溴鎢燈光源光譜隨距離影響的規律研究

高哲

摘要：本文利用光柵光譜儀測量溴鎢燈的發射光譜，以及溴鎢燈發光光譜強度隨距離的變化規律。利用光柵光譜儀測量溴鎢燈的發射光譜，目的是觀察溴鎢燈的發射光譜，掌握測量發射光譜的原理和方法，為將溴鎢燈用于光學儀器及分析測試儀器提供相應的實驗依據；同時溴鎢燈發光光譜隨距離變化的測量值可以驗證并擬合光譜功率-距離函數，為以后實驗提供具體函數模型。

Abstract： In this paper， the emission spectrum of bromine tungsten lamp is measured by the grating spectrometer， and the variation of the intensity of the emission spectrum of the bromine tungsten lamp is changed with the distance. The emission spectrum is measured by the grating spectrometer bromine tungsten lamp. The purpose is to observe the emission spectra of the bromine tungsten lamp， master measurement of emission spectroscopy： the principles and methods for the bromine tungsten lamp for optical instrument analysis and test instruments provide the corresponding evidence； at the same time the measurement of bromine tungsten lamp's luminescence spectra with changes in distance values can be verified and it is fit of spectral power-distance function， and it can provide specific function model for future experiments.

關鍵詞： 溴鎢燈；發光光譜；傳輸距離；數據擬合

Key words： bromine tungsten lamp；emission spectrum；transmission distance；data fitting

中圖分類號：TP301.6 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2016）07-0174-02

0 引言

發射光譜[1]是物質在高溫狀態或因受到帶電粒子的撞擊而激發后直接發出的光譜[2]。由于受激時物質所處的狀態不同，發射光譜有不同的特征光譜，在原子狀態中為明線光譜，如鈉燈、汞、氫氖燈等.在分子狀態中為帶光譜，如氮放電燈；在熾熱的固態、液態或高壓主氣體中為連續光譜，如鎢燈、氖燈等。本文利用光柵光譜儀測量溴鎢燈的發射光譜，目的為將溴鎢燈以及其他光源用于光學儀器及分析測試儀器上忽略空氣時提供相應的實驗依據。

1 原理

1.1 輻射源與距離的關系

溴鎢燈的發光光譜儀溴鎢燈發光光強與距離之間的距離。在真空中，（火災近程大氣中，大氣衰減損失可忽略不計）條件下，輻射強度I的光源在距離R的景物表面處所產生的輻射照度為E=I/R2。進而，若輻射通過一定路程的大氣，則部分輻射能將因大氣散射和吸收而損失。可以證明，對于單色輻射，有公式[3]

1.2 余弦輻射體

一般發光面在各個方向的亮度值不等，即亮度Li本身是空間方位角i和φ的復雜函數。但某些發光面的發光強度與空間方向的關系按下列簡單規律變化[4]：

Ii=INcosi

如圖1所示。

圖1中dS是發光面；IN是dS法線方向的發光強度，Ii是與法線成i角方向的發光強度。如果用矢徑表示發光強度，則個方向發光強度矢徑的終點軌跡在一球面上符合上式規律的發光體稱為“余弦輻射體”或“朗伯輻射體”[5]。

1.3 本文實驗具體原理

本文采用溴鎢燈作為光源，通過對溴鎢燈一條光線距離上的測量，從而得知在該角度上的發光強度與距離之間的關系。由于在實際測量過程中存在噪聲，所以最終測量公式為

2 實驗過程與數據分析

為了得出溴鎢燈的發光光譜以及隨距離變化的規律，本文采用光柵光譜儀以及功率為150W的溴鎢燈進行實驗，探頭探測溴鎢燈的一個方向隨距離的變化光強值。光柵光譜儀的測量范圍為300-1100nm，測量距離分別為9.6m-28.8m。具體數值如圖2，圖中由上到下分別是9.6m到28.8m。

為了探究近距離空氣對測量值是否有影響，本文采用定點頻率值的數據擬合方法對測量數據進行擬合，從而驗證是否有影響。

實驗誤差主要來源于測量時光柵光譜儀與溴鎢燈的布置不同心所帶來的影響，只要裝置布置好，誤差會更小的。

3 結論

由上述分析可知，在近距離的溴鎢燈發射光譜的輻射度隨距離變化的實驗中，光譜輻射度的大小僅僅與距離的大小相關，受到空氣的影響很小。也就是說在近程光路中大氣的影響可以忽略，從而也證實了在實驗室進行與光學相關的實驗中不考慮空氣的影響。

參考文獻：

[1]吳鵬.鎢絲電熱原子發射光譜和電熱蒸發原子熒光光譜分析法[C].四川：四川大學，2006.

[2]胡長宏，李玉，王麗紅，等.利用光柵光譜儀測量氖燈、澳鎢燈的發射光譜[J].物理與工程，2014.06.

[3]向世明，高教波，焦明印，等.現代光電子成像技術概論（第二版）[M].北京：北京理工大學出版社，2013.

[4]韓軍，劉鈞.工程光學[M].西安：西安電子科技大學出版社，2007.

[5]張以謨.應用光學[M].北京：電子工業出版社，2008.