大多数球体由轻质铝制成,但也有使用其他材料,如钢、塑料和玻璃纤维。“很难使球体在物理上均匀,而这是产生均匀的光分布的关键,”佛罗里达州奥兰多市光电子实验室的亚历克斯·方说。铝也是连接两半或四分之一球体并管理密封/接缝*简单的材料。“人们曾尝试过只粉刷一个大房间作为积分球,但铝是迄今为止非常好的材料。此外,明确您要测量单位(功率W,辐照度W/m2,或光通量流明),以及积分球的几何形状,无论是全积分球4π立体角还是半积分球2π(见图3)。“一个完整的积分球可以测量所有方向发射的设备(4π立体角),也可以测量只向前发射的设备(2π),”Weitzman说。“半积分球通常只用于2π测量。”通过积分球,可以探究地球表面重力场的分布,为地理学研究提供支持。D65光源辐射定标厂商
积分球的基本工作原理:光线由输入孔入射后,在积分球内部被均匀地反射及漫射,并在球面上形成均匀的光强分布,输出孔所得到的光线为非常均匀的漫射光束。而且入射光的入射角度、空间分布、以及极性都不会对输出的光束强度和均匀度造成影响。同时因为光线经过积分球内部的均匀分布后才射出,因此积分球也可当作一个光强衰减器,输出强度与输入强度比大约为:光输出孔面积/积分球内部的表面积。对于积分球内壁上的辐亮度必须考虑多次反射与开口处通量损失。若以传播距离不同偏轴半径光强度与同距离时轴心点所接收的光强度的比值表示纵坐标,以光积分球出口的垂直距离为横坐标。可以看出积分球出射的光斑随着距离的增加而均匀,首先是偏轴半径的光强与中心光强相差的增大,然后随着距离越来越大,光斑又趋于均匀。D65光源辐射定标厂商积分球内壁的材料选择对光线的反射效率至关重要。
由于积分球较常用于稳态条件下,随着积分球涂层反射率的增加和开口端口面积比例的减小,产生稳态辐射度的反射次数越多。因此,积分球设计应尝试优化这两个参数,以获得较佳的辐射通量空间积分。图2是一个机器人成像系统的图像,用于通过积分球参考端口映射空间均匀性。涂层,在为积分球选择涂层时,必须考虑两个因素:反射率和耐久性。例如,如果有足够的光线,并且积分球将在可能导致积分球收集污垢或灰尘的环境中使用,则耐久性和可清洗的涂层是您的理想选择。积分球内部装置,包括挡板、灯具和灯座,会吸收辐射源的部分能量,降低球体的空间均匀性。通过在所有可能的表面上使用高反射漫反射涂层,可以改善空间均匀性的降低。
在光学领域,积分球堪称神奇的存在。看似普通的球体,却隐藏着无穷的奥秘。它的名字就预示着它的神奇功能——将光线“积分”起来。那么,这个神奇的积分球究竟是如何做到的呢?想象一下光线进入积分球后的情景,就像进入了一个迷宫。光线在积分球内壁不断反射,经过精密的设计和计算,确保光线在多次反射后均匀地散布在球体内。无论从哪个角度观察,都能得到一致的光强分布。这就像小时候玩的弹珠游戏,弹珠在平滑的球体内滚动,不断反射,较终分散到各个角落。光线在积分球内的行为与之类似,经过不断的反射和折射,达到均匀分布的效果。积分球的使用,极大地提高了光学测量的效率和准确性。
积分球球体倍增因子对表面反射率极为敏感。选择漫反射涂层或材料会对给定设计的辐射度产生很大影响(如图3所示)。所示的两种涂层都具有高反射率,在350至1350 nm范围内的反射率超过95%。因此,对于相同的积分球,人们可能预期不会有明显的辐射度增加。然而,辐射度的相对增加大于反射率的相对增加,其系数等于球体倍增因子。虽然其中一种涂层在一定波长范围内比另一种提供2%到15%的反射率增加,但相同的积分球设计将导致辐射度增加40%至240%。较大的增加发生在1400纳米以上的近红外光谱区域。积分球常用于光度测量,可以通过测量球内的光强来确定光源的亮度。D50光源太阳光模拟器UV波段
积分球的基本原理是光通过采样口被积分球收集,在积分球内部经过多次反射后非常均匀地散射在积分球内部。D65光源辐射定标厂商
积分球结构简单,人们对积分球进行光辐射测量存在误解。积分球的作用是对辐射通量进行空间积分。针对特定应用,定制设计积分球时,了解积分球的工作原理非常重要。积分球理论是研究漫射表面内的辐射交换原理的一种理论方法。尽管积分球理论的基础理论可能看起来复杂,但实际上有许多简便易行的方法和技巧可以帮助您理解和学习。这个概念可以简述为:积分球表面两个区域之间的辐射度交换与视角和表面之间的距离无关,即积分球壁上任何一点接收到的通量的比例对于积分球壁上任何其他辐射点都是相同的。D65光源辐射定标厂商