Källor för optisk strålning

Källor för optisk strålning (med andra ord ljuskällor) är många naturliga föremål, såväl som artificiellt skapade enheter där vissa typer av energi omvandlas till energi elektromagnetisk strålning med en våglängd på 10 nm till 1 mm.

I naturen är sådana källor, som länge varit kända för oss,: solen, stjärnor, blixtar etc. När det gäller artificiella källor, beroende på vilken process som leder till uppkomsten av strålning, oavsett om den är påtvingad eller spontan, är det en möjlighet att välja koherenta och inkoherenta källor för optisk strålning.

Koherent och osammanhängande strålning

Lasrar hänvisar till källor för koherent optisk strålning. Deras spektrala intensitet är mycket hög, strålningen kännetecknas av en hög grad av riktning, den kännetecknas av monokromaticitet, det vill säga våglängden för sådan strålning är konstant.

Majoriteten av källorna för optisk strålning är inkoherenta källor, vars strålning är resultatet av överlagringen av ett stort antal elektromagnetiska vågor som emitteras av en grupp av många elementära sändare.

Artificiella källor för optisk inkoherent strålning kan klassificeras enligt typen av strålning, enligt typen av energi som omvandlas till strålning, enligt metoden för att omvandla denna energi till ljus, enligt källans syfte, enligt tillhörande en viss del av spektrumet (infrarött, synligt eller ultraviolett), beroende på typ av konstruktion, användningssätt etc.

Ljusparametrar

Optisk strålning har sina egna ljus- eller energiegenskaper. Fotometriska egenskaper inkluderar: strålningsflöde, ljusflöde, ljusintensitet, ljusstyrka, luminans, etc. Kontinuerliga spektrumkällor kännetecknas av sin ljusstyrka eller färgtemperatur.

Ibland är det viktigt att känna till belysningen som produceras av källan, eller någon icke-standardiserad egenskap, till exempel fotonflöde. Pulskällor har en viss varaktighet och form av den emitterande pulsen.

Ljuseffektivitet, eller spektral effektivitet, avgör hur effektivt energin som levereras till källan omvandlas till ljus. Tekniska egenskaper, såsom ineffekt och energi, dimensioner på den lysande kroppen, strålningsmotstånd, ljusfördelning i rymden och livslängd, kännetecknar de artificiella källorna för optisk strålning.

Källor för optisk strålning kan vara termiska med en jämviktsuppvärmd lysande kropp i ett kondenserat tillstånd, såväl som luminiscerande med en ojämnt exciterad kropp i vilket som helst aggregerat tillstånd. En speciell typ är plasmakällor, vilken typ av strålning beror på plasmans parametrar och det spektrala intervallet, och här kan strålningen vara antingen termisk eller självlysande.

Termiska källor för optisk strålning kännetecknas av ett kontinuerligt spektrum, deras energiegenskaper följer lagarna för termisk strålning, där huvudparametrarna är temperaturen och emissiviteten hos en lysande kropp.

Med en faktor på 1 är strålningen ekvivalent med strålningen från en absolut svart kropp nära solen med en temperatur på 6000 K. Konstgjorda värmekällor värms upp av elektrisk ström eller av energin från en kemisk förbränningsreaktion.

Lågan vid förbränning av ett gasformigt, flytande eller fast brännbart ämne kännetecknas av ett kontinuerligt strålningsspektrum med en temperatur som når 3000 K på grund av närvaron av fasta filamentmikropartiklar. Om sådana partiklar saknas kommer spektrumet att vara bandat eller linjärt, typiskt för gasformiga förbränningsprodukter eller kemikalier som avsiktligt införs i lågan för spektralanalys.

Design och applicering av värmekällor

Signalerings- eller belysningspyroteknik, såsom raketer, fyrverkerier, etc., innehåller komprimerade kompositioner som innehåller brännbara ämnen med ett oxidationsmedel. Källor till infraröd strålning är vanligtvis keramiska eller metallkroppar av olika storlekar och former som värms upp av en låga eller genom katalytisk förbränning av gas.

