Fonts de radiació òptica
Les fonts de radiació òptica (és a dir, fonts de llum) són molts objectes naturals, així com dispositius creats artificialment en què determinats tipus d'energia es converteixen en energia. radiació electromagnètica amb una longitud d'ona de 10 nm a 1 mm.
A la natura, aquestes fonts, que ens coneixen des de fa temps, són: el sol, les estrelles, els llamps, etc. Pel que fa a les fonts artificials, segons quin procés condueixi a l'aparició de radiacions, ja sigui forçada o espontània, és una possibilitat de seleccionar fonts de radiació òptica coherents i incoherents.
Radiació coherent i incoherent
Làsers es refereixen a fonts de radiació òptica coherent. La seva intensitat espectral és molt alta, la radiació es caracteritza per un alt grau de direccionalitat, es caracteritza per la monocromaticitat, és a dir, la longitud d'ona d'aquesta radiació és constant.
La majoria de les fonts de radiació òptica són fonts incoherents, la radiació de les quals és el resultat de la superposició d'un gran nombre d'ones electromagnètiques emeses per un grup de molts emissors elementals.
Les fonts artificials de radiació òptica incoherent es poden classificar segons el tipus de radiació, segons el tipus d'energia convertida en radiació, segons el mètode de conversió d'aquesta energia en llum, segons la finalitat de la font, segons la pertinença a un determinada part de l'espectre (infrarojos, visibles o ultraviolats), segons el tipus de construcció, la forma d'ús, etc.
Paràmetres de llum
La radiació òptica té les seves pròpies característiques de llum o energia. Les característiques fotomètriques inclouen: flux radiant, flux lluminós, intensitat de la llum, lluminositat, luminància, etc. Les fonts d'espectre continu es distingeixen per la seva brillantor o temperatura de color.
De vegades és important conèixer la il·luminació produïda per la font, o alguna característica no estàndard, per exemple el flux de fotons. Les fonts de pols tenen una certa durada i forma del pols emissor.
L'eficiència lluminosa, o eficiència espectral, determina amb quina eficàcia l'energia lliurada a la font es converteix en llum. Les característiques tècniques, com ara la potència i l'energia d'entrada, les dimensions del cos lluminós, la resistència a la radiació, la distribució de la llum a l'espai i la vida útil, caracteritzen les fonts artificials de radiació òptica.
Les fonts de radiació òptica poden ser tèrmiques amb un cos lluminós escalfat en equilibri en estat condensat, així com luminiscents amb un cos excitat no uniformement en qualsevol estat agregat. Un tipus especial són les fonts de plasma, la naturalesa de la radiació en què depèn dels paràmetres del plasma i l'interval espectral, i aquí la radiació pot ser tèrmica o luminiscent.
Les fonts tèrmiques de radiació òptica es distingeixen per un espectre continu, les seves característiques energètiques obeeixen a les lleis de la radiació tèrmica, on els paràmetres principals són la temperatura i l'emissivitat d'un cos lluminós.
Amb un factor d'1, la radiació és equivalent a la radiació d'un cos negre absolut prop del Sol amb una temperatura de 6000 K. Les fonts de calor artificials s'escalfen per corrent elèctric o per l'energia d'una reacció de combustió química.
La flama quan es crema una substància combustible gasosa, líquida o sòlida es caracteritza per un espectre continu de radiació amb una temperatura que arriba als 3000 K a causa de la presència de micropartícules de filament sòlid. Si no hi ha partícules d'aquest tipus, l'espectre serà en bandes o lineal, típic dels productes de combustió gasosos o productes químics introduïts intencionadament a la flama per a l'anàlisi espectral.
Disseny i aplicació de fonts de calor
La pirotècnia de senyalització o il·luminació, com ara coets, focs artificials, etc., contenen composicions comprimides que contenen substàncies combustibles amb un oxidant. Les fonts de radiació infraroja solen ser cossos ceràmics o metàl·lics de diferents mides i formes que s'escalfen per una flama o per combustió catalítica de gas.
Els emissors elèctrics de l'espectre infrarojo tenen espirals de tungstè o nicrom, escalfats fent-hi passar un corrent i col·locats en beines resistents a la calor, o fabricats immediatament en forma d'espirals, varetes, tires, tubs, etc. — de metalls i aliatges refractaris, o altres composicions: grafit, òxids metàl·lics, carburs refractaris. Els emissors d'aquest tipus s'utilitzen per a la calefacció d'espais, en diversos estudis i en el tractament tèrmic industrial de materials.
