Che cos'è la diffusione integrata totale?

Definizione di diffusione integrata totale

La diffusione integrata totale (TIS) descrive la quantità di luce che viene deviata (o diffusa) dalla direzione della luce incidente a causa della riflessione diffusa e della trasmissione da una superficie o da un elemento ottico. È pari al rapporto tra la potenza ottica riflessa e trasmessa in modo diffuso e la potenza ottica incidente quando la luce colpisce una superficie.

TIS = (flusso radiante di riflettanza diffusa + flusso radiante di trasmittanza diffusa) / [(potenza di riflettanza speculare + potenza di trasmittanza speculare) + (potenza di riflettanza diffusa + potenza di trasmittanza diffusa)]

Ciò significa che il TIS è un numero senza unità di misura con un valore compreso tra 0 e 1.

L'obiettivo del TIS è quello di raccogliere tutta la luce diffusa in tutte le direzioni, escludendo il raggio speculare.

Perché il TIS è importante nella progettazione ottica?

Il TIS è fondamentale per determinare con precisione le caratteristiche ottiche di un materiale. Si tratta di uno dei diversi parametri di valutazione delle prestazioni ottiche dei materiali che consentono di misurare direttamente il modo in cui la luce interagisce con un campione di materiale.

Nel corso di un processo di progettazione ottica, l'accuratezza dei risultati di simulazione dipende dalla definizione accurata delle proprietà ottiche (sia superficiali che intrinseche). Spesso la geometria da sola non è sufficiente a determinare la distribuzione della luce. Sono le proprietà ottiche dei materiali e delle superfici a determinare come variano l'energia e la direzione di un raggio. È importante conoscere con sufficiente precisione le caratteristiche ottiche dei materiali che si intende utilizzare. È quindi possibile esportare i risultati in un software di progettazione ottica.

Disporre di misurazioni accurate è utile per:

• Ingegneri di progettazione ottica che necessitano di dati precisi sulle proprietà ottiche per le simulazioni con software di progettazione ottica
• Ingegneri di ricerca e sviluppo, che devono progettare il materiale adeguato in grado di garantire specifiche proprietà ottiche
• Il personale addetto al controllo qualità, che verifica tali caratteristiche nell'ambito dei processi di garanzia e controllo della qualità durante la produzione

Oltre al TIS, tra i parametri tipici di valutazione delle prestazioni dei materiali ottici figurano:

• Funzione di distribuzione della diffusione bidirezionale (BSDF)
• Riflettanza, trasmittanza, rapporto di assorbimento

Come si misura il TIS?

Le misurazioni TIS sono notoriamente difficili da eseguire, soprattutto perché è necessario separare la luce incidente riflessa in modo speculare e quella trasmessa dalla luce diffusa. Questi modelli di radiazione solitamente si sovrappongono e non è possibile separarli facilmente sfruttando la geometria dell'apparecchiatura di misurazione.

I paragrafi seguenti illustrano alcuni metodi per misurare il TIS:

Misurazione del TIS mediante sfere integratrici

È possibile misurare il TIS di un campione di materiale o di una superficie utilizzando sfere integratrici appositamente progettate. Idealmente, il sistema di misurazione dovrebbe rilevare l'intero segnale della luce diffusa (esclusa quella speculare) all'interno di un emisfero: la luce diffusa dal campione viene integrata da un emisfero riflettente lambertiano, quindi normalizzata in base alla potenza totale riflessa e trasmessa del fascio incidente (misurata anch'essa all'interno di un emisfero riflettente).

In pratica, si posiziona il campione sulla porta di uscita e poi su quella di ingresso di una sfera integratrice e lo si illumina con una sorgente laser per misurare, rispettivamente, la (potenza di riflettanza speculare + potenza di trasmittanza diffusa) e la (potenza di riflettanza diffusa + potenza di trasmittanza speculare). Eseguire nuovamente la stessa misurazione dopo aver aperto una porta che consenta al raggio speculare di uscire dalla sfera integratrice, in modo che non sia incluso nelle misurazioni della potenza di trasmissione diffusa e della potenza di riflettanza diffusa.

Calcolo del TIS a partire dal BSDF

È inoltre possibile misurare il TIS utilizzando un goniometro dotato di un rilevatore in grado di eseguire una scansione nello spazio angolare per misurare il BSDF di un campione o di una superficie. È possibile calcolare il TIS direttamente dalle misurazioni del BSDF, come illustrato nelle formule seguenti.

Dove θd e φd indicano, rispettivamente, l'angolo di diffusione e l'angolo azimutale del rivelatore.

θi e φi, rispettivamente l'angolo di diffusione e l'angolo azimutale della sorgente.

θd _{Specular max} e θd _{Specular min} sono i limiti della componente speculare del BSDF.

L'accuratezza del calcolo del TIS dipende dall'accuratezza del BSDF e dal campionamento del BSDF. Maggiore è la risoluzione, più accurata è la valutazione del TIS.

Quali soluzioni offre Keysight?

Keysight offre servizi di misurazione in un laboratorio con illuminazione e temperatura controllate. Siamo in grado di misurare il TIS utilizzando il metodo delle sfere integratrici descritto sopra.

Inoltre, Keysight offre strumenti di misura della diffusione di fascia alta per il vostro laboratorio, che consentono di misurare il BSDF e che potete utilizzare per il calcolo del TIS. Ad esempio, il Keysight REFLET 180S è in grado di misurare il BSDF per estrarre/calcolare il TIS da queste misurazioni. La precisione dipende dalla risoluzione delle misurazioni. Le diverse risoluzioni angolari di questi strumenti vi consentiranno di estrarre la componente speculare dalle misurazioni del BSDF con vari gradi di precisione.