Zdroje optického záření

Zdroje optického záření (jinými slovy zdroje světla) jsou mnohé přírodní objekty, stejně jako uměle vytvořená zařízení, ve kterých se určité druhy energie přeměňují na energii. elektromagnetická radiace s vlnovou délkou 10 nm až 1 mm.

V přírodě jsou takové zdroje, které jsou nám již dlouho známy,: slunce, hvězdy, blesk atd. Pokud jde o umělé zdroje, v závislosti na tom, jaký proces vede ke vzniku záření, zda je vynucené nebo spontánní, je to možnost výběru koherentních a nekoherentních zdrojů optického záření.

Koherentní a nekoherentní záření

Lasery odkazují na zdroje koherentního optického záření. Jejich spektrální intenzita je velmi vysoká, záření se vyznačuje vysokým stupněm směrovosti, vyznačuje se monochromatičností, to znamená, že vlnová délka takového záření je konstantní.

Většina zdrojů optického záření jsou nekoherentní zdroje, jejichž záření je výsledkem superpozice velkého množství elektromagnetických vln emitovaných skupinou mnoha elementárních zářičů.

Umělé zdroje optického nekoherentního záření lze klasifikovat podle druhu záření, podle druhu energie přeměněné na záření, podle způsobu přeměny této energie na světlo, podle účelu zdroje, podle příslušnosti k určitá část spektra (infračervené, viditelné nebo ultrafialové), v závislosti na typu konstrukce, způsobu použití atd.

Parametry světla

Optické záření má své vlastní světelné nebo energetické charakteristiky. Mezi fotometrické charakteristiky patří: zářivý tok, světelný tok, intenzita světla, jas, svítivost atd. Zdroje spojitého spektra se vyznačují jasem nebo barevnou teplotou.

Někdy je důležité znát osvětlení vytvářené zdrojem, nebo nějakou nestandardní charakteristiku, například tok fotonů. Pulzní zdroje mají určitou dobu trvání a tvar emitujícího impulsu.

Světelná účinnost neboli spektrální účinnost určuje, jak efektivně se energie dodaná do zdroje přemění na světlo. Umělé zdroje optického záření charakterizují technické vlastnosti, jako je příkon a energie, rozměry svítícího tělesa, radiační odolnost, rozložení světla v prostoru a životnost.

Zdroje optického záření mohou být tepelné s rovnovážně vyhřívaným svítícím tělesem v kondenzovaném stavu, i luminiscenční s nerovnoměrně vybuzeným tělesem v libovolném agregovaném stavu. Zvláštním typem jsou plazmové zdroje, u nichž povaha záření závisí na parametrech plazmatu a spektrálním intervalu, přičemž záření zde může být buď tepelné nebo luminiscenční.

Tepelné zdroje optického záření se vyznačují spojitým spektrem, jejich energetické charakteristiky se řídí zákony tepelného záření, kde hlavními parametry jsou teplota a emisivita svítícího tělesa.

S faktorem 1 je záření ekvivalentní záření absolutně černého tělesa v blízkosti Slunce o teplotě 6000 K. Umělé zdroje tepla se ohřívají elektrickým proudem nebo energií chemické spalovací reakce.

Plamen při hoření plynné, kapalné nebo pevné hořlavé látky se vyznačuje spojitým spektrem záření o teplotě dosahující 3000 K díky přítomnosti mikročástic pevných vláken. Pokud takové částice chybí, spektrum bude pásové nebo lineární, což je typické pro plynné produkty spalování nebo chemikálie záměrně zaváděné do plamene pro spektrální analýzu.

Návrh a aplikace zdrojů tepla

Signalizační nebo světelná pyrotechnika, jako jsou rakety, ohňostroje apod., obsahují stlačené směsi obsahující hořlavé látky s okysličovadlem. Zdroje infračerveného záření jsou obvykle keramická nebo kovová tělesa různých velikostí a tvarů, která jsou ohřívána plamenem nebo katalytickým spalováním plynu.

