光源指能发出一定波长范围的电磁波(包括可见光与紫外线、红外线和X光线等不可见光)的物体,通常指能发出可见光的发光体。凡是物体自身能发光者, 称作光源, 又称发光体,如太阳、恒星、灯以及燃烧着的物质等都是, 但像月亮表面、桌面等依靠它们反射外来光才能使人们看 见它们,这样的反射物体不能称作光源。
光源的关键性能指标
光谱范围
选择光源时,特别是在光谱应用中,光谱范围是第一考虑因素。同时,需要特别注意的是,要选择的光源,尽可能要在需要的光谱范围内具有更高的光输出效率,在不需要的光谱范围内具有更低的光输出效率,因为不需要的那部分光谱会引起杂散光的问题。
另外, 如果是做透射、反射 / 吸收光谱,需要特别注意的是, 必须选择在测量范围内光谱曲线平滑的光谱。比如,在做 800- 1100nm 光谱范围内的反射光谱时,单就光谱范围而言, 有氙灯(200-2500nm)和溴钨灯(300-2500nm)符合要求,但从 实际测量角度来看, 由于氙灯在这个范围内具有较多的尖锐的光谱峰,会造成测量的不准确,因而要选择谱线平滑的溴钨灯来进行测量。
辐射功率如何计算输出功率？
通常选择光源功率时需要考虑实际使用条件下的辐射功率,这里不仅有输出功率的因素,同时还有发光区域大小、收光效率等等方面的影响。比如,在不考虑收光效率等因素的影响条件下,比较75W 氙灯和150W 氙灯在相同的空间位置上能够产生的辐射功率,75W 氙灯是150W 氙灯的2.7倍,这是由于虽然前者的输出功率只有后者的一半,但后者的发光区域 (弧光)是前者的8.8倍, 因而在相同空间位置上的功率密度反而小。
因此在选择光源时,不仅要考虑光源输出功率,还要考虑其它因素。特别是光斑大小引起的辐射功率密度的影响,通常 我们可以通过选择适当的收光系统来提高光的收集效率。
光谱辐射度的单位通常是 :Wm-3Sr-1nm-1,或者Wm-2nm-1 ,差异的部分实际是收光的立体角度,它与收光系统(如透镜) 的相对孔径数对应,被称为收光系数。
另外, 从光谱辐射度曲线可以看出, 对于同一类型的光源, 功率不同的时候,光谱辐射度差异并不大,所以,在光谱系统 中不能单纯通过提高光源的功率的方式来提高信号的强度,还需要综合考虑光源收集效率的问题。在经过优化的光源收集系统中,往往可以采用较小功耗的光源取代高功耗的光源。
输出总功率
大多数辐射区域面积较大的应用中, 输出总功率更为重要。
发光区域尺寸和形状
对光源发光区域的尺寸和形状进行选择,是为了得到与目标区域更匹配的光斑形状,从而提高光源的实际使用效率。比如,长条形的光斑更适合于光谱仪的狭缝设计。
光源均匀性和稳定性
对于某些光学测量,需要用到较高的空间均匀性和时间稳定性,这时就需要进行特殊的光学设计和电源设计。比如太阳 能电池的特性测量等。
通常来说,溴钨灯的光源稳定性要优于氙灯等弧光放电类型的光源。
太阳光模拟器是用来模拟太阳光的光源,具有较高的太阳光谱匹配度、空间均匀性以及时间稳定性。
