Источники некогерентного оптического излучения по физической природе можно

Источники некогерентного оптического излучения по физической природе можно разделить на следующие группы [2, 3]: источники теплового излучения, возникающего в результате нагрева твердых тел или сжигания горючего вещества; электролюминесцентные источники излучения, возникающего при прохождении электрического тока через газ или пары металлов; источники смешанного излучения, в которых одновременно происходят электролюминесценция и тепловое излучение. В качестве источников некогерентного ИК-излучения служат электрические излучатели с открытыми телами накала и ИК-излучате-ли с телами накала в стеклянных оболочках [3]. В натриевых и ртутных лампах в качестве источника света используется дуга с горячим катодом, которая зажигается в парах указанных элементов. Мощным импульсным источником некогерентного света является искровой разряд, примером которого может служить вспышка молнии. Создание мощных монохроматических источников света связано с формированием новой области физики - квантовой электроники [6].

Монохромное излучение, Мо нохромати ческое излуче ние (от др. -греч. μόνος — один, χρῶμα — цвет) — электромагнитное излучение, обладающее очень малым разбросом частот, в идеале — одной длиной волны. Монохроматическое излучение формируется в системах, в которых существует только один разрешённый электронный переход из возбуждённого в основное состояние. [править] Источники монохромного излучения На практике используют несколько способов получения монохромного излучения. • призматические системы для выделения потока излучения с заданной степенью монохроматичности • системы на основе дифракционной решетки • лазеры, излучение которых не только высоко монохроматично, но и когерентно • газоразрядные лампы и другие источники света, в которых происходит преимущественно один электронный переход (например, натриевая лампа, в излучении которой преобладает наиболее яркая линия D или Ртутная лампа). Газоразрядные лампы часто используют в сочетании со светофильтрами, выделяющими из линейчатого спектра лампы нужную линию.

Когерентность излучения Излучение некогерентных источников является результатом генерации колебаний огромного множества атомов (ионов, молекул). При этом фаза, частота и амплитуда колебаний, соответствующие излучениям отдельных атомов, хаотически меняются с очень большой скоростью по случайному закону. Каждый атом, ион и молекула излучают независимо друг от друга, и излучение их начинается в различные моменты времени. Излучение обычного источника света более похоже на статистический шум, чем на излучение какой-то определенной частоты. Такое излучение не является когерентным. Колебания некогерентных источников нельзя преобразовать, т. е. нельзя, например, применить частотную или фазовую модуляцию для передачи информации, принципиально нельзя осуществлять супергетеродинный прием таких излучений и т. д. Такие некогерентные излучения годятся лишь для осуществления примитивной световой сигнализации.

Когерентные источники получают, разделив световую волну, идущую от одного источника на две. Опыт Юнга Томас Юнг наблюдал интерференцию от двух источников, прокалывая на малом расстоянии (d ≈ 1 мм) два маленьких отверстия в непрозрачном экране. Отверстия освещались светом от солнца, прошедшим через малое отверстие в другом непрозрачном экране. Интерференционная картина наблюдалась на экране, удаленном на расстоянии L ≈ 1 м от двух источников. Так, впервые в истории, Т. Юнг определил длины световых волн. При использовании лазера в качестве источника света необходимость в экране отпадает.

Некогерентные источники излучения Лампы накаливания. Электрической лампой накаливания (ЭЛН) называется источник излучения, который получают в результате теплового излучения твердого тела, нагретого до высокой температуры проходящим через него электрическим током, при этом твердое тело заключено в стеклянный баллон, заполненный газом. ЭЛН широко применяют как источник света и источники излучения в ближней ИК-области. К достоинствам ЭЛН следует отнести: удобство эксплуатации (период разгорания практически отсутствует, лампу можно включать в сеть без дополнительных устройств); сплошной спектр, обеспечивающий во многих случаях приемлемую цветопередачу; отработанную технологию изготовления ламп в широком диапазоне мощностей; малую стоимость; достаточно высокую надежность. Недостатки ЭЛН: низкая световая отдача (световой КПД осветительных ламп составляет 1– 3%, т. е. ЭЛН являются малоэкономичными источниками света); спектральный состав ЭЛН существенно отличается от спектрального состава солнечного излучения. Особое значение для характеристики ламп накаливания имеет световая отдача, т. е. световой поток, приходящийся на единицу мощности (лм/Вт). Максимальный коэффициент световой отдачи Kи max=683 лм/Вт.

