Quellen optischer Strahlung

Quellen optischer Strahlung (also Lichtquellen) sind viele natürliche Objekte sowie künstlich geschaffene Geräte, in denen bestimmte Energiearten in Energie umgewandelt werden elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge von 10 nm bis 1 mm.

In der Natur sind uns solche Quellen seit langem bekannt: Sonne, Sterne, Blitze usw. Was künstliche Quellen betrifft, hängt es davon ab, welcher Prozess zum Auftreten von Strahlung führt, ob er forciert oder spontan ist eine Möglichkeit zur Auswahl kohärenter und inkohärenter optischer Strahlungsquellen.

Kohärente und inkohärente Strahlung

Laser beziehen sich auf Quellen kohärenter optischer Strahlung. Ihre spektrale Intensität ist sehr hoch, die Strahlung zeichnet sich durch einen hohen Grad an Direktionalität aus, sie zeichnet sich durch Monochromatizität aus, das heißt, die Wellenlänge dieser Strahlung ist konstant.

Bei den meisten Quellen optischer Strahlung handelt es sich um inkohärente Quellen, deren Strahlung das Ergebnis der Überlagerung einer großen Anzahl elektromagnetischer Wellen ist, die von einer Gruppe vieler Elementarstrahler ausgesendet werden.

Künstliche Quellen optischer inkohärenter Strahlung können nach der Art der Strahlung, nach der Art der in Strahlung umgewandelten Energie, nach der Methode zur Umwandlung dieser Energie in Licht, nach dem Zweck der Quelle, nach ihrer Zugehörigkeit zu a klassifiziert werden bestimmter Teil des Spektrums (Infrarot, sichtbar oder ultraviolett), abhängig von der Art der Konstruktion, der Art der Nutzung usw.

Lichtparameter

Optische Strahlung hat ihre eigenen Licht- oder Energieeigenschaften. Zu den photometrischen Eigenschaften gehören: Strahlungsstrom, Lichtstrom, Lichtintensität, Helligkeit, Leuchtdichte usw. Kontinuierliche Spektrumquellen unterscheiden sich durch ihre Helligkeit oder Farbtemperatur.

Manchmal ist es wichtig, die von der Quelle erzeugte Beleuchtung oder eine nicht standardmäßige Eigenschaft, beispielsweise den Photonenfluss, zu kennen. Impulsquellen haben eine bestimmte Dauer und Form des emittierten Impulses.

Die Lichtausbeute oder spektrale Effizienz bestimmt, wie effizient die an die Quelle gelieferte Energie in Licht umgewandelt wird. Technische Eigenschaften wie Eingangsleistung und Energie, Abmessungen des Leuchtkörpers, Strahlungsbeständigkeit, Lichtverteilung im Raum und Lebensdauer charakterisieren die künstlichen Quellen optischer Strahlung.

Quellen optischer Strahlung können thermisch mit einem im Gleichgewicht erhitzten leuchtenden Körper in einem kondensierten Zustand sowie lumineszierend mit einem ungleichmäßig angeregten Körper in einem beliebigen Aggregatzustand sein. Eine besondere Art sind Plasmaquellen, deren Art der Strahlung von den Parametern des Plasmas und dem Spektralintervall abhängt, wobei die Strahlung entweder thermisch oder lumineszierend sein kann.

Wärmequellen optischer Strahlung zeichnen sich durch ein kontinuierliches Spektrum aus, ihre Energieeigenschaften gehorchen den Gesetzen der Wärmestrahlung, wobei die Hauptparameter die Temperatur und der Emissionsgrad eines leuchtenden Körpers sind.

Mit dem Faktor 1 entspricht die Strahlung der Strahlung eines absoluten schwarzen Körpers in der Nähe der Sonne mit einer Temperatur von 6000 K. Künstliche Wärmequellen werden durch elektrischen Strom oder durch die Energie einer chemischen Verbrennungsreaktion erhitzt.

Die Flamme beim Verbrennen eines gasförmigen, flüssigen oder festen brennbaren Stoffes zeichnet sich durch ein kontinuierliches Strahlungsspektrum mit einer Temperatur von bis zu 3000 K aufgrund des Vorhandenseins fester Filamentmikropartikel aus. Fehlen solche Partikel, ist das Spektrum gebändert oder linear, was typisch für gasförmige Verbrennungsprodukte oder Chemikalien ist, die absichtlich zur Spektralanalyse in die Flamme eingeführt werden.

Design und Anwendung von Wärmequellen

Signal- oder Beleuchtungspyrotechnik wie Raketen, Feuerwerkskörper usw. enthalten komprimierte Zusammensetzungen, die brennbare Substanzen mit einem Oxidationsmittel enthalten. Infrarotstrahlungsquellen sind in der Regel Keramik- oder Metallkörper unterschiedlicher Größe und Form, die durch eine Flamme oder durch katalytische Gasverbrennung erhitzt werden.

Elektrische Strahler des Infrarotspektrums haben Spiralen aus Wolfram oder Nichrom, die durch Durchleiten von Strom erhitzt und in hitzebeständige Hüllen gelegt oder sofort in Form von Spiralen, Stäben, Streifen, Rohren usw. hergestellt werden. — aus feuerfesten Metallen und Legierungen oder anderen Zusammensetzungen: Graphit, Metalloxide, feuerfeste Karbide. Strahler dieser Art werden zur Raumheizung, in verschiedenen Studien und bei der industriellen Wärmebehandlung von Materialien eingesetzt.

