由于積分球較常用于穩(wěn)態(tài)條件下,隨著積分球涂層反射率的增加和開(kāi)口端口面積比例的減小,產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)輻射度的反射次數(shù)越多。因此,積分球設(shè)計(jì)應(yīng)嘗試優(yōu)化這兩個(gè)參數(shù),以獲得較佳的輻射通量空間積分。圖2是一個(gè)機(jī)器人成像系統(tǒng)的圖像,用于通過(guò)積分球參考端口映射空間均勻性。涂層,在為積分球選擇涂層時(shí),必須考慮兩個(gè)因素:反射率和耐久性。例如,如果有足夠的光線,并且積分球?qū)⒃诳赡軐?dǎo)致積分球收集污垢或灰塵的環(huán)境中使用,則耐久性和可清洗的涂層是您的理想選擇。積分球內(nèi)部裝置,包括擋板、燈具和燈座,會(huì)吸收輻射源的部分能量,降低球體的空間均勻性。通過(guò)在所有可能的表面上使用高反射漫反射涂層,可以改善空間均勻性的降低。積分球與數(shù)值方法結(jié)合,如有限元分析,為復(fù)雜問(wèn)題求解提供可能。QE均勻光源應(yīng)用
積分球(Integrating sphere)又稱光通球、光度球,是一個(gè)完整的空心球殼。定義:用來(lái)進(jìn)行特定光學(xué)測(cè)量的具有反射內(nèi)表面的器件.積分球是一種具有多種用途的光學(xué)器件。積分球多由金屬材料制成,內(nèi)壁上涂有白色的高漫反射層(通常為氧化鎂或硫酸鋇),并且球內(nèi)壁上的點(diǎn)散射均勻。還有一些積分球是由高反射聚合物材料如 Spectralon材料制成的。光線通過(guò)球壁上任一點(diǎn)所產(chǎn)生的光度疊加,形成了多次反射光所產(chǎn)生的光度。通過(guò)這種方式,進(jìn)入積分球的光線經(jīng)過(guò)內(nèi)壁涂層多次反射,在在內(nèi)壁形成均勻照度。QE均勻光源應(yīng)用積分球的基本原理是光通過(guò)采樣口被積分球收集,在積分球內(nèi)部經(jīng)過(guò)多次反射后非常均勻地散射在積分球內(nèi)部。
積分球尺寸的選擇:積分球也可根據(jù)積分球尺寸大小和內(nèi)部涂層進(jìn)行分類。積分球內(nèi)徑尺寸1mm-3m可選,積分球的大小取決于實(shí)際應(yīng)用需求。例如小的積分球可以很好的集成到其他設(shè)備中。在快脈沖激光功率測(cè)量的情況下,使用小型積分球和探測(cè)器確實(shí)可以確保檢測(cè)上升時(shí)間不會(huì)受到不利影響。這是因?yàn)樾⌒头e分球的內(nèi)部表面通常由高反射材料制成,能夠?qū)⑷肷涔庥行У厣⑸浜头瓷?,從而提高了光的收集效率。?duì)于非常大的多向光源,如高壓鈉燈或長(zhǎng)熒光燈管,由于這些光源的尺寸較大,可能需要直徑大于1米的積分球來(lái)安裝并將燈置于球體內(nèi)。這樣做的好處是可以更好地適應(yīng)這些大光源,并減少因光源尺寸過(guò)大而對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生的影響。
學(xué)科發(fā)現(xiàn),光學(xué)的起源在西方很早就有光學(xué)知識(shí)的記載,歐幾里得(Euclid,公元前約330~260)的<反射光學(xué)>(Catoptrica)研究了光的反射;阿拉伯學(xué)者阿勒·哈增(AI-Hazen,965~1038)寫過(guò)一部<光學(xué)全書(shū)>,討論了許多光學(xué)的現(xiàn)象。歷史發(fā)展,光學(xué)是一門有悠久歷史的學(xué)科,它的發(fā)展史可追溯到2000多年前。人類對(duì)光的研究,較初主要是試圖回答“人怎么能看見(jiàn)周圍的物體?”之類問(wèn)題。約在公元前400多年(先秦時(shí)代),中國(guó)的《墨經(jīng)》中記錄了世界上較早的光學(xué)知識(shí)。它有八條關(guān)于光學(xué)的記載,敘述影的定義和生成,光的直線傳播性和小孔成像,并且以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)奈淖钟懻摿嗽谄矫骁R、凹球面鏡和凸球面鏡中物和像的關(guān)系。積分球結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,但其在光學(xué)測(cè)量中的作用卻不可小覷。
積分球經(jīng)常被用來(lái)檢測(cè)光源的光通量、色溫、光效等參數(shù),還可以測(cè)量反射率、透光率等。積分球是一個(gè)空心球,具有漫反射的內(nèi)表面,通常具有兩個(gè)或多個(gè)小開(kāi)口來(lái)引入光或者鏈接光電探測(cè)器,還有一些擋板來(lái)阻止光源直接照射到探測(cè)器上。這種結(jié)構(gòu)會(huì)使光進(jìn)入探測(cè)器前發(fā)生多次漫反射,因此到達(dá)探測(cè)器的光通量非常均勻,幾乎由于光在空間或者偏振的特性無(wú)關(guān):探測(cè)光功率只與總的入射光功率有關(guān)。這樣可以測(cè)量激光二極管總的輸出功率,即使在光束發(fā)散角很大的情況下。利用積分球,可以輕松求解球體質(zhì)量、電荷、磁荷等物理量在空間中的分布。高動(dòng)態(tài)范圍積分球光譜測(cè)試儀
積分球的外殼通常由透明材料制成,以便觀察球內(nèi)的光分布。QE均勻光源應(yīng)用
積分球輻射度,入射到漫射表面上的光通過(guò)反射產(chǎn)生一個(gè)虛擬光源。從表面發(fā)出的光較好用它的輻射度來(lái)描述,即每單位立體角的通量密度。輻射度是一個(gè)重要的工程量,因?yàn)樗梢灶A(yù)測(cè)光學(xué)系統(tǒng)在觀察被照射表面時(shí)所能收集到的光通量的數(shù)量。對(duì)于積分球,輻射度推導(dǎo)考慮了入射到積分球內(nèi)的光、積分球壁反射率、積分球表面積、光進(jìn)行的多次表面反射以及通過(guò)開(kāi)口端口的損失。進(jìn)入積分球體的光通過(guò)初始反射幾乎完全漫射。離開(kāi)表面的一小部分光到達(dá)另一個(gè)表面區(qū)域并被漫反射,依此類推。這種輻射度交換一次又一次地發(fā)生,直到它在空間上整合。QE均勻光源應(yīng)用