Elektriska sändare av det infraröda spektrumet har volfram- eller nikromspiraler, uppvärmda genom att passera en ström genom dem och placerade i värmebeständiga höljen, eller omedelbart tillverkade i form av spiraler, stavar, remsor, rör etc. — från eldfasta metaller och legeringar eller andra sammansättningar: grafit, metalloxider, eldfasta karbider. Emitters av denna typ används för uppvärmning av rum, i olika studier och vid industriell värmebehandling av material.

För infraröd spektroskopi används referenssändare i form av stavar, såsom Nernst pin och Globar, som kännetecknas av ett stabilt emissivitetsberoende på temperaturen i den infraröda delen av spektrumet.

Metrologiska mätningar involverar studier av emissioner från absoluta svartkroppsmodeller där jämviktsemissiviteten beror på temperatur; En sådan modell är ett hålrum uppvärmt till temperaturer upp till 3000 K, gjord av eldfast material av en viss form med en liten ingång.

Glödlampor är de mest populära värmekällorna för strålning i det synliga spektrumet idag. De används för belysning, signalering, i projektorer, projektorer, dessutom fungerar de som standarder inom fotometri och pyrometri.

Det finns mer än 500 standardstorlekar av glödlampor på marknaden idag, allt från miniatyrlampor till kraftfulla strålkastarlampor. Filamentkroppen är vanligtvis gjord i form av en volframfilament eller spiral och är innesluten i en glaskolv fylld med en inert gas eller vakuum. Livslängden för en sådan lampa slutar vanligtvis när glödtråden brinner ut.

Glödlampor är halogen, då är glödlampan fylld med xenon med tillsats av jod eller flyktiga bromföreningar, vilket ger en omvänd överföring av förångad volfram från glödlampan - tillbaka till glödtrådskroppen. Sådana lampor kan hålla i upp till 2000 timmar.

Volframfilamentet monteras här inuti ett kvartsrör som är uppvärmt för att upprätthålla halogencykeln. Dessa lampor fungerar i termografi och xerografi och kan hittas nästan överallt där vanliga glödlampor tjänar.

I elektriska ljuslampor är källan till optisk strålning elektroden, eller snarare katodens glödande område under en ljusbågsurladdning i en argonfylld glödlampa eller utomhus.

Fluorescerande källor

I luminescerande källor för optisk strålning exciteras gaser eller fosforer av flödet av fotoner, elektroner eller andra partiklar eller genom direkt inverkan av ett elektriskt fält, som under dessa omständigheter blir ljuskällor. Emissionsspektrumet och optiska parametrar bestäms av fosforernas egenskaper, samt av excitationsenergin, elektrisk fältstyrka etc.

En av de vanligaste typerna av luminescens är fotoluminescens, där strålningsspektrumet för den primära källan blir synligt. Urladdningens ultravioletta strålning faller på fosforskiktet, och fosforn under dessa förhållanden avger synligt ljus och nära ultraviolett ljus.

Energisnåla lampor är helt enkelt kompakta lysrör baserade på denna effekt. En sådan 20 W lampa ger ett ljusflöde som är lika med ljusflödet för en 100 W glödlampa.

Katodstrålerörsskärmar är katodoluminescerande källor för optisk strålning. Den fosforbelagda skärmen exciteras av en elektronstråle som flyger mot den.

Lysdioder använder principen för injektion av elektroluminescens på halvledare. Dessa optiska strålkällor tillverkas som diskreta produkter med optiska element. De används för indikering, signalering, belysning.

Optisk emission under radioluminescens exciteras av verkan av sönderfallande isotoper.

Kemiluminescens är omvandlingen till ljus av energin från kemiska reaktioner (se även typer av luminescens).

Ljusblixtar i scintillatorer exciterade av snabba partiklar, transientstrålning och Vavilov-Cherenkov-strålning används för att detektera laddade partiklar i rörelse.

Plasma

Plasmakällor för optisk strålning kännetecknas av ett linjärt eller kontinuerligt spektrum, såväl som energiegenskaper som beror på plasmans temperatur och tryck, som uppstår i en elektrisk urladdning eller i en annan metod för plasmaproduktion.

Strålningsparametrarna varierar inom ett brett område, beroende på ineffekten och ämnets sammansättning (se även gasurladdningslampor, plasma). Parametrarna begränsas av denna kraft och materialresistans. Pulsade plasmakällor har högre parametrar än kontinuerliga.