Measurement of Bidirectional Transmittance Distribution Function
Aplikace | 2025 | Agilent TechnologiesInstrumentace
Bidirectional transmittance distribution function (BTDF) je klíčová pro pochopení interakce světla s materiály v optické metrologii. Umožňuje charakterizovat, jak se světlo šíří skrz vzorky v různých směrech a vlnových délkách. To je zásadní pro vývoj nových kompozitů, povlaků, optických prvků, fotovoltaických materiálů, potravinářský průmysl či letecký sektor. BTDF data dále slouží v počítačové grafice, dálkovém průzkumu i návrhu optických zařízení.
Cílem aplikace je ukázat, že měření BTDF ve viditelném a blízkém infračerveném (NIR) rozsahu lze jednoduše a spolehlivě provádět pomocí univerzálního spektrofotometru Agilent Cary 7000 UMS. Studie porovnává jeho výkon s custom-built přístrojem a demonstruje přijatelné úrovně nejistot při rutinním provozu.
Měření probíhalo v sférických souřadnicích definujících zenitní a azimutové úhly dopadu a odchodu světla od povrchu vzorku. Pomocí vlastního skriptu se automatizovalo nastavení detektoru, vzorku, polarizace a záznam signálů v poměru k referenčnímu svazku. BTDF se počítá z poměru elektrických signálů vzorku, tmy a referenčního svazku podle standardních rovnic zahrnujících pevně definovaný solidní úhel. Pro minimalizaci šumu se integrace prodlužovala od 2 do 9 s a každé měření bylo třikrát opakováno.
Měřené nejistoty dosáhly kombinované standardní hodnoty 1,23 až 1,51 % ve viditelném rozsahu a 1,07 % v NIR (k = 2). U vzorků HOD-500 a PTFE se prokázaly téměř lambertovské charakteristiky s hladkým nárůstem BTDF s vlnovou délkou. HOD-500 vykazoval vyšší BTDF pod 650 nm, zatímco PTFE rostlo strměji nad 650 nm, při 1 650 nm až o 23 % více než HOD-500. Porovnání s custom-built přístrojem ukázalo, že Cary 7000 UMS je sice mírně méně přesný (0,29–0,42 % vs. 1,23–1,51 % ve viditelném), ale nabízí plně automatizované, uživatelsky přívětivé a rychlé řešení.
Agilent Cary 7000 UMS zjednodušuje rutinní BTDF měření díky automatickému nastavování úhlů, polarizace a detektoru. Uživatel získá spolehlivá data bez nutnosti složitých custom úprav, což urychluje výzkum i kontrolu kvality v laboratořích průmyslu, výzkumu a QA/QC.
Možné směry vývoje zahrnují zlepšení přesnosti nastavení vzdálenosti vzorek–detektor (např. mikrometrický posuvný stolek), rozšíření spektrálního rozsahu do SWIR, integraci s pokročilou automatizací a umělou inteligencí pro analýzu dat, i využití v nových optických materiálech a tenkých vrstvách inspirovaných biomimetikou.
Agilent Cary 7000 UMS představuje efektivní a uživatelsky přívětivý nástroj pro měření BTDF ve viditelném a NIR spektru. Díky vysoké automatizaci, přijatelné úrovni nejistot a snadné konfiguraci je vhodný pro široké spektrum optických metrologických aplikací a rutinního provozu.
NIR Spektroskopie, UV–VIS Spektrofotometrie
ZaměřeníMateriálová analýza
VýrobceAgilent Technologies
Souhrn
Význam tématu
Bidirectional transmittance distribution function (BTDF) je klíčová pro pochopení interakce světla s materiály v optické metrologii. Umožňuje charakterizovat, jak se světlo šíří skrz vzorky v různých směrech a vlnových délkách. To je zásadní pro vývoj nových kompozitů, povlaků, optických prvků, fotovoltaických materiálů, potravinářský průmysl či letecký sektor. BTDF data dále slouží v počítačové grafice, dálkovém průzkumu i návrhu optických zařízení.
