Sources de rayonnement optique
Les sources de rayonnement optique (en d'autres termes, les sources de lumière) sont de nombreux objets naturels, ainsi que des dispositifs créés artificiellement dans lesquels certains types d'énergie sont convertis en énergie un rayonnement électromagnétique avec une longueur d'onde de 10 nm à 1 mm.
Dans la nature, ces sources, que nous connaissons depuis longtemps, sont: le soleil, les étoiles, la foudre, etc. Quant aux sources artificielles, selon le processus qui conduit à l'apparition du rayonnement, qu'il soit forcé ou spontané, il est une possibilité de sélectionner des sources de rayonnement optique cohérentes et incohérentes.
Rayonnement cohérent et incohérent
Laser font référence à des sources de rayonnement optique cohérent. Leur intensité spectrale est très élevée, le rayonnement est caractérisé par un haut degré de directivité, il est caractérisé par une monochromaticité, c'est-à-dire que la longueur d'onde d'un tel rayonnement est constante.
La plupart des sources de rayonnement optique sont des sources incohérentes dont le rayonnement résulte de la superposition d'un grand nombre d'ondes électromagnétiques émises par un groupe de plusieurs émetteurs élémentaires.
Les sources artificielles de rayonnement optique incohérent peuvent être classées selon le type de rayonnement, selon le type d'énergie convertie en rayonnement, selon le mode de conversion de cette énergie en lumière, selon la destination de la source, selon l'appartenance à un certaine partie du spectre (infrarouge, visible ou ultraviolet), selon le type de construction, le mode d'utilisation, etc.
Paramètres de lumière
Le rayonnement optique a ses propres caractéristiques lumineuses ou énergétiques. Les caractéristiques photométriques incluent : le flux radiant, le flux lumineux, l'intensité lumineuse, la luminosité, la luminance, etc. Les sources à spectre continu se distinguent par leur luminosité ou leur température de couleur.
Parfois, il est important de connaître l'éclairement produit par la source, ou une caractéristique non standard, par exemple le flux de photons. Les sources d'impulsions ont une certaine durée et forme d'impulsion d'émission.
L'efficacité lumineuse, ou efficacité spectrale, détermine l'efficacité avec laquelle l'énergie fournie à la source est convertie en lumière. Les caractéristiques techniques, telles que la puissance et l'énergie d'entrée, les dimensions du corps lumineux, la résistance au rayonnement, la répartition de la lumière dans l'espace et la durée de vie, caractérisent les sources artificielles de rayonnement optique.
Les sources de rayonnement optique peuvent être thermiques avec un corps lumineux chauffé à l'équilibre dans un état condensé, ainsi que luminescentes avec un corps excité de manière non uniforme dans n'importe quel état global. Un type spécial sont les sources de plasma, dont la nature du rayonnement dépend des paramètres du plasma et de l'intervalle spectral, et ici le rayonnement peut être thermique ou luminescent.
Les sources thermiques de rayonnement optique se distinguent par un spectre continu, leurs caractéristiques énergétiques obéissent aux lois du rayonnement thermique, où les paramètres principaux sont la température et l'émissivité d'un corps lumineux.
Avec un facteur 1, le rayonnement équivaut au rayonnement d'un corps noir absolu proche du Soleil avec une température de 6000 K. Les sources de chaleur artificielles sont chauffées par le courant électrique ou par l'énergie d'une réaction chimique de combustion.
La flamme lors de la combustion d'une substance combustible gazeuse, liquide ou solide se caractérise par un spectre de rayonnement continu avec une température atteignant 3000 K en raison de la présence de microparticules de filaments solides. Si de telles particules sont absentes, le spectre sera en bandes ou linéaire, typique des produits de combustion gazeux ou des produits chimiques introduits intentionnellement dans la flamme pour l'analyse spectrale.
Conception et application de sources de chaleur
Les pièces pyrotechniques de signalisation ou d'éclairage, telles que fusées, feux d'artifice, etc., contiennent des compositions comprimées contenant des substances combustibles avec un oxydant. Les sources de rayonnement infrarouge sont généralement des corps céramiques ou métalliques de différentes tailles et formes qui sont chauffés par une flamme ou par combustion catalytique de gaz.
Les émetteurs électriques du spectre infrarouge ont des spirales de tungstène ou de nichrome, chauffées par passage d'un courant à travers elles et placées dans des gaines résistantes à la chaleur, ou réalisées immédiatement sous forme de spirales, de tiges, de bandes, de tubes, etc. — à partir de métaux et alliages réfractaires, ou d'autres compositions : graphite, oxydes métalliques, carbures réfractaires. Les émetteurs de ce type sont utilisés pour le chauffage des locaux, dans diverses études et dans le traitement thermique industriel des matériaux.
