Sorgenti di radiazione ottica

Le fonti di radiazione ottica (in altre parole, fonti di luce) sono molti oggetti naturali, nonché dispositivi creati artificialmente in cui determinati tipi di energia vengono convertiti in energia radiazioni elettromagnetiche con una lunghezza d'onda da 10 nm a 1 mm.

In natura, tali fonti, che ci sono note da tempo, sono: il sole, le stelle, i fulmini, ecc. Per quanto riguarda le fonti artificiali, a seconda di quale processo porta alla comparsa della radiazione, se forzata o spontanea, è una possibilità per selezionare sorgenti coerenti e incoerenti di radiazione ottica.

Radiazione coerente e incoerente

Laser fare riferimento a sorgenti di radiazione ottica coerente. La loro intensità spettrale è molto elevata, la radiazione è caratterizzata da un alto grado di direzionalità, è caratterizzata da monocromaticità, cioè la lunghezza d'onda di tale radiazione è costante.

La maggior parte delle sorgenti di radiazione ottica sono sorgenti incoerenti, la cui radiazione è il risultato della sovrapposizione di un gran numero di onde elettromagnetiche emesse da un insieme di tanti emettitori elementari.

Le sorgenti artificiali di radiazione ottica incoerente possono essere classificate secondo il tipo di radiazione, secondo il tipo di energia convertita in radiazione, secondo il metodo di conversione di questa energia in luce, secondo lo scopo della sorgente, secondo l'appartenenza ad un una certa parte dello spettro (infrarosso, visibile o ultravioletto), a seconda del tipo di costruzione, del modo di utilizzo, ecc.

Parametri luce

La radiazione ottica ha le proprie caratteristiche di luce o energia. Le caratteristiche fotometriche includono: flusso radiante, flusso luminoso, intensità luminosa, luminosità, luminanza, ecc. Le sorgenti a spettro continuo si distinguono per la loro luminosità o temperatura di colore.

A volte è importante conoscere l'illuminazione prodotta dalla sorgente, o alcune caratteristiche non standard, ad esempio il flusso di fotoni. Le sorgenti di impulsi hanno una certa durata e forma dell'impulso di emissione.

L'efficienza luminosa, o efficienza spettrale, determina l'efficienza con cui l'energia fornita alla sorgente viene convertita in luce. Caratteristiche tecniche, quali potenza ed energia in ingresso, dimensioni del corpo luminoso, resistenza alle radiazioni, distribuzione della luce nello spazio e vita utile, caratterizzano le sorgenti artificiali di radiazione ottica.

Le sorgenti di radiazione ottica possono essere termiche con un corpo luminoso riscaldato all'equilibrio in uno stato condensato, nonché luminescenti con un corpo eccitato in modo non uniforme in qualsiasi stato aggregato. Un tipo speciale sono le sorgenti di plasma, la natura della radiazione in cui dipende dai parametri del plasma e dall'intervallo spettrale, e qui la radiazione può essere termica o luminescente.

Le sorgenti termiche di radiazione ottica si distinguono per uno spettro continuo, le loro caratteristiche energetiche obbediscono alle leggi della radiazione termica, dove i parametri principali sono la temperatura e l'emissività di un corpo luminoso.

Con un fattore 1, la radiazione è equivalente alla radiazione di un corpo nero assoluto vicino al Sole con una temperatura di 6000 K. Le fonti di calore artificiale sono riscaldate dalla corrente elettrica o dall'energia di una reazione chimica di combustione.

La fiamma quando brucia una sostanza combustibile gassosa, liquida o solida è caratterizzata da uno spettro continuo di radiazione con una temperatura che raggiunge i 3000 K a causa della presenza di microparticelle di filamenti solidi. Se tali particelle sono assenti, lo spettro sarà a bande o lineare, tipico dei prodotti di combustione gassosi o delle sostanze chimiche introdotte intenzionalmente nella fiamma per l'analisi spettrale.

Progettazione e applicazione di fonti di calore

Gli articoli pirotecnici di segnalazione o illuminazione, come razzi, fuochi d'artificio, ecc., contengono composizioni compresse contenenti sostanze combustibili con un ossidante. Le sorgenti di radiazione infrarossa sono solitamente corpi ceramici o metallici di varie dimensioni e forme che vengono riscaldati da una fiamma o dalla combustione catalitica di gas.

Gli emettitori elettrici dello spettro infrarosso hanno spirali in tungsteno o nicromo, riscaldate facendo passare una corrente attraverso di esse e poste in guaine termoresistenti, oppure realizzate immediatamente sotto forma di spirali, aste, strisce, tubi, ecc. — da metalli refrattari e leghe, o altre composizioni: grafite, ossidi metallici, carburi refrattari. Emettitori di questo tipo sono utilizzati per il riscaldamento degli ambienti, in vari studi e nel trattamento termico industriale dei materiali.

