白光源 white light sources

2022-10-21 13:13:21 浏览:237

定义

具有非常宽的光带宽的光源。白光源通常被理解为产生白光的光源,即人眼具有白色感知的光。

下面介绍了一些典型类型的白光源:

  • 白炽灯(例如,卤钨灯)自然地发出具有平滑且非常宽的光谱的光。它们制造成本低廉且易于处理,但发光效率相当有限。寿命也往往不尽如人意。
  • 某些类型的气体放电灯,特别是高压弧光灯和闪光灯,例如氙气灯,可以产生明亮的白光。金属卤化物灯在辐射度和发光效率方面具有特别高的性能。设备寿命差异很大,具体取决于灯的类型及其工作条件。
  • 荧光灯或其他一些气体放电灯的光谱也可以看起来是白色的,但有时更有条理。这种白光源通常具有较低的显色指数。
  • 严格意义上的发光二极管(LED)不能产生白光,但有基于LED的白光发射器(通常称为白光LED),它们大多包含一个蓝色(基于GaN)的LED和一个荧光粉,它吸收部分蓝光并在较长的波长下发出荧光,因此整体颜色印象是白色的。也可以结合辐射,例如发射红光、绿光和蓝光的LED的辐射。
  • 激光不适合直接产生白光。然而,有基于激光的RGB源,通过混合它们的红色,绿色和蓝色输出,可以获得强烈的白光。

各种CIE标准光源可作为不同类型白光光谱的标准参考。

白光源的基本特性

白光源的以下特性对于应用通常特别重要:

  • 对于照明等应用,白色光源的色温(指示其色调)是一个重要参数。
  • 显色指数 (CRI) 用于衡量当物体被该光照亮时,颜色的判断效果。
  • 关于能源效率,发光效率是一个重要参数。请注意,有效实现的能源效率也在很大程度上取决于光发射的方向性。例如,基于LED的解决方案的节能质量通常在很大程度上来自其定向发射,从而更容易将光发送到需要的地方。
  • 由于其宽的光带宽,任何白光源的时间相干性必然较低。
  • 许多白光源的空间相干性也很低,因此很难对光进行紧密聚焦,并且辐射度也相应较低。例如,这适用于具有大发光体积的长弧灯。对于照明等应用,低辐射度通常没有问题,但对于投影显示器等应用则不可接受。使用高功率密度(高强度放电灯)操作的短弧灯可以实现更高的辐射度。
  • 大多数白光源连续运行,其他一些用于脉冲发射 - 特别是闪光灯。

我们感兴趣的特性可能是工作寿命,快速切换能力,辐射通量的恒定性(低强度噪声,弱老化,弱温度依赖性),光谱形状和色调的恒定性,以及没有可能干扰的紫外线。

白光源的应用

各种照明应用(室内和室外)需要许多白光源,其中通常需要在很长一段时间内产生大量的光通量。因此,主要由发光效率决定的能源效率尤为重要。

在照明的背景下,还有各种其他应用,通常以或多或少的局部方式 - 例如,阅读灯,投影显示器,机器视觉和显微镜照明。

脉冲白光源可用于摄影,频闪仪和一些科学应用。

此外,白光源在光谱学、比色法、法医调查和太阳能电池测试等科学和技术领域也有特殊应用。

其他宽带光源

在某些情况下,术语白光源用于不真正产生白色印象的光源,而只是产生具有宽光学带宽的光。其中一些甚至不在可见光谱范围内发射,而另一些则覆盖从红外线到紫外线的某个地方。某些应用,如白光干涉测量,实际上并不需要白色印象,而只需要大带宽。其他应用示例包括光学元件的表征和光谱学。

虽然大多数白光源的空间相干性较差,但也有具有高空间相干性的宽带光源,有时甚至以单一空间模式(例如光纤)提供整个光功率。这允许将辐射聚焦到非常小的斑点。这些光源可以是不同类型的超发光光源,例如基于稀土掺杂光纤的超发光二极管或ASE光源。

对于特别高的带宽,有时甚至超过倍频程跨度,可以使用基于强非线性相互作用的超连续源,例如在光纤中。最广泛用于这些的是光子晶体光纤。输入光可以以超短脉冲、纳秒脉冲或连续形式提供。

对于某些应用,指定为全宽半最大值的光带宽很重要,而频谱中的弱尾部则无关紧要。在其他情况下,重要的是在很宽的范围内至少具有一定水平的功率光谱密度,即使光谱通量在该范围内变化很大。

光学器件

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