מקורות לקרינה אופטית

מקורות קרינה אופטית (במילים אחרות, מקורות אור) הם חפצים טבעיים רבים, כמו גם מכשירים שנוצרו באופן מלאכותי שבהם סוגים מסוימים של אנרגיה מומרים לאנרגיה קרינה אלקטרומגנטית עם אורך גל של 10 ננומטר עד 1 מ"מ.

בטבע, מקורות כאלה, המוכרים לנו זה מכבר, הם: השמש, כוכבים, ברק וכו'. באשר למקורות מלאכותיים, תלוי באיזה תהליך מוביל להופעת קרינה, בין אם היא מאולצת או ספונטנית, זה אפשרות לבחירת מקורות קוהרנטיים ובלתי קוהרנטיים של קרינה אופטית.

קרינה קוהרנטית ובלתי קוהרנטית

לייזרים מתייחסים למקורות של קרינה אופטית קוהרנטית. העוצמה הספקטרלית שלהם גבוהה מאוד, הקרינה מאופיינת בדרגה גבוהה של כיווניות, היא מאופיינת במונוכרומטיות, כלומר, אורך הגל של קרינה כזו קבוע.

רוב מקורות הקרינה האופטית הם מקורות לא קוהרנטיים, שקרינתם היא תוצאה של סופרפוזיציה של מספר רב של גלים אלקטרומגנטיים הנפלטים על ידי קבוצה של פולטים יסודיים רבים.

ניתן לסווג מקורות מלאכותיים של קרינה לא קוהרנטית אופטית לפי סוג הקרינה, לפי סוג האנרגיה המומרת לקרינה, לפי שיטת המרת אנרגיה זו לאור, לפי מטרת המקור, לפי השתייכות ל- חלק מסוים של הספקטרום (אינפרא אדום, גלוי או אולטרה סגול), תלוי בסוג הבנייה, אופן השימוש וכו'.

פרמטרים של אור

לקרינה אופטית יש מאפייני אור או אנרגיה משלה. מאפיינים פוטומטריים כוללים: שטף קרינה, שטף אור, עוצמת אור, בהירות, בהירות וכו'. מקורות ספקטרום רציפים נבדלים על ידי הבהירות או טמפרטורת הצבע שלהם.

לפעמים חשוב לדעת את ההארה שמפיק המקור, או מאפיין לא סטנדרטי כלשהו, ​​למשל שטף פוטון. למקורות הדופק יש משך וצורה מסוימים של הדופק הפולט.

יעילות אור, או יעילות ספקטרלית, קובעת באיזו יעילות האנרגיה הנמסרת למקור מומרת לאור. מאפיינים טכניים, כגון כוח כניסה ואנרגיה, ממדי הגוף הזוהר, עמידות לקרינה, חלוקת האור בחלל וחיי שירות, מאפיינים את המקורות המלאכותיים של קרינה אופטית.

מקורות של קרינה אופטית יכולים להיות תרמית עם גוף זוהר מחומם בשיווי משקל במצב מעובה, כמו גם זוהר עם גוף נרגש לא אחיד בכל מצב מצטבר. סוג מיוחד הם מקורות פלזמה, שאופי הקרינה בהם תלוי בפרמטרים של הפלזמה ובמרווח הספקטרלי, וכאן הקרינה יכולה להיות תרמית או זוהרת.

מקורות תרמיים של קרינה אופטית נבדלים על ידי ספקטרום רציף, מאפייני האנרגיה שלהם מצייתים לחוקי הקרינה התרמית, כאשר הפרמטרים העיקריים הם הטמפרטורה והפליטה של ​​גוף זוהר.

עם גורם של 1, הקרינה שווה ערך לקרינה של גוף שחור מוחלט ליד השמש עם טמפרטורה של 6000 K. מקורות חום מלאכותיים מחוממים על ידי זרם חשמלי או על ידי אנרגיה של תגובת בעירה כימית.

הלהבה בעת שריפת חומר בעירה גזי, נוזלי או מוצק מאופיינת בספקטרום רציף של קרינה בטמפרטורה שמגיעה ל-3000 K עקב נוכחותם של חלקיקי נימה מוצקים. אם חלקיקים כאלה נעדרים, הספקטרום יהיה פסי או ליניארי, אופייני למוצרי בעירה גזים או כימיקלים המוכנסים בכוונה ללהבה לצורך ניתוח ספקטרלי.

תכנון ויישום מקורות חום

פירוטכניקת איתות או תאורה, כמו רקטות, זיקוקים וכו', מכילות קומפוזיציות דחוסות המכילות חומרים דליקים עם חומר מחמצן. מקורות לקרינה אינפרא אדומה הם בדרך כלל גופי קרמיקה או מתכת בגדלים וצורות שונות אשר מחוממים על ידי להבה או על ידי בעירה קטליטית של גז.

לפולטים חשמליים של הספקטרום האינפרא אדום יש ספירלות טונגסטן או ניקרום, מחוממות על ידי העברת זרם דרכם ומוצבות במעטפות עמידות בחום, או עשויות מיד בצורה של ספירלות, מוטות, רצועות, צינורות וכו'. - ממתכות וסגסוגות עקשן, או מהרכבים אחרים: גרפיט, תחמוצות מתכות, קרבידים עקשניים. פולטים מסוג זה משמשים לחימום חלל, במחקרים שונים ובטיפול בחום תעשייתי בחומרים.

