積分球根據(jù)應(yīng)用可分為四個(gè)基本類別:均勻光源、燈具或光源測量、反射率和透射率測量以及激光功率測量。確實(shí),每個(gè)應(yīng)用類別都有其特定的需求和挑戰(zhàn),需要我們以細(xì)微的方式調(diào)整和優(yōu)化積分球以提供較佳的性能。積分球在許多領(lǐng)域都有普遍的應(yīng)用,其中較常見的兩種應(yīng)用是作為測量燈具總通量的測量工具和作為校準(zhǔn)其他儀器的均勻光源。在這些應(yīng)用中,積分球的用途特別普遍,能夠集成來自狹窄準(zhǔn)直光束的光源,如激光,或來自全向光源,如白熾燈泡或熒光燈。積分球在經(jīng)濟(jì)學(xué)領(lǐng)域,如市場分析、資源配置等方面,也具有實(shí)用價(jià)值。OLED均勻光源校準(zhǔn)系統(tǒng)
積分球的基本工作原理:光線由輸入孔入射后,在積分球內(nèi)部被均勻地反射及漫射,并在球面上形成均勻的光強(qiáng)分布,輸出孔所得到的光線為非常均勻的漫射光束。而且入射光的入射角度、空間分布、以及極性都不會(huì)對輸出的光束強(qiáng)度和均勻度造成影響。同時(shí)因?yàn)楣饩€經(jīng)過積分球內(nèi)部的均勻分布后才射出,因此積分球也可當(dāng)作一個(gè)光強(qiáng)衰減器,輸出強(qiáng)度與輸入強(qiáng)度比大約為:光輸出孔面積/積分球內(nèi)部的表面積。對于積分球內(nèi)壁上的輻亮度必須考慮多次反射與開口處通量損失。若以傳播距離不同偏軸半徑光強(qiáng)度與同距離時(shí)軸心點(diǎn)所接收的光強(qiáng)度的比值表示縱坐標(biāo),以光積分球出口的垂直距離為橫坐標(biāo)??梢钥闯龇e分球出射的光斑隨著距離的增加而均勻,首先是偏軸半徑的光強(qiáng)與中心光強(qiáng)相差的增大,然后隨著距離越來越大,光斑又趨于均勻。LED積分球原理積分球作為一種光學(xué)元件,具有廣泛的應(yīng)用前景。
激光功率測量,積分球很容易捕獲或者集成近準(zhǔn)直光源例如激光光束或者高度分散的光源(例如激光二極管或VCSEL)。由于積分球獨(dú)特幾何結(jié)構(gòu),激光束功率測量不受激光束偏振及校準(zhǔn)的影響。在不影響探測器信號的情況下,該系統(tǒng)可使用開放端口,或可安裝激光二極管模塊或縮孔器的光纖適配器。 (圖5)??梢蕴砑宇~外的端口來執(zhí)行并行光譜表征,使其成為可靠的激光二極管壽命測試的理想設(shè)備。成像和非成像校準(zhǔn)用均勻光源,積分球是一種近乎完美的創(chuàng)造均勻光源的方法。輻射度是離開光源或輻射面的每個(gè)立體角的通量密度。輻照度是落在表面上的通量密度,在表面的平面上測量。積分球光源的輸出孔徑在設(shè)計(jì)正確的情況下,可以產(chǎn)生接近完美的多光譜漫射光源和朗伯光源,與視角無關(guān)(圖6)。
積分球結(jié)構(gòu)簡單,人們對積分球進(jìn)行光輻射測量存在誤解。積分球的作用是對輻射通量進(jìn)行空間積分。針對特定應(yīng)用,定制設(shè)計(jì)積分球時(shí),了解積分球的工作原理非常重要。積分球理論是研究漫射表面內(nèi)的輻射交換原理的一種理論方法。盡管積分球理論的基礎(chǔ)理論可能看起來復(fù)雜,但實(shí)際上有許多簡便易行的方法和技巧可以幫助您理解和學(xué)習(xí)。這個(gè)概念可以簡述為:積分球表面兩個(gè)區(qū)域之間的輻射度交換與視角和表面之間的距離無關(guān),即積分球壁上任何一點(diǎn)接收到的通量的比例對于積分球壁上任何其他輻射點(diǎn)都是相同的。積分球的光學(xué)性能直接影響到光學(xué)儀器的性能表現(xiàn)。
積分:1.理想積分球原理,理想積分球的條件:A、積分球地內(nèi)表面為一完整地幾何球面,半徑處處相等;B、球內(nèi)壁是中性均勻漫射面,對于各種波長的入射光線具有相同的漫反射比;C、球內(nèi)沒有任何物體,光源也看作只發(fā)光而沒有實(shí)物的抽象光源。2.影響積分球測量精度的因素:A、球內(nèi)壁是均勻的理想漫射層,服從朗伯定則;B、球內(nèi)壁各點(diǎn)的反射率相等;C、球內(nèi)壁白色涂層的漫射是中性的;D、球半徑處處相等,球內(nèi)除燈外無其他物體存在;E、窗口材料是中性的,其E符合照度的余弦定則,實(shí)際情況與理想條件不符合會(huì)帶來測量誤差,故需修正。積分球常用于光度測量,可以通過測量球內(nèi)的光強(qiáng)來確定光源的亮度。光譜通用輻射定標(biāo)作用
在光學(xué)成像系統(tǒng)中,積分球起到了關(guān)鍵的光源調(diào)節(jié)作用。OLED均勻光源校準(zhǔn)系統(tǒng)
對實(shí)際積分球內(nèi)部輻射度分布的精確分析取決于入射光通量的分布、實(shí)際積分球設(shè)計(jì)的幾何細(xì)節(jié)和積分球涂層的反射率分布函數(shù),以及安裝在開口端口或積分球內(nèi)部的每個(gè)設(shè)備的表面。較佳空間性能的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是基于較大限度地提高涂層反射率和相對于所需的開口端口和系統(tǒng)設(shè)備的積分球直徑。反射率和開口端口比例對空間積分的影響可以通過考慮達(dá)到入射到積分球表面的總通量所需的反射次數(shù)來說明。經(jīng)過n次反射后產(chǎn)生的輻射度可以與穩(wěn)態(tài)條件下相比較。OLED均勻光源校準(zhǔn)系統(tǒng)