एकीकृत क्षेत्र

प्रकाश बल्बों और छोटे लैंपों पर माप के लिए बड़ा एकीकृत क्षेत्र

एक एकीकृत क्षेत्र (अल्ब्रिच क्षेत्र के रूप में भी जाना जाता है) एक प्रकाशीय घटक है जिसमें प्रवेश और निकास पोर्ट के लिए छोटे छेद के साथ एक प्रकीर्णन वाले प्रतिबिंब सफेद परावर्तक कोटिंग के साथ आवरण किया गया एक असार गोलाकार गुहा होता है। इसकी प्रासंगिक संपत्ति एक समान प्रकीर्णन या प्रकीर्णन वाला प्रभाव है। आंतरिक सतह पर किसी भी बिंदु पर पड़ने वाली प्रकाश किरणें, कई प्रकीर्णन परावर्तनों द्वारा, अन्य सभी बिंदुओं पर समान रूप से वितरित होती हैं। प्रकाश की मूल दिशा के प्रभाव कम हो जाते हैं। एक एकीकृत क्षेत्र को विसारक (प्रकाशिकी) के रूप में माना जा सकता है जो शक्ति को संरक्षित करता है किंतु स्थानिक जानकारी को नष्ट कर देता है। यह सामान्यतः प्रकाशीय शक्ति मापन के लिए कुछ प्रकाश स्रोत और संसूचक के साथ प्रयोग किया जाता है। एक समान उपकरण केंद्रित या कोब्लेंट्ज़ क्षेत्र है, जो अलग-अलग आंतरिक सतह की अतिरिक्त दर्पण जैसी (स्पेक्युलर) आंतरिक सतह है।

1892 में, W.E. सम्पनर ने व्यापक रूप से परावर्तित दीवारों के साथ एक गोलाकार बाड़े के थ्रूपुट के लिए एक अभिव्यक्ति प्रकाशित की। Ř अल्ब्रिच्ट ने एकीकृत क्षेत्र का एक व्यावहारिक अहसास विकसित किया, जो 1900 में एक प्रकाशन का विषय था। यह फोटोमेट्री (प्रकाशिकी) और रेडियोमेट्री में एक मानक उपकरण बन गया है और एक गोनीफोटोमीटर पर इसका लाभ है कि एक स्रोत द्वारा उत्पादित कुल शक्ति को एक माप में प्राप्त किया जा सकता है। अन्य आकृतियों, जैसे कि क्यूबिकल बॉक्स, का भी सैद्धांतिक रूप से विश्लेषण किया गया है।

यहां तक ​​कि छोटे व्यावसायिक एकीकरण क्षेत्रों की मान भी हजारों डॉलर होती है, जिसके परिणामस्वरूप उनका उपयोग अधिकांशतः उद्योग और बड़े शैक्षणिक संस्थानों तक ही सीमित होता है। चूँकि , 3डी प्रिंटिंग और होममेड कोटिंग्स ने