Zdroje optického žiarenia

Zdroje optického žiarenia (inými slovami, zdroje svetla) sú mnohé prírodné objekty, ako aj umelo vytvorené zariadenia, v ktorých sa určité druhy energie premieňajú na energiu. elektromagnetická radiácia s vlnovou dĺžkou 10 nm až 1 mm.

V prírode sú takými zdrojmi, ktoré sú nám už dlho známe, sú: slnko, hviezdy, blesky atď. Pokiaľ ide o umelé zdroje, v závislosti od toho, aký proces vedie k vzniku žiarenia, či už je vynútené alebo spontánne, je to možnosť výberu koherentných a nekoherentných zdrojov optického žiarenia.

Koherentné a nekoherentné žiarenie

Lasery sa vzťahujú na zdroje koherentného optického žiarenia. Ich spektrálna intenzita je veľmi vysoká, žiarenie sa vyznačuje vysokým stupňom smerovosti, vyznačuje sa monochromaticitou, to znamená, že vlnová dĺžka takéhoto žiarenia je konštantná.

Väčšina zdrojov optického žiarenia sú nekoherentné zdroje, ktorých žiarenie je výsledkom superpozície veľkého počtu elektromagnetických vĺn vyžarovaných skupinou mnohých elementárnych žiaričov.

Umelé zdroje optického nekoherentného žiarenia možno klasifikovať podľa druhu žiarenia, podľa druhu energie premenenej na žiarenie, podľa spôsobu premeny tejto energie na svetlo, podľa účelu zdroja, podľa príslušnosti k určitá časť spektra (infračervené, viditeľné alebo ultrafialové), v závislosti od typu konštrukcie, spôsobu použitia a pod.

Parametre svetla

Optické žiarenie má svoje svetelné alebo energetické charakteristiky. Fotometrické charakteristiky zahŕňajú: žiarivý tok, svetelný tok, intenzitu svetla, jas, svietivosť atď. Zdroje spojitého spektra sa vyznačujú jasom alebo teplotou farby.

Niekedy je dôležité poznať osvetlenie produkované zdrojom alebo nejakú neštandardnú charakteristiku, napríklad tok fotónov. Zdroje impulzov majú určitú dobu trvania a tvar vysielacieho impulzu.

Svetelná účinnosť alebo spektrálna účinnosť určuje, ako efektívne sa energia dodaná do zdroja premení na svetlo. Umelé zdroje optického žiarenia charakterizujú technické vlastnosti, akými sú príkon a energia, rozmery svetelného telesa, odolnosť voči žiareniu, rozloženie svetla v priestore a životnosť.

Zdroje optického žiarenia môžu byť tepelné s rovnovážne vyhrievaným svietiacim telesom v kondenzovanom stave, ako aj luminiscenčné s nerovnomerne vybudeným telesom v akomkoľvek agregovanom stave. Špeciálnym typom sú plazmové zdroje, pri ktorých charakter žiarenia závisí od parametrov plazmy a spektrálneho intervalu, pričom tu môže byť žiarenie buď tepelné alebo luminiscenčné.

Tepelné zdroje optického žiarenia sa vyznačujú spojitým spektrom, ich energetické charakteristiky sa riadia zákonmi tepelného žiarenia, kde hlavnými parametrami sú teplota a emisivita svietiaceho telesa.

S faktorom 1 je žiarenie ekvivalentné žiareniu absolútneho čierneho telesa v blízkosti Slnka s teplotou 6000 K. Umelé zdroje tepla sa ohrievajú elektrickým prúdom alebo energiou chemickej spaľovacej reakcie.

Plameň pri horení plynnej, kvapalnej alebo pevnej horľavej látky je charakterizovaný spojitým spektrom žiarenia s teplotou dosahujúcou 3000 K v dôsledku prítomnosti mikročastíc pevného vlákna. Ak takéto častice chýbajú, spektrum bude pásové alebo lineárne, čo je typické pre plynné produkty spaľovania alebo chemikálie zámerne zavádzané do plameňa na spektrálnu analýzu.

Návrh a použitie zdrojov tepla

Signalizačná alebo svetelná pyrotechnika, ako sú rakety, ohňostroje a pod., obsahuje stlačené kompozície obsahujúce horľavé látky s oxidačným činidlom. Zdrojom infračerveného žiarenia sú zvyčajne keramické alebo kovové telesá rôznych veľkostí a tvarov, ktoré sú ohrievané plameňom alebo katalytickým spaľovaním plynu.

Elektrické žiariče infračerveného spektra majú volfrámové alebo nichrómové špirály, vyhrievané prechodom prúdu cez ne a umiestnené v tepelne odolných plášťoch alebo okamžite vyrobené vo forme špirál, tyčí, pásikov, rúrok atď. — zo žiaruvzdorných kovov a zliatin alebo iných zložení: grafit, oxidy kovov, žiaruvzdorné karbidy. Emitory tohto typu sa používajú na vykurovanie priestorov, v rôznych štúdiách a pri priemyselnom tepelnom spracovaní materiálov.

