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체적 산란이란 무엇인가?
체적 산란의 정의
체적 산란은 광학 매질(예: 유리 또는 플라스틱)에서 발생하는 현상으로, 재료의 체적 내에 작은 입자가 존재하여 빛이 산란되는 현상입니다. 매질 내의 입자 결함은 작은 기포, 내포물 또는 오염으로 인해 발생할 수 있습니다.
이러한 소스에서 발생하는 산란은 표면 입자의 산란과 본질적으로 유사하지만, 세척으로는 제거할 수 없습니다. 이러한 광학 매질 내의 입자는 일반적으로 전방 및 후방 방향으로 빛을 산란시킵니다. 산란된 강도와 편광은 결함 특성과 쉽게 관련되지 않으며, 표면 산란에서 발견되는 것처럼 조명된 스폿 크기와 관련된 최소 산란 각도는 없습니다.
목차
광학 설계에서 체적 산란이 중요한 이유는 무엇입니까?
체적 산란은 이미지 선명도와 가시성에 영향을 미치기 때문에 광학 설계에서 중요합니다. 이는 정확한 시뮬레이션 결과에 필수적인 여러 광산란 측정 중 하나입니다.
광학 설계에서 기하학적 구조만으로는 빛의 분포를 결정하지 않습니다. 빛의 에너지와 방향이 어떻게 변하는지는 광학적 특성에 의해 결정됩니다. 이러한 이유로 설계에 사용할 재료의 광학적 특성을 가능한 한 정확하게 아는 것이 중요합니다.
정확한 특성을 얻는 가장 좋은 방법은 재료를 직접 측정하고 해당 데이터를 광학 설계 소프트웨어에서 사용할 수 있도록 내보내는 것입니다.
정확한 특성이 중요한 이유는 다음과 같습니다.
- 광학 설계자는 레이 트레이싱 시뮬레이션에 정확한 광학적 특성이 필요합니다.
- 연구 개발(R&D) 부서는 주어진 광학적 특성을 가진 적합한 재료를 설계해야 합니다.
- 제조 공정의 품질 검사는 완벽하게 제어되어야 합니다.
체적 산란 외에 다른 중요한 측정 항목은 다음과 같습니다.
- 양방향 산란 분포 함수(BSDF)를 이용한 각도별 광학 산란: 기존 BSDF 또는 전반사(TIR) BSDF
- 전체 내부 산란(TIS)으로부터의 빛 전파량: 반사율, 투과율, 흡수율
그림 1. 체적 산란은 광학 매질(예: 유리 또는 플라스틱) 내에서 발생하는 현상으로, 재료의 체적 내에 작은 입자가 존재하여 빛이 산란되는 것을 말합니다.
키사이트는 체적 산란 측정을 위해 어떤 솔루션을 제공합니까?
LightTools 소프트웨어는 체적 산란을 모델링할 수 있습니다. 이 소프트웨어를 통해 사용자는 확산 플라스틱, 불완전한 유리판(기포), 먼지 낀 대기 등과 같은 매질에서 빛이 어떻게 동작하는지 분석할 수 있습니다. 체적 산란 물질을 통해 광선이 추적될 때, 일반적으로 각 입자 산란 이벤트에 대해 입사 광선당 하나의 광선이 생성됩니다. 물질 내 산란 이벤트의 분포는 산란 입자의 밀도를 기반으로 통계적으로 계산되며, 이는 일반적으로 물질 내에서 균일하다고 가정됩니다. 각 산란 이벤트에서 나가는 광선의 방향은 Gegenbauer 또는 Mie와 같은 통계적 입자 산란 모델을 사용하여 계산됩니다.
이러한 입자 산란 모델을 사용하여 실제 산란 재료로 실제 조명 시스템을 설계하려면 일반적으로 직접 측정할 수 없는 특정 파라미터 값이 필요합니다. 키사이트는 체적 산란 재료 샘플의 측정된 BSDF 데이터를 기반으로 적절한 산란 파라미터 값(Gegenbauer 및 Mie 모델 모두에 대해)을 결정하는 기술을 개발했습니다.
키사이트 REFLET 180S와 같은 특수 광학 벤치를 사용하여 BSDF 측정을 수행할 수 있습니다.
| 계측기 | REFLET 180S |
|---|---|
| 유형 | BRDF/BTDF |
| 동적 범위 | 109 |
| 파장 범위 | 400 nm에서 1700 nm |
| 입사각 | 조정 가능: +90° ~ –90° |
| 각도 범위 | 전체 구 |
| 각도 정확도 | < 0.1° |
| 반복성 | < 1% |
| 무게 | 80 kg |
체적 산란 측정을 위해 동일한 샘플의 2D BTDF(양방향 투과 분포 함수)를 네 가지 다른 두께로 측정할 수 있습니다. 이 네 가지 BTDF 측정을 사용하여, 재료를 시뮬레이션하는 데 필요한 파라미터를 찾기 위해 개발된 모델로 최적화를 수행합니다. 그런 다음 계산된 데이터가 측정값과 동일한 시뮬레이션 결과를 제공하는지 확인합니다.
최적화는 다음 파라미터를 제공합니다.
- 평균 자유 경로(MFP)는 광선이 전파 방향을 변경하는 산란 이벤트를 경험하기 전에 이동할 평균 거리를 정의합니다.
- 이방성 계수 g 및 alpha는 Gegenbauer 위상 함수에 의해 정의된 각도 산란 분포를 설명합니다. 각 산란 이벤트에서 전파의 각도 변화는 이 분포에서 무작위로 샘플링됩니다. g의 유효 범위는 –1에서 1 사이이며, alpha는 –0.5보다 큰 모든 값을 가질 수 있습니다.
- 투과율은 산란 이벤트당 절대 투과율에 해당합니다. 투과율 값이 1.0보다 크면 에너지를 얻게 됩니다.
이러한 파라미터를 LightTools 조명 소프트웨어에서 직접 사용하여 시뮬레이션에 사용할 수 있는 재료(.mat) 파일을 생성할 수 있습니다.
광산란 측정 역량 강화
키사이트 REFLET 180S 광학 벤치는 스폿 검사 또는 빠른 분석에 사용하기 쉽습니다. 이 소형 전동 3D 산란계를 자동차 조명 설계, 광학 센서, 항공 우주 등과 같은 애플리케이션에 활용하십시오.
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