Fontes de radiação óptica

Fontes de radiação óptica (em outras palavras, fontes de luz) são muitos objetos naturais, bem como dispositivos criados artificialmente nos quais certos tipos de energia são convertidos em energia radiação eletromagnética com um comprimento de onda de 10 nm a 1 mm.

Na natureza, tais fontes, que há muito nos são conhecidas, são: o sol, as estrelas, os raios, etc. Quanto às fontes artificiais, dependendo do processo que leva ao aparecimento da radiação, seja forçada ou espontânea, é uma possibilidade de selecionar fontes coerentes e incoerentes de radiação óptica.

Radiação coerente e incoerente

lasers referem-se a fontes de radiação óptica coerente. Sua intensidade espectral é muito alta, a radiação é caracterizada por um alto grau de direcionalidade, é caracterizada pela monocromaticidade, ou seja, o comprimento de onda dessa radiação é constante.

A maioria das fontes de radiação óptica são fontes incoerentes, cuja radiação é o resultado da superposição de um grande número de ondas eletromagnéticas emitidas por um grupo de muitos emissores elementares.

As fontes artificiais de radiação óptica incoerente podem ser classificadas de acordo com o tipo de radiação, de acordo com o tipo de energia convertida em radiação, de acordo com o método de conversão dessa energia em luz, de acordo com a finalidade da fonte, de acordo com a pertença a um determinada parte do espectro (infravermelho, visível ou ultravioleta), dependendo do tipo de construção, modo de utilização, etc.

Parâmetros de luz

A radiação óptica tem suas próprias características de luz ou energia. As características fotométricas incluem: fluxo radiante, fluxo luminoso, intensidade da luz, brilho, luminância, etc. Fontes de espectro contínuo são diferenciadas por seu brilho ou temperatura de cor.

Às vezes é importante conhecer a iluminação produzida pela fonte, ou alguma característica fora do padrão, por exemplo, fluxo de fótons. As fontes de pulso têm uma certa duração e forma do pulso emissor.

A eficiência luminosa, ou eficiência espectral, determina a eficiência com que a energia fornecida à fonte é convertida em luz. Características técnicas, como potência e energia de entrada, dimensões do corpo luminoso, resistência à radiação, distribuição da luz no espaço e vida útil, caracterizam as fontes artificiais de radiação óptica.

As fontes de radiação óptica podem ser térmicas com um corpo luminoso aquecido em equilíbrio em um estado condensado, bem como luminescentes com um corpo não uniformemente excitado em qualquer estado agregado. Um tipo especial são as fontes de plasma, cuja natureza da radiação depende dos parâmetros do plasma e do intervalo espectral, e aqui a radiação pode ser térmica ou luminescente.

As fontes térmicas de radiação óptica distinguem-se por um espectro contínuo, as suas características energéticas obedecem às leis da radiação térmica, onde os principais parâmetros são a temperatura e a emissividade de um corpo luminoso.

Com um fator de 1, a radiação é equivalente à radiação de um corpo negro absoluto próximo ao Sol com uma temperatura de 6000 K. As fontes de calor artificiais são aquecidas por corrente elétrica ou pela energia de uma reação química de combustão.

A chama ao queimar uma substância combustível gasosa, líquida ou sólida é caracterizada por um espectro contínuo de radiação com temperatura chegando a 3000 K devido à presença de micropartículas de filamentos sólidos. Se tais partículas estiverem ausentes, o espectro será em faixas ou linear, típico de produtos de combustão gasosa ou produtos químicos intencionalmente introduzidos na chama para análise espectral.

Projeto e aplicação de fontes de calor

Pirotecnia de sinalização ou iluminação, como foguetes, fogos de artifício, etc., contêm composições comprimidas contendo substâncias combustíveis com um oxidante. As fontes de radiação infravermelha são geralmente corpos cerâmicos ou metálicos de vários tamanhos e formas que são aquecidos por uma chama ou por combustão catalítica de gás.

Os emissores elétricos do espectro infravermelho possuem espirais de tungstênio ou nicromo, aquecidas pela passagem de uma corrente através delas e colocadas em bainhas resistentes ao calor, ou imediatamente feitas na forma de espirais, hastes, tiras, tubos, etc. — de metais e ligas refratárias, ou outras composições: grafite, óxidos metálicos, carbonetos refratários. Emissores deste tipo são utilizados para aquecimento de ambientes, em diversos estudos e no tratamento térmico industrial de materiais.

