Intégrer les principaux fondamentaux et applications de la sphère

La sphère d'intégration est une sphère ayant un revêtement réfléchissant à l'intérieur. Il est utilisé comme équipement de test de lumière au plomb. En règle générale, on placerait une source lumineuse à l'intérieur pour mesurer le flux de sortie global de la source.
Tous les faisceaux émis par l'objet sont rassemblés après avoir été réfléchis sur le revêtement réfléchissant interne de la sphère. Nommée en raison de la façon dont elle intègre la sortie de lumière mesurée d'une source, une sphère d'intégration tire son nom de sa fonction.
Lors de la mesure du flux ou de l'atténuation de la lumière, une sphère d'intégration capte le rayonnement électromagnétique provenant de l'extérieur de l'appareil optique. Lorsqu'un rayonnement est injecté dans une sphère d'intégration, il entre en collision avec les parois réfléchissantes et est diffusé plusieurs fois.
Le rayonnement est réparti de manière très égale sur les parois de la sphère après avoir été réfléchi plusieurs fois. Le détecteur peut facilement quantifier le niveau de rayonnement intégré résultant, qui est proportionnel à la dose de rayonnement d'origine.
Les lectures optiques, photométriques et radiométriques sont toutes possibles à l'aide d'une sphère d'intégration. En raison de sa forme sphérique, une sphère intégrante peut plus facilement collecter la lumière et l'incorporer à son intérieur. Dans un sphère d'intégration (IS-*MA**C), le revêtement intérieur est composé de divers matériaux sélectionnés pour leur capacité à absorber la lumière sur un large spectre. En règle générale, l’or est utilisé pour la gamme infrarouge, tandis que le téflon est utilisé pour les gammes ultraviolette et visible.

Diamètres de sphère
Les ports utilitaires plus petits et le coût inférieur par unité de débit sont un compromis inévitable pour les dispositifs sphériques de plus petit diamètre et de moindre coût. Selon l'intensité de la lumière, le débit peut être si important que des filtres spéciaux ou des connexions à fibre optique sont nécessaires pour éviter la saturation du détecteur. La fraction de port est grande, cependant, dans les plus petites sphères.
Par conséquent, la précision des mesures obtenues à partir d'une application utilisant une petite sphère d'intégration sera inférieure à celle obtenue à partir de la même application utilisant une grande sphère d'intégration.
La plus grande sphère d'intégration introduit plus de bruit car elle a un débit inférieur à celui des sphères plus petites et une atténuation optique accrue. Ces balles ont plus d'adaptabilité mais ont un coût de production plus élevé.

Matériaux de sphère
Les sphères d'intégration GPS sont constituées de deux moitiés d'aluminium recouvertes de sulfate de baryum et sont tout à fait abordables. Un couvercle de bride anodisé fixé avec des vis relie les moitiés. Bien que sa réflectance hémisphérique diminue de manière significative aux longueurs d'onde au-delà de 1850 nm, le sulfate de baryum a une plage spectrale effective de 350 nm à 2400 nm.
Cette forme de sphère convient à la plupart des applications de mesure de rayonnement en termes de spectres visible et proche infrarouge.
Le placage électrochimique est utilisé pour créer une fine couche uniforme de métal doré diffus afin d'obtenir sa haute réflectivité dans la plage de 0.7 à 20 m du spectre proche infrarouge et infrarouge. La surface plane extérieure et les cadres d'orifice des sphères d'or sont recouverts d'or de la même manière que les sphères de sulfate de baryum.
En tant que cible laser infrarouge, un GPS en or fonctionne assez bien. Contrairement à un revêtement de sulfate de baryum, qui peut perdre ses propriétés réfléchissantes à des températures supérieures à 100 degrés Celsius, l'or diffus conserve ses propriétés d'origine même lorsqu'il est chauffé.
Concernant la réflectance diffuse, le matériau PTFE excelle, avec une réflectance de plus de 99% entre 400 nm et 1500 nm. Cela couvre toute la gamme spectrale 250-2500 nm. En ce qui concerne les lasers, la haute réflectivité du PTFE n'est pas idéale, mais sa stabilité à la température en fait un bon choix. Un autre avantage clé des billes en PTFE est leur fiabilité : le matériau ne se décompose pas avec le temps et peut être désinfecté sans perdre sa résistance structurelle.
L'épaisseur de 7 mm du matériau réfléchissant le long de la paroi intérieure de la sphère fait un PTFE sphère d'intégration (IS-*MA**C) facilement identifiable via un port sphère. La chambre sphérique intérieure d'un GPS en PTFE est formée de deux hémisphères usinés qui sont réunis et maintenus ensemble par un boîtier en aluminium. En raison de la nécessité d'usinage et d'assemblage, une sphère en PTFE est plus coûteuse qu'un GPS au sulfate de baryum.
Différentes tailles de billes de PTFE sont disponibles en raison des différentes épaisseurs de paroi. Le débit optique d'un GPS PTFE est élevé en raison de sa réflectivité et de sa diffusivité élevées ; cela signifie qu'il faut faire plus attention lors du choix des accessoires et des accessoires de port.

