IO-CSIC
Instituto de Óptica «Daza de Valdés»

Caracterización precisa de la transmisión óptica difusa: herramienta primaria y extensión a muestras translúcidas

Caracterización precisa de la transmisión óptica difusa: herramienta primaria y extensión a muestras translúcidas

Medidas de Radiación Óptica (GIMRO)

  • Una nueva instalación primaria permite medir con alta precisión la transmisión óptica difusa en muestras translúcidas, abriendo nuevas posibilidades en metrología y ciencia de materiales.

  • La instalación se apoya en un modelo teórico que mejora el entendimiento de la transmisión difusa en materiales translúcidos.

Madrid / 22 de agosto de 2024

Investigadores del Physikalisch–Technische Bundesanstalt (PTB), el instituto de metrología alemán, junto con el grupo de Medidas de Radiacción Óptica del IO-CSIC han publicado recientemente un artículo en la revista Metrologia sobre el desarrollo de una nueva instalación primaria para la medición precisa de la transmisión óptica difusa. El equipo del Instituto de Óptica se ha encargado de crear el modelo empírico que explica la transmisión difusa de la luz en dichas muestras translúcidas.

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La nueva instalación se ha diseñado para realizar mediciones trazables de la función de distribución de transmitancia bidireccional (BTDF) con una alta precisión. Esto permitirá calibrar equipos y llevar a cabo investigaciones sobre las propiedades de difusión de la luz en materiales que presentan una difusión lateral significativa. Los autores han detallado los componentes clave de la instalación así como el modelo creado y los primeros resultados obtenidos, mostrando que puede lograr una incertidumbre combinada inferior al 1%.
4 cuadrados de cristal con diferente translucidez con la palabra translucent en un papel debajo
Fotografía de muestras translúcidas con características de dispersión lateral no despreciables, investigadas utilizando la nueva instalación BTDF primaria en el esquema de sobreirradiación. La magnitud de la dispersión lateral aumenta de izquierda a derecha, como lo indica el efecto visual de translucidez proporcionado por las propiedades de dispersión de la muestra. / Metrologia
Es importante poder conocer de forma precisa la transmisión y difusión de la luz en distintos campos tecnológicos, como la fabricación de materiales médicos (prótesis), la evaluación de la calidad de alimentos o la teledetección terrestre basada en satélites. Para ello, la magnitud clave es la función de distribución de transmitancia bidireccional (BTDF), que proporciona información cuantitativa sobre la difusión en la transmisión óptica.
Este problema es el que aborda el equipo científico de este estudio con el desarrollo de esta nueva instalación primaria, y la descripción de la transmitancia las cuales permiten realizar caracterizaciones de BTDF con altas precisiones, abriendo así la puerta a una mejora en las calibraciones y estudios sobre difusión óptica en diferentes materias.

¿Cómo funciona la difusión en materiales translúcidos?

Los materiales translúcidos se caracterizan por dispersar la luz que en ellos incide en diferentes direcciones, por eso la luz los atraviesa pero es difícil ver objetos a través de ellos. Esta dispersión de la luz puede estar debida a la rugosidad de su superficie, a la dispersión en su volumen o a ambas. La forma en que se dispersa la luz en estos materiales se mide definiendo su función de distribución de transmitancia bidireccional (BTDF). Sin embargo, en el caso de materiales con dispersión en volumen esta caracterización presenta ambigüedades, ya que depende de las condiciones de iluminación. Esto se debe a la forma en la que se distribuye la luz en este tipo de materiales. Como se observa en la imagen, la luz transmitida a través del material no solo cambia de dirección, sino que también se distribuye espacialmente a lo largo de su superficie.

Un retángulo translucido es atravesado por un rayo de luz que es desviado en el interior por varias partículas, haciendo que salga más a la izquierda de lo esperado
Cuando se realizan medidas de la BTDF de una muestra, se observa la luz que sale por un área específica de su superficie trasera, A_t. Sin embargo, si el área de iluminación en la superficie frontal, A_i, varía, la cantidad de luz que emerge del material por el área observada también, produciendo una variación en la medida de la BTDF, lo que podría llevar a pensar que el material es más transparente de lo que es. El modelo presentado en este artículo permite caracterizar la transmitancia de este tipo de materiales de forma exhaustiva, es decir, para cualquier condición de iluminación, utilizando simplemente tres parámetros.
Dos rectángulos son iluminados desde arriba, uno en un área más grande lo que hace que más rayos puedan terminar saliendo por la parte de abajo marcada
Artículo: Jinglin Fu, Tatjana Quast, Sven Teichert, Marcel Pastuschek, Alfred Schirmacher, Pablo Santafé-Gabarda, Kai-Olaf Hauer and Alejandro Ferrero “Accurate characterisation of optical diffuse transmission—primary facility and extension to translucent samples”. Metrologia, Volume 61, Number 4
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