Optisen säteilyn lähteet

Optisen säteilyn lähteitä (toisin sanoen valonlähteitä) ovat monet luonnon esineet sekä keinotekoisesti luodut laitteet, joissa tietyntyyppiset energiat muunnetaan energiaksi elektromagneettinen säteily joiden aallonpituus on 10 nm - 1 mm.

Luonnossa tällaisia ​​lähteitä, jotka ovat olleet meille jo pitkään tiedossa, ovat aurinko, tähdet, salama jne. Keinotekoisten lähteiden osalta riippuen siitä, mikä prosessi johtaa säteilyn ilmaantumiseen, onko se pakotettu tai spontaani, se on mahdollisuus valita koherentit ja epäkoherentit optisen säteilyn lähteet.

Koherentti ja epäkoherentti säteily

Laserit viittaavat koherentin optisen säteilyn lähteisiin. Niiden spektrin intensiteetti on erittäin korkea, säteilylle on ominaista korkea suuntausaste, sille on ominaista monokromaattisuus, eli tällaisen säteilyn aallonpituus on vakio.

Suurin osa optisen säteilyn lähteistä on epäkoherentteja lähteitä, joiden säteily on seurausta useiden elementaaristen säteilijöiden ryhmän lähettämien sähkömagneettisten aaltojen superpositiosta.

Optisen epäkoherentin säteilyn keinotekoiset lähteet voidaan luokitella säteilyn tyypin, säteilyksi muunnetun energian tyypin mukaan, tämän energian valoksi muuntamismenetelmän mukaan, lähteen tarkoituksen mukaan, kuulumisen mukaan tietty osa spektristä (infrapuna, näkyvä tai ultravioletti), riippuen rakennetyypistä, käyttötavoista jne.

Valon parametrit

Optisella säteilyllä on omat valo- tai energiaominaisuudet. Fotometrisiä ominaisuuksia ovat: säteilyvirta, valovirta, valon intensiteetti, kirkkaus, luminanssi jne. Jatkuvan spektrin lähteet erottuvat kirkkaudestaan ​​tai värilämpötilastaan.

Joskus on tärkeää tietää lähteen tuottama valaistus tai jokin epästandardi ominaisuus, esimerkiksi fotonivirta. Pulssilähteillä on tietty säteilevän pulssin kesto ja muoto.

Valotehokkuus eli spektritehokkuus määrittää, kuinka tehokkaasti lähteeseen toimitettu energia muunnetaan valoksi. Tekniset ominaisuudet, kuten syöttöteho ja energia, valokappaleen mitat, säteilyn vastus, valon jakautuminen tilassa ja käyttöikä, kuvaavat keinotekoisia optisen säteilyn lähteitä.

Optisen säteilyn lähteet voivat olla lämpöä tasapainotilassa lämmitetyllä valokappaleella kondensoituneessa tilassa sekä luminoivia, joissa on epätasaisesti virittynyt kappale missä tahansa aggregaattitilassa. Erityinen tyyppi ovat plasmalähteet, joissa säteilyn luonne riippuu plasman parametreista ja spektrivälistä, ja tässä säteily voi olla joko lämpöä tai luminoivaa.

Optisen säteilyn lämpölähteet erottuvat jatkuvasta spektristä, niiden energiaominaisuudet noudattavat lämpösäteilyn lakeja, joissa pääparametrit ovat valokappaleen lämpötila ja emissiokyky.

Kertoimella 1 säteily vastaa absoluuttisen mustan kappaleen säteilyä lähellä Aurinkoa, jonka lämpötila on 6000 K. Keinotekoiset lämmönlähteet lämmitetään sähkövirralla tai kemiallisen palamisreaktion energialla.

Liekelle, kun poltetaan kaasumaista, nestemäistä tai kiinteää palavaa ainetta, on ominaista jatkuva säteilyspektri, jonka lämpötila saavuttaa 3000 K kiinteiden filamenttimikrohiukkasten läsnäolon vuoksi. Jos tällaisia ​​hiukkasia puuttuu, spektri on vyöhyke tai lineaarinen, mikä on tyypillistä kaasumaisille palamistuotteille tai kemikaaleille, jotka on tarkoituksella johdettu liekkiin spektrianalyysiä varten.

Lämmönlähteiden suunnittelu ja käyttö

Signalointi- tai valaistuspyrotekniikka, kuten raketit, ilotulitusvälineet jne., sisältävät puristettuja koostumuksia, jotka sisältävät palavia aineita hapettimen kanssa. Infrapunasäteilyn lähteet ovat yleensä erikokoisia ja -muotoisia keraamisia tai metallisia kappaleita, joita kuumennetaan liekillä tai kaasun katalyyttisellä poltolla.

Infrapunaspektrin sähköisissä säteilijöissä on volframi- tai nikromispiraaleja, jotka on lämmitetty johtamalla virta niiden läpi ja sijoitettu lämmönkestävään vaippaan tai valmistettu välittömästi spiraaleina, tankoina, nauhoina, putkina jne. — tulenkestävistä metalleista ja seoksista tai muista koostumuksista: grafiitti, metallioksidit, tulenkestävät karbidit. Tämän tyyppisiä emittereitä käytetään tilojen lämmitykseen, erilaisissa tutkimuksissa ja materiaalien teollisessa lämpökäsittelyssä.