Elektrické zářiče infračerveného spektra mají wolframové nebo nichromové spirály, vyhřívané průchodem proudu skrz ně a umístěné v tepelně odolných pouzdrech nebo přímo vyrobené ve formě spirál, tyčí, pásků, trubek atd. — ze žáruvzdorných kovů a slitin nebo jiných složení: grafit, oxidy kovů, žáruvzdorné karbidy. Zářiče tohoto typu se používají pro vytápění prostor, v různých studiích a při průmyslovém tepelném zpracování materiálů.

Pro infračervenou spektroskopii se používají referenční zářiče ve formě tyčí, např. Nernst pin a Globar, vyznačující se stabilní závislostí emisivity na teplotě v infračervené části spektra.

Metrologická měření zahrnují studium emisí z absolutních modelů černého tělesa, kde rovnovážná emisivita závisí na teplotě; Takovým modelem je dutina vyhřívaná na teploty až 3000 K, vyrobená ze žáruvzdorného materiálu určitého tvaru s malým vstupem.

Žárovky jsou dnes nejoblíbenějšími zdroji tepelného záření ve viditelném spektru. Používají se pro účely osvětlení, signalizace, v projektorech, projektorech, navíc fungují jako standardy ve fotometrii a pyrometrii.

Dnes je na trhu více než 500 standardních velikostí žárovek, od miniaturních až po výkonné světlomety. Vláknité těleso je obvykle vyrobeno ve formě wolframového vlákna nebo spirály a je uzavřeno ve skleněné baňce naplněné inertním plynem nebo vakuem. Životnost takové žárovky obvykle končí spálením vlákna.

Žárovky jsou halogenové, pak je žárovka naplněna xenonem s přídavkem jódu nebo těkavých sloučenin bromu, které zajišťují zpětný přenos odpařeného wolframu z žárovky — zpět do těla vlákna. Takové lampy mohou vydržet až 2000 hodin.

Wolframové vlákno je zde namontováno uvnitř křemenné trubice vyhřívané pro udržení halogenového cyklu. Tyto lampy pracují v termografii a xerografii a lze je najít téměř všude, kde slouží běžné žárovky.

V elektrických světelných lampách je zdrojem optického záření elektroda, nebo spíše žhnoucí oblast katody během obloukového výboje v argonové baňce nebo venku.

Fluorescenční zdroje

V luminiscenčních zdrojích optického záření jsou proudem fotonů, elektronů nebo jiných částic nebo přímým působením elektrického pole buzeny plyny nebo fosfory, které se za těchto okolností stávají zdroji světla. Emisní spektrum a optické parametry jsou určeny vlastnostmi luminoforů, ale i excitační energií, intenzitou elektrického pole atd.

Jedním z nejběžnějších typů luminiscence je fotoluminiscence, při které se stává viditelné spektrum záření primárního zdroje Ultrafialové záření výboje dopadá na fosforovou vrstvu a fosfor za těchto podmínek vyzařuje viditelné světlo a blízké ultrafialové světlo.

Úsporné zářivky jsou jednoduše kompaktní zářivky založené na tomto efektu. Taková 20W žárovka dává světelný tok rovný světelnému toku 100W žárovky.

Obrazovky s katodovými trubicemi jsou katodoluminiscenční zdroje optického záření. Fosforem potažené stínítko je vybuzeno paprskem elektronů letícím směrem k němu.

LED diody využívají principu injekční elektroluminiscence na polovodičích. Tyto zdroje optického záření jsou vyráběny jako diskrétní produkty s optickými prvky. Používají se pro indikaci, signalizaci, osvětlení.

Optická emise během radioluminiscence je excitována působením rozkládajících se izotopů.

Chemiluminiscence je přeměna energie chemických reakcí na světlo (viz také typy luminiscence).

K detekci pohybujících se nabitých částic se používají záblesky světla ve scintilátorech buzených rychlými částicemi, přechodným zářením a zářením Vavilov-Čerenkov.

Plazma

Plazmové zdroje optického záření se vyznačují lineárním nebo spojitým spektrem a také energetickými charakteristikami, které jsou závislé na teplotě a tlaku plazmatu, vznikajícího při elektrickém výboji nebo při jiném způsobu výroby plazmatu.

Parametry záření se liší v širokém rozmezí v závislosti na příkonu a složení látky (viz také plynové výbojky, plazma). Parametry jsou omezeny tímto výkonem a odolností materiálu. Pulzní plazmové zdroje mají vyšší parametry než kontinuální.