Для изготовления колб применяют специальные марки стекла, например БД-1 и ЗС-5. Стекла должны быть прочными, жаростойкими, иметь постоянный коэффициент линейного расширения и минимальную электропроводность. Все цоколи ламп накаливания подразделяются на резьбовые, штифтовые, фокусирующие дисковые, фокусирующие секторные. Цоколи обеспечивают крепление ламп в патроны и ориентацию нити относительно оси патрона. Если необходимо строго ориентировать нить накала, то используют фокусирующие цоколи. Примеры обозначения цоколей различных конструкций: Р-27 — резьбовой, резьба Ц 27, цоколь диаметром 27 мм; 1 Ш-9 А — одноконтактный, штифтовой, диаметр 9 мм, специальный; 2 Ш-15 А — двухконтактный, штифтовой, диаметр 15 мм, специальный; 1 Ф-Д 30 — одноконтактный, фокусирующий, дисковый, диаметр 30 мм; Р-14 — резьбовой, резьба Ц 14, диаметр 14 мм; 2 Ш-15 — двухконтактный, штифтовой, диаметр 15 мм; 1 Ф-Ш 15 — одноконтактный, фокусирующий, штифтовой, диаметр 15 мм; 1 Ф-С 38 — одноконтактный, фокусирующий, секторный, диаметр 38 мм.

Обозначение ламп имеет следующую структуру: ABCD, где A — буквенное обозначение (ОП — оптическая, ИК — инфракрасная с кремниевым окном); B — напряжение питания, В; C — электрическая мощность, Вт; D — отличие от базовой модели. Светоизмерительные и температурные лампы накаливания применяют для воспроизведения световых единиц и градуировки светоизмерительных приборов. Структура их обозначения: ABCD, где A — буквенное обозначение (СИС — светоизмерительные для измерения силы света; СИП — светоизмерительные для измерения светового потока; СИРШ — светоизмерительные рабочие широкополосные; ТО — температурные образцовые; И — для инфракрасной области спектра; Ш — широкодиапазонные; ПТ — повышенной точности); B — напряжение питания, В; C — номинальный световой поток для ламп СИП, лм; номинальная сила света для ламп СИС, кд; D — отличие от базовой модели.

Галогенные лампы. Галогеная лампа накаливания представляет собой лампу, в колбу которой вводится небольшое количество галогена, обычно йода или брома. Распыленный нитью вольфрам соединяется с галогеном, в результате чего образуется газообразное вещество — галогенид вольфрама. Эта реакция присоединения происходит при температуре 573 K, близкой к температуре колбы. При температуре, близкой к температуре нагретой нити лампы, галогенид вольфрама распадается на галоген и восстановленный фольфрам, который частично оседает на спирали. Такое возвращение распыленного вольфрама на спираль лампы устраняет его напыление на стенки колбы и удлиняет срок службы лампы. Лампы накаливания с галогенным циклом имеют срок службы в два-три раза больший, чем обычные лампы, а при одинаковом сроке службы имеют более высокую световую отдачу и меньшие размеры тела накала. Температуру нити можно довести до 3400 K (Tпл=3600 K). Колбы ламп изготавливают из кварца или тугоплавкого стекла, так как для обеспечения галогенного цикла они должны нагреваться до 573 K. Обозначают галогенные лампы аналогично лампам накаливания для оптических приборов: К — кварцевая; Г — галогенная; Д — дифференциального излучения; К — с концентрированным телом накала; М — малогабаритная; МН — миниатюрная; СМ — самолетная; О — с отогнутыми концами; Т — термоизлучатель.

