White Diffusing Glass 이해하기

에너지 보존법칙은 빛이 각각의 매질을 통과할 때 존재하는 에너지의 총량을 설명해줍니다. 시스템의 총 에너지는 4가지로 나뉩니다: 투과, 반사, 흡수, 분산. 이러한 4가지 유형의 파라미터는 소재의 화학적 특성과 표면의 마감 처리에 따라 달라집니다. 1개 이상의 파라미터 내로 진입하는 에너지를 최대화 또는 최소화하기 위해 여러 종류의 옵틱이 제작됩니다. 미러의 경우에는 투과, 흡수, 분산이 최소화되고 반면에 반사는 최대화됩니다. 렌즈의 경우에는 분산, 반사, 흡수가 최소화되고 반면에 투과는 최대화됩니다. White Diffusing Glass의 경우에는 분산이 최대화되고 반면에 흡수와 투과는 diffuser의 두께 조절을 통해 균형을 이루게 됩니다.

White Diffusing Glass는 Tyndall effect (틴들 효과)를 빛을 분산하는 데 이용하는 콜로이드성 소재입니다. Tyndall scattering (틴들 분산)을 위해서는 분산에 동원되는 입자들의 크기가 분산을 이루는 빛의 파장과 대략 비슷해야 합니다. 이에 따라, 시각적으로 소재의 분산 (불투명한 흰색으로 보임)을 관찰할 수 있다면, 이러한 입자들은 가시광 파장과 크기가 거의 비슷함이 틀림없습니다. 입사광의 파장이 증가함에 따라, 분산되는 빛의 강도는 감소하는 반면, 이전과 똑같은 속성의 소재를 투과하는 빛의 강도는 증가하게 될 것입니다. 그림 1은 polished surface White Diffusing Glass diffuser를 투과하는 1064nm 빔을 보여줍니다. 이미지에 있는 hot spot은 분산되지 않은 빛의 일부를 투과하기 시작하는 범위 내에 1064nm가 존재함을 나타냅니다. 가시광 영역의 파장은 White Diffusing Glass에 의해 완전한 분산을 이룰 것입니다.

더 긴 파장과 가시광 영역 모두에 걸쳐 효과적인 분산을 이루는 diffuser를 제작하기 위해서는 이외 파장에 영향을 받지 않는 두 번째 scatter 장치를 간단히 추가하면 됩니다.

Figure 1: 1064nm Beam Scattered by Polished White Diffusing Glass

그림 1: Polished White Diffusing Glass로 분산된 1064nm 빔

Figure 2: 1064nm Beam Scattered by Ground White Diffusing Glass

그림 2: Ground White Diffusing Glass로 분산된 1064nm 빔

Geometric scattering (기하하적 분산)은 분산하는 특성을 지닌 빛이 빛의 파장보다 더 길 때 나타납니다. 표면에 접하는 수직면이 임의대로 바뀌는 이러한 표면에 빛이 닿으면, 표면을 따라 무작위 각도로 빛이 굴절될 것입니다. 이는 ground glass diffuser를 사용할 때 발생하는 기계적 특성입니다. 가공된 표면을 콜로이드성 소재에 추가할 때는 넓은 파장 영역에 효과적인 diffuser를 구입해야 합니다. 그림 2는 Ground White Diffusing Glass diffuser를 통과하는 1064nm 빔을 보여줍니다. 단, 산란 메커니즘(mechanism of scatter)이 다양한 관계로 hot spot은 발생하지 않습니다.

시스템의 성능을 최대치로 끌어올릴 때 반드시 참작해야 할 것이 바로 에너지 전송의 3가지 기타 형태입니다. White Diffusing Glass의 경우 1.25mm 두께로 소재가 폴리쉬 처리되어 투과와 흡수가 균형을 이루게 됩니다. 어느 용도의 요건에도 적합할 수 있도록 WDG의 두께를 다르게 연마할 수 있습니다. 그림 3은 다양한 두께로 연마된 WDG 제품들의 정밀 투과율을 보여줍니다.