Източници на оптично излъчване

Източници на оптично излъчване (с други думи, източници на светлина) са много природни обекти, както и изкуствено създадени устройства, при които определени видове енергия се превръщат в енергия електромагнитно излъчване с дължина на вълната от 10 nm до 1 mm.

В природата такива източници, които отдавна са ни познати, са: слънцето, звездите, мълниите и пр. Що се отнася до изкуствените източници, в зависимост от това какъв процес води до появата на радиация, независимо дали е принудителна или спонтанна, тя е възможност за избор на кохерентни и некохерентни източници на оптично излъчване.

Кохерентно и некохерентно излъчване

Лазери се отнасят до източници на кохерентно оптично излъчване. Техният спектрален интензитет е много висок, излъчването се характеризира с висока степен на насоченост, характеризира се с монохроматичност, тоест дължината на вълната на такова излъчване е постоянна.

По -голямата част от източниците на оптично излъчване са некохерентни източници, чието излъчване е резултат от суперпозицията на голям брой електромагнитни вълни, излъчвани от група от много елементарни излъчватели.

Изкуствените източници на оптично некохерентно излъчване могат да бъдат класифицирани според вида на радиацията, според вида на енергията, преобразувана в радиация, според метода за превръщане на тази енергия в светлина, според предназначението на източника, според принадлежността към определен участък от спектъра (инфрачервен, видим или ултравиолетов), в зависимост от вида на конструкцията, начина на използване и т.н.

Параметри на светлината

Оптичното излъчване има свои собствени светлинни или енергийни характеристики. Фотометричните характеристики включват: радиационен поток, светлинен поток, интензивност на светлината, яркост, яркост и т.н. Непрекъснатите източници на спектър се отличават със своята яркост или цветна температура.

Понякога е важно да се знае осветлението, създадено от източника, или някаква нестандартна характеристика, например поток от фотони. Импулсните източници имат определена продължителност и форма на излъчващия импулс.

Светлинната ефективност или спектралната ефективност определя ефективността на преобразуване на енергията, доставена към източника — в светлина. Техническите характеристики, като входяща мощност и енергия, размери на светещо тяло, радиационна устойчивост, разпределение на светлината в космоса и експлоатационен живот, характеризират изкуствените източници на оптично излъчване.

Източниците на оптично излъчване могат да бъдат топлинни с равновесно нагрято светещо тяло в кондензирано състояние, както и луминисцентни с неравномерно възбудено тяло във всяко агрегатно състояние. Специален вид са плазмените източници, естеството на излъчването в които зависи от параметрите на плазмата и спектралния интервал, като тук излъчването може да бъде или термично, или луминесцентно.

Топлинните източници на оптично излъчване се отличават с непрекъснат спектър, техните енергийни характеристики се подчиняват на законите на топлинното излъчване, където основните параметри са температурата и излъчващата способност на светещо тяло.

С коефициент 1 радиацията е еквивалентна на излъчването на абсолютно черно тяло близо до Слънцето с температура 6000 К. Изкуствените източници на топлина се нагряват от електрически ток или от енергията на реакция на химическо горене.

Пламъкът при изгаряне на газообразно, течно или твърдо горимо вещество се характеризира с непрекъснат спектър на радиация с температура, достигаща 3000 K, поради наличието на твърди микрочастици с нажежаема жичка. Ако такива частици липсват, спектърът ще бъде ивичен или линеен, присъщ на продуктите от горенето в газообразно състояние или химикали, умишлено въведени в пламъка с цел спектрален анализ.

Проектиране и приложение на топлинни източници

Пиротехниката за сигнализиране или осветление, като ракети, фойерверки и т.н., съдържа компресирани състави, съдържащи горими вещества с окислител. Източници на инфрачервено лъчение обикновено са керамични или метални тела с различни размери и форми, които се нагряват от пламък или чрез каталитично изгаряне на газ.

Електрическите излъчватели от инфрачервения спектър имат волфрамови или нихромни спирали, нагрявани чрез преминаване на ток през тях и поставени в топлоустойчиви обвивки, или веднага направени под формата на спирали, пръти, ленти, тръби и т.н. — от огнеупорни метали и сплави , или други състави: графит, метални оксиди, огнеупорни карбиди. Излъчватели от този вид се използват за отопление на помещения, в различни изследвания и при промишлена термична обработка на материали.