Tailles et emplacements des ports de sphère
Lors du choix d'une sphère d'intégration, il est essentiel de tenir compte de la taille et de la position des ports. Un port de sphère améliore l'utilité d'une sphère intégratrice mais au détriment de la cohérence de l'éclairage interne.
La fraction portuaire d'un GPS est la totalité de la zone portuaire divisée par la taille de la paroi intérieure. La précision des performances d'une sphère peut être quantifiée à l'aide de la métrique de fraction de port. Pour des performances optimales, utilisez une sphère d'intégration à faible fraction de port plutôt qu'une avec une fraction de port élevée.
Une utilisation incorrecte de l'un des ports d'une sphère d'intégration entraînera des lectures erronées à tous les niveaux. Vous pouvez savoir où se trouvent les ports grâce à leurs coordonnées : 0, 90, 180 et le pôle Nord. La coque hémisphérique extérieure d'une sphère est usinée avec des ouvertures à des angles de 90 degrés. La taille et le nombre de ports sur un appareil GPS déterminent ses dimensions globales.
Au cours de la phase de conception initiale du GPS, les objectifs prévus de chaque port sont établis. Différents ports ont des objectifs différents. Les sphères d'intégration de la série GPS peuvent être utilisées pour une grande variété de mesures de sources lumineuses et uniformes. Il est possible d'évaluer la réflectance diffuse et la transmission à l'aide de sphères d'intégration à 4 ports.
Entre les ports 0 et 90 degrés de toutes les unités GPS se trouve un déflecteur. Ce déflecteur est conçu pour empêcher le rayonnement direct à 0 degré d'entrer dans un détecteur placé dans le port à 90 degrés. Les erreurs dans la mesure du flux lumineux ou radiant total sont principalement attribuables au rayonnement qui emprunte une voie directe.
Pour les récepteurs GPS utilisant du sulfate de baryum et de l'or diffus, le déflecteur est constitué d'une plaque d'aluminium recouverte du matériau de réflexion approprié, puis fixée à l'enveloppe extérieure de la sphère. Une sphère en PTFE a un déflecteur fabriqué à partir du même matériau.
La sphère d'intégration l'application détermine qui utiliser le port GPS pour quoi. Dans certains cas, la sensibilité d'entrée optique d'un port dépend de l'application. Certains composants optiques ne seront jamais compatibles avec certains ports. Bien que n'importe quel arrangement de port puisse fournir des résultats passables, il existe certaines situations où l'un est préférable à l'autre.

Accessoires portuaires
Pour fixer un appareil aux ports d'une sphère d'intégration, un cadre de port en aluminium est installé dans chacun d'eux. Les bouchons de port, les réducteurs de port, les réducteurs de cadre de port et les adaptateurs de port à fibre optique sont tous des accessoires de port qui permettent à la sphère d'intégration d'assumer les responsabilités spécifiées de l'utilisateur.
À l'aide de ces accessoires, il peut transformer une seule sphère polyvalente en une sphère d'intégration de source uniforme, de mesure de la lumière, de mesure de la réflectance ou de mesure de la puissance laser.
La pratique standard recouvre l'accessoire avec le même matériau réfléchissant que la sphère. Mais il ne peut pas avoir tous les luminaires dans tous les matériaux réfléchissants. Par exemple, le matériau PTFE ne peut être usiné que dans des bouchons d'orifice en raison de cette restriction. Les outils nécessaires au montage sont fournis.

Mesure de puissance de faisceau laser collimaté
La puissance du faisceau laser collimaté peut être mesurée facilement, indépendamment de la polarisation ou de l'alignement du faisceau. Le point chaud est créé au niveau du port 0 degré car le faisceau pénètre dans la sphère à 180 degrés.
La mesure de la puissance du faisceau intégrée dans l'espace est rendue possible car le déflecteur empêche le rayonnement direct du point chaud d'atteindre le détecteur lorsqu'il est positionné au port à 90 degrés. Le port nord peut être utilisé comme capteur de lumière pour mesurer la longueur d'onde. Sphère d'intégration détecteurs du type proposé par LISUN sont calibrés en usine.