Pour la spectroscopie infrarouge, des émetteurs de référence sous forme de tiges, tels que Nernst pin et Globar, sont utilisés, caractérisés par une dépendance stable de l'émissivité à la température dans la partie infrarouge du spectre.
Les mesures métrologiques impliquent l'étude des émissions à partir de modèles de corps noirs absolus où l'émissivité à l'équilibre dépend de la température ; Un tel modèle est une cavité chauffée à des températures allant jusqu'à 3000 K, en matériau réfractaire d'une certaine forme avec une petite entrée.
Les lampes à incandescence sont aujourd'hui les sources de chaleur les plus répandues dans le spectre visible. Ils sont utilisés à des fins d'éclairage, de signalisation, dans des projecteurs, des projecteurs, de plus, ils servent d'étalons en photométrie et pyrométrie.
Il existe aujourd'hui plus de 500 tailles standard de lampes à incandescence sur le marché, allant des lampes miniatures aux lampes puissantes. Le corps du filament est généralement réalisé sous la forme d'un filament ou d'une spirale de tungstène et est enfermé dans un flacon en verre rempli d'un gaz inerte ou sous vide. La durée de vie d'une telle lampe se termine généralement lorsque le filament brûle.
Les lampes à incandescence sont halogènes, puis l'ampoule est remplie de xénon avec l'ajout d'iode ou de composés volatils de brome, qui assurent un transfert inverse du tungstène vaporisé de l'ampoule vers le corps du filament. Ces lampes peuvent durer jusqu'à 2000 heures.
Le filament de tungstène est monté ici à l'intérieur d'un tube de quartz chauffé pour maintenir le cycle halogène. Ces lampes fonctionnent en thermographie et en xérographie et peuvent être trouvées presque partout où des lampes à incandescence ordinaires servent.
Dans les lampes à lumière électrique, la source de rayonnement optique est l'électrode, ou plutôt la région incandescente de la cathode lors d'une décharge en arc dans une ampoule à argon ou à l'extérieur.
Sources fluorescentes
Dans les sources luminescentes de rayonnement optique, des gaz ou des luminophores sont excités par le flux de photons, d'électrons ou d'autres particules ou par l'action directe d'un champ électrique, qui deviennent alors des sources de lumière. Le spectre d'émission et les paramètres optiques sont déterminés par les propriétés des luminophores, ainsi que par l'énergie d'excitation, l'intensité du champ électrique, etc.
L'un des types de luminescence les plus courants est la photoluminescence, dans laquelle le spectre de rayonnement de la source primaire devient visible.Le rayonnement ultraviolet de la décharge tombe sur la couche de luminophore, et le luminophore dans ces conditions émet de la lumière visible et de la lumière proche de l'ultraviolet.
Les lampes à économie d'énergie sont simplement des lampes fluorescentes compactes basées sur cet effet. Une telle lampe de 20 W donne un flux lumineux égal au flux lumineux d'une lampe à incandescence de 100 W.
Les écrans à tube cathodique sont des sources cathodoluminescentes de rayonnement optique. L'écran revêtu de phosphore est excité par un faisceau d'électrons volant vers lui.
Les LED utilisent le principe de l'électroluminescence par injection sur les semi-conducteurs. Ces sources de rayonnement optique sont fabriquées sous forme de produits discrets avec des éléments optiques. Ils sont utilisés pour la signalisation, la signalisation, l'éclairage.
L'émission optique pendant la radioluminescence est excitée par l'action des isotopes en décomposition.
La chimioluminescence est la conversion en lumière de l'énergie des réactions chimiques (voir aussi types de luminescence).
Des éclairs de lumière dans des scintillateurs excités par des particules rapides, un rayonnement transitoire et un rayonnement Vavilov-Cherenkov sont utilisés pour détecter les particules chargées en mouvement.
Plasma
Les sources plasma de rayonnement optique se distinguent par un spectre linéaire ou continu, ainsi que par des caractéristiques énergétiques qui dépendent de la température et de la pression du plasma, se produisant dans une décharge électrique ou dans une autre méthode de production de plasma.
Les paramètres de rayonnement varient dans une large gamme, en fonction de la puissance d'entrée et de la composition de la substance (voir aussi lampes à décharge de gaz, plasma). Les paramètres sont limités par cette puissance et la résistance du matériau. Les sources de plasma pulsé ont des paramètres plus élevés que les sources continues.