Integración de esfera

Una esfera que se Integra (también conocido como una esfera de Ulbricht) es un componente óptico que consiste en una cavidad esférica hueco con su interior cubierto de una capa reflexiva blanca difusa, de pinchazos para puertos de la salida y entrada. Su propiedad relevante es un uniforme efecto que se dispersa o se difunde. El incidente de rayos ligero en cualquier punto en la superficie interior es, por reflexiones múltiples que se dispersan, distribuidas igualmente a todos otros puntos. Los efectos de la dirección original de la luz se minimizan. Pueden pensar de una esfera que se integra como un difusor que conserva el poder, pero destruye la información espacial. Típicamente se usa con alguna fuente de la luz y un detector para la medida de poder óptica.

La teoría de una caja cúbica que colecciona la luz fue descrita por W. E. Sumpner en 1892. La realización práctica de la esfera que se integra era debida de trabajar por R. Ulbricht (1849-1923) publicado en 1900. Se ha hecho un instrumento estándar en la fotometría y radiometry. Tiene la ventaja a un goniophotometer para medir la luz producida por una fuente que el poder total se puede obtener en una medida sola.

Aplicaciones

La luz dispersada por el interior de la esfera que se integra regularmente se distribuye por todos los ángulos. La esfera que se integra se usa en medidas ópticas. El poder total (el flujo) de una fuente de la luz se puede medir sin la inexactitud causada por las características direccionales de la fuente. La reflexión y la absorción de muestras se pueden estudiar. La esfera crea una fuente de la radiación de la referencia que puede ser usada para proporcionar un estándar fotométrico.

Las esferas que se integran se usan para una variedad de medidas ópticas, fotométricas o radiometric. Son usados para medir la luz total irradiada en todas las direcciones de una lámpara. Una esfera que se integra puede ser usada para medir reflectance difuso de superficies, proporcionando un promedio sobre todos los ángulos de iluminación y observación. Una esfera que se integra puede ser usada para crear una fuente de la luz con el uniforme de intensidad aparente sobre todas las posiciones dentro de su abertura circular, e independiente de la dirección excepto la función del coseno inherente para difundir idealmente superficies radiantes (superficies de Lambertian).

Ya que todo el incidente ligero en el puerto de la entrada se colecciona, un detector relacionado con una esfera que se integra puede medir exactamente la suma de todo el incidente de la luz difusa en una pequeña abertura circular. El poder total de un rayo láser se puede medir, libre de los efectos de forma de la viga, dirección de incidente y posición de incidente.

Materiales

Las propiedades ópticas del forro de la esfera enormemente afectan su exactitud. Las capas diferentes se deben usar en longitudes de onda visibles, infrarrojas y ultravioletas. Las fuentes de la iluminación de alta potencia pueden calentar o dañar la capa, por tanto una esfera que se integra se tasará para un nivel máximo del poder de incidente. Varios materiales de la capa se usan. Los experimentadores tempranos usaron un depósito de óxido de magnesio. El sulfato de bario tiene reflectance útilmente llano sobre el espectro visible. El oro sutilmente depositado se usa para medidas infrarrojas. Varios compuestos de PTFE patentados también se usan para medidas ligeras visibles.

La teoría de la esfera que se integra asume un uniforme dentro de la superficie. Los puertos para detectores y fuentes deben ser pequeños, menos aproximadamente del 5% de la área de superficie de la esfera, para las asunciones teóricas para ser válidos. Los puertos no usados en esferas comercialmente construidas pueden tener la correspondencia a enchufes arreglados, con la superficie interior del enchufe cubierto del mismo material que el resto de la esfera. Una confusión se puede insertar en la esfera de modo que el camino directo de la luz de una fuente a un detector se bloquee, ya que esta luz tendrá la distribución no uniforme.

Véase también

Diario americano de Física 74 (6), junio de 2006, pp537-541



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