За инфрачервена спектроскопия се използват референтни излъчватели под формата на пръти, като щифт Nernst и Globar, характеризиращи се със стабилна зависимост на излъчващата способност от температурата в инфрачервената част на спектъра.

Метрологичните измервания предполагат изследване на емисиите от модели на абсолютно черни тела, при които равновесното излъчване зависи от температурата; Такъв модел представлява кухина, загрята до температури до 3000 К, изработена от огнеупорен материал с определена форма с малък вход.

Лампите с нажежаема жичка са най -популярните топлинни източници на лъчение във видимия спектър днес. Те се използват за целите на осветлението, сигнализацията, в проектори, прожектори, освен това те действат като стандарти във фотометрията и пирометрията.

На съвременния пазар има повече от 500 стандартни размера на лампи с нажежаема жичка, вариращи от миниатюрни до мощни лампи за прожектори. Корпусът с нажежаема жичка обикновено е направен под формата на волфрамова нишка или спирала и е затворен в стъклена колба, пълна с инертен газ или вакуум. Срокът на експлоатация на такава лампа обикновено завършва с изгарянето на нажежаемата жичка.

Лампите с нажежаема жичка са халогенни, след това крушката се пълни с ксенон с добавяне на йод или летливи бромови съединения, които осигуряват обратен пренос на изпаряващия се волфрам от крушката — обратно към тялото с нажежаема жичка. Такива лампи могат да издържат до 2000 часа.

Волфрамовата нишка е монтирана тук вътре в кварцова тръба, загрята за поддържане на халогенния цикъл. Тези лампи работят в термографията и ксерографията и могат да бъдат намерени почти навсякъде, където служат обикновени лампи с нажежаема жичка.

В електрическите светлинни лампи източникът на оптично излъчване е електродът, или по -скоро, нажежаемата област на катода по време на дъгов разряд в крушка на лампа, пълна с аргон или на открито.

Луминисцентни източници

В луминисцентни източници на оптично излъчване, чрез потока от фотони, електрони или други частици или от директното действие на електрическо поле се възбуждат газове или фосфори, които при тези обстоятелства се превръщат в източници на светлина. Емисионният спектър и оптичните параметри се определят от свойствата на фосфорите, както и от енергията на възбуждане, силата на електрическото поле и др.

Един от най -често срещаните видове луминесценция е фотолуминесценцията, при която радиационният спектър на първичния източник се превръща във видим.Ултравиолетовото излъчване на разряда пада върху фосфорния слой и фосфорът при тези условия излъчва видима светлина и близо до ултравиолетова светлина.

Енергоспестяващите лампи са просто компактни флуоресцентни лампи, базирани на този ефект. Такава 20 W лампа дава светлинен поток, равен на светлинния поток от 100 W лампа с нажежаема жичка.

Екраните с катодно -лъчеви тръби са катодолуминесцентни източници на оптично излъчване. Екранът, покрит с фосфор, се възбужда от лъч електрони, летящи към него.

Светодиодите използват принципа на инжекционна електролуминесценция върху полупроводници. Тези източници на оптично излъчване се произвеждат като дискретни продукти с оптични елементи. Те се използват за индикация, сигнализация, осветление.

Оптичното излъчване по време на радиолюминесценцията се възбужда от действието на разлагащи се изотопи.

Хемилуминесценцията е превръщане в светлината на енергията на химичните реакции (вижте също видове луминесценция).

Светлинни проблясъци в сцинтилатори, възбудени от бързи частици, преходна радиация и излъчване на Вавилов-Черенков се използват за откриване на движещи се заредени частици.

Плазма

Плазмените източници на оптично излъчване се отличават с линеен или непрекъснат спектър, както и енергийни характеристики, които зависят от температурата и налягането на плазмата, възникващи при електрически разряд или при друг метод за получаване на плазма.

Параметрите на радиация варират в широк диапазон, в зависимост от входната мощност и състава на веществото (вижте също газоразрядни лампи, плазма). Параметрите са ограничени от тази мощност и съпротивление на материала. Импулсните плазмени източници имат по -високи параметри от непрекъснатите.