Kilder til optisk stråling

Kilder til optisk stråling (med andre ord lyskilder) er mange naturlige objekter, så vel som kunstig opprettede enheter der visse typer energi omdannes til energi elektromagnetisk stråling med en bølgelengde på 10 nm til 1 mm.

I naturen er slike kilder, som lenge har vært kjent for oss,: sola, stjerner, lyn, etc. Når det gjelder kunstige kilder, avhengig av hvilken prosess som fører til utseendet av stråling, enten det er tvunget eller spontant, er det en mulighet for å velge koherente og inkoherente kilder for optisk stråling.

Koherent og usammenhengende stråling

Lasere referer til kilder til koherent optisk stråling. Deres spektrale intensitet er veldig høy, strålingen er preget av en høy grad av retningsbestemthet, den er preget av monokromaticitet, det vil si at bølgelengden til slik stråling er konstant.

Flertallet av kildene til optisk stråling er usammenhengende kilder, hvis stråling er resultatet av superposisjonen av et stort antall elektromagnetiske bølger som sendes ut av en gruppe av mange elementære emittere.

Kunstige kilder til optisk inkoherent stråling kan klassifiseres i henhold til typen stråling, i henhold til typen energi omdannet til stråling, i henhold til metoden for å konvertere denne energien til lys, i henhold til formålet med kilden, i henhold til en en viss del av spekteret (infrarød, synlig eller ultrafiolett), avhengig av type konstruksjon, bruksmåte osv.

Lysparametere

Optisk stråling har sine egne lys- eller energiegenskaper. Fotometriske egenskaper inkluderer: strålingsfluks, lysstrøm, lysintensitet, lysstyrke, luminans, etc. Kontinuerlige spektrumkilder kjennetegnes ved deres lysstyrke eller fargetemperatur.

Noen ganger er det viktig å kjenne til belysningen som produseres av kilden, eller noen ikke-standard karakteristikk, for eksempel fotonfluks. Pulskilder har en viss varighet og form på den utsendende pulsen.

Lyseffektivitet, eller spektral effektivitet, bestemmer hvor effektivt energien som leveres til kilden omdannes til lys. Tekniske egenskaper, som inngangseffekt og energi, dimensjoner på lyslegemet, strålingsmotstand, fordeling av lys i rommet og levetid, karakteriserer de kunstige kildene til optisk stråling.

Kilder til optisk stråling kan være termiske med et likevektsoppvarmet lyslegeme i kondensert tilstand, så vel som selvlysende med et ikke-jevnt eksitert legeme i enhver aggregert tilstand. En spesiell type er plasmakilder, strålingens natur avhenger av parametrene til plasmaet og spektralintervallet, og her kan strålingen enten være termisk eller selvlysende.

Termiske kilder til optisk stråling utmerker seg med et kontinuerlig spektrum, deres energiegenskaper overholder lovene for termisk stråling, der hovedparametrene er temperaturen og emissiviteten til et lysende legeme.

Med en faktor på 1 tilsvarer strålingen strålingen fra et absolutt svart legeme nær Solen med en temperatur på 6000 K. Kunstige varmekilder varmes opp av elektrisk strøm eller av energien til en kjemisk forbrenningsreaksjon.

Flammen ved brenning av et gassformig, flytende eller fast brennbart stoff er preget av et kontinuerlig spektrum av stråling med en temperatur som når 3000 K på grunn av tilstedeværelsen av faste filamentmikropartikler. Hvis slike partikler er fraværende, vil spekteret være båndet eller lineært, typisk for gassformige forbrenningsprodukter eller kjemikalier som med vilje introduseres i flammen for spektralanalyse.

Design og anvendelse av varmekilder

Signal- eller lyspyroteknikk, som raketter, fyrverkeri, etc., inneholder komprimerte sammensetninger som inneholder brennbare stoffer med et oksidasjonsmiddel. Kilder til infrarød stråling er vanligvis keramiske eller metalllegemer av forskjellige størrelser og former som varmes opp av en flamme eller ved katalytisk forbrenning av gass.

