Извори оптичког зрачења

Извори оптичког зрачења (другим речима, извори светлости) су многи природни објекти, као и вештачки створени уређаји у којима се одређене врсте енергије претварају у енергију. електромагнетно зрачење са таласном дужином од 10 нм до 1 мм.

У природи такви извори, који су нам одавно познати, су: сунце, звезде, муње итд. Што се тиче вештачких извора, зависно од тога који процес доводи до појаве зрачења, да ли је принудно или спонтано, оно је могућност избора кохерентних и некохерентних извора оптичког зрачења.

Кохерентно и некохерентно зрачење

Ласери односе се на изворе кохерентног оптичког зрачења. Њихов спектрални интензитет је веома висок, зрачење се одликује високим степеном усмерености, карактерише га монохроматичност, односно таласна дужина таквог зрачења је константна.

Већина извора оптичког зрачења су некохерентни извори, чије је зрачење резултат суперпозиције великог броја електромагнетних таласа које емитује група многих елементарних емитера.

Вештачки извори оптичког некохерентног зрачења могу се класификовати према врсти зрачења, према врсти енергије која се претвара у зрачење, према начину претварања ове енергије у светлост, према намени извора, према припадности одређени део спектра (инфрацрвени, видљиви или ултраљубичасти), у зависности од врсте конструкције, начина коришћења итд.

Светлосни параметри

Оптичко зрачење има своје светлосне или енергетске карактеристике. Фотометричке карактеристике укључују: флукс зрачења, светлосни ток, интензитет светлости, осветљеност, осветљеност итд. Извори континуалног спектра се разликују по осветљености или температури боје.

Понекад је важно знати осветљење које производи извор, или неку нестандардну карактеристику, на пример фотонски флукс. Извори импулса имају одређено трајање и облик емитивног импулса.

Светлосна ефикасност, или спектрална ефикасност, одређује колико се ефикасно енергија која се испоручује извору претвара у светлост. Техничке карактеристике, као што су улазна снага и енергија, димензије светлосног тела, отпорност на зрачење, дистрибуција светлости у простору и радни век, карактеришу вештачке изворе оптичког зрачења.

Извори оптичког зрачења могу бити топлотни са равнотежно загрејаним светлећим телом у кондензованом стању, као и луминисцентни са неравномерно побуђеним телом у било ком агрегатном стању. Посебна врста су плазма извори, у којима природа зрачења зависи од параметара плазме и спектралног интервала, а овде зрачење може бити топлотно или луминисцентно.

Топлотни извори оптичког зрачења одликују се непрекидним спектром, њихове енергетске карактеристике су у складу са законима топлотног зрачења, где су главни параметри температура и емисиона моћ светлећег тела.

Са фактором 1, зрачење је еквивалентно зрачењу апсолутно црног тела у близини Сунца са температуром од 6000 К. Вештачки извори топлоте се загревају електричном струјом или енергијом хемијске реакције сагоревања.

Пламен при сагоревању гасовите, течне или чврсте запаљиве супстанце карактерише континуирани спектар зрачења са температуром која достиже 3000 К због присуства микрочестица чврстих филамената. Ако такве честице нема, спектар ће бити тракасти или линеаран, типичан за гасовите продукте сагоревања или хемикалије које се намерно уносе у пламен ради спектралне анализе.

Пројектовање и примена извора топлоте

Сигнална или светлосна пиротехничка средства, као што су ракете, ватромет и сл., садрже компримоване композиције које садрже запаљиве материје са оксидантом. Извори инфрацрвеног зрачења су обично керамичка или метална тела различитих величина и облика која се загревају пламеном или каталитичким сагоревањем гаса.

Електрични емитери инфрацрвеног спектра имају спирале од волфрама или нихрома, које се загревају пропуштањем струје кроз њих и стављају у омоте отпорне на топлоту, или се одмах праве у облику спирала, шипки, трака, цеви итд. — од ватросталних метала и легура, или других састава: графита, металних оксида, ватросталних карбида. Емитери овог типа се користе за загревање простора, у разним студијама и у индустријској топлотној обради материјала.