Cíle a přehled studie
Cílem aplikace je ukázat, že měření BTDF ve viditelném a blízkém infračerveném (NIR) rozsahu lze jednoduše a spolehlivě provádět pomocí univerzálního spektrofotometru Agilent Cary 7000 UMS. Studie porovnává jeho výkon s custom-built přístrojem a demonstruje přijatelné úrovně nejistot při rutinním provozu.
Použitá metodika
Měření probíhalo v sférických souřadnicích definujících zenitní a azimutové úhly dopadu a odchodu světla od povrchu vzorku. Pomocí vlastního skriptu se automatizovalo nastavení detektoru, vzorku, polarizace a záznam signálů v poměru k referenčnímu svazku. BTDF se počítá z poměru elektrických signálů vzorku, tmy a referenčního svazku podle standardních rovnic zahrnujících pevně definovaný solidní úhel. Pro minimalizaci šumu se integrace prodlužovala od 2 do 9 s a každé měření bylo třikrát opakováno.
Použitá instrumentace
- Spektrofotometr Agilent Cary 7000 UMS s univerzálním měřicím příslušenstvím (UMA)
- Zdroj světla: deuterium arc lamp a quartz-tungsten-halogen lamp
- Monochromátor: dvojitý out-of-plane Littrow pro 4 nm šířku pásma
- Chopper pro vytvoření dvousvazkového uspořádání
- Polarizátor pro volbu stavu polarizace
- Detektory: dual-band Si/InGaAs fotodetektor pro UV-VIS-NIR měření
- Software: Agilent Cary WinUV pro automatizaci měření
Hlavní výsledky a diskuse
Měřené nejistoty dosáhly kombinované standardní hodnoty 1,23 až 1,51 % ve viditelném rozsahu a 1,07 % v NIR (k = 2). U vzorků HOD-500 a PTFE se prokázaly téměř lambertovské charakteristiky s hladkým nárůstem BTDF s vlnovou délkou. HOD-500 vykazoval vyšší BTDF pod 650 nm, zatímco PTFE rostlo strměji nad 650 nm, při 1 650 nm až o 23 % více než HOD-500. Porovnání s custom-built přístrojem ukázalo, že Cary 7000 UMS je sice mírně méně přesný (0,29–0,42 % vs. 1,23–1,51 % ve viditelném), ale nabízí plně automatizované, uživatelsky přívětivé a rychlé řešení.
Přínosy a praktické využití metody
Agilent Cary 7000 UMS zjednodušuje rutinní BTDF měření díky automatickému nastavování úhlů, polarizace a detektoru. Uživatel získá spolehlivá data bez nutnosti složitých custom úprav, což urychluje výzkum i kontrolu kvality v laboratořích průmyslu, výzkumu a QA/QC.
Budoucí trendy a možnosti využití
Možné směry vývoje zahrnují zlepšení přesnosti nastavení vzdálenosti vzorek–detektor (např. mikrometrický posuvný stolek), rozšíření spektrálního rozsahu do SWIR, integraci s pokročilou automatizací a umělou inteligencí pro analýzu dat, i využití v nových optických materiálech a tenkých vrstvách inspirovaných biomimetikou.
Závěr
Agilent Cary 7000 UMS představuje efektivní a uživatelsky přívětivý nástroj pro měření BTDF ve viditelném a NIR spektru. Díky vysoké automatizaci, přijatelné úrovni nejistot a snadné konfiguraci je vhodný pro široké spektrum optických metrologických aplikací a rutinního provozu.
