Az optikai sugárzás forrásai
Az optikai sugárzás forrásai (más szóval fényforrások) számos természetes tárgy, valamint mesterségesen létrehozott eszközök, amelyekben bizonyos típusú energiákat energiává alakítanak át. elektromágneses sugárzás 10 nm és 1 mm közötti hullámhosszúsággal.
A természetben az ilyen, általunk régóta ismert források a következők: nap, csillagok, villámlás stb. Ami a mesterséges forrásokat illeti, attól függően, hogy milyen folyamat vezet a sugárzás megjelenéséhez, akár kényszerű, akár spontán. lehetőség koherens és inkoherens optikai sugárzásforrások kiválasztására.
Koherens és inkoherens sugárzás
Lézerek koherens optikai sugárzás forrásaira vonatkozik. Spektrális intenzitásuk igen nagy, a sugárzásra nagyfokú irányítottság, monokromatikusság jellemzi, vagyis az ilyen sugárzás hullámhossza állandó.
Az optikai sugárzás forrásainak többsége inkoherens forrás, amelyek sugárzása sok elemi emitterből álló csoport által kibocsátott nagyszámú elektromágneses hullám szuperpozíciójának eredménye.
Az optikai inkoherens sugárzás mesterséges forrásai osztályozhatók a sugárzás típusa szerint, a sugárzássá alakított energia típusa szerint, ezen energia fénnyé alakításának módja szerint, a forrás rendeltetése szerint, aszerint, hogy egy a spektrum bizonyos része (infravörös, látható vagy ultraibolya), a konstrukció típusától, a felhasználás módjától stb.
Fény paraméterek
Az optikai sugárzásnak saját fény- vagy energiajellemzői vannak. A fotometriai jellemzők a következők: sugárzási fluxus, fényáram, fényintenzitás, fényerő, fénysűrűség stb. A folyamatos spektrumú forrásokat a fényerő vagy a színhőmérséklet különbözteti meg.
Néha fontos tudni a forrás által keltett megvilágítást, vagy valamilyen nem szabványos jellemzőt, például fotonfluxust. Az impulzusforrásoknak meghatározott időtartama és alakja van a kibocsátó impulzusnak.
A fényhatásfok vagy spektrális hatásfok határozza meg, hogy a forráshoz szállított energia milyen hatékonyan alakul fénnyé. Műszaki jellemzők, mint a bemeneti teljesítmény és energia, a világítótest méretei, sugárzási ellenállás, a fény térbeli eloszlása és élettartama jellemzi az optikai sugárzás mesterséges forrásait.
Az optikai sugárzás forrásai lehetnek termikusak egy egyensúlyi állapotban fűtött világítótesttel kondenzált állapotban, valamint lumineszcensek egy nem egyenletesen gerjesztett testtel bármilyen aggregált állapotban. Speciális típusai a plazmaforrások, amelyekben a sugárzás jellege a plazma paramétereitől és a spektrális intervallumtól függ, és itt a sugárzás lehet termikus vagy lumineszcens.
Az optikai sugárzás hőforrásait folytonos spektrum különbözteti meg, energetikai jellemzőik megfelelnek a hősugárzás törvényeinek, ahol a fő paraméterek a világítótest hőmérséklete és emissziós tényezője.
A sugárzás 1-es tényezőjével egyenértékű egy abszolút fekete test sugárzásával a Nap közelében, amelynek hőmérséklete 6000 K. A mesterséges hőforrásokat elektromos áram vagy kémiai égési reakció energiája melegíti fel.
A gázhalmazállapotú, folyékony vagy szilárd éghető anyag elégetésekor a lángot folyamatos sugárzási spektrum jellemzi, amelynek hőmérséklete eléri a 3000 K-t a szilárd izzószálas mikrorészecskék jelenléte miatt. Ha ilyen részecskék hiányoznak, a spektrum sávos vagy lineáris lesz, jellemzően gáznemű égéstermékekre vagy vegyszerekre, amelyeket szándékosan vittek a lángba spektrális elemzés céljából.
Hőforrások tervezése és alkalmazása
A jelző- vagy világító pirotechnikai eszközök, például rakéták, tűzijátékok stb. éghető anyagokat és oxidálószert tartalmazó tömörített kompozíciókat tartalmaznak. Az infravörös sugárzás forrásai általában különböző méretű és formájú kerámia vagy fém testek, amelyeket lánggal vagy gáz katalitikus elégetésével melegítenek fel.