Pre infračervenú spektroskopiu sa používajú referenčné žiariče vo forme tyčí, ako Nernst pin a Globar, vyznačujúce sa stabilnou závislosťou emisivity od teploty v infračervenej časti spektra.

Metrologické merania zahŕňajú štúdium emisií z modelov absolútneho čierneho telesa, kde rovnovážna emisivita závisí od teploty; Takýmto modelom je dutina vyhrievaná na teploty do 3000 K, vyrobená zo žiaruvzdorného materiálu určitého tvaru s malým vstupom.

Žiarovky sú dnes najobľúbenejším zdrojom tepla vo viditeľnom spektre. Používajú sa na účely osvetlenia, signalizácie, v projektoroch, projektoroch, okrem toho fungujú ako štandardy vo fotometrii a pyrometrii.

V súčasnosti je na trhu viac ako 500 štandardných veľkostí žiaroviek, od miniatúrnych až po výkonné reflektory. Vláknité teleso je zvyčajne vyrobené vo forme volfrámového vlákna alebo špirály a je uzavreté v sklenenej banke naplnenej inertným plynom alebo vákuom. Životnosť takejto žiarovky zvyčajne končí vyhorením vlákna.

Žiarovky sú halogénové, potom je žiarovka naplnená xenónom s prídavkom jódu alebo prchavých zlúčenín brómu, ktoré zabezpečujú spätný prenos odpareného volfrámu zo žiarovky - späť do vláknitého telesa. Takéto lampy môžu trvať až 2000 hodín.

Volfrámové vlákno je tu namontované vo vnútri kremennej trubice vyhrievanej na udržanie halogénového cyklu. Tieto lampy pracujú v termografii a xerografii a možno ich nájsť takmer všade, kde slúžia bežné žiarovky.

V elektrických svetelných lampách je zdrojom optického žiarenia elektróda, alebo lepšie povedané, rozžeravená oblasť katódy počas oblúkového výboja v žiarovke naplnenej argónom alebo vonku.

Fluorescenčné zdroje

V luminiscenčných zdrojoch optického žiarenia sú prúdom fotónov, elektrónov alebo iných častíc alebo priamym pôsobením elektrického poľa excitované plyny alebo fosfory, ktoré sa za týchto okolností stávajú zdrojmi svetla. Emisné spektrum a optické parametre sú určené vlastnosťami luminoforov, ako aj excitačnou energiou, intenzitou elektrického poľa atď.

Jedným z najbežnejších typov luminiscencie je fotoluminiscencia, pri ktorej sa stáva viditeľné spektrum žiarenia primárneho zdroja.Ultrafialové žiarenie výboja dopadá na vrstvu fosforu a fosfor za týchto podmienok vyžaruje viditeľné svetlo a blízke ultrafialové svetlo.

Úsporné žiarivky sú jednoducho kompaktné žiarivky založené na tomto efekte. Takáto 20 W žiarovka dáva svetelný tok rovnajúci sa svetelnému toku 100 W žiarovky.

Obrazovky s katódovými trubicami sú katodoluminiscenčné zdroje optického žiarenia. Fosforom potiahnutá obrazovka je excitovaná lúčom elektrónov letiacim smerom k nej.

LED diódy využívajú princíp vstrekovacej elektroluminiscencie na polovodičoch. Tieto zdroje optického žiarenia sa vyrábajú ako samostatné produkty s optickými prvkami. Používajú sa na indikáciu, signalizáciu, osvetlenie.

Optická emisia počas rádioluminiscencie je excitovaná pôsobením rozpadajúcich sa izotopov.

Chemiluminiscencia je premena energie chemických reakcií na svetlo (pozri tiež typy luminiscencie).

Na detekciu pohybujúcich sa nabitých častíc sa používajú záblesky svetla v scintilátoroch excitované rýchlymi časticami, prechodným žiarením a Vavilov-Čerenkovovým žiarením.

Plazma

Plazmové zdroje optického žiarenia sa vyznačujú lineárnym alebo spojitým spektrom, ako aj energetickými charakteristikami, ktoré závisia od teploty a tlaku plazmy, vyskytujúceho sa pri elektrickom výboji alebo pri inom spôsobe výroby plazmy.

Parametre žiarenia sa líšia v širokom rozsahu v závislosti od príkonu a zloženia látky (pozri tiež plynové výbojky, plazma). Parametre sú limitované týmto výkonom a odolnosťou materiálu. Pulzné plazmové zdroje majú vyššie parametre ako kontinuálne.