עבור ספקטרוסקופיה אינפרא אדום, נעשה שימוש בפולטות ייחוס בצורת מוטות, כגון סיכת Nernst ו-Globar, המאופיינים בתלות יציבה של פליטות בטמפרטורה בחלק האינפרא אדום של הספקטרום.

מדידות מטרולוגיות כוללות מחקר של פליטות ממודלים של גוף שחור מוחלט כאשר פליטת שיווי המשקל תלויה בטמפרטורה; מודל כזה הוא חלל מחומם לטמפרטורות של עד 3000 K, עשוי מחומר עקשן של צורה מסוימת עם כניסה קטנה.

מנורות ליבון הן מקורות החום הפופולריים ביותר של קרינה בספקטרום הנראה כיום. הם משמשים למטרת תאורה, איתות, במקרנים, מקרנים, בנוסף, הם פועלים כסטנדרטים בפוטומטריה ופירומטריה.

ישנם יותר מ-500 גדלים סטנדרטיים של מנורות ליבון בשוק כיום, החל מנורות מיניאטוריות ועד מנורות זרקור חזקות. גוף החוט עשוי בדרך כלל בצורה של חוט טונגסטן או ספירלה והוא סגור בבקבוק זכוכית מלא בגז אינרטי או ואקום. חיי השירות של מנורה כזו מסתיימים בדרך כלל כאשר החוט נשרף.

מנורות ליבון הן הלוגן, ואז הנורה מלאה בקסנון בתוספת של יוד או תרכובות ברום נדיפות, המספקות העברה הפוכה של טונגסטן אידוי מהנורה - בחזרה לגוף הנימה. מנורות כאלה יכולות להחזיק מעמד עד 2000 שעות.

חוט הטונגסטן מותקן כאן בתוך צינור קוורץ מחומם כדי לשמור על מחזור ההלוגן. מנורות אלו פועלות בתרמוגרפיה ובקסרוגרפיה וניתן למצוא אותן כמעט בכל מקום שמשרתות מנורות ליבון רגילות.

במנורות אור חשמלי, מקור הקרינה האופטית הוא האלקטרודה, או ליתר דיוק, אזור הליבון של הקתודה במהלך פריקת קשת בנורת מנורה מלאה בארגון או בחוץ.

מקורות פלורסנטים

במקורות זוהרים של קרינה אופטית, גזים או זרחנים נרגשים על ידי זרימת פוטונים, אלקטרונים או חלקיקים אחרים או על ידי פעולה ישירה של שדה חשמלי, אשר בנסיבות אלו הופכים למקורות אור. ספקטרום הפליטה והפרמטרים האופטיים נקבעים על ידי תכונות הזרחנים, כמו גם על ידי אנרגיית העירור, חוזק השדה החשמלי וכו'.

אחד מסוגי ההארה הנפוצים ביותר הוא פוטו-לומינצנציה, בה נראית ספקטרום הקרינה של המקור הראשוני.הקרינה האולטרה-סגולה של הפריקה נופלת על שכבת הזרחן, והזרחן בתנאים אלו פולט אור נראה וקרוב לאור אולטרה-סגול.

מנורות חיסכון באנרגיה הן פשוט מנורות פלורסנט קומפקטיות המבוססות על אפקט זה. מנורת 20 W כזו נותנת שטף אור השווה לשטף האור של מנורת ליבון 100 W.

מסכי צינורות קתודית הם מקורות קתודו-לומינסצנטים לקרינה אופטית. המסך המצופה בזרחן נרגש על ידי אלומת אלקטרונים שעפה לעברו.

נוריות נוריות משתמשות בעקרון של אלקטרולומיננסנציה בהזרקה על מוליכים למחצה. מקורות קרינה אופטיים אלה מיוצרים כמוצרים בדידים עם אלמנטים אופטיים. הם משמשים עבור חיווי, איתות, תאורה.

פליטה אופטית במהלך רדיולומינסנציה מתרגשת על ידי פעולתם של איזוטופים מתכלים.

כימילומינסנציה היא המרה לאור של אנרגיה של תגובות כימיות (ראה גם סוגי הארה).

הבזקי אור בנצצנצים הנרגשים מחלקיקים מהירים, קרינה חולפת וקרינת Vavilov-Cherenkov משמשים לזיהוי חלקיקים טעונים נעים.

פְּלַסמָה

מקורות פלזמה של קרינה אופטית נבדלים על ידי ספקטרום ליניארי או רציף, כמו גם מאפייני אנרגיה התלויים בטמפרטורה ובלחץ של הפלזמה, המתרחשים בפריקה חשמלית או בשיטה אחרת לייצור פלזמה.

פרמטרי הקרינה משתנים בטווח רחב, בהתאם להספק המבוא ולהרכב החומר (ראה גם מנורות פריקת גז, פְּלַסמָה). הפרמטרים מוגבלים על ידי כוח זה והתנגדות החומר. למקורות פלזמה פועם יש פרמטרים גבוהים יותר מאשר רציפים.