Az infravörös spektrumú elektromos sugárzók volfrám vagy nikróm spirálokkal rendelkeznek, amelyeket áram átvezetésével melegítenek és hőálló burkolatokba helyeznek, vagy azonnal spirálok, rudak, szalagok, csövek stb. — tűzálló fémekből és ötvözetekből vagy más összetételekből: grafit, fém-oxidok, tűzálló karbidok. Az ilyen típusú emittereket helyiségek fűtésére, különféle vizsgálatokra és anyagok ipari hőkezelésére használják.
Az infravörös spektroszkópiához pálca alakú referencia emittereket használnak, mint például a Nernst pin és a Globar, amelyeket az emissziós tényező stabil hőmérsékletfüggősége jellemez a spektrum infravörös részén.
A metrológiai mérések az abszolút feketetest-modellek emisszióinak tanulmányozását foglalják magukban, ahol az egyensúlyi emissziós tényező a hőmérséklettől függ; Egy ilyen modell egy 3000 K-ig melegített üreg, amely bizonyos alakú tűzálló anyagból készül, kis bejárattal.
Az izzólámpák ma a legnépszerűbb sugárzási hőforrások a látható spektrumban. Világítási, jelzési célokra, projektorokban, projektorokban használják, emellett szabványként funkcionálnak a fotometriában és a pirometriában.
Ma több mint 500 szabványos méretű izzólámpa van a piacon, a miniatűrtől a nagy teljesítményű reflektorokig. Az izzószáltest általában volfrámszál vagy spirál formájában készül, és inert gázzal vagy vákuummal töltött üveglombikba van zárva. Az ilyen lámpa élettartama általában akkor ér véget, amikor az izzószál kiég.
Az izzólámpák halogénlámpák, majd az izzót xenonnal töltik meg jód vagy illékony brómvegyületek hozzáadásával, amelyek az elpárologtatott volfrám fordított átvitelét biztosítják az izzóból - vissza az izzószál testébe. Az ilyen lámpák akár 2000 órát is kibírnak.
A wolframszálat itt egy kvarccsőbe szerelik fel, amelyet a halogénciklus fenntartása érdekében melegítenek. Ezek a lámpák termográfiában és xerográfiában működnek, és szinte mindenhol megtalálhatók, ahol a hagyományos izzólámpák szolgálnak.
Az elektromos lámpákban az optikai sugárzás forrása az elektróda, vagy inkább a katód izzó része az ívkisülés során argonnal töltött lámpaburában vagy a szabadban.
Fluoreszcens források
Az optikai sugárzás lumineszcens forrásaiban a gázokat vagy fényporokat fotonok, elektronok vagy más részecskék áramlása vagy egy elektromos tér közvetlen hatása gerjeszti, amelyek ilyen körülmények között fényforrássá válnak. Az emissziós spektrumot és az optikai paramétereket a fényporok tulajdonságai, valamint a gerjesztési energia, az elektromos térerősség stb. határozzák meg.
A lumineszcencia egyik legelterjedtebb fajtája a fotolumineszcencia, melynek során láthatóvá válik az elsődleges forrás sugárzási spektruma, a kisülés ultraibolya sugárzása a foszforrétegre esik, és a foszfor ilyen körülmények között látható és közel ultraibolya fényt bocsát ki.
Az energiatakarékos lámpák egyszerűen ezen a hatáson alapuló kompakt fénycsövek. Egy ilyen 20 W-os lámpa egy 100 W-os izzólámpa fényáramával egyenlő fényáramot ad.
A katódsugárcsöves képernyők az optikai sugárzás katód-lumineszcens forrásai. A foszforral bevont képernyőt a feléje repülő elektronsugár gerjeszti.
A LED-ek az injektált elektrolumineszcencia elvét használják a félvezetőkön. Ezeket az optikai sugárforrásokat különálló termékekként gyártják optikai elemekkel. Jelzésre, jelzésre, világításra használják.
A radiolumineszcencia során az optikai emissziót bomló izotópok gerjesztik.
A kemilumineszcencia a kémiai reakciók energiájának fénnyel való átalakulása (lásd még a lumineszcencia típusai).
A gyors részecskékkel gerjesztett szcintillátorok fényvillanása, átmeneti sugárzás és Vavilov-Cherenkov sugárzás a mozgó töltött részecskék észlelésére szolgál.
Vérplazma
Az optikai sugárzás plazmaforrásait lineáris vagy folytonos spektrum, valamint a plazma hőmérsékletétől és nyomásától függő energiajellemzők különböztetik meg, amelyek elektromos kisülésben vagy más plazmagyártási módszerben fordulnak elő.
A sugárzási paraméterek széles tartományban változnak, a bemeneti teljesítménytől és az anyag összetételétől függően (lásd még gázkisüléses lámpák, vérplazma). A paramétereket ez a teljesítmény és az anyagellenállás korlátozza. Az impulzusos plazmaforrások paraméterei magasabbak, mint a folyamatosak.