За инфрацрвену спектроскопију се користе референтни емитери у облику штапића, као што су Нернст пин и Глобар, који се одликују стабилном зависношћу емисивности од температуре у инфрацрвеном делу спектра.

Метролошка мерења обухватају проучавање емисија из модела апсолутног црног тела где равнотежна емисивност зависи од температуре; Такав модел је шупљина загрејана на температуре до 3000 К, направљена од ватросталног материјала одређеног облика са малим улазом.

Лампе са жарном нити су данас најпопуларнији извори топлоте у видљивом спектру. Користе се у сврху осветљења, сигнализације, у пројекторима, пројекторима, осим тога, делују као стандарди у фотометрији и пирометрији.

Данас на тржишту постоји више од 500 стандардних величина сијалица са жарном нити, од минијатурних до моћних рефлектора. Тело филамента је обично направљено у облику волфрамове нити или спирале и затворено је у стаклену посуду напуњену инертним гасом или вакуумом. Радни век такве лампе обично се завршава када филамент прегори.

Лампе са жарном нити су халогене, а затим се сијалица пуни ксеноном уз додатак јода или испарљивих једињења брома, који обезбеђују обрнути пренос испареног волфрама из сијалице — назад у тело нити. Такве лампе могу трајати до 2000 сати.

Волфрамова нит је постављена овде унутар кварцне цеви загрејане да би се одржао циклус халогена. Ове лампе раде у термографији и ксерографији и могу се наћи скоро свуда где служе обичне лампе са жарном нити.

У електричним сијалицама извор оптичког зрачења је електрода, тачније, усијана област катоде током лучног пражњења у сијалици пуњеној аргоном или на отвореном.

Флуоресцентни извори

У луминисцентним изворима оптичког зрачења, гасови или фосфори се побуђују струјањем фотона, електрона или других честица или директним дејством електричног поља, који под тим околностима постају извори светлости. Спектар емисије и оптички параметри одређују се особинама фосфора, као и енергијом побуде, јачином електричног поља итд.

Једна од најчешћих врста луминисценције је фотолуминисценција, у којој спектар зрачења примарног извора постаје видљив.Ултраљубичасто зрачење пражњења пада на фосфорни слој, а фосфор у овим условима емитује видљиву светлост и блиску ултраљубичасту светлост.

Лампе које штеде енергију су једноставно компактне флуоресцентне сијалице засноване на овом ефекту. Таква лампа од 20 В даје светлосни ток једнак светлосном току сијалице са жарном нити од 100 В.

Екрани са катодном цеви су катодолуминисцентни извори оптичког зрачења. Екран обложен фосфором побуђује се снопом електрона који лети према њему.

ЛЕД диоде користе принцип ињекционе електролуминисценције на полупроводницима. Ови извори оптичког зрачења се производе као дискретни производи са оптичким елементима. Користе се за индикацију, сигнализацију, осветљење.

Оптичка емисија током радиолуминисценције се побуђује дејством распадајућих изотопа.

Хемилуминисценција је претварање енергије хемијских реакција у светлост (види такође врсте луминисценције).

Бљесци светлости у сцинтилаторима побуђеним брзим честицама, пролазним зрачењем и Вавилов-Черенковљевим зрачењем се користе за детекцију покретних наелектрисаних честица.

Плазма

Плазма извори оптичког зрачења разликују се по линеарном или континуалном спектру, као и по енергетским карактеристикама које зависе од температуре и притиска плазме, насталих у електричном пражњењу или у другом начину производње плазме.

Параметри зрачења варирају у широком опсегу, у зависности од улазне снаге и састава супстанце (видети такође лампе на гасно пражњење, плазма). Параметри су ограничени овом снагом и отпорношћу материјала. Импулсни извори плазме имају веће параметре од континуираних.