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了解白色扩散玻璃

了解白色扩散玻璃

能量守恒定律需要我们在光线从一种介质传播到另一种介质时考虑到所有能量。系统的总能量可以分为四个部分:透射、反射、吸收与散射。所有这四个参数都是材料化学性质与表面处理的函数。不同类型光学元件经设计可以最大化或最小化其中一或多个参数涉及的能量。对于反射镜:透射、吸收与散射最小化,而反射最大化。对于透镜:散射、反射与吸收最小化,而透射最大化。若是白色扩散玻璃,会将散射最大化,而通过调整扩散器的厚度实现吸收与透射的平衡。

色扩散玻璃是胶体材料,利用Tyndall效应来散射光线。Tyndall散射需要进行散射的颗粒大小大致等于要散射光线的波长。因此,若您可以通过视觉看到散射的材料(看起来白色不透明),则颗粒的大小必须大致等于可见光的波长。在入射光的波长增大时,散射光的强度将降低,而通过材料透射的光(及其不变的部分)的强度将增大图1显示了1064nm的光束穿过表面经抛光的白色扩散玻璃扩散器。像上的热点显示出1064nm位于开始穿过而不散射的光线范围内。白色扩散玻璃会将可见光谱内的波长完全扩散。

若要制造对于可见光与波长更长的光都能高效扩散的扩散器,只需添加具有不同波长依赖性的另一种散射机制即可。

Figure 1: 1064nm Beam Scattered by Polished White Diffusing Glass
图1: 表面经抛光的白色扩散玻璃对1064nm的光束进行散射
Figure 2: 1064nm Beam Scattered by Ground White Diffusing Glass
图2: 经磨制的白色扩散玻璃对1064nm的光束进行散射

若散射光的波长远大于该光线波长,会发生几何散射。简言之,若光线到达某表面,而该表面的法向随机变化,则光线会沿该表面以随机角度发生折射。这是经磨制的玻璃扩散器采用的机制。若将喷砂表面添加到胶体材料,会产生在广泛的波长范围都有效的扩散器。图2显示了1064nm光束穿过经磨制的白色玻璃扩散片。注意由于采用了多种分散机制所以没有热点。

必须考虑到其他三种能量传输形式,以最大限度提高系统性能。若是白色扩散玻璃,会将材料抛光成厚度为1.25mm,以实现透射与吸收的平衡。可以将WDG抛光成不同的厚度,以符合应用的性能需求。图3将展示与具有不同抛光厚度的WDG关联的传导扫描。

Figure 3: White Diffusing Glass Transmission at Various Thickness
图3: 白色扩散玻璃在不同厚度下的透射率

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