffusée) par rapport à la direction de la lumière incidente, par réflexion diffuse et transmission à partir d'une surface ou d'un élément optique. Elle est égale au rapport entre la puissance optique réfléchie et transmise par diffusion et la puissance optique incidente lorsque la lumière frappe une surface.

TIS = (flux radiant de réflexion diffuse + flux radiant de transmission diffuse) / [(puissance de réflexion spéculaire + puissance de transmission spéculaire) + (puissance de réflexion diffuse + puissance de transmission diffuse)]

Cela signifie que le TIS est un nombre sans unité dont la valeur est comprise entre 0 et 1.

L'objectif du TIS est de capter toute la lumière diffusée dans toutes les directions, à l'exception du faisceau spéculaire.

Pourquoi le TIS est-il important dans la conception optique ?

La TIS est indispensable pour déterminer avec précision les caractéristiques optiques d'un matériau. Il s'agit de l'un des nombreux indicateurs de performance optique des matériaux qui permettent de mesurer directement la manière dont la lumière interagit avec un échantillon de matériau.

Lors d'un processus de conception optique, la précision des résultats de simulation dépend de la précision des définitions des propriétés optiques (propriétés de surface et intrinsèques). La géométrie à elle seule ne suffit souvent pas à déterminer la répartition de la lumière. Ce sont les propriétés optiques des matériaux et de leur surface qui déterminent comment l'énergie et la direction d'un rayon évoluent. Il est important de connaître avec une précision suffisante les caractéristiques optiques des matériaux que vous utiliserez. Vous pouvez ensuite exporter les résultats vers un logiciel de conception optique.

Disposer de mesures précises présente les avantages suivants :

• Les ingénieurs en conception optique, qui ont besoin de propriétés optiques précises pour les simulations réalisées à l'aide de logiciels de conception optique
• Les ingénieurs en R&D, qui doivent concevoir le matériau approprié offrant des propriétés optiques spécifiques
• Le personnel chargé du contrôle qualité, qui vérifie ces caractéristiques dans le cadre des processus d'assurance qualité et de contrôle de la fabrication

Outre le TIS, les paramètres de performance habituellement mesurés pour les matériaux optiques comprennent :

• Fonction de distribution de diffusion bidirectionnelle (BSDF)
• Réflectance, transmittance, rapport d'absorbance

Comment mesure-t-on le TIS ?

Les mesures TIS sont réputées difficiles à réaliser, principalement parce qu'il faut distinguer la lumière incidente réfléchie de manière spéculaire et la lumière incidente transmise de la lumière diffusée. Ces diagrammes de rayonnement se chevauchent généralement et il n'est pas facile de les distinguer en se basant uniquement sur la géométrie de l'équipement de mesure.

Les paragraphes suivants présentent quelques méthodes permettant de mesurer le TIS :

Mesure du TIS à l'aide de sphères d'intégration

Il est possible de mesurer le TIS d'un échantillon de matériau ou d'une surface à l'aide de sphères d'intégration spécialement conçues à cet effet. Idéalement, le dispositif de mesure devrait capter l'intégralité du signal de lumière diffusée (à l'exclusion de la lumière spéculaire) dans un hémisphère : la lumière diffusée par l'échantillon est intégrée par un hémisphère réfléchissant de type lambertien, puis normalisée par rapport à la puissance totale réfléchie et transmise du faisceau incident (également mesurée dans un hémisphère réfléchissant).

En pratique, vous placerez l'échantillon respectivement sur le port de sortie puis sur le port d'entrée d'une sphère intégrée, puis vous les éclairerez à l'aide d'une source laser afin de mesurer (la puissance de réflexion spéculaire + la puissance de transmission diffuse) et (la puissance de réflexion diffuse + la puissance de transmission spéculaire). Répétez la même mesure après avoir ouvert un orifice permettant au faisceau spéculaire de sortir de la sphère d'intégration afin qu'il ne soit pas inclus dans les mesures de la puissance de transmission diffuse et de la puissance de réflexion diffuse.

Mesure du TIS à partir du BSDF

Vous pouvez également mesurer le TIS à l'aide d'un goniomètre équipé d'un détecteur capable d'effectuer un balayage dans l'espace angulaire afin de mesurer la BSDF d'un échantillon ou d'une surface. Vous pouvez calculer le TIS directement à partir des mesures de la BSDF, comme l'indiquent les formules suivantes.

Où θd et φd désignent respectivement l'angle de diffusion et l'angle azimutal du détecteur.

θi et φi, respectivement l'angle de diffusion et l'angle azimutal de la source.

θd _{Specular max} et θd _{Specular min} correspondent aux limites de la composante spéculaire du BSDF.

La précision du calcul du TIS dépend de la précision du BSDF et de l'échantillonnage de celui-ci. Plus la résolution est élevée, plus l'évaluation du TIS est précise.

Quelles solutions Keysight propose-t-elle ?

Keysight propose des services de mesure dans un laboratoire à température et luminosité contrôlées. Nous pouvons mesurer le TIS à l'aide de la méthode des sphères d'intégration décrite ci-dessus.

De plus, Keysight propose des instruments de mesure de diffusion haut de gamme destinés à votre laboratoire pour mesurer la BSDF, que vous pouvez utiliser pour le calcul du TIS. Par exemple, le Keysight REFLET 180S est capable de mesurer la BSDF afin d'extraire/calculer le TIS à partir de ces mesures. La précision dépend de la résolution des mesures. Les différentes résolutions angulaires de ces instruments vous permettront d'extraire la composante spéculaire des mesures de BSDF avec des degrés de précision variables.