教您如何选择合适的光源？

如何选择合适的光源？

光源主要分为：热辐射光源，例如，太阳、白炽灯；气体放电光源，例如，碳精灯、水银灯、荧光灯等。激光器是一种新型光源，具有发射方向集中、亮度高、相干性优越和单色性好等特点。

选择合适的光源，首先要确定使用的波长范围。卓立汉光可以提供氘灯，溴钨灯、氙灯及红外光源等多种光源，各种光源涵盖的波长范围如下图所示：

在选择光源之前，几个问题您必须首先确定？

我需要的波长范围是多少？如果您知道这个问题的答案,您通常可以缩小选择范围。

光源的关键性能指标——光谱范围

选择光源时，特别是在光谱应用中，光谱范围是第一考虑因素。同时，需要特别注意的是，要选择的光源，尽可能要在需要的光谱范围内具有更高的光输出效率，在不需要的光谱范围内具有更低的光输出效率，因为不需要的那部分光谱会引起杂散光的问题。

另外，如果是做透射、反射/吸收光谱，需要特别注意的是，必须选择在测量范围内光谱曲线平滑的光谱。比如，在做800-1100nm光谱范围内的反射光谱时，单就光谱范围而言，有氙灯（200-2500nm）和溴钨灯（300-2500nm）符合要求，但从实际测量角度来看，由于氙灯在这个范围内具有较多的尖锐的光谱峰，会造成测量的不准确，因而要选择谱线平滑的溴钨灯来进行测量。

辐射功率如何计算输出功率

通常选择光源功率时需要考虑实际使用条件下的辐射功率，这里不仅有输出功率的因素，同时还有发光区域大小、收光效率等等方面的影响。比如，在不考虑收光效率等因素的影响条件下，比较75W氙灯和150W氙灯的在相同的空间位置上能够产生的辐射功率，75W氙灯是150W氙灯的2.7倍，这是由于虽然前者的输出功率只有后者的一半，但后者的发光区域（弧光）是前者的8.8倍，因而在相同空间位置上的功率密度反而小。

因此在选择光源时，不仅要考虑光源输出功率，还要考虑其它因素。特别是光斑大小引起的辐射功率密度的影响，通常我们可以通过选择适当的收光系统来提高光的收集效率。

光谱辐射度的单位通常是：Wm-3Sr-1nm-1， 或者Wm-2nm-1，差异的部分实际是收光的立体角度，它与收光系统（如透镜）的相对孔径数对应，被称为收光系数。

举例：在收光系数为0.05的150W氙灯光源系统中，计算400-600nm范围能够得到的光谱辐射功率。从光谱辐射度曲线中可以查到这个区间内的光谱辐射度大约是15 mWm-2nm-1，收光系数为0.05，光谱带宽为200nm，由于使用了背反射镜结构提升了60%光使用效率，所以总的输出光辐射功率大约是15×0.05×200（1+60%）=240mW。

另外，从光谱辐射度曲线可以看出，对于同一类型的光源，功率不同的时候，光谱辐射度差异并不大，所以，在光谱系统中不能单纯通过提高光源的功率的方式来提高信号的强度，还需要综合考虑光源收集效率的问题。在经过优化的光源收集系统中，往往可以采用较小功耗的光源取代高功耗的光源。

输出总功率

在大多数辐射区域面积较大的应用中，输出总功率更为重要。

发光区域尺寸和形状

对光源发光区域的尺寸和形状进行选择，是为了得到与目标区域更匹配的光斑形状，从而提高光源的实际使用效率。比如，长条形的光斑更适合于光谱仪的狭缝设计。

光源均匀性和稳定性

对于某些光学测量，需要用到较高的空间均匀性和时间稳定性，这时就需要进行特殊的光学设计和电源设计。比如太阳能电池的特性测量等。

通常来说，溴钨灯的光源稳定性要优于氙灯等弧光放电类型的光源。

根据国际相关标准规定，约1000W/m2（@AM1.5G滤光片）的光功率密度被称为一个太阳常数。

太阳光模拟器的不同级别对应的光谱匹配度、时间稳定性和光斑均匀性如下表所示（根据IEC060904-9):

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