Surse de radiații optice

Sursele de radiație optică (cu alte cuvinte, sursele de lumină) sunt multe obiecte naturale, precum și dispozitive create artificial în care anumite tipuri de energie sunt convertite în energie. radiatie electromagnetica cu o lungime de undă de 10 nm până la 1 mm.

În natură, astfel de surse, care ne sunt cunoscute de mult timp, sunt: ​​soarele, stelele, fulgerele etc. În ceea ce privește sursele artificiale, în funcție de ce proces duce la apariția radiațiilor, indiferent dacă acestea sunt forțate sau spontane, aceasta este o posibilitate de selectare a surselor coerente și incoerente de radiații optice.

Radiații coerente și incoerente

Lasere se referă la surse de radiații optice coerente. Intensitatea lor spectrală este foarte mare, radiația se caracterizează printr-un grad ridicat de direcționalitate, se caracterizează prin monocromaticitate, adică lungimea de undă a unei astfel de radiații este constantă.

Majoritatea surselor de radiație optică sunt surse incoerente, a căror radiație este rezultatul suprapunerii unui număr mare de unde electromagnetice emise de un grup de mulți emițători elementari.

Sursele artificiale de radiații optice incoerente pot fi clasificate în funcție de tipul de radiație, după tipul de energie transformată în radiație, după metoda de conversie a acestei energii în lumină, după scopul sursei, în funcție de apartenența unui o anumită parte a spectrului (infraroșu, vizibil sau ultraviolet), în funcție de tipul construcției, modul de utilizare etc.

Parametrii luminii

Radiația optică are propriile caracteristici de lumină sau energie. Caracteristicile fotometrice includ: fluxul radiant, fluxul luminos, intensitatea luminii, luminozitatea, luminanța etc. Sursele cu spectru continuu se disting prin luminozitate sau temperatura culorii.

Uneori este important să cunoaștem iluminarea produsă de sursă sau o caracteristică non-standard, de exemplu fluxul de fotoni. Sursele de impulsuri au o anumită durată și formă a impulsului care emite.

Eficiența luminoasă sau eficiența spectrală determină cât de eficient este transformată în lumină energia furnizată sursei. Caracteristicile tehnice, cum ar fi puterea și energia de intrare, dimensiunile corpului luminos, rezistența la radiații, distribuția luminii în spațiu și durata de viață, caracterizează sursele artificiale de radiație optică.

Sursele de radiație optică pot fi termice cu un corp luminos încălzit în echilibru în stare condensată, precum și luminiscente cu un corp excitat neuniform în orice stare agregată. Un tip special sunt sursele de plasmă, natura radiației în care depinde de parametrii plasmei și de intervalul spectral, iar aici radiația poate fi fie termică, fie luminiscentă.

Sursele termice de radiație optică se disting printr-un spectru continuu, caracteristicile lor energetice respectând legile radiației termice, unde parametrii principali sunt temperatura și emisivitatea unui corp luminos.

Cu un factor de 1, radiația este echivalentă cu radiația unui corp negru absolut lângă Soare cu o temperatură de 6000 K. Sursele de căldură artificiale sunt încălzite prin curent electric sau prin energia unei reacții de ardere chimică.

Flacăra la arderea unei substanțe combustibile gazoase, lichide sau solide se caracterizează printr-un spectru continuu de radiații cu o temperatură care ajunge la 3000 K datorită prezenței microparticulelor de filament solide. Dacă astfel de particule sunt absente, spectrul va fi cu benzi sau liniar, tipic pentru produsele de combustie gazoasă sau substanțele chimice introduse în mod intenționat în flacără pentru analiza spectrală.

Proiectarea si aplicarea surselor de caldura

Produsele pirotehnice de semnalizare sau iluminare, cum ar fi rachetele, artificiile etc., conțin compoziții comprimate care conțin substanțe combustibile cu un oxidant. Sursele de radiație infraroșie sunt de obicei corpuri ceramice sau metalice de diferite dimensiuni și forme care sunt încălzite de o flacără sau de arderea catalitică a gazului.

Emițătorii electrici din spectrul infraroșu au spirale de tungsten sau nicrom, încălzite prin trecerea unui curent prin ele și așezate în teci termorezistente, sau imediat realizate sub formă de spirale, tije, benzi, tuburi etc. — din metale și aliaje refractare sau din alte compoziții: grafit, oxizi metalici, carburi refractare. Emițătoarele de acest tip sunt utilizate pentru încălzirea spațiilor, în diverse studii și în tratarea termică industrială a materialelor.