Mesure de puissance de source lumineuse divergente
Des faisceaux divergents provenant de diodes laser, de LED à lentille et de lampes à lentille peuvent être mesurés à l'aide d'une sphère d'intégration et d'un système de détecteur calibré pour une puissance lumineuse de valeur absolue. Vous n'aurez pas à vous soucier des effets du remplissage excessif du détecteur sur vos lectures.
Le détecteur ne peut pas voir l'ouverture d'émission du laser ou sa région d'éclairage direct grâce au déflecteur entre l'entrée et le port du détecteur. Le port nord peut être utilisé comme capteur de lumière pour mesurer la longueur d'onde.
Lors de l'utilisation d'une sphère d'intégration, la quantité de flux qu'elle peut mesurer est toujours négligeable par rapport à la quantité de flux réellement présente. La sphère d'intégration est bien adaptée pour mesurer la puissance lumineuse de sortie des lasers haute puissance en raison de sa capacité à tenir compte de l'atténuation produite par la lumière réfléchie plusieurs fois avant d'atteindre le détecteur.

Mesure de la puissance de sortie de la fibre optique
Lors de la mesure de la sortie des fibres optiques, une sphère d'intégration est également fortement recommandée. Comme la sortie habituelle d'une fibre optique diverge régulièrement, la tache de réflexion initiale sur le côté opposé de la source n'est pas fortement concentrée.
Par conséquent, l'utilisation du faisceau collimaté ou du faisceau divergent est généralement acceptable. Cependant, lorsque le NA est élevé, la structure de faisceau divergente est préférée dans le cas d'une fibre à lentille. La configuration du faisceau collimaté est suggérée lorsqu'un collimateur à fibre est utilisé.

Mesure de transmission
Un 4 ports sphère d'intégration (IS-*MA**C) est utilisé pour recueillir le rayonnement transmis à partir d'un échantillon conservé dans le port 0 degré, permettant ainsi de calculer la transmission. L'échantillon est exposé à un rayonnement et les résultats sont comparés à ceux obtenus à partir d'une mesure à partir d'une source externe directe.
Le détecteur est protégé de la transmission non intégrée par un déflecteur, et le composant non brisé est récupéré à l'aide d'un piège à lumière fixé au port à 180 degrés. Il est également possible de mesurer la fluorescence, la diffusion globale, la diffusion vers l'avant et la diffusion inverse en plus de la diffusion intégrée totale. Le capteur est fixé à l'entrée à 90°.

Mesure de réflectance
Un faisceau incident entre par le port à 180 degrés tandis que l'échantillon repose dans le port à 0 degré, ce qui permet de mesurer la réflectance. La capacité de la sphère à intégrer spatialement le rayonnement réfléchi permet sa mesure par un détecteur déconcerté. Il peut éliminer la composante spéculaire du rayonnement réfléchi en utilisant le porte-échantillon à incidence normale, qui redirige le faisceau spéculaire hors du port d'entrée.
La réflectance "spéculaire plus diffuse" peut être mesurée à l'aide d'un porte-échantillon incliné à 8 degrés d'incidence. La réflectance d'un échantillon peut être déterminée par rapport à un étalon de référence en mesurant les deux et en divisant les résultats par la plus grande des deux valeurs.
Cela peut éviter les erreurs causées par la réflectivité de l'échantillon si l'échantillon et l'étalon ont une réflectance comparable. Il peut supprimer cette possibilité d'imprécision de mesure en utilisant un système à double faisceau. Le capteur peut être vu sur l'entrée à 90 degrés.

Sphère de source de lumière uniforme
Il peut utiliser la sphère pour créer une source de lumière rugueuse et uniforme en faisant entrer la lumière de l'extérieur de la sphère. Tout ce dont vous avez besoin pour cette configuration est un éclairage, un détecteur et un wattmètre ou un radiomètre. Une sphère à trois ports est préférable à une sphère à quatre ports car la prise de port dans le quatrième port inutilisé peut créer des incohérences dans la sortie.
Le détecteur est positionné au pôle nord géographique, tandis que la source lumineuse est reliée au port à 90 degrés. La grande sortie à zéro degré fournit un champ lumineux constant.
Le détecteur radiomètre ou wattmètre donne une lecture fiable de la luminosité de la sphère. La sortie changera en fonction de la lecture de puissance si le détecteur n'est pas complètement saturé.

LISUN Intégration de sphères
Rentable et flexible, LISUNLes sphères d'intégration à usage général de peuvent être installées dans un grand nombre de configurations pour répondre à un large éventail de besoins. L'un est le sphère d'intégration, à l'aide de la grande variété d'accessoires disponibles, qui peuvent exécuter de manière fiable plusieurs fonctions de sphère d'intégration, notamment fournir un éclairage uniforme, mesurer la lumière et déterminer la réflectance.
L'intégration de la mesure de la lumière sphérique et de la caractérisation de la lumière est facilitée par LISUN sphères, qui sont idéales pour les utilisateurs qui n'ont pas besoin d'homogénéité exacte ou de mesures précises.

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