Qu'est-ce que la diffusion volumique ?

Définition de la diffusion volumique

La diffusion volumique est un phénomène qui se produit dans un milieu optique (par exemple, le verre ou le plastique), où la présence de petites particules dans le volume du matériau provoque la diffusion de la lumière. Les défauts sous forme de particules dans le milieu peuvent être dus à de petites bulles, à des inclusions ou à une contamination.

La diffusion provenant de ces sources est de nature similaire à celle des particules de surface, à cette différence près qu'elle ne peut être éliminée par un nettoyage. Les particules présentes dans un tel milieu optique diffusent généralement la lumière à la fois vers l'avant et vers l'arrière. L'intensité et la polarisation de la lumière diffusée ne permettent pas de déterminer facilement les caractéristiques des défauts, et il n'existe pas d'angle de diffusion minimal lié à la taille du spot d'éclairage, comme c'est le cas pour la diffusion de surface.

Pourquoi la diffusion volumique est-elle importante dans la conception optique ?

La diffusion volumique joue un rôle important dans la conception optique, car elle influe sur la netteté et la visibilité de l'image. Il s'agit de l'une des nombreuses mesures de diffusion de la lumière indispensables à l'obtention de résultats de simulation précis.

Dans une conception optique, la géométrie ne détermine pas à elle seule la répartition de la lumière ; ce sont les propriétés optiques qui déterminent comment l'énergie et la direction des rayons lumineux varient. C'est pourquoi il est important de connaître aussi précisément que possible les caractéristiques optiques des matériaux que vous utiliserez dans votre conception.

La meilleure façon d'obtenir des caractéristiques précises consiste à mesurer directement le matériau et à exporter les données pour les utiliser dans un logiciel de conception optique.

Quelle solution Keysight propose-t-elle pour mesurer la diffusion volumique ?

Pour pouvoir utiliser ces modèles de diffusion des particules afin de concevoir de véritables systèmes d'éclairage avec de véritables matériaux diffusants, il faut disposer de valeurs de paramètres spécifiques qu'il n'est généralement pas possible de mesurer directement. Keysight a mis au point une technique qui permet de déterminer les valeurs appropriées des paramètres de diffusion (tant pour le modèle de Gegenbauer que pour celui de Mie) à partir des données BSDF mesurées sur des échantillons volumétriques de matériaux diffusants.

Vous pouvez effectuer des mesures de BSDF à l'aide d'un banc optique spécialisé : le Keysight REFLET 180S.

Pour les mesures de diffusion volumique, il est possible de mesurer la BTDF (fonction de distribution de la transmittance bidirectionnelle) en deux dimensions du même échantillon pour quatre épaisseurs différentes. À partir de ces quatre mesures de BTDF, nous effectuons une optimisation à l'aide du modèle que nous avons développé afin de déterminer les paramètres nécessaires à la simulation du matériau. Nous vérifions ensuite que les données calculées fournissent les mêmes résultats de simulation que les mesures.

L'optimisation fournit les paramètres suivants :

• Le parcours libre moyen (MFP), qui définit la distance moyenne qu'un rayon parcourt avant de subir un événement de diffusion qui modifie sa direction de propagation.
• Les facteurs d'anisotropie g et alpha, qui décrivent la distribution angulaire de la diffusion telle que définie par la fonction de phase de Gegenbauer. À chaque événement de diffusion, le changement d'angle de propagation est échantillonné de manière aléatoire à partir de cette distribution. La plage de valeurs valides pour g se situe entre –1 et 1, tandis qu'alpha peut prendre n'importe quelle valeur supérieure à –0,5.
• La transmittance, qui correspond à la transmission absolue par événement de diffusion. Les valeurs de transmittance supérieures à 1,0 entraînent un gain d'énergie.
  

Vous pouvez utiliser ces paramètres directement dans le logiciel de simulation d'éclairage LightTools pour créer un fichier de matériau (.mat) que vous pourrez ensuite utiliser pour vos simulations.