Bronnen van optische straling

Bronnen van optische straling (met andere woorden, lichtbronnen) zijn veel natuurlijke objecten, evenals kunstmatig gecreëerde apparaten waarin bepaalde soorten energie worden omgezet in energie electromagnetische straling met een golflengte van 10 nm tot 1 mm.

In de natuur zijn dergelijke bronnen die ons al lang bekend zijn: de zon, sterren, bliksem, enz. Wat betreft kunstmatige bronnen, afhankelijk van welk proces leidt tot het verschijnen van straling, of het nu geforceerd of spontaan is, is het een mogelijkheid om coherente en incoherente bronnen van optische straling te selecteren.

Coherente en incoherente straling

Lasers verwijzen naar bronnen van coherente optische straling. Hun spectrale intensiteit is erg hoog, de straling wordt gekenmerkt door een hoge mate van directionaliteit, het wordt gekenmerkt door monochromaticiteit, dat wil zeggen dat de golflengte van dergelijke straling constant is.

De meeste bronnen van optische straling zijn onsamenhangende bronnen, waarvan de straling het resultaat is van de superpositie van een groot aantal elektromagnetische golven die worden uitgezonden door een groep van vele elementaire zenders.

Kunstmatige bronnen van optische incoherente straling kunnen worden geclassificeerd volgens het type straling, volgens het type energie dat wordt omgezet in straling, volgens de methode om deze energie om te zetten in licht, volgens het doel van de bron, volgens het behoren tot een bepaald deel van het spectrum (infrarood, zichtbaar of ultraviolet), afhankelijk van het type constructie, de manier van gebruik, enz.

Lichte parameters

Optische straling heeft zijn eigen licht- of energiekarakteristieken. Fotometrische kenmerken omvatten: stralingsstroom, lichtstroom, lichtintensiteit, helderheid, luminantie, etc. Continue spectrumbronnen onderscheiden zich door hun helderheid of kleurtemperatuur.

Soms is het belangrijk om de verlichting te kennen die door de bron wordt geproduceerd, of een niet-standaard kenmerk, bijvoorbeeld fotonflux. Pulsbronnen hebben een bepaalde duur en vorm van de uitzendende puls.

Lichtrendement, of spectrale efficiëntie, bepaalt hoe efficiënt de aan de bron geleverde energie wordt omgezet in licht. Technische kenmerken, zoals opgenomen vermogen en energie, afmetingen van het lichtlichaam, stralingsweerstand, lichtverdeling in de ruimte en levensduur kenmerken de kunstmatige bronnen van optische straling.

Bronnen van optische straling kunnen zowel thermisch zijn met een in evenwicht verwarmd lichtlichaam in een gecondenseerde toestand als luminescerend met een niet-uniform aangeslagen lichaam in elke geaggregeerde toestand. Een speciaal type zijn plasmabronnen, waarbij de aard van de straling afhangt van de parameters van het plasma en het spectrale interval, en hier kan de straling thermisch of luminescerend zijn.

Thermische bronnen van optische straling onderscheiden zich door een continu spectrum, hun energiekarakteristieken gehoorzamen aan de wetten van thermische straling, waarbij de belangrijkste parameters de temperatuur en de emissiviteit van een lichtgevend lichaam zijn.

Met een factor 1 komt de straling overeen met de straling van een absoluut zwart lichaam nabij de zon met een temperatuur van 6000 K. Kunstmatige warmtebronnen worden verwarmd door elektrische stroom of door de energie van een chemische verbrandingsreactie.

De vlam bij het verbranden van een gasvormige, vloeibare of vaste brandbare stof wordt gekenmerkt door een continu spectrum van straling met een temperatuur die 3000 K bereikt vanwege de aanwezigheid van vaste microdeeltjes. Als dergelijke deeltjes afwezig zijn, zal het spectrum gestreept of lineair zijn, typisch voor gasvormige verbrandingsproducten of chemicaliën die opzettelijk in de vlam worden gebracht voor spectrale analyse.

Ontwerp en toepassing van warmtebronnen

Vuurwerk voor signalering of verlichting, zoals raketten, vuurwerk, enz., Bevat gecomprimeerde composities die brandbare stoffen bevatten met een oxidatiemiddel. Bronnen van infraroodstraling zijn meestal keramische of metalen lichamen van verschillende afmetingen en vormen die worden verwarmd door een vlam of door katalytische verbranding van gas.

Elektrische zenders van het infraroodspectrum hebben wolfraam- of nichroomspiralen, verwarmd door er een stroom doorheen te leiden en in hittebestendige omhulsels geplaatst, of onmiddellijk gemaakt in de vorm van spiralen, staven, strips, buizen, enz. — van vuurvaste metalen en legeringen, of andere samenstellingen: grafiet, metaaloxiden, vuurvaste carbiden. Dergelijke emitters worden gebruikt voor ruimteverwarming, in verschillende onderzoeken en bij industriële warmtebehandeling van materialen.