Elektriske emittere av det infrarøde spekteret har wolfram- eller nikromspiraler, oppvarmet ved å føre en strøm gjennom dem og plassert i varmebestandige hylster, eller umiddelbart laget i form av spiraler, stenger, strimler, rør, etc. – fra ildfaste metaller og legeringer, eller andre sammensetninger: grafitt, metalloksider, ildfaste karbider. Emittere av denne typen brukes til romoppvarming, i ulike studier og i industriell varmebehandling av materialer.

For infrarød spektroskopi brukes referanseemittere i form av staver, som Nernst pin og Globar, karakterisert ved en stabil avhengighet av emissivitet på temperatur i den infrarøde delen av spekteret.

Metrologiske målinger involverer studiet av utslipp fra absolutte svartkroppsmodeller der likevektsemissiviteten avhenger av temperatur; En slik modell er et hulrom oppvarmet til temperaturer opp til 3000 K, laget av ildfast materiale av en viss form med en liten inngang.

Glødelamper er de mest populære varmekildene til stråling i det synlige spekteret i dag. De brukes til belysning, signalering, i projektorer, projektorer, i tillegg fungerer de som standarder innen fotometri og pyrometri.

Det er mer enn 500 standardstørrelser av glødelamper på markedet i dag, alt fra miniatyrlamper til kraftige flomlyslamper. Filamentlegemet er vanligvis laget i form av en wolframfilament eller spiral og er innelukket i en glasskolbe fylt med en inert gass eller vakuum. Levetiden til en slik lampe slutter vanligvis når filamentet brenner ut.

Glødelamper er halogen, så er pæren fylt med xenon med tilsetning av jod eller flyktige bromforbindelser, som gir en omvendt overføring av fordampet wolfram fra pæren - tilbake til glødetrådskroppen. Slike lamper kan vare opptil 2000 timer.

Wolframfilamentet er montert her inne i et kvartsrør som er oppvarmet for å opprettholde halogensyklusen. Disse lampene fungerer i termografi og xerografi og kan finnes nesten hvor som helst som vanlige glødelamper tjener.

I elektriske lyslamper er kilden til optisk stråling elektroden, eller rettere sagt, glødeområdet til katoden under en lysbueutladning i en argonfylt pære eller utendørs.

Fluorescerende kilder

I luminescerende kilder for optisk stråling eksiteres gasser eller fosfor av strømmen av fotoner, elektroner eller andre partikler eller ved direkte påvirkning av et elektrisk felt, som under disse omstendighetene blir lyskilder. Emisjonsspekteret og optiske parametere bestemmes av egenskapene til fosforene, så vel som av eksitasjonsenergien, elektrisk feltstyrke, etc.

En av de vanligste typene luminescens er fotoluminescens, hvor strålingsspekteret til primærkilden blir synlig.Utladningens ultrafiolette stråling faller på fosforlaget, og fosforet under disse forholdene sender ut synlig lys og nær ultrafiolett lys.

Energisparende lamper er ganske enkelt kompaktlysrør basert på denne effekten. En slik 20 W lampe gir en lysstrøm lik lysstrømmen til en 100 W glødelampe.

Katodestrålerørskjermer er katodoluminescerende kilder for optisk stråling. Den fosforbelagte skjermen begeistres av en elektronstråle som flyr mot den.

LED-er bruker prinsippet om injeksjonselektroluminescens på halvledere. Disse optiske strålingskildene er produsert som diskrete produkter med optiske elementer. De brukes til indikasjon, signalering, belysning.

Optisk emisjon under radioluminescens begeistres av virkningen av råtnende isotoper.

Kjemiluminescens er omdannelsen til lys av energien til kjemiske reaksjoner (se også typer luminescens).

Lysglimt i scintillatorer opphisset av raske partikler, forbigående stråling og Vavilov-Cherenkov-stråling brukes til å oppdage ladede partikler i bevegelse.

Plasma

Plasmakilder for optisk stråling utmerker seg ved et lineært eller kontinuerlig spektrum, samt energikarakteristikker som avhenger av plasmaets temperatur og trykk, som forekommer i en elektrisk utladning eller i en annen metode for plasmaproduksjon.

Strålingsparametrene varierer i et stort område, avhengig av inngangseffekten og sammensetningen av stoffet (se også gassutladningslamper, plasma). Parametrene er begrenset av denne kraften og materialmotstanden. Pulserende plasmakilder har høyere parametere enn kontinuerlige.