積分球看起來(lái)很簡(jiǎn)單:該光學(xué)設(shè)備包括一個(gè)中空的球形腔體，內(nèi)部涂有特殊的高反射朗伯涂層，用于均勻散射和漫射入射光。積分球設(shè)有入口和出口。

通過(guò)變換積分球的配置，如光源、配件、開(kāi)口等可實(shí)現(xiàn)不同的應(yīng)用。

積分球的工作原理是什么？

積分球類似于擴(kuò)散器，保留更多的光線信息，包括光的顏色、強(qiáng)度等，忽略了空間信息。積分球的內(nèi)表面是高朗伯特性漫反射材料，這種材料能夠?qū)⑷肷涞墓饩€以相同的強(qiáng)度反射到各個(gè)方向，從而使得光線在球內(nèi)經(jīng)過(guò)多次反射和散射后，能夠均勻地分布，減少光線原始方向的影響。

什么時(shí)候用到積分球？

通常，當(dāng)光被發(fā)射、反射或透射時(shí)，人們想要捕捉到盡可能多的光，就會(huì)使用積分球。對(duì)于漫反射，透射率和散射測(cè)量光譜(如濁度)，積分球是非常好的選擇。積分球也用于測(cè)量總光通量和總光譜輻射。

什么時(shí)候選用積分球而不是光譜儀或功率計(jì)?

與傳統(tǒng)的功率計(jì)相比，積分球具有幾個(gè)主要優(yōu)勢(shì)。一種是獨(dú)立于空間和角度信息的均勻響應(yīng)。球體不關(guān)心光源的角度輪廓和空間分布，只關(guān)心輸入功率。”這對(duì)于有角發(fā)散的二極管或光纖的測(cè)量很有用，因?yàn)榻前l(fā)散會(huì)影響功率測(cè)量的質(zhì)量。

另一方面如果你想要光束輪廓和角度信息，那么就使用光束輪廓儀或角度計(jì)。根據(jù)定義，積分球通常會(huì)抹去這些空間信息。”

積分球的第二個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是它的衰減特性。具體來(lái)說(shuō)，積分球可以被視為一個(gè)均勻衰減器，這意味著它能夠?qū)⑷肷涞墓饩€以相同的比例進(jìn)行衰減或減弱。

這種特性使得積分球在功率測(cè)量方面具有一些優(yōu)勢(shì)。首先，傳統(tǒng)的功率計(jì)可能會(huì)被光源的功率水平損壞，而積分球則可以避免這種情況，因?yàn)樗鼘?duì)所有光線進(jìn)行均勻衰減，不會(huì)對(duì)任何特定光線產(chǎn)生過(guò)大的壓力。

然而，需要注意的是，積分球的靈敏度相對(duì)于傳統(tǒng)的功率計(jì)要低一些。這可能會(huì)成為積分球的一個(gè)潛在缺點(diǎn)，因?yàn)檩^低的靈敏度可能會(huì)影響其對(duì)低功率光源的測(cè)量準(zhǔn)確性。

積分球的應(yīng)用

積分球被廣泛應(yīng)用于照明光源和激光器的光功率測(cè)量，以及發(fā)光二極管(led)的光譜和光譜功率密度測(cè)量。也用于測(cè)量樣品的反射率和透射率。此外積分球還可以用來(lái)產(chǎn)生均勻的光場(chǎng)來(lái)校準(zhǔn)遙感相機(jī)。

積分球根據(jù)應(yīng)用可分為四個(gè)基本類別:均勻光源、燈具或光源測(cè)量、反射率和透射率測(cè)量以及激光功率測(cè)量。確實(shí)，每個(gè)應(yīng)用類別都有其特定的需求和挑戰(zhàn)，需要我們以細(xì)微的方式調(diào)整和優(yōu)化積分球以提供更佳的性能。

積分球在許多領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，其中常見(jiàn)的兩種應(yīng)用是作為測(cè)量燈具總通量的測(cè)量工具和作為校準(zhǔn)其他儀器的均勻光源。在這些應(yīng)用中，積分球的用途特別廣泛，能夠集成來(lái)自狹窄準(zhǔn)直光束的光源，如激光，或來(lái)自全向光源，如白熾燈泡或熒光燈。

積分球尺寸選擇

積分球也可根據(jù)積分球尺寸大小和內(nèi)部涂層進(jìn)行分類。積分球內(nèi)徑尺寸1mm-3m可選，積分球的大小取決于實(shí)際應(yīng)用需求。例如小的積分球可以很好的集成到其他設(shè)備中。

在快脈沖激光功率測(cè)量的情況下，使用小型積分球和探測(cè)器確實(shí)可以確保檢測(cè)上升時(shí)間不會(huì)受到不利影響。這是因?yàn)樾⌒头e分球的內(nèi)部表面通常由高反射材料制成，能夠?qū)⑷肷涔庥行У厣⑸浜头瓷?，從而提高了光的收集效率?/p>

對(duì)于非常大的多向光源，如高壓鈉燈或長(zhǎng)熒光燈管，由于這些光源的尺寸較大，可能需要直徑大于1米的積分球來(lái)安裝并將燈置于球體內(nèi)。這樣做的好處是可以更好地適應(yīng)這些大光源，并減少因光源尺寸過(guò)大而對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生的影響。

如果積分球被用作光源以提供大而均勻的出光面，那么也可能需要大直徑的積分球。這是因?yàn)樵谶@種情況下，積分球的尺寸將直接影響到光的散射和反射效果，以及光場(chǎng)的均勻性。為了達(dá)到理想的測(cè)量效果，需要根據(jù)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景選擇合適的積分球直徑。

大多數(shù)球體由輕質(zhì)鋁制成，但也有使用其他材料，如鋼、塑料和玻璃纖維。很難使球體在物理上均勻，而這是產(chǎn)生均勻的光分布的關(guān)鍵。

涂層

在選擇積分球時(shí)，漫反射涂層的選擇非常重要，漫反射涂層或材料的反射率——越高越好。

漫反射涂料噴涂方式通常包括噴霧式或粉末式。積分球內(nèi)部噴涂哪種漫反射涂層，取決于系統(tǒng)使用環(huán)境，以及使用積分球測(cè)試的波段范圍。

針對(duì)極端條件或者小積分球，燒結(jié)聚四氟乙烯(PTFE或Teflon)提供非常好的性能。

典型的硫酸鋇涂層，盡管也可在近紫外和紅外使用，但主要用于可見(jiàn)光波段范圍。

鍍金漫反射涂層主要應(yīng)用于NIR-MIR波段范圍。

配置

除了考慮積分球尺寸、內(nèi)部漫反射涂層以外，積分球配置也是選配積分球系統(tǒng)的關(guān)鍵且具挑戰(zhàn)的參數(shù)之一。

積分球開(kāi)口數(shù)目和探測(cè)器開(kāi)口數(shù)目多少？例如有的積分球設(shè)有10個(gè)開(kāi)口端。

是否內(nèi)部配置擋板，如果需要，擋板尺寸多大？

擋板防止直接光源的光飽和或損壞探測(cè)器，必須盡可能小，以減少陰影。在高發(fā)散激光二極管測(cè)量中，可以消除擋板，并且探測(cè)器移動(dòng)到靠近入口端口的位置，以消除第一個(gè)光熱點(diǎn)，并最大限度地減少飽和或損壞光電二極管的可能性。