光源指能發(fā)出一定波長范圍的電磁波(包括可見光與紫外線、紅外線和X光線等不可見光)的物體,通常指能發(fā)出可見光的發(fā)光體。凡是物體自身能發(fā)光者, 稱作光源, 又稱發(fā)光體,如太陽、恒星、燈以及燃燒著的物質(zhì)等都是, 但像月亮表面、桌面等依靠它們反射外來光才能使人們看 見它們,這樣的反射物體不能稱作光源。
光源的關(guān)鍵性能指標(biāo)
光譜范圍
選擇光源時,特別是在光譜應(yīng)用中,光譜范圍是第一考慮因素。同時,需要特別注意的是,要選擇的光源,盡可能要在需要的光譜范圍內(nèi)具有更高的光輸出效率,在不需要的光譜范圍內(nèi)具有更低的光輸出效率,因?yàn)椴恍枰哪遣糠止庾V會引起雜散光的問題。
另外, 如果是做透射、反射 / 吸收光譜,需要特別注意的是, 必須選擇在測量范圍內(nèi)光譜曲線平滑的光譜。比如,在做 800- 1100nm 光譜范圍內(nèi)的反射光譜時,單就光譜范圍而言, 有氙燈(200-2500nm)和溴鎢燈(300-2500nm)符合要求,但從 實(shí)際測量角度來看, 由于氙燈在這個范圍內(nèi)具有較多的尖銳的光譜峰,會造成測量的不準(zhǔn)確,因而要選擇譜線平滑的溴鎢燈來進(jìn)行測量。
輻射功率如何計(jì)算輸出功率？
通常選擇光源功率時需要考慮實(shí)際使用條件下的輻射功率,這里不僅有輸出功率的因素,同時還有發(fā)光區(qū)域大小、收光效率等等方面的影響。比如,在不考慮收光效率等因素的影響條件下,比較75W 氙燈和150W 氙燈在相同的空間位置上能夠產(chǎn)生的輻射功率,75W 氙燈是150W 氙燈的2.7倍,這是由于雖然前者的輸出功率只有后者的一半,但后者的發(fā)光區(qū)域 (弧光)是前者的8.8倍, 因而在相同空間位置上的功率密度反而小。
因此在選擇光源時,不僅要考慮光源輸出功率,還要考慮其它因素。特別是光斑大小引起的輻射功率密度的影響,通常 我們可以通過選擇適當(dāng)?shù)氖展庀到y(tǒng)來提高光的收集效率。
光譜輻射度的單位通常是 :Wm-3Sr-1nm-1,或者Wm-2nm-1 ,差異的部分實(shí)際是收光的立體角度,它與收光系統(tǒng)(如透鏡) 的相對孔徑數(shù)對應(yīng),被稱為收光系數(shù)。
另外, 從光譜輻射度曲線可以看出, 對于同一類型的光源, 功率不同的時候,光譜輻射度差異并不大,所以,在光譜系統(tǒng) 中不能單純通過提高光源的功率的方式來提高信號的強(qiáng)度,還需要綜合考慮光源收集效率的問題。在經(jīng)過優(yōu)化的光源收集系統(tǒng)中,往往可以采用較小功耗的光源取代高功耗的光源。
輸出總功率
大多數(shù)輻射區(qū)域面積較大的應(yīng)用中, 輸出總功率更為重要。
發(fā)光區(qū)域尺寸和形狀
對光源發(fā)光區(qū)域的尺寸和形狀進(jìn)行選擇,是為了得到與目標(biāo)區(qū)域更匹配的光斑形狀,從而提高光源的實(shí)際使用效率。比如,長條形的光斑更適合于光譜儀的狹縫設(shè)計(jì)。
光源均勻性和穩(wěn)定性
對于某些光學(xué)測量,需要用到較高的空間均勻性和時間穩(wěn)定性,這時就需要進(jìn)行特殊的光學(xué)設(shè)計(jì)和電源設(shè)計(jì)。比如太陽 能電池的特性測量等。
通常來說,溴鎢燈的光源穩(wěn)定性要優(yōu)于氙燈等弧光放電類型的光源。
太陽光模擬器是用來模擬太陽光的光源,具有較高的太陽光譜匹配度、空間均勻性以及時間穩(wěn)定性。
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