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How Can Light Scattering Measurements Improve Aerospace Optical Projects?
항공 우주 광학 프로젝트를 돕는 Synopsys의 광 산란 측정 솔루션
우주 임무 달성에 사용되는 장비에는 가장 최신의 진보된 광학 장치가 장착되어 있습니다. 분자 규모의 아주 작은 퇴보라도 광학 특성의 저하(예: 거울의 반사 손실, 렌즈의 투과 손실, 광학 경로의 산란 증가 등)로 이어질 수 있으며, 이는 임무 달성에 직접적인 영향을 미치게 됩니다. 따라서 광학 성능을 최대한 정확하게 특성화하는 것이 필수적입니다.
The Challenges
직면한 문제점
이러한 특성화는 두 가지의 주요 풀어야 할 문제점이 있습니다. 첫째, 광학 장치는 반사성이 매우 높고 감지할 수 있는 산란 수준이 매우 낮은 경우가 많습니다. 이 문제를 해결하려면 높은 동적 범위 (Dynamic range)와 우수한 분해능 (Resolution) 을 갖춘 장비가 필요합니다. 두번째 문제는 관심 파장이 원적외선 범위에 있다는 것입니다. 우리는 세심한 주의를 기울여 다루어야 하는 레이저와 파장에 대해 이야기하고 있습니다. 이러한 문제를 극복하려면 고급 수준의 전문 지식이 필요합니다.
The Solution: The Synopsys High Specular Bench
문제 해결 솔루션 : High Specular Bench
CNRS(Center for National Scientific Research)와 공동 개발한 Synopsys High Specular Bench는 모든 유형의 재질 및 물질에 대한 후방 및 전방 광 산란 특성화에 매우 적합합니다. 측정 시스템은 BRDF 및 BTDF를 측정하여 재질의 면이 2D 공간에서 들어오는 빛을 산란시키는 방식을 완벽하게 나타냅니다.
High Specular Bench는 길이가 10미터로 반사 방향에서 최소 0.02°의 해상도를 제공합니다. 또한 매우 높은 동적 범위(약 1013)를 얻을 수 있으며 매우 낮은 수준의 산란에 접근할 수 있는 감지 기능도 갖추고 있습니다.
또한 3.39μm 및 10.6μm 소스를 포함하여 자외선부터 원적외선까지 광범위한 파장을 측정할 수 있습니다.
또한, High Specular Bench는 ISO 5 기준의 Class 100 clean room 으로 분류되어 있습니다. 이는 필요한 모든 보호 장비(장갑, 가운, 마스크 등)를 사용하여 관리되며 샘플 오염의 위험을 제한합니다.
원적외선 측정, 높은 동적 범위 및 높은 분해능 덕분에 샘플 전반에 걸쳐 3D 공간의 BSDF 변화를 측정하는 데 이상적으로 적합합니다.
다음 표는 High Specular Bench 의 사양을 보여줍니다.
High Specular Bench 는 SmartStart Measurement Services 를 위한 장비이고 판매용은 아닙니다. Synopsys에 측정을 요청하시면 이 장비를 사용해서 데이터를 전달드립니다.
Measurement Examples
측정 예시
다음 예시에서는 우주 임무에 사용되는 샘플에서 실현된 두 가지 측정값을 제시합니다. 하나는 반사광이 매우 강한 샘플이고 다른 하나는 색이 매우 검은 샘플입니다.
Specular Sample
반사 샘플
우주에서 사용되는 시스템이 오염될 경우 성능이 실제로 저하될 수 있습니다. 따라서 이러한 우주 시스템에서는 오염의 존재를 감지할 수 있는 것이 중요합니다. 아래의 측정은 우주에서 사용되는 광학 시스템의 오염 연구에서 발췌되었습니다. 목표는 분자 오염이 미광에 미치는 영향을 이해하는 것입니다.
Specular Bench 의 탁월한 동적 범위 덕분에 매우 낮은 수준의 산란까지도 감지할 수 있으므로 공간에 국한된 오염이 미광에 미치는 영향을 "정량화"할 수 있습니다. 오염으로 인해 세척된 샘플과 비교하여 산란된 부분에서 오랜 BSDF가 증가합니다.
Black Sample
블랙 샘플
본 연구의 목적은 검정색의 블랙 샘플의 가시광선 반사와 원적외선 반사의 동작을 비교하는 것이었습니다. 이런 종류의 샘플에는 Specular Bench 의 모든 동적 범위와 성능이 반드시 필요한 것은 아니지만 원적외선 측정이 가능한 기능을 활용하고자 했습니다.
모든 동적 범위가 항시 필요한 것은 아니지만 각각의 다른 Dynamic Range에서 매우 흥미로운 결과를 얻었음을 분명히 알 수 있습니다. 가시광선과 원적외선의 반응은 다릅니다. 가시광선 파장(638nm)의 경우 샘플은 거의 Lambertian입니다. 그러나 원적외선 파장에서는 샘플이 훨씬 더 Specular합니다.