Kilder til optisk stråling
Kilder til optisk stråling (med andre ord lyskilder) er mange naturlige objekter såvel som kunstigt skabte enheder, hvor visse typer energi omdannes til energi elektromagnetisk stråling med en bølgelængde på 10 nm til 1 mm.
I naturen er sådanne kilder, som længe har været kendt af os,: Solen, stjerner, lyn osv. Hvad angår kunstige kilder, er det afhængigt af hvilken proces der fører til fremkomsten af stråling, om det er tvunget eller spontant. en mulighed for at vælge kohærente og usammenhængende kilder til optisk stråling.
Kohærent og usammenhængende stråling
Lasere henvise til kilder til kohærent optisk stråling. Deres spektrale intensitet er meget høj, strålingen er kendetegnet ved en høj grad af retningsbestemthed, den er kendetegnet ved monokromaticitet, det vil sige, at bølgelængden af sådan stråling er konstant.
De fleste kilder til optisk stråling er usammenhængende kilder, hvis stråling er resultatet af overlejringen af et stort antal elektromagnetiske bølger udsendt af en gruppe af mange elementære emittere.
Kunstige kilder til optisk usammenhængende stråling kan klassificeres efter typen af stråling, efter typen af energi omdannet til stråling, efter metoden til at omdanne denne energi til lys, i henhold til formålet med kilden, i henhold til en bestemt del af spektret (infrarød, synlig eller ultraviolet), afhængig af konstruktionstypen, brugsmåden osv.
Lysparametre
Optisk stråling har sine egne lys- eller energikarakteristika. Fotometriske karakteristika omfatter: strålingsflux, lysstrøm, lysintensitet, lysstyrke, luminans osv. Kontinuerlige spektrumkilder er kendetegnet ved deres lysstyrke eller farvetemperatur.
Nogle gange er det vigtigt at kende den belysning, der produceres af kilden, eller nogle ikke-standardkarakteristika, for eksempel fotonflux. Pulskilder har en vis varighed og form af den udsendende puls.
Lyseffektivitet, eller spektral effektivitet, bestemmer, hvor effektivt den energi, der leveres til kilden, omdannes til lys. Tekniske karakteristika, såsom indgangseffekt og energi, dimensioner af det lysende legeme, strålingsmodstand, fordeling af lys i rummet og levetid, karakteriserer de kunstige kilder til optisk stråling.
Kilder til optisk stråling kan være termiske med et ligevægtsopvarmet lysende legeme i en kondenseret tilstand, såvel som luminescerende med et ikke-ensartet exciteret legeme i enhver aggregeret tilstand. En særlig type er plasmakilder, hvor strålingens art afhænger af plasmaets parametre og det spektrale interval, og her kan strålingen enten være termisk eller selvlysende.
Termiske kilder til optisk stråling er kendetegnet ved et kontinuerligt spektrum, deres energikarakteristika overholder lovene for termisk stråling, hvor hovedparametrene er temperaturen og emissiviteten af et lysende legeme.
Med en faktor 1 svarer strålingen til strålingen fra et absolut sort legeme nær Solen med en temperatur på 6000 K. Kunstige varmekilder opvarmes af elektrisk strøm eller af energien fra en kemisk forbrændingsreaktion.
Flammen ved afbrænding af et gasformigt, flydende eller fast brændbart stof er karakteriseret ved et kontinuerligt spektrum af stråling med en temperatur, der når 3000 K på grund af tilstedeværelsen af faste filamentmikropartikler. Hvis sådanne partikler er fraværende, vil spektret være båndet eller lineært, typisk for gasformige forbrændingsprodukter eller kemikalier, der bevidst indføres i flammen til spektralanalyse.
Design og anvendelse af varmekilder
Signal- eller belysningspyroteknik, såsom raketter, fyrværkeri osv., indeholder komprimerede sammensætninger indeholdende brændbare stoffer med et oxidationsmiddel. Kilder til infrarød stråling er normalt keramiske eller metallegemer af forskellige størrelser og former, der opvarmes af en flamme eller ved katalytisk forbrænding af gas.
