何謂體積散射？
體積散射的定義
體積散射是一種發生在光學介質（例如玻璃或塑膠）中的現象，其中材料體積內存在的小顆粒會導致光線散射。介質中的顆粒缺陷可能是由小氣泡、內含物或污染物引起的。
這些來源的散射本質上與表面顆粒的散射相似，只是無法透過清潔來消除。此類光學介質中的顆粒通常會向前和向後兩個方向散射光線。散射強度和偏振與缺陷特性不易相關，並且與表面散射不同，沒有與照明光斑尺寸相關的最小散射角。
目錄
為何體積散射對光學設計很重要？
體積散射對光學設計很重要，因為它會影響影像的清晰度和可見度。它是多種光散射測量之一，對於準確的模擬結果至關重要。
在光學設計中，僅憑幾何形狀並不能決定光線分佈；而是光學特性決定了光線的能量和方向如何變化。因此，盡可能精確地了解設計中將使用的材料的光學特性非常重要。
獲得精確特性的最佳方法是直接測量材料，並將數據匯出以用於光學設計軟體。
精確的特性很重要，原因如下：
- 光學設計師需要準確的光學特性用於 光線追蹤 模擬。
- 研發 (R&D) 部門需要設計具有指定光學特性的正確材料。
- 製造過程中的品質檢查必須受到完美控制。
除了體積散射，其他重要的測量包括：
- 具有雙向散射分佈函數 (BSDF) 的角度光學散射：經典 BSDF 或 全內反射 (TIR) BSDF
- 來自 全內散射 (TIS) 的光傳播量：反射率、透射率、吸收率
圖 1. 體積散射是一種發生在光學介質（例如玻璃或塑膠）中的現象，其中材料體積內存在的小顆粒會導致光線散射。
Keysight 提供哪些體積散射測量解決方案？
LightTools 軟體可以模擬體積散射。它讓使用者能夠分析光線在漫射塑膠、帶有缺陷（氣泡）的玻璃板或多塵環境等介質中的行為。當光線穿過體積散射材料時，通常每個入射光線會為每個粒子散射事件生成一條光線。材料內散射事件的分佈是根據散射粒子的密度進行統計計算的，通常假設其在材料內是均勻的。每個散射事件的出射光線方向是使用統計粒子散射模型（例如 Gegenbauer 或 Mie）計算的。
為了使用這些粒子散射模型設計具有真實散射材料的實際照明系統，您需要通常無法直接測量的特定參數值。Keysight 開發了一種技術，可根據體積散射材料樣本的測量 BSDF 數據，確定適當的散射參數值（適用於 Gegenbauer 和 Mie 模型）。
您可以使用專用光學平台 Keysight REFLET 180S 執行 BSDF 測量。
| 儀器 | REFLET 180S |
|---|---|
| 類型 | BRDF/BTDF |
| 動態範圍 | 109 |
| 波長範圍 | 400 nm 至 1700 nm |
| 入射角 | 可調：+90° 至 –90° |
| 角度範圍 | 全方位 |
| 角度準確度 | < 0.1° |
| 重複性 | < 1% |
| 重量 | 80 kg |
對於體積散射測量，您可以測量相同樣本在四種不同厚度下的 2D BTDF（雙向透射分佈函數）。利用這四個 BTDF 測量值，我們使用開發的模型進行最佳化，以找出模擬材料所需的參數。然後，我們驗證計算出的數據是否提供與測量值相同的模擬結果。
最佳化提供以下參數：
- 平均自由徑 (MFP)，其定義了光線在經歷散射事件而改變其傳播方向之前所行進的平均距離。
- 各向異性因子 g 和 alpha，其描述了由 Gegenbauer 相位函數定義的角散射分佈。在每個散射事件中，傳播的角變化是從此分佈中隨機取樣的。g 的有效範圍介於 –1 和 1 之間，而 alpha 可以是任何大於 –0.5 的值。
- 透射率，其對應於每個散射事件的絕對透射。透射率值大於 1.0 將會獲得能量。
您可以直接在 LightTools 照明軟體中使用這些參數，以建立一個材料 (.mat) 檔案，然後將其用於模擬。
提升您的光散射能力
Keysight REFLET 180S 光學平台易於用於點檢或快速分析。使用這款精巧的電動 3D 散射計，適用於汽車照明設計、光學感測器、航太等應用。
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