Che cos'è la diffusione volumetrica?

Definizione di diffusione volumetrica

La diffusione volumetrica è un fenomeno che si verifica in un mezzo ottico (ad esempio, vetro o plastica), in cui la presenza di piccole particelle all'interno del volume del materiale provoca la diffusione della luce. I difetti particolati nel mezzo possono essere causati da piccole bolle, inclusioni o contaminazioni.

La diffusione proveniente da queste fonti è simile, per natura, a quella delle particelle superficiali, con la differenza che non è possibile eliminarla mediante pulizia. Le particelle presenti in un tale mezzo ottico diffondono generalmente la luce sia in avanti che all'indietro. L'intensità e la polarizzazione della luce diffusa non sono facilmente riconducibili alle caratteristiche dei difetti, e non esiste un angolo minimo di diffusione associato alle dimensioni del punto illuminato, come invece accade nel caso della diffusione superficiale.

Perché la diffusione del volume è importante nella progettazione ottica?

La diffusione volumetrica è importante nella progettazione ottica perché influisce sulla nitidezza e sulla visibilità dell'immagine. È una delle diverse misurazioni della diffusione della luce indispensabili per ottenere risultati di simulazione accurati.

In un progetto ottico, la geometria da sola non determina la distribuzione della luce; sono le proprietà ottiche a determinare come cambiano l'energia e la direzione dei raggi luminosi. Per questo motivo, è importante conoscere con la massima precisione possibile le caratteristiche ottiche dei materiali che si intende utilizzare nel proprio progetto.

Il modo migliore per ottenere dati precisi è misurare direttamente il materiale ed esportare i dati da utilizzare in un software di progettazione ottica.

Quale soluzione offre Keysight per la misurazione della diffusione volumetrica?

Per poter utilizzare questi modelli di diffusione delle particelle nella progettazione di sistemi di illuminazione reali con materiali diffusori reali, sono necessari valori specifici dei parametri che solitamente non è possibile misurare direttamente. Keysight ha sviluppato una tecnica che determina i valori appropriati dei parametri di diffusione (sia per il modello di Gegenbauer che per quello di Mie) sulla base dei dati BSDF misurati su campioni volumetrici di materiali diffusori.

È possibile eseguire misurazioni BSDF utilizzando un banco ottico specializzato: il Keysight REFLET 180S.

Per le misurazioni della diffusione volumetrica, è possibile misurare la BTDF (funzione di distribuzione della trasmittanza bidirezionale) bidimensionale dello stesso campione in quattro diversi spessori. Utilizzando queste quattro misurazioni della BTDF, eseguiamo un’ottimizzazione con il modello da noi sviluppato per individuare i parametri necessari alla simulazione del materiale. Successivamente, verifichiamo che i dati calcolati forniscano gli stessi risultati di simulazione delle misurazioni.

L'ottimizzazione fornisce i seguenti parametri:

• Percorso libero medio (MFP), che definisce la distanza media percorsa da un raggio prima di subire un evento di diffusione che ne modifichi la direzione di propagazione.
• I fattori di anisotropia g e alfa, che descrivono la distribuzione angolare della diffusione secondo la definizione della funzione di fase di Gegenbauer. Ad ogni evento di diffusione, la variazione angolare della propagazione viene campionata in modo casuale da questa distribuzione. L'intervallo valido di g è compreso tra –1 e 1, mentre alfa può assumere qualsiasi valore superiore a –0,5.
• Trasmittanza, che corrisponde alla trasmissione assoluta per ogni evento di diffusione. I valori di trasmittanza superiori a 1,0 comportano un guadagno di energia.
  

È possibile utilizzare questi parametri direttamente nel software di illuminazione LightTools per creare un file di materiale (.mat) da utilizzare poi nelle simulazioni.