Elektriske emittere af det infrarøde spektrum har wolfram- eller nichromspiraler, opvarmet ved at føre en strøm gennem dem og anbragt i varmebestandige hylstre, eller straks lavet i form af spiraler, stænger, strimler, rør osv. — fra ildfaste metaller og legeringer eller andre sammensætninger: grafit, metaloxider, ildfaste carbider. Emittere af denne type bruges til rumopvarmning, i forskellige undersøgelser og til industriel varmebehandling af materialer.
Til infrarød spektroskopi anvendes referenceemittere i form af stænger, såsom Nernst pin og Globar, kendetegnet ved en stabil afhængighed af emissivitet af temperaturen i den infrarøde del af spektret.
Metrologiske målinger involverer undersøgelse af emissioner fra absolutte sortlegememodeller, hvor ligevægtsemissiviteten afhænger af temperaturen; En sådan model er et hulrum opvarmet til temperaturer op til 3000 K, lavet af ildfast materiale af en bestemt form med en lille indgang.
Glødelamper er de mest populære varmekilder til stråling i det synlige spektrum i dag. De bruges til belysning, signalering, i projektorer, projektorer, derudover fungerer de som standarder inden for fotometri og pyrometri.
Der er mere end 500 standardstørrelser af glødelamper på markedet i dag, lige fra miniature til kraftige projektørlamper. Filamentlegemet er normalt lavet i form af en wolframfilament eller spiral og er indesluttet i en glaskolbe fyldt med en inert gas eller vakuum. Levetiden for en sådan lampe slutter normalt, når glødetråden brænder ud.
Glødelamper er halogen, så er pæren fyldt med xenon med tilsætning af jod eller flygtige bromforbindelser, som giver en omvendt overførsel af fordampet wolfram fra pæren - tilbage til glødetrådslegemet. Sådanne lamper kan holde op til 2000 timer.
Wolframfilamentet er monteret her inde i et kvartsrør, der er opvarmet for at opretholde halogencyklussen. Disse lamper fungerer i termografi og xerografi og kan findes næsten overalt, som almindelige glødelamper tjener.
I elektriske lyslamper er kilden til optisk stråling elektroden, eller rettere sagt katodens glødeområde under en lysbueudladning i en argonfyldt pære eller udendørs.
Fluorescerende kilder
I luminescerende kilder til optisk stråling exciteres gasser eller fosfor af strømmen af fotoner, elektroner eller andre partikler eller ved direkte påvirkning af et elektrisk felt, som under disse omstændigheder bliver til lyskilder. Emissionsspektret og optiske parametre bestemmes af phosphorens egenskaber samt af excitationsenergien, elektrisk feltstyrke mv.
En af de mest almindelige typer af luminescens er fotoluminescens, hvor primærkildens strålingsspektrum bliver synligt.Den ultraviolette stråling fra udledningen falder på fosforlaget, og fosforet under disse forhold udsender synligt lys og nær ultraviolet lys.
Energibesparende lamper er simpelthen kompakte lysstofrør baseret på denne effekt. Sådan en 20 W lampe giver en lysstrøm svarende til lysstrømmen fra en 100 W glødelampe.
Katodestrålerørskærme er katodoluminescerende kilder til optisk stråling. Den fosforbelagte skærm exciteres af en elektronstråle, der flyver hen imod den.
LED'er bruger princippet om injektion af elektroluminescens på halvledere. Disse optiske strålingskilder er fremstillet som diskrete produkter med optiske elementer. De bruges til indikation, signalering, belysning.
Optisk emission under radioluminescens exciteres af virkningen af henfaldende isotoper.
Kemiluminescens er omdannelsen til lys af energien fra kemiske reaktioner (se også typer af luminescens).
Lysglimt i scintillatorer exciteret af hurtige partikler, forbigående stråling og Vavilov-Cherenkov-stråling bruges til at detektere ladede partikler i bevægelse.
Plasma
Plasmakilder til optisk stråling er kendetegnet ved et lineært eller kontinuerligt spektrum, såvel som energikarakteristika, der afhænger af plasmaets temperatur og tryk, der forekommer i en elektrisk udladning eller i en anden metode til plasmaproduktion.
Strålingsparametrene varierer i et bredt område, afhængigt af indgangseffekten og stoffets sammensætning (se også gasudladningslamper, plasma). Parametrene er begrænset af denne kraft og materialemodstand. Pulserende plasmakilder har højere parametre end kontinuerlige.