Reference
- Nicodemus F E, Richmond J C, Hsia J J, Ginsberg I W, Limperis T Geometrical Considerations and Nomenclature for Reflectance Appl Opt 1977 16(7) 1891–1893
- Bartell F O, Dereniak E L, Wolfe W L The Theory and Measurement of Bidirectional Reflectance Distribution Function (BRDF) and Bidirectional Transmittance Distribution Function (BTDF) Appl Opt 1981 20(20) 364–367
- Wessels A, Callies A, Bläsi B, Kroyer T, Höhn O Modeling the Optical Properties of Morpho-Inspired Thin-Film Interference Filters on Structured Surfaces Opt Express 2022 30(12) 14586–14599
- Surface Optics Corporation BSDF, BRDF and BTDF – A Review of Measurement Approaches 2025
- Synopsys Scattering and Measurements Guide 2025
- SphereOptics Scatter and Appearance Light Measurements 2025
- Aschan R, Manoocheri F, Lanevski D, Ikonen E Measurement of Bidirectional Transmittance Distribution Function in the Visible and Near-Infrared Spectral Range Metrologia 2024 61(5) 055004
Obsah byl automaticky vytvořen z originálního PDF dokumentu pomocí AI a může obsahovat nepřesnosti.
Podobná PDF
Optical Characterization of Materials Using Spectroscopy
2023|Agilent Technologies|Příručky
Applications of UV-Vis-NIR Optical Characterization of Materials Using Spectroscopy Application Compendium > Return to table of contents Table of contents Introduction 4 Optics 5 Characterizing Sub-Nanometer Narrow Bandpass Filters Evaluation of the Cary Specular Reflectance Accessory for…
Klíčová slova
optical, opticalreturn, returnreflectance, reflectancecontents, contentstable, tableangle, angleincidence, incidencemeasurements, measurementswavelength, wavelengthtransmittance, transmittancereflection, reflectionspectrophotometer, spectrophotometermeasurement, measurementcoating, coatingbeam
Agilent Cary 7000 universal measurement spectrophotometer
2022|Agilent Technologies|Brožury a specifikace
Advance Your Materials Agilent Cary 7000 universal measurement spectrophotometer A More Powerful Approach to Measuring Solid Samples Do you measure the optical properties of coatings, thin films, optical components, solar cells, or glass? Do you measure reflectance AND transmission? Do…
Klíčová slova
optical, opticalreflectance, reflectancetransmission, transmissioncary, carynir, nirsolar, solarabsolute, absolutewavelength, wavelengthvis, viswinuv, winuvyour, yourmeasurements, measurementsmaterials, materialsmoving, movingscattering
A Faster, More Accurate Way of Characterizing Cube Beamsplitters
2022|Agilent Technologies|Aplikace
Application Note Materials A Faster, More Accurate Way of Characterizing Cube Beamsplitters Using the Agilent Cary 7000 universal measurement spectrophotometer (UMS) Authors Abstract Travis Burt and Chris Colley Agilent Technologies Mulgrave, Victoria, Australia Cube beamsplitters (CBS) are critical optical components…
Klíčová slova
polarized, polarizedcoating, coatingbeamsplitter, beamsplittercbs, cbswavelength, wavelengthbeamsplitters, beamsplitterscube, cubeoptical, opticalbeam, beampolarization, polarizationincident, incidentreflected, reflectedangle, anglefilm, filmillumination
A Faster, More Accurate Way of Characterizing Cube Beamsplitters
2022|Agilent Technologies|Aplikace
Application Note Materials A Faster, More Accurate Way of Characterizing Cube Beamsplitters Using the Agilent Cary 7000 universal measurement spectrophotometer (UMS) Authors Abstract Travis Burt and Chris Colley Agilent Technologies Mulgrave, Victoria, Australia Cube beamsplitters (CBS) are critical optical components…
Klíčová slova
polarized, polarizedcoating, coatingbeamsplitter, beamsplittercbs, cbswavelength, wavelengthbeamsplitters, beamsplitterscube, cubeoptical, opticalbeam, beampolarization, polarizationincident, incidentreflected, reflectedangle, anglefilm, filmillumination
