积分球是一种内壁涂有白色漫反射材料的反射材料,又称光度球、光通球等。在球壁上打开一个或多个窗孔,用作进光孔和放置光接收器件的接收孔。积分球的内壁应为良好的球面,通常要求其偏差不大于理想球面内径的0.2%。球内壁涂有理想的漫反射材料,即漫反射系数接近1的材料。紫外线可见漫反射光谱的测试方法是积分球法。如图4所示,光源发出的光通过内壁涂有Mgo(或BaSO4.Mgco等)的积分球进入样品,收集样品表面的反射光,然后投射到接收器(光电倍增管或光电池),产生电信号,用波长函数记录在记录仪上,成为光谱曲线。一般可以在紫外线可见分光光度计上装配积分球附件来测量紫外线可见漫反射光谱。积分球的工作原理基于光线在球体内的多次反射,较终实现均匀的光强分布。可变光谱输出太阳光模拟器传感器

为获得较高的测量准确度,积分球的开孔比应尽可能小。开孔比定义为积分球开孔处的球面积与整个球内壁面积之比。基本释义integrating sphere:具有高反射性内表面的空心球体。用来对处于球内或放在球外并靠近某个窗口处的试样对光的散射或发射进行收集的一种高效率器件。球上的小窗口可以让光进入并与检测器靠得较近。积分球又称为光通球,是一个中空的完整球壳。内壁涂白色漫反射层,且球内壁各点漫射均匀。光源S在球壁上任意一点B上产生的光照度是由多次反射光产生的光照度叠加而成的。Spectra-UT 超可调光谱均匀光源高光谱成像积分球是光学实验室的主要设备之一,普遍应用于科研、工业和质检领域。

影响空间均匀性的关键因素及优化:理想情况下的均匀性近乎完美,但实际应用中会受到多种因素干扰:端口开孔:较小化总面积: 所有端口面积总和应尽可能小(通常要求 < 5% 球体内表面积)。这是较重要的设计原则。优化端口位置: 避免端口直对(如光源口不直对探测口或样品口),利用挡板阻挡直接光路。端口内壁处理: 端口内壁应延伸一定深度并涂覆与主球相同的涂层,使其也具备朗伯反射特性,减少“黑洞”效应。问题: 端口(光源口、样品口、探测口、观察口、挡板支撑口等)破坏了球壁的连续性和反射特性,是吸收光的“黑洞”,也是光可能直接逸出的地方。
样品本身:问题: 样品会吸收光(反射率<100%),且其放置会遮挡部分球壁。高吸收性或大尺寸样品会明显破坏球内光场平衡。优化: 使用尽可能小的样品,选择低吸收性的背衬或样品杯。测量时需用已知反射率的标准板(如>99%的PTFE)进行校准以补偿样品引入的扰动。球体尺寸:大球: 端口/挡板/样品等对球内总表面积的相对占比更小,对均匀性的相对扰动更小,均匀性更好。但信号较弱(光通量密度低)。小球: 信号强,但端口等附件的影响更明显,均匀性相对较差。支撑结构与内部物体:任何伸入球腔内部的物体(样品架、支架、线缆)都会吸收和散射光,破坏均匀性。优化: 设计极简支撑,使用细线缆,物体表面涂覆高反射涂层。积分球开口处可安装待测光源,光线在球内多次反射后达到均匀分布。

积分球的涂层:积分球内壁涂层反射率ρ(λ)和积分球等效透过率τ(λ)是积分球较重要的质量指标。反射率:在给定方向照射下,物体反射到球空间的辐射通量与入射物体表面辐射通量之比积分球的挡光板:光源通常放在球中心,挡光板介于灯与窗口之间,挡屏的作用是使灯发出的光线不能直接到达球壁AB处,同时球壁ED处的漫反射光线也不能直接经过窗口而射向光探测器。为了使光探测的测量值准确并接近人眼视觉函数,除要求探测器具有良好的线性响应之外,还需要在前面加装V(λ)滤光器。使用积分球时,需注意避免灰尘、指纹等污染物附着在内壁。浙江均匀光源
通过积分球可以准确测量LED、灯具等光源的总光通量、色温和显色指数。可变光谱输出太阳光模拟器传感器
积分球在分光色差仪中的作用:在分光色差仪中,积分球的作用非常重要。首先,它可以消除光源本身原因造成的出射光线不均匀或者带有偏振方向。由于积分球的内部具有很多颗粒,因此可以将各个波长的光分开。其次,积分球可以确保待测光源射入分光测色仪的角度相同。在更高级的分光色差仪中,积分球与分光器搭配使用,将积分球输出的孔衔接与分光器的入射光栅前,以确保待测光源射入分光测色仪的角度相同,使测里精度再现性大幅提高。可变光谱输出太阳光模拟器传感器