积分球(Integrating sphere)又称光通球、光度球,是一个完整的空心球壳。定义:用来进行特定光学测量的具有反射内表面的器件.积分球是一种具有多种用途的光学器件。积分球多由金属材料制成,内壁上涂有白色的高漫反射层(通常为氧化镁或硫酸钡),并且球内壁上的点散射均匀。还有一些积分球是由高反射聚合物材料如 Spectralon材料制成的。光线通过球壁上任一点所产生的光度叠加,形成了多次反射光所产生的光度。通过这种方式,进入积分球的光线经过内壁涂层多次反射,在在内壁形成均匀照度。积分球不仅提高了光源的均匀性,也降低了光源对实验结果的干扰。可变光谱输出太阳光模拟器测试

积分球配置的选择:除了考虑积分球尺寸、内部漫反射涂层以外,积分球配置也是选配积分球系统的关键且*具挑战的参数之一。积分球开口数目和探测器开口数目多少?例如有的积分球设有18个开口端。是否内部配置挡板,如果需要,挡板尺寸多大?挡板防止直接光源的光饱和或损坏探测器,必须尽可能小,以减少阴影。在高发散激光二极管测量中,可以消除挡板,并且探测器移动到靠近入口端口的位置,以消除头一个光热点,并较大限度地减少饱和或损坏光电二极管的可能性。可变光谱输出太阳光模拟器测试积分球与概率论相结合,可以研究随机粒子在球体内的分布规律。

需要注意的是,积分球的灵敏度相对于传统的功率计要低一些。这可能会成为积分球的一个潜在缺点,因为较低的灵敏度可能会影响其对低功率光源的测量准确性。此外,根据NIST可追溯的标准进行校准也是优化积分球测量性能的重要步骤。通过校准,可以确保积分球的衰减特性和测量结果具有可比较性和可重复性,从而提高测量的准确性和可靠性。积分球的应用:积分球被普遍应用于照明光源和激光器的光功率测量,以及发光二极管(led)的光谱和光谱功率密度测量。也用于测量样品的反射率和透射率。此外积分球还可以用来产生均匀的光场来校准遥感相机。
大多数球体由轻质铝制成,但也有使用其他材料,如钢、塑料和玻璃纤维。“很难使球体在物理上均匀,而这是产生均匀的光分布的关键,”佛罗里达州奥兰多市光电子实验室的亚历克斯·方说。铝也是连接两半或四分之一球体并管理密封/接缝*简单的材料。“人们曾尝试过只粉刷一个大房间作为积分球,但铝是迄今为止非常好的材料。此外,明确您要测量单位(功率W,辐照度W/m2,或光通量流明),以及积分球的几何形状,无论是全积分球4π立体角还是半积分球2π(见图3)。“一个完整的积分球可以测量所有方向发射的设备(4π立体角),也可以测量只向前发射的设备(2π),”Weitzman说。“半积分球通常只用于2π测量。”积分球的设计巧妙,通过多次反射使光线混合均匀。

积分球的基本工作原理:光线由输入孔入射后,在积分球内部被均匀地反射及漫射,并在球面上形成均匀的光强分布,输出孔所得到的光线为非常均匀的漫射光束。而且入射光的入射角度、空间分布、以及极性都不会对输出的光束强度和均匀度造成影响。同时因为光线经过积分球内部的均匀分布后才射出,因此积分球也可当作一个光强衰减器,输出强度与输入强度比大约为:光输出孔面积/积分球内部的表面积。对于积分球内壁上的辐亮度必须考虑多次反射与开口处通量损失。若以传播距离不同偏轴半径光强度与同距离时轴心点所接收的光强度的比值表示纵坐标,以光积分球出口的垂直距离为横坐标。可以看出积分球出射的光斑随着距离的增加而均匀,首先是偏轴半径的光强与中心光强相差的增大,然后随着距离越来越大,光斑又趋于均匀。积分球作为光学测量工具,广泛应用于光源均匀性检测。D55光源太阳光模拟器应用
积分球与高斯定律相结合,揭示了电磁场中球对称问题的解。可变光谱输出太阳光模拟器测试
高精度智能化可见/近红外积分球辐射定标装置是用于航空相机和光学遥感仪器地面辐射定标的重要设备。由于在光谱辐射定标过程中,被测光学仪器透射或反射特性的不均匀造成测量光束内光能分布不均匀,但经过与积分球内探测器结合后,积分球多次漫射后可均匀化。因此,该定标设备不但可以实现可见/近红外工作波段内的光学仪器辐射定标,且在光学仪器定标过程中无人为干扰,可以获得更高精度的辐射定标结果,还可以实现对积分球出射口的亮度值的智能化自动调节。可变光谱输出太阳光模拟器测试