Für die Infrarotspektroskopie werden Referenzstrahler in Form von Stäben wie Nernst-Stift und Globar verwendet, die sich durch eine stabile Abhängigkeit des Emissionsgrads von der Temperatur im Infrarotteil des Spektrums auszeichnen.

Metrologische Messungen umfassen die Untersuchung von Emissionen aus absoluten Schwarzkörpermodellen, bei denen der Gleichgewichtsemissionsgrad von der Temperatur abhängt; Ein solches Modell ist ein auf Temperaturen bis zu 3000 K erhitzter Hohlraum aus feuerfestem Material einer bestimmten Form mit einem kleinen Eingang.

Glühlampen sind heute die beliebtesten Wärmequellen für Strahlung im sichtbaren Spektrum. Sie werden zu Beleuchtungs- und Signalzwecken in Projektoren und Projektoren eingesetzt und dienen außerdem als Standards in der Photometrie und Pyrometrie.

Heutzutage gibt es mehr als 500 Standardgrößen von Glühlampen auf dem Markt, von Miniaturlampen bis hin zu leistungsstarken Flutlichtlampen. Der Glühfadenkörper besteht üblicherweise aus einem Wolframfaden oder einer Spirale und ist in einem Glaskolben eingeschlossen, der mit einem Inertgas oder Vakuum gefüllt ist. Die Lebensdauer einer solchen Lampe endet in der Regel mit dem Durchbrennen des Glühfadens.

Glühlampen sind Halogenlampen, dann wird die Glühbirne mit Xenon unter Zusatz von Jod oder flüchtigen Bromverbindungen gefüllt, die für eine umgekehrte Übertragung des verdampften Wolframs von der Glühbirne zurück zum Glühfadenkörper sorgen. Solche Lampen können bis zu 2000 Stunden halten.

Der Wolframfaden ist hier in einem Quarzrohr montiert, das erhitzt wird, um den Halogenkreislauf aufrechtzuerhalten. Diese Lampen funktionieren in der Thermografie und Xerografie und sind fast überall dort zu finden, wo gewöhnliche Glühlampen eingesetzt werden.

Bei elektrischen Lichtlampen ist die Quelle optischer Strahlung die Elektrode bzw. der glühende Bereich der Kathode während einer Bogenentladung in einem mit Argon gefüllten Lampenkolben oder im Freien.

Fluoreszierende Quellen

In lumineszierenden Quellen optischer Strahlung werden Gase oder Leuchtstoffe durch den Fluss von Photonen, Elektronen oder anderen Teilchen oder durch die direkte Einwirkung eines elektrischen Feldes angeregt, die unter diesen Umständen zu Lichtquellen werden. Das Emissionsspektrum und die optischen Parameter werden durch die Eigenschaften der Leuchtstoffe sowie durch die Anregungsenergie, die elektrische Feldstärke usw. bestimmt.

Eine der häufigsten Arten der Lumineszenz ist die Photolumineszenz, bei der das Strahlungsspektrum der Primärquelle sichtbar wird. Die ultraviolette Strahlung der Entladung fällt auf die Leuchtstoffschicht, und der Leuchtstoff emittiert unter diesen Bedingungen sichtbares Licht und nahes ultraviolettes Licht.

Energiesparlampen sind einfach Kompaktleuchtstofflampen, die auf diesem Effekt basieren. Eine solche 20-W-Lampe liefert einen Lichtstrom, der dem Lichtstrom einer 100-W-Glühlampe entspricht.

Kathodenstrahlröhrenbildschirme sind kathodolumineszierende Quellen optischer Strahlung. Der mit Leuchtstoff beschichtete Schirm wird durch einen auf ihn zufliegenden Elektronenstrahl angeregt.

LEDs nutzen das Prinzip der Injektionselektrolumineszenz auf Halbleiter. Diese optischen Strahlungsquellen werden als diskrete Produkte mit optischen Elementen hergestellt. Sie dienen der Anzeige, Signalisierung und Beleuchtung.

Die optische Emission während der Radiolumineszenz wird durch die Wirkung zerfallender Isotope angeregt.

Chemilumineszenz ist die Umwandlung der Energie chemischer Reaktionen in Licht (siehe auch Arten der Lumineszenz).

Lichtblitze in Szintillatoren, die durch schnelle Teilchen, transiente Strahlung und Vavilov-Cherenkov-Strahlung angeregt werden, werden zur Erkennung bewegter geladener Teilchen verwendet.

Plasma

Plasmaquellen optischer Strahlung zeichnen sich durch ein lineares oder kontinuierliches Spektrum sowie Energieeigenschaften aus, die von der Temperatur und dem Druck des Plasmas abhängen und bei einer elektrischen Entladung oder bei einer anderen Methode der Plasmaerzeugung auftreten.

Die Strahlungsparameter variieren in einem weiten Bereich, abhängig von der Eingangsleistung und der Zusammensetzung des Stoffes (siehe auch Gasentladungslampen, Plasma). Die Parameter werden durch diese Leistung und den Materialwiderstand begrenzt. Gepulste Plasmaquellen haben höhere Parameter als kontinuierliche.