Штифт Нернста, силитовый излучатель, темные излучатели, трубчатые кварцевые излучатели Для работы в инфракрасной области спектра используют специфические температурные излучатели: штифт Нернста, глобар, темные излучатели и трубчатые кварцевые излучатели. Штифт Нернста изготавливают в виде цилиндра диаметром от 1 до 3 мм и длиной до 30 мм из оксидно-керамической массы, состоящей из окислов циркония и иттрия. К концам цилиндра припаивают электроды из платиновых проволочек. Нагревается штифт проходящим через него током. Поскольку штифт Нернста в холодном состоянии является диэлектриком, то его предварительно разогревают при помощи специальной спирали. Штифт потребляет ток до 1 А при напряжении питания 130– 220 В. Для уменьшения потерь штифт, как правило, помещают в кожух, в котором монтируется окно из материала, прозрачного для заданной области излучения. Температура нагрева штифта Нернста достигает 2000 К. Штифт Нернста является превосходным источником для исследований и опытов в области инфракрасных лучей до 15 мкм. Для него характерны: стабильность работы, отсутствие продуктов сгорания, способных портить аппаратуру, простота использования и интенсивное излучение в рассматриваемой области.

Рис. 8. Излучение лампы Нернста На рисунке справа видно, что при мощностях, соответствующих нормальному режиму работы лампы, при 2 мкм имеет место резко избирательное излучение, а ранее имевшийся второй максимум при 6 мкм исчезает. Очевидно, что с увеличением мощности интенсивность полос 1, 5 — 2 мкм возрастает быстрее, чем интенсивность полосы 6 мкм. В случае еще более значительного потребления энергии максимум при 6 мкм почти совсем исчезает. Это обстоятельство объясняет, почему применение штифта Нернста имеет смысл практически только для получения излучений с длиной волны не свыше 14— 15 мкм.

Глобар - силитовый излучатель представляет собой стержень из карбида кремния, нагреваемый электрическим током. Обычно диаметр глобара 6– 8 мм, а длина — около 250 мм. Однако иногда глобары выполняют длиной до 1 м. Рабочая температура глобаров 1200– 1300 К. Часто глобары покрывают защитным слоем двуокиси тория, что позволяет повысить их рабочую температуру до 2273 К. При температуре 1773 К и выше глобар излучает, как серое тело. Штифт Нернста и глобар применяют для получения ИК-излучения в спектральных приборах. Темные излучатели являются ИК-источниками и представляют собой металлические трубки из жаропрочной (хромо-никелевой) стали с коэффициентом теплового излучения 0, 95. Трубку заполняют керамикой, внутри которой помещают нагреватель. Рабочая температура 1000 К. Средняя мощность излучения около 1 к. Вт на 1 м длины трубки. Трубчатые кварцевые излучатели. ИК-излучатели этого типа устроены следующим образом. На тонкий кварцевый стержень навивают спираль из хромоникелевой стали. На стержень надевают трубку из кварца, которая нагревается спиралью до 1400 К. Срок службы таких ламп достиает 5000 ч. Первая отечественная трубчатая кварцевая лампа была изготовлена в виде трубки из кварцевого стекла диаметром 10 мм, длиной 370 мм с температурой 723 К. Темные и трубчатые кварцевые излучатели используют в качестве нагревательных элементов.

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ РЕГУЛИРОВАНИЮ И МЕТРОЛОГИИ Н А Ц И О Н А Л Ь Н Ы Й С Т А Н Д А Р Т Р О С С И Й С К О Й Ф Е Д Е Р А Ц И И ГОСТ Р 8. 155 Государственная система обеспечения единства измерений ЛАМПЫ ТЕМПЕРАТУРНЫЕ МЕТОДИКА АТТЕСТАЦИИ, ПОВЕРКИ И КАЛИБРОВКИ С О Д Е Р Ж А Н И Е 1 Область применения. . . . . 2 Нормативные ссылки. . . . . 3 Термины и определения. . . . . 4 Операции аттестации, поверки и калибровки. . . . . 5 Средства аттестации, поверки и калибровки. . . . . 6 Условия аттестации, поверки и калибровки. . . . . 7 Подготовка к аттестации, поверке и калибровке. . . . 8 Проведение аттестации, поверки и калибровки. . . . 9 Оформление результатов аттестации, поверки и калибровки. .