这种辐射度交换一次又一次地发生,直到它在空间上整合。入射到整个积分球体表面的总通量的n次反射的交换可以用幂级数来建模,并简化为一个简单的辐射方程:式中Φ为入射到积分球内的光,As为积分球壁面积,p为积分球壁反射率,f为开口端口面积占比。简化的辐射度方程可用于模拟光和LED测量应用的光学效率。这些应用包括用于激光表征的光学衰减,进入光纤或安装在积分球体上的探测器表面的通量,用于图像传感器的光谱辐射度和用于非成像光学传感传感器的光谱辐照度,或积分球体应用所需的其他许多辐射和光度参数。积分球是数学建模的基石,培养着学生的空间想象力和逻辑思维。太阳光模拟均匀光源校准光源
灯具和LED光谱通量测量,积分球较传统的应用是测量灯具的总光通量。这项技术起源于20世纪初,作为对比不同类型灯具输出光通量较简单快速的方法。这里,积分球光谱分析仪常用于测量LED、通用照明、工程照明、便携式灯具产品等的电学和光度性能。这些应用积分球直径可以小至5厘米,大至3米或更大(例如图4)。采用积分球可以更有效地测量任何尺寸或形状的传统和固态光源的总光谱通量和颜色。积分球配合光谱仪,可测试重要的光谱参数例如光谱通量、色度、相关色温、CRI、TM-30、峰值波长和主波长等等(图4b)。高动态范围均匀光源供应商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。
积分球内部涂层的选择:在选择积分球时,漫反射涂层的选择非常重要,漫反射涂层或材料的反射率——越高越好。“更高的反射率意味着光在被吸收之前在球体内有更多的反射,”Labsphere销售和营销副总裁Peter Weitzman说,“因此集成度更好,测量精度也更好。”漫反射涂料喷涂方式通常包括喷雾式或粉末式。积分球内部喷涂哪种漫反射涂层,取决于系统使用环境,以及使用积分球测试的波段范围。针对极l端条件或者小积分球,烧结聚四氟乙烯(PTFE或Teflon)提供非常好的性能。例如Labsphere的Spectralon EPV漫反射材料可用于深紫外、极l端物理和真空中。典型的硫酸钡涂层,尽管也可在近紫外和红外使用,但主要用于可见光波段范围。镀金漫反射涂层主要应用于NIR-MIR波段范围。每种漫反射涂层的较佳使用波段范围和概述详见生产商的网站发布内容。
积分球辐射源是一种非常优异的定标光源,其输出的辐亮度面均匀性和稳定性是普通光源无法比拟的。在需要使用面光源的领域,被普遍用于光学探测器的实验室定标,空间光学遥感仪器发射前的地面辐射定标。因此辐射源的稳定性、准确性对于辐射定标非常关键,直接影响到被定标仪器探测结果。影响积分球辐射源输出稳定性和均匀性的主要因素包括积分球光源供电的恒流源稳定性、积分球内部材料的反射率稳定性和球内挡板设置,三者会影响积分球输出光通量、辐亮度变化和均匀性。积分球,跨越学科界限,将数学、物理、工程等领域紧密相连,推动着人类文明的进步。
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。利用积分球,可以求解球体表面的光照强度分布,为照明设计提供依据。OLED太阳光模拟器生产厂家
在天文学领域,积分球帮助科学家研究星球的内部结构,探索宇宙的奥秘。太阳光模拟均匀光源校准光源
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。太阳光模拟均匀光源校准光源