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(cè)量、反射率和透射率測(cè)量以及激光功率測(cè)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(cè)量燈具總通量的測(cè)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(chǎng)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(duì)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(duì)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(cè)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(cè)量不受激光束偏振及校準(zhǔn)的影響。在不影響探測(cè)器信號(hào)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(cè)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(cè)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(jiǎn)單,人們對(duì)積分球進(jìn)行光輻射測(cè)量存在誤解。積分球的作用是對(duì)輻射通量進(jìn)行空間積分。針對(duì)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(jiǎn)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(jiǎn)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(duì)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(duì)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(cè)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(cè)量誤差,故需修正。積分球常用于光度測(cè)量,可以通過測(cè)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(duì)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(duì)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(duì)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)