Para a espectroscopia de infravermelho, são utilizados emissores de referência na forma de hastes, como Nernst pin e Globar, caracterizados por uma dependência estável da emissividade da temperatura na parte infravermelha do espectro.

As medições metrológicas envolvem o estudo de emissões de modelos de corpo negro absoluto onde a emissividade de equilíbrio depende da temperatura; Esse modelo é uma cavidade aquecida a temperaturas de até 3.000 K, feita de material refratário de determinado formato com uma pequena entrada.

As lâmpadas incandescentes são as fontes de calor mais populares de radiação no espectro visível hoje. São utilizados para fins de iluminação, sinalização, em projetores, projetores, além disso, atuam como padrões em fotometria e pirometria.

Existem mais de 500 tamanhos padrão de lâmpadas incandescentes no mercado hoje, variando de miniaturas a poderosas lâmpadas de holofote. O corpo do filamento é geralmente feito na forma de um filamento de tungstênio ou espiral e é colocado em um frasco de vidro cheio de gás inerte ou vácuo. A vida útil dessa lâmpada geralmente termina quando o filamento queima.

As lâmpadas incandescentes são de halogênio, então a lâmpada é preenchida com xenônio com a adição de iodo ou compostos voláteis de bromo, que fornecem uma transferência reversa de tungstênio vaporizado da lâmpada - de volta para o corpo do filamento. Essas lâmpadas podem durar até 2.000 horas.

O filamento de tungstênio é montado aqui dentro de um tubo de quartzo aquecido para manter o ciclo do halogênio. Essas lâmpadas funcionam em termografia e xerografia e podem ser encontradas em quase todos os lugares que servem lâmpadas incandescentes comuns.

Nas lâmpadas de luz elétrica, a fonte de radiação óptica é o eletrodo, ou melhor, a região incandescente do cátodo durante uma descarga de arco em uma lâmpada preenchida com argônio ou ao ar livre.

fontes fluorescentes

Nas fontes luminescentes de radiação óptica, gases ou fósforos são excitados pelo fluxo de fótons, elétrons ou outras partículas ou pela ação direta de um campo elétrico, que nessas circunstâncias se tornam fontes de luz. O espectro de emissão e os parâmetros ópticos são determinados pelas propriedades dos fósforos, bem como pela energia de excitação, força do campo elétrico, etc.

Um dos tipos mais comuns de luminescência é a fotoluminescência, na qual o espectro de radiação da fonte primária se torna visível.A radiação ultravioleta da descarga incide sobre a camada de fósforo, e o fósforo nessas condições emite luz visível e quase ultravioleta.

As lâmpadas economizadoras de energia são simplesmente lâmpadas fluorescentes compactas baseadas neste efeito. Essa lâmpada de 20 W fornece um fluxo luminoso igual ao fluxo luminoso de uma lâmpada incandescente de 100 W.

Telas de tubos de raios catódicos são fontes catodoluminescentes de radiação óptica. A tela revestida de fósforo é excitada por um feixe de elétrons voando em sua direção.

Os LEDs usam o princípio da eletroluminescência de injeção em semicondutores. Essas fontes de radiação óptica são fabricadas como produtos discretos com elementos ópticos. Eles são usados ​​para indicação, sinalização, iluminação.

A emissão óptica durante a radioluminescência é excitada pela ação de isótopos em decomposição.

A quimioluminescência é a conversão em luz da energia das reações químicas (ver também tipos de luminescência).

Flashes de luz em cintiladores excitados por partículas rápidas, radiação transiente e radiação Vavilov-Cherenkov são usados ​​para detectar partículas carregadas em movimento.

Plasma

As fontes plasmáticas de radiação óptica distinguem-se por um espectro linear ou contínuo, bem como por características energéticas que dependem da temperatura e da pressão do plasma, ocorrendo numa descarga elétrica ou noutro método de produção de plasma.

Os parâmetros de radiação variam em uma ampla faixa, dependendo da potência de entrada e da composição da substância (ver também lâmpadas de descarga de gás, plasma). Os parâmetros são limitados por esta potência e resistência do material. As fontes de plasma pulsado têm parâmetros mais elevados do que as contínuas.