Infrapunaspektroskopiassa käytetään sauvojen muodossa olevia referenssisäteilijöitä, kuten Nernst pin ja Globar, joille on tunnusomaista emissiivisuuden vakaa riippuvuus lämpötilasta spektrin infrapunaosassa.

Metrologiset mittaukset sisältävät päästöjen tutkimuksen absoluuttisista mustakappalemalleista, joissa tasapainoemissiokyky riippuu lämpötilasta; Tällainen malli on ontelo, joka on lämmitetty jopa 3000 K:n lämpötiloihin ja joka on valmistettu tietyn muodon tulenkestävästä materiaalista, jossa on pieni sisäänkäynti.

Hehkulamput ovat nykyään suosituimpia näkyvän spektrin säteilyn lämmönlähteitä. Niitä käytetään valaistukseen, signalointiin, projektoreissa, projektoreissa, lisäksi ne toimivat standardeina fotometriassa ja pyrometriassa.

Nykyään markkinoilla on yli 500 vakiokokoa hehkulamppuja, jotka vaihtelevat pienoislampuista tehokkaisiin valonheittimiin. Filamenttirunko valmistetaan tavallisesti volframifilamentin tai spiraalin muodossa ja se on suljettu lasipulloon, joka on täytetty inertillä kaasulla tai tyhjiöllä. Tällaisen lampun käyttöikä yleensä päättyy, kun hehkulanka palaa loppuun.

Hehkulamput ovat halogeeneja, sitten polttimo täytetään ksenonilla lisäämällä jodia tai haihtuvia bromiyhdisteitä, jotka tarjoavat höyrystyneen volframin käänteisen siirron polttimosta - takaisin hehkulangan runkoon. Tällaiset lamput voivat kestää jopa 2000 tuntia.

Volframifilamentti on asennettu tähän kvartsiputken sisään, joka on lämmitetty halogeenikierron ylläpitämiseksi. Nämä lamput toimivat termografiassa ja kserografiassa ja niitä löytyy lähes kaikkialta, missä tavalliset hehkulamput palvelevat.

Sähkövalolampuissa optisen säteilyn lähde on elektrodi tai pikemminkin katodin hehkualue kaaripurkauksen aikana argontäytteisessä lampun polttimossa tai ulkona.

Fluoresoivat lähteet

Luminesoivissa optisen säteilyn lähteissä kaasut tai fosforit virittyvät fotonien, elektronien tai muiden hiukkasten virtauksen tai sähkökentän suoran vaikutuksen avulla, joista tulee näissä olosuhteissa valon lähteitä. Emissiospektri ja optiset parametrit määräytyvät loisteaineiden ominaisuuksien sekä viritysenergian, sähkökentän voimakkuuden jne. perusteella.

Yksi yleisimmistä luminesenssin tyypeistä on fotoluminesenssi, jossa primäärilähteen säteilyspektri tulee näkyviin, purkauksen ultraviolettisäteily putoaa loisteainekerrokseen ja loisteaine näissä olosuhteissa lähettää näkyvää valoa ja lähellä ultraviolettivaloa.

Energiansäästölamput ovat yksinkertaisesti tähän vaikutukseen perustuvia pienloistelamppuja. Tällainen 20 W lamppu antaa valovirran, joka on yhtä suuri kuin 100 W hehkulampun valovirta.

Katodisädeputkinäytöt ovat optisen säteilyn katodiluminoivia lähteitä. Loisteainepinnoitettu näyttö viritetään sitä kohti lentävällä elektronisäteellä.

Ledit käyttävät puolijohteiden ruiskutuselektroluminesenssin periaatetta. Nämä optisen säteilyn lähteet valmistetaan erillisinä tuotteina, joissa on optisia elementtejä. Niitä käytetään osoituksiin, merkinantoihin, valaistukseen.

Radioluminesenssin aikana tapahtuva optinen emissio viritetään hajoavien isotooppien vaikutuksesta.

Kemiluminesenssi on kemiallisten reaktioiden energian muuntamista valoksi (katso myös luminesenssin tyypit).

Nopeiden hiukkasten, ohimenevän säteilyn ja Vavilov-Cherenkov-säteilyn herättämiä valon välähdyksiä tuikeessa käytetään liikkuvien varautuneiden hiukkasten havaitsemiseen.

Plasma

Plasma optisen säteilyn lähteet erottuvat lineaarisesta tai jatkuvasta spektristä sekä plasman lämpötilasta ja paineesta riippuvaisista energiaominaisuuksista, jotka esiintyvät sähköpurkauksessa tai muussa plasman tuotantomenetelmässä.

Säteilyparametrit vaihtelevat laajalla alueella riippuen syöttötehosta ja aineen koostumuksesta (katso myös kaasupurkauslamput, plasma). Parametreja rajoittaa tämä teho ja materiaalivastus. Pulssiplasmalähteillä on korkeammat parametrit kuin jatkuvilla.