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行业新闻

辐射功率法


原理分析
辐射的光视效能(K)定义为光通量?v与相应的辐射通量?c之比[1],即

K=?v?c
(8)
对于单色辐射,明视觉条件下K(λ)的最大值用Km表示,Km=683lm?W?1(λm=555nm),对于其他波长则有:

K(λ)=KmV(λ)
(9)
因此,在明视觉、特定波长λ下的光通量为:

?v=K(λ)??c=KmV(λ)??c=683?V(λ)??c
(10)
通过以上分析,如果知道某一光源在特定方向上的辐射功率,通过查阅V(λ)函数表得到相应波长下的V(λ)值,就能得到相应的光通量值。本文采用单色波长的稳定激光光源,光斑直径不大于光通量计积分球的开孔孔径,使得激光完全入射到积分球内。

在光学平台上进行实验。通过调节光路,使激光光源中心与激光功率计探头中心、积分球开孔中心在同一水平线上对齐,注意激光进入积分球开孔时避免直接打到挡板上,让激光有一定角度倾斜进入球体。调节激光功率至合适的功率值,用标准激光功率计测量此时的激光功率值[11-12, 15],通过式10,计算出标准光通量值。将相同功率的激光光源对被测光通量计进行测量,光通量计显示值即为测量值。
实验分析
由于人眼对不同波长光的相对光谱光视效率不同,不同波长光的辐射功率相等时,其光通量并不相等。我们分别采用532 nm和660 nm波长的激光光源进行实验。通过查阅V(λ)函数表,得到532 nm波长对应的V(λ)值为0.885,660 nm波长对应的V(λ)值为0.061。所用激光光源的光斑直径为5 mm,激光功率标准值为2.5 mW。实验结果见表2所示。
由实验结果可以看出,相同辐射功率、不同波长的光源光通量是不同的,这是由于不同波长的光谱光视效率V(λ)不同导致的。不同开孔孔径得到的实验结果不同,经分析,开孔孔径在5 mm时,与激光光斑直径相当,会造成一小部分光没有入射到积分球里面,因此测得的光通量会偏小,所以得到的修正系数会偏大。而开孔过大,孔径在24 mm时,入射的光经过积分球的漫反射,其中的一小部分会通过开孔反射出来,造成测得的光通量偏小,所以最后得到的修正系数也会偏大。在相同的开孔孔径情况下,不同光源测量对于最后得到的修正系数影响不大,这是由于考虑了光谱光视效率V(λ)的影响。用辐射功率法测量时,建议在5 mm、8 mm、10 mm中选择大于激光光斑直径的开孔尺寸。
结论
通过两种光通量计校准方法的实验结果分析,在积分球相同的开孔孔径条件下,两种方法得到的实验结果具有较好的一致性。开孔孔径相对较大的情况下,得到的实验结果会存在一定的偏差,这是由于部分光从积分球反射出来导致的,根据实际情况选用合适的孔径测量非常重要。采用辐射功率法测量时,注意所用激光光源的光斑直径要小于开孔孔径,让光能够完全入射到积分球里面。本文给出了此类仪器采用不同方法测量时,开孔尺寸的选择建议,为此类仪器的准确测量提供参考。