Per a l'espectroscòpia infraroja s'utilitzen emissors de referència en forma de varetes, com Nernst pin i Globar, caracteritzats per una dependència estable de l'emissivitat de la temperatura a la part infraroja de l'espectre.
Les mesures metrològiques impliquen l'estudi de les emissions de models de cos negre absolut on l'emissivitat d'equilibri depèn de la temperatura; Aquest model és una cavitat escalfada a temperatures de fins a 3000 K, feta de material refractari de certa forma amb una petita entrada.
Les làmpades incandescents són les fonts de calor de radiació més populars en l'espectre visible avui dia. S'utilitzen amb finalitats d'il·luminació, senyalització, en projectors, projectors, a més, actuen com a estàndards en fotometria i pirometria.
Actualment hi ha més de 500 mides estàndard de làmpades incandescents al mercat, que van des de làmpades en miniatura fins a potents projectors. El cos del filament es fa generalment en forma de filament de tungstè o espiral i està tancat en un matràs de vidre ple d'un gas inert o buit. La vida útil d'aquesta làmpada sol acabar quan el filament es crema.
Les làmpades incandescents són halògenes, després la bombeta s'omple de xenó amb l'addició de iode o compostos de brom volàtils, que proporcionen una transferència inversa de tungstè vaporitzat des de la bombeta, de tornada al cos del filament. Aquestes làmpades poden durar fins a 2000 hores.
El filament de tungstè està muntat aquí dins d'un tub de quars escalfat per mantenir el cicle dels halògens. Aquestes làmpades funcionen en termografia i xerografia i es poden trobar gairebé a qualsevol lloc on serveixen les làmpades incandescents normals.
A les làmpades de llum elèctrica, la font de radiació òptica és l'elèctrode, o millor dit, la regió incandescent del càtode durant una descàrrega d'arc en una bombeta de làmpada plena d'argó oa l'exterior.
Fonts fluorescents
En les fonts luminiscents de radiació òptica, els gasos o fòsfors són excitats pel flux de fotons, electrons o altres partícules o per l'acció directa d'un camp elèctric, que en aquestes circumstàncies esdevenen fonts de llum. L'espectre d'emissió i els paràmetres òptics estan determinats per les propietats dels fòsfors, així com per l'energia d'excitació, la intensitat del camp elèctric, etc.
Un dels tipus de luminescència més comuns és la fotoluminescència, en la qual es fa visible l'espectre de radiació de la font primària, la radiació ultraviolada de la descàrrega cau sobre la capa de fòsfor, i el fòsfor en aquestes condicions emet llum visible i llum propera a l'ultraviolat.
Les làmpades d'estalvi d'energia són simplement làmpades fluorescents compactes basades en aquest efecte. Aquesta làmpada de 20 W proporciona un flux lluminós igual al flux lluminós d'una làmpada incandescent de 100 W.
Les pantalles de tubs de raigs catòdics són fonts catodoluminescents de radiació òptica. La pantalla recoberta de fòsfor és excitada per un feix d'electrons que vola cap a ella.
Els LED utilitzen el principi d'electroluminescència d'injecció en semiconductors. Aquestes fonts de radiació òptica es fabriquen com a productes discrets amb elements òptics. S'utilitzen per a indicació, senyalització, il·luminació.
L'emissió òptica durant la radioluminescència s'excita per l'acció dels isòtops en descomposició.
La quimioluminescència és la conversió en llum de l'energia de les reaccions químiques (vegeu també tipus de luminescència).
Per detectar partícules carregades en moviment, s'utilitzen flaixos de llum en centelleigs excitats per partícules ràpides, radiació transitòria i radiació Vavilov-Cherenkov.
Plasma
Les fonts de radiació òptica de plasma es distingeixen per un espectre lineal o continu, així com per característiques energètiques que depenen de la temperatura i pressió del plasma, que es produeixen en una descàrrega elèctrica o en un altre mètode de producció de plasma.
Els paràmetres de radiació varien en un ampli rang, depenent de la potència d'entrada i de la composició de la substància (vegeu també làmpades de descàrrega de gas, plasma). Els paràmetres estan limitats per aquesta potència i resistència del material. Les fonts de plasma polsat tenen paràmetres més alts que les contínues.