Pentru spectroscopia în infraroșu se folosesc emițători de referință sub formă de tije, precum Nernst pin și Globar, caracterizați printr-o dependență stabilă a emisivității de temperatură în partea infraroșie a spectrului.

Măsurătorile metrologice implică studiul emisiilor de la modele cu corp negru absolut unde emisivitatea de echilibru depinde de temperatură; Un astfel de model este o cavitate încălzită la temperaturi de până la 3000 K, realizată din material refractar de o anumită formă, cu o intrare mică.

Lămpile incandescente sunt cele mai populare surse de căldură de radiație din spectrul vizibil astăzi. Sunt folosite în scopul iluminarii, semnalizării, în proiectoare, proiectoare, în plus, acționează ca standarde în fotometrie și pirometrie.

Există mai mult de 500 de dimensiuni standard de lămpi cu incandescență pe piață astăzi, variind de la lămpi în miniatură la lămpi puternice cu reflectoare. Corpul filamentului este de obicei realizat sub formă de filament sau spirală de wolfram și este închis într-un balon de sticlă umplut cu un gaz inert sau vid. Durata de viață a unei astfel de lămpi se termină de obicei atunci când filamentul se arde.

Lămpile incandescente sunt cu halogen, apoi becul este umplut cu xenon cu adaos de iod sau compuși volatili de brom, care asigură un transfer invers al wolframului vaporizat din bec - înapoi la corpul filamentului. Astfel de lămpi pot dura până la 2000 de ore.

Filamentul de tungsten este montat aici în interiorul unui tub de cuarț încălzit pentru a menține ciclul halogenului. Aceste lămpi funcționează în termografie și xerografie și pot fi găsite aproape oriunde servesc lămpile incandescente obișnuite.

În lămpile cu lumină electrică, sursa de radiație optică este electrodul sau, mai degrabă, regiunea incandescentă a catodului în timpul unei descărcări cu arc într-un bec plin cu argon sau în aer liber.

Surse fluorescente

În sursele luminiscente de radiații optice, gazele sau fosforii sunt excitate de fluxul de fotoni, electroni sau alte particule sau prin acțiunea directă a unui câmp electric, care în aceste circumstanțe devin surse de lumină. Spectrul de emisie și parametrii optici sunt determinați de proprietățile fosforilor, precum și de energia de excitație, puterea câmpului electric etc.

Unul dintre cele mai comune tipuri de luminescență este fotoluminiscența, în care spectrul de radiații al sursei primare devine vizibil.Radiația ultravioletă a descărcării cade pe stratul de fosfor, iar fosforul în aceste condiții emite lumină vizibilă și lumină aproape ultravioletă.

Lămpile cu economie de energie sunt pur și simplu lămpi fluorescente compacte bazate pe acest efect. O astfel de lampă de 20 W oferă un flux luminos egal cu fluxul luminos al unei lămpi cu incandescență de 100 W.

Ecranele cu tuburi catodice sunt surse catodoluminiscente de radiații optice. Ecranul acoperit cu fosfor este excitat de un fascicul de electroni care zboară spre el.

LED-urile folosesc principiul electroluminiscenței prin injecție pe semiconductori. Aceste surse de radiații optice sunt fabricate ca produse discrete cu elemente optice. Sunt folosite pentru indicare, semnalizare, iluminare.

Emisia optică în timpul radioluminiscenței este excitată de acțiunea izotopilor în descompunere.

Chemiluminiscența este conversia în lumină a energiei reacțiilor chimice (vezi de asemenea tipuri de luminescență).

Flash-urile de lumină din scintilatoare excitate de particule rapide, radiații tranzitorii și radiații Vavilov-Cherenkov sunt folosite pentru a detecta particulele încărcate în mișcare.

Plasma

Sursele plasmatice de radiație optică se disting printr-un spectru liniar sau continuu, precum și prin caracteristici energetice care depind de temperatura și presiunea plasmei, care apar într-o descărcare electrică sau într-o altă metodă de producere a plasmei.

Parametrii de radiație variază într-o gamă largă, în funcție de puterea de intrare și de compoziția substanței (vezi și lămpi cu descărcare în gaz, plasmă). Parametrii sunt limitați de această putere și rezistența materialului. Sursele de plasmă pulsată au parametri mai mari decât cei continui.