根据积分球的应用,积分球种类可以分为测激光功率积分球、反射率积分球、透光率积分球、荧光量子效率积分球、测水质分析积分球、均匀光源积分球等,根据材料和工艺又可分为喷涂积分球、发泡积分球、镀金积分球等等。积分球又称为光通球,光度球,是一个中空的完整的内壁涂有白色漫反射材料的开腔球体,球壳内壁上开有几个窗孔,用于进光孔和安放光接收器等。积分球内壁上涂有漫反射材料,也就是漫反射材料接近于1的材料,使得球内壁可见光的光谱范围内的光谱反射比都在99%以上。积分球作为光学测量工具,广泛应用于光源均匀性检测。亮度Helios标准光源
积分球是一个内壁涂有白色漫反射材料的空腔球体,又称光度球,光通球等。 球壁上开一个或几个窗孔,用作进光孔和放置光接收器件的接收孔。积分球的内壁应是良好的球面,通常要求它相对于理想球面的偏差应不大于内径的0.2%。球内壁上涂以理想的漫反射材料,也就是漫反射系数接近于1的材料。常用的材料是氧化镁或硫酸钡,将它和胶质粘合剂混合均匀后,喷涂在内壁上。氧化镁涂层在可见光谱范围内的光谱反射比都在99%以上,这样,进入积分球的光经过内壁涂层多次反射,在内壁上形成均匀照度。试验均匀光源供应商在量子力学中,积分球帮助描述粒子在球对称势能中的运动状态。
将待测样品置于球壁或球心,把光束引入球内,并依次照射样品和球内壁的高漫反射涂层(或已知反射比的标准反射体),从样品及球内壁反射的光束,经球内多次反射后,在球壁产生的辐射照度与样品及球内初次被照面的反射比有关。在球内壁另一位置的探测器将分别产生两个输出信号,其比值即为样品反射比的一定测量。若用标准反射体,则探测器的两个输出信号比就是样品与标准反射体的反射比之比值,因此给出反射比的相对测量。将待测样品置于球壁或球心,把光束引入球内(或在入射孔处放一漫透射体),并在入射孔与样品之间用挡板屏蔽。进入球内的光束经多次反射后,使球壁成为一个理想的漫射光源。将探测器一次对准样品和球壁某部位测量,其比值就是样品的反射比。
测量与光束空间性质无关的光功率的积分球。常用的积分球结构测色仪有 d/8结构和 d/0结构。d/8结构色度仪有两种测量模式 SCI和 SCE;(详见此处),利用 SCI进行颜色测量可以有效地消除物体表面纹理对颜色测量的影响,从而获得物体的真实色彩特征。除了测量的目的,积分球还可以均匀照射一个装置。这在测试数字成像装置时非常重要(例如CCD阵列)。理想情况下,在积分球内表面的涂层在需要的波长范围内都具有很高的反射率,并且反射为漫反射。如果积分球和小端口处的光学损耗很小,多次反射会导致在积分球内部具有很高的光强,从而具有很高的光学效率,即使积分球比光源和探测器的尺寸都大。积分球内的光源经过处理,可以模拟不同的光照条件。
在光学领域,积分球堪称神奇的存在。看似普通的球体,却隐藏着无穷的奥秘。它的名字就预示着它的神奇功能——将光线“积分”起来。那么,这个神奇的积分球究竟是如何做到的呢?想象一下光线进入积分球后的情景,就像进入了一个迷宫。光线在积分球内壁不断反射,经过精密的设计和计算,确保光线在多次反射后均匀地散布在球体内。无论从哪个角度观察,都能得到一致的光强分布。这就像小时候玩的弹珠游戏,弹珠在平滑的球体内滚动,不断反射,较终分散到各个角落。光线在积分球内的行为与之类似,经过不断的反射和折射,达到均匀分布的效果。球坐标系下,积分球体积元素的推导,展现了数学的严谨与美妙。C光源均匀光源高光谱成像
积分球的内壁材料能够将光线均匀地反射到球内各个方向,实现光的均匀分布。亮度Helios标准光源
激光功率测量,积分球很容易捕获或者集成近准直光源例如激光光束或者高度分散的光源(例如激光二极管或VCSEL)。由于积分球独特几何结构,激光束功率测量不受激光束偏振及校准的影响。在不影响探测器信号的情况下,该系统可使用开放端口,或可安装激光二极管模块或缩孔器的光纤适配器。 (图5)。可以添加额外的端口来执行并行光谱表征,使其成为可靠的激光二极管寿命测试的理想设备。成像和非成像校准用均匀光源,积分球是一种近乎完美的创造均匀光源的方法。辐射度是离开光源或辐射面的每个立体角的通量密度。辐照度是落在表面上的通量密度,在表面的平面上测量。积分球光源的输出孔径在设计正确的情况下,可以产生接近完美的多光谱漫射光源和朗伯光源,与视角无关(图6)。亮度Helios标准光源