在光學(xué)計(jì)量中，特別是在光譜測(cè)量中迄沫，亮度的實(shí)際重要性不容忽視稻扬。光源的亮度直接影響入射到樣品單位表面積上的光譜功率。本文對(duì)中紅外超連續(xù)光源的亮度進(jìn)行介紹羊瘩。
中紅外超連續(xù)光源的亮度測(cè)量
摘要：在光學(xué)計(jì)量中泰佳，特別是在光譜測(cè)量中，亮度的實(shí)際重要性不容忽視尘吗。光源的亮度直接影響入射到樣品單位表面積上的光譜功率逝她。本文對(duì)中紅外超連續(xù)光源的亮度進(jìn)行介紹。
光源亮度的定義在不同的科學(xué)領(lǐng)域有所不同睬捶，因此黔宛，在接下來的計(jì)算和討論中，我們采用激光物理學(xué)中熟悉和特有的定義擒贸。給定光源的光譜亮度BV~是光源的發(fā)射屬性臀晃，描述其光譜亮度(亮度的另一種命名方式)觉渴，并定義為單位表面積向某一方向發(fā)射的平均光功率?S每單位立體角?Ω每單位譜線?V~:
其中θ是表面的法線與定義發(fā)射方向的矢量之間的極角。如果BV與θ無關(guān)积仗，源可以被認(rèn)為是各向同性和全向的——這里zui典型的例子是熱發(fā)射器疆拘，其光譜亮度由普朗克定律給出(用于下面的計(jì)算)蜕猫。
為簡(jiǎn)化計(jì)算寂曹，可以將式(1)改寫為激光束。由于對(duì)于高度準(zhǔn)直的激光束回右，發(fā)散角θ非常小隆圆，我們可以假設(shè)cosθ≈1。此外翔烁，對(duì)于模態(tài)直徑為D的光束渺氧，有效模態(tài)面積為πD2/4，發(fā)射立體角[5]定義為πθ2, 因此蹬屹，激光光源的光譜亮度可得:
其中?P/?V是源的功率譜密度（PSD）侣背。因此茫死，亮度作為波長(zhǎng)的函數(shù)可以明確量化染厅，因?yàn)閜sd，以及各種激光源的光束大小和發(fā)散旨指，都是可以使用標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)測(cè)量或由制造商提供的參數(shù)厦取。
為了強(qiáng)調(diào)光譜亮度對(duì)中紅外光譜的重要性潮太，應(yīng)將其與光學(xué)儀器聯(lián)系起來考慮。光譜亮度通常以W·sr-1·cm-2·nm-1為單位表示虾攻。另一方面铡买，任何中紅外光譜儀的光學(xué)通量(或etendue，系統(tǒng)幾何和光學(xué)設(shè)計(jì)的函數(shù)霎箍，由入口瞳孔面積和準(zhǔn)直或聚焦光學(xué)形成的立體角定義)通常以sr·cm2為單位給出奇钞。光源和光譜系統(tǒng)的這些特性相乘的結(jié)果就是某個(gè)系統(tǒng)可以傳輸和利用的光譜測(cè)量的光譜功率。因此漂坏，用超亮超連續(xù)光譜激光發(fā)射器取代標(biāo)準(zhǔn)的熱發(fā)射器景埃，仍然可以從本質(zhì)上改進(jìn)現(xiàn)有的中紅外光譜測(cè)量方法。例如樊拓，zui大相互作用長(zhǎng)度可以顯著延長(zhǎng)纠亚，從而降低檢測(cè)的限制。在光熱光譜學(xué)中筋夏，信號(hào)可以被顯著放大蒂胞。
圖3提供了一個(gè)定量可視化說明了在IR范圍內(nèi)工作的超連續(xù)光譜源的典型亮度水平，以及金標(biāo)準(zhǔn)中紅外光譜源的亮度:外腔qcl和熱發(fā)射器条篷。
圖1骗随。中紅外光譜(市售系統(tǒng))中zui具代表性光源的光譜亮度:Globars(熱發(fā)射器)的光譜亮度水平是使用普朗克定律確定的;所代表的超連續(xù)介質(zhì)源是標(biāo)準(zhǔn)的蛤织，而不是ji 端的功率和帶寬版本;EC-QCL -商用外腔量子級(jí)聯(lián)激光器(使用典型的psd和光束參數(shù));光譜亮度等級(jí)按平均輸出功率計(jì)算(不考慮下面討論的峰值功率優(yōu)勢(shì))。
根據(jù)公式(2)計(jì)算圖1所示激光光源的亮度鸿染≈秆粒基于二氧化硅、InF3和硫?qū)倩衔?a style="color: blue" href="http://www.wjjzl.com/product_foxpro_10.html" target="_blank">光纖的超連續(xù)光源的psd以及光束參數(shù)由Leukos提供涨椒√Γ基于zblan光纖的超連續(xù)譜光源的發(fā)射參數(shù)由NKT Photonics公司提供。對(duì)于QCL發(fā)射器蚕冬，使用了典型的商業(yè)系統(tǒng)(DRS日光解決方案)的發(fā)射特性;連續(xù)波工作模式被認(rèn)為提供了zui窄的譜線寬度100MHZ免猾。
光譜亮度作為一種明確的面向應(yīng)用的中紅外發(fā)射器的比較指標(biāo)，清楚地表明超寬帶超連續(xù)譜激光源有效地填補(bǔ)了熱源和qcl之間的空白囤热。熱發(fā)射器是寬帶的猎提，但具有低亮度的發(fā)射，而高亮度QCL源在光譜覆蓋方面相對(duì)有限旁蔼，特別是對(duì)于單激光脊配置锨苏。因此，超連續(xù)介質(zhì)源提供了類似激光的光譜亮度水平棺聊，同時(shí)保持了瞬時(shí)超寬帶光譜覆蓋(在這個(gè)意義上接近熱發(fā)射器)為每個(gè)亞毫微米脈沖伞租。
考慮到超連續(xù)譜發(fā)射的脈沖性質(zhì)，在此背景下必須再次強(qiáng)調(diào)另一點(diǎn)躺屁。圖1中所示的光譜亮度水平是針對(duì)主要加熱樣品的平均功率計(jì)算的(典型PSD水平在μW - mW / nm線范圍內(nèi))肯夏，而不是針對(duì)峰值功率水平。在典型的超連續(xù)介質(zhì)短脈沖發(fā)射體系中犀暑，峰值功率水平可以在同一納米光譜波段內(nèi)達(dá)到數(shù)瓦驯击，因此峰值亮度可以顯著更高。上述常規(guī)定義對(duì)于慢速紅外探測(cè)器是完全有效的耐亏。
然而徊都，快速半導(dǎo)體探測(cè)器(例如HgCdTe, InSb和InAsSb)可以顯示次n上升時(shí)間，因此广辰，耦合到合適的檢測(cè)系統(tǒng)(例如車廂積分器)暇矫，可以獲得峰值功率信號(hào)優(yōu)勢(shì)。因此择吊，應(yīng)用適當(dāng)?shù)臋z測(cè)方案李根，脈沖超連續(xù)介質(zhì)光源可以達(dá)到與QCL激光器相當(dāng)?shù)牧炼人剑踔脸^QCL激光器几睛。
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