Per la spettroscopia infrarossa vengono utilizzati emettitori di riferimento sotto forma di barre, come Nernst pin e Globar, caratterizzati da una dipendenza stabile dell'emissività dalla temperatura nella parte infrarossa dello spettro.

Le misurazioni metrologiche prevedono lo studio delle emissioni da modelli di corpo nero assoluto in cui l'emissività all'equilibrio dipende dalla temperatura; Tale modello è una cavità riscaldata a temperature fino a 3000 K, realizzata in materiale refrattario di una certa forma con un piccolo ingresso.

Le lampade a incandescenza sono oggi le fonti di calore di radiazione più popolari nello spettro visibile. Sono utilizzati a scopo di illuminazione, segnalazione, in proiettori, proiettori, inoltre fungono da standard in fotometria e pirometria.

Oggi sul mercato ci sono più di 500 dimensioni standard di lampade a incandescenza, che vanno dalle lampade in miniatura a quelle potenti. Il corpo del filamento è solitamente realizzato sotto forma di filamento o spirale di tungsteno ed è racchiuso in un pallone di vetro riempito con un gas inerte o vuoto. La vita utile di una tale lampada di solito termina quando il filamento si brucia.

Le lampade a incandescenza sono alogene, quindi il bulbo viene riempito di xeno con l'aggiunta di iodio o composti volatili di bromo, che forniscono un trasferimento inverso del tungsteno vaporizzato dal bulbo al corpo del filamento. Tali lampade possono durare fino a 2000 ore.

Il filamento di tungsteno è montato qui all'interno di un tubo di quarzo riscaldato per mantenere il ciclo alogeno. Queste lampade funzionano in termografia e xerografia e possono essere trovate praticamente ovunque siano utilizzate le normali lampade a incandescenza.

Nelle lampade a luce elettrica, la sorgente della radiazione ottica è l'elettrodo, o meglio, la regione incandescente del catodo durante una scarica ad arco in una lampada ad argon o all'aperto.

Sorgenti fluorescenti

Nelle sorgenti luminescenti di radiazione ottica, gas o fosfori vengono eccitati dal flusso di fotoni, elettroni o altre particelle o dall'azione diretta di un campo elettrico, che in queste circostanze diventano sorgenti di luce. Lo spettro di emissione e i parametri ottici sono determinati dalle proprietà dei fosfori, nonché dall'energia di eccitazione, dall'intensità del campo elettrico, ecc.

Uno dei tipi più comuni di luminescenza è la fotoluminescenza, in cui lo spettro di radiazione della sorgente primaria diventa visibile.La radiazione ultravioletta della scarica cade sullo strato di fosforo e il fosforo in queste condizioni emette luce visibile e luce quasi ultravioletta.

Le lampade a risparmio energetico sono semplicemente lampade fluorescenti compatte basate su questo effetto. Tale lampada da 20 W fornisce un flusso luminoso pari al flusso luminoso di una lampada a incandescenza da 100 W.

Gli schermi a tubo catodico sono sorgenti catodoluminescenti di radiazione ottica. Lo schermo rivestito di fosforo viene eccitato da un fascio di elettroni che volano verso di esso.

I LED utilizzano il principio dell'elettroluminescenza ad iniezione sui semiconduttori. Queste sorgenti di radiazioni ottiche sono fabbricate come prodotti discreti con elementi ottici. Sono utilizzati per indicazione, segnalazione, illuminazione.

L'emissione ottica durante la radioluminescenza è eccitata dall'azione degli isotopi in decomposizione.

La chemiluminescenza è la conversione in luce dell'energia delle reazioni chimiche (vedi anche tipi di luminescenza).

Lampi di luce negli scintillatori eccitati da particelle veloci, radiazioni transitorie e radiazioni Vavilov-Cherenkov vengono utilizzate per rilevare particelle cariche in movimento.

Plasma

Le sorgenti al plasma di radiazioni ottiche si distinguono per uno spettro lineare o continuo, nonché per le caratteristiche energetiche che dipendono dalla temperatura e dalla pressione del plasma, che si verificano in una scarica elettrica o in un altro metodo di produzione del plasma.

I parametri di radiazione variano in un ampio intervallo, a seconda della potenza in ingresso e della composizione della sostanza (vedi anche lampade a scarica di gas, plasma). I parametri sono limitati da questa potenza e dalla resistenza del materiale. Le sorgenti di plasma pulsato hanno parametri più alti rispetto a quelle continue.