Voor infraroodspectroscopie worden referentie-emitters in de vorm van staven gebruikt, zoals Nernst-pin en Globar, gekenmerkt door een stabiele afhankelijkheid van emissiviteit van temperatuur in het infrarode deel van het spectrum.

Metrologische metingen omvatten de studie van emissies van absolute blackbody-modellen waarbij de evenwichtsemissiviteit afhangt van de temperatuur; Zo'n model is een holte verwarmd tot temperaturen tot 3000 K, gemaakt van vuurvast materiaal van een bepaalde vorm met een kleine ingang.

Gloeilampen zijn tegenwoordig de meest populaire warmtebronnen van straling in het zichtbare spectrum. Ze worden gebruikt voor verlichting, signalering, in projectoren, projectoren, daarnaast fungeren ze als standaarden in fotometrie en pyrometrie.

Er zijn tegenwoordig meer dan 500 standaardmaten gloeilampen op de markt, variërend van miniatuur tot krachtige schijnwerperlampen. Het filamentlichaam is meestal gemaakt in de vorm van een wolfraamfilament of spiraal en is ingesloten in een glazen kolf gevuld met een inert gas of vacuüm. De levensduur van zo'n lamp eindigt meestal als de gloeidraad doorbrandt.

Gloeilampen zijn halogeen, daarna wordt de lamp gevuld met xenon met toevoeging van jodium of vluchtige broomverbindingen, die zorgen voor een omgekeerde overdracht van verdampt wolfraam van de lamp - terug naar de gloeidraad. Dergelijke lampen kunnen tot 2000 uur meegaan.

De wolfraamgloeidraad is hier gemonteerd in een kwartsbuis die wordt verwarmd om de halogeencyclus te behouden. Deze lampen werken in thermografie en xerografie en zijn bijna overal te vinden waar gewone gloeilampen dienen.

In elektrische lichtlampen is de bron van optische straling de elektrode, of beter gezegd, het gloeiende gebied van de kathode tijdens een boogontlading in een met argon gevulde lamp of buitenshuis.

Fluorescerende bronnen

In luminescente bronnen van optische straling worden gassen of fosforen geëxciteerd door de stroom van fotonen, elektronen of andere deeltjes of door de directe werking van een elektrisch veld, die onder deze omstandigheden lichtbronnen worden. Het emissiespectrum en optische parameters worden bepaald door de eigenschappen van de fosforen, maar ook door de excitatie-energie, elektrische veldsterkte, etc.

Een van de meest voorkomende soorten luminescentie is fotoluminescentie, waarbij het stralingsspectrum van de primaire bron zichtbaar wordt.De ultraviolette straling van de ontlading valt op de fosforlaag en de fosfor zendt onder deze omstandigheden zichtbaar licht en bijna-ultraviolet licht uit.

Spaarlampen zijn op basis van dit effect gewoon compacte fluorescentielampen. Zo'n 20 W lamp geeft een lichtstroom gelijk aan de lichtstroom van een 100 W gloeilamp.

Kathodestraalbuisschermen zijn kathodeluminescente bronnen van optische straling. Het met fosfor beklede scherm wordt geëxciteerd door een straal elektronen die er naartoe vliegt.

LED's gebruiken het principe van injectie-elektroluminescentie op halfgeleiders. Deze optische stralingsbronnen worden vervaardigd als discrete producten met optische elementen. Ze worden gebruikt voor indicatie, signalering, verlichting.

Optische emissie tijdens radioluminescentie wordt opgewekt door de werking van rottende isotopen.

Chemiluminescentie is de omzetting in licht van de energie van chemische reacties (zie ook soorten luminescentie).

Lichtflitsen in scintillatoren die worden opgewekt door snelle deeltjes, transiënte straling en Vavilov-Cherenkovstraling worden gebruikt om bewegende geladen deeltjes te detecteren.

Plasma

Plasmabronnen van optische straling onderscheiden zich door een lineair of continu spectrum, evenals energiekarakteristieken die afhankelijk zijn van de temperatuur en druk van het plasma, die voorkomen in een elektrische ontlading of in een andere methode van plasmaproductie.

De stralingsparameters lopen sterk uiteen, afhankelijk van het ingangsvermogen en de samenstelling van de stof (zie ook gasontladingslampen, plasma). De parameters worden beperkt door deze kracht en materiaalweerstand. Gepulseerde plasmabronnen hebben hogere parameters dan continue.