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光学仪器对光源特性有什么要求?光学仪器的光源怎么选择?

对光学仪器而言,光源是一个很重要的照明元件,它对仪器的测量精度具有直接的影响。因此,合理的设计和选用光源是保证仪器精度和布局的一个重要因素。那么,光学仪器对光源特性有什么要求?光学仪器的光源怎么选择?本文为大家做了介绍,对此感兴趣的朋友可以了解一下!

光源仪器光源选择

光学仪器对光源特性要求:

1.光源的光谱能量分布特性

光源的光谱能量分布首先应满足仪器使用上的要求。例如在干涉仪中,光源的波长是仪器的计量标准,因此其单色性应能满足测量精度及测量范围的要求。在非相干照明中,光源的光谱分布应与接收器的光谱响应相匹配,这不仅是节省能量的问题,而且还是提高检测信号的信噪比的重要措施。因信号加载于光源的峰值波长上,故若接收器的峰值灵敏波长与光源匹配得很好,则在其他波长上出现“噪声”后引起的响应是很小的。在目视仪器中,视场的背景最好是适宜人眼的黄绿色,而将有害的红外辐射(它可能引起仪器的热变形)用滤色片滤去。若仪器中有几个不同的接收器共用一个光源,则光源的光谱分布要能兼顾各接收器的响应。

热辐射光源辐射出连续光谱,其能量分布在较宽的波长范围内,如钨丝灯泡。某些气体放电光源,其辐射能量集中在几条狭窄的谱线上,如各种气体激光器,因此常用作单色光源。低压汞灯的线状光谱,也适于作单色光源。当气体压力增高后,其光谱分布就介于线状光谱与连续光谱之间。

2.光源的光度特性

在精密测量中,被测对像一般都不是发光体,所以必须进行人工照明,使被测物体达到一定的照度。在以光电元件为接收器的仪器中,被测物体光照强有利于提高信噪比及后继电路的处理;而在目视仪器中,视场应有足够的照度,这在大屏幕投影测量系统中问题较为突出。例如按规定投影屏上的照度应达到10~30lx,为此要采用高亮度的光源。当投影屏很大时,甚至要采用1000W的灯泡。此时光源光强的极坐标分布也是一个重要的参数,它决定了灯丝使用的方向及聚光系统的孔径角。总之,应根据使用要求及接收器的性能来考虑对光源的光强要求。


光学仪器的光源选择原则:

在光学仪器中,光源是一个很重要的照明元件。合理的设计和选用光源是保证仪器精度和布局的一个重要因素,在研制新型光学仪器,改装或维修现有仪器时,对光源的选择要考虑下列几个方面。

1.光谱能量分布特性

不同的光源,其光谱能量的分布也不同,在选择光源时必须考虑仪器的用途,它应该和接收器相匹配。例如,彩色照相为了使色彩还原,应该采用光色丰富的光源——日光、强光、白炽灯、氙灯等。在干涉仪器中,为了使相干长度大一些、条纹清楚些,氦氖激光器是理想的光源。对电子工业上应用的光刻胶,因其对紫外线较敏感,应采用高压汞灯。光谱仪器则采用各种光谱灯。对目视光学仪器,采用类似日光的光源或黄绿色光(加滤光片获得)是合适的。对某些光敏元件,由于它敏感的波长范围在红光或红外,此时可采用白炽灯或相应的半导体灯。对室内照明要求较高的场合,应选择色表和显色性均较好的光源,例如氙灯。

2.灯丝的形状

灯丝大致有点、线、面三种形状。对光束要求平行性较好时,常用点光源。这对计量光学仪器尤应注意,如投影仪的光源应该尽量采用点光源以提高测量精度。对计量长光栅可采用点光源或线光源。

3.灯泡的形状和尺寸

灯泡的形状和尺寸常常对仪器的外形有很大的影响。在设计时按像面照度和要求算得所需的光通量后即可按需要选择灯泡,由于不同种类的灯泡其外形和尺寸也不同,此时必须综合考虑各种因素来进行选择。

4.灯泡的寿命

不同型号及不同种类的灯泡其寿命也不同,设计时应综合考虑各种条件,以选择寿命长一些的为宜。

5.使用条件及经济性

某些光源,例如氙灯虽然在光强、色表和显色性方面均较好,但它的电源及冷却设备比较复杂,价格也较贵,选择时就应考虑这些因素。对新设计的仪器,应采用国产并且市场上容易买到的各种灯泡,以便容易更换。

6.更换灯泡注意事项

为了保证仪器在正常条件下工作,更换灯泡时应尽量采用原型号灯泡。若无原型号灯泡,则要先保证灯泡灯丝形状,灯泡在仪器中的位置、光强等条件,再考虑灯口、电源等。

此外,在选用光源时还应考虑光源的供电系统复杂与否、是否需要人工冷却、使用寿命、更换方便程度以及价格等因素。

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