积分球是一个内壁涂有白色漫反射材料的空腔球体,又称光度球,光通球等。 球壁上开一个或几个窗孔,用作进光孔和放置光接收器件的接收孔。积分球的内壁应是良好的球面,通常要求它相对于理想球面的偏差应不大于内径的0.2%。球内壁上涂以理想的漫反射材料,也就是漫反射系数接近于1的材料。常用的材料是氧化镁或硫酸钡,将它和胶质粘合剂混合均匀后,喷涂在内壁上。氧化镁涂层在可见光谱范围内的光谱反射比都在99%以上,这样,进入积分球的光经过内壁涂层多次反射,在内壁上形成均匀照度。积分球结构简单,但其在光学测量中的作用却不可小觑。D65光源积分球校准光源
积分球的典型应用主要包括以下几个方面:1.环境光学测量:积分球可用于测量环境光学参数,如大气光学、水光学等。在大气研究中,积分球可用于测量大气中光的散射、吸收和传播特性;在水研究中,积分球可用于测量水中光的散射、吸收和穿透特性。2.光学材料测试:积分球可用于测试光学材料的性能,如玻璃、塑料、晶体等。通过测量这些材料对光的反射和透射特性,可以评估其光学性能和质量。3.医学光学测试:积分球可用于医学光学测试,如生物组织的反射和透射特性、激光辐射的生物效应等。这些测试对于医学研究和诊断具有重要意义。光学均匀光源测试范围积分球的设计精巧,为光学测量提供了理想的解决方案。
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。
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。积分球在艺术领域,如雕塑、建筑设计中,也具有极高的价值。
积分球可用于测试光源的光通量,色温,光效等参数。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。使用积分球来测量光通量时,可使得测量结果更为可靠,积分球可降低并除去由光线地形状、发散角度、及探测器上不同位置地响应度差异所造成地测量误差。高等物理光学分类:(1)几何光学,(2)物理光学,(3)量子光学,初等物理分类:(1)初中阶段:几何光学,(2)高中阶段:几何光学、物理光学,(3)说明:一般生活中提到的光学就是高中阶段的分类标准。积分球内部光路的优化,提高了光线的利用率。光学均匀光源测试范围
积分球在医学领域,如CT扫描、放射性的药物分布等,具有广泛应用。D65光源积分球校准光源
空间集成,对实际积分球内部辐射度分布的精确分析取决于入射光通量的分布、实际积分球设计的几何细节和积分球涂层的反射率分布函数,以及安装在开口端口或积分球内部的每个设备的表面。较佳空间性能的设计准则是基于较大限度地提高涂层反射率和相对于所需的开口端口和系统设备的积分球直径。反射率和开口端口比例对空间积分的影响可以通过考虑达到入射到积分球表面的总通量所需的反射次数来说明。经过n次反射后产生的辐射度可以与稳态条件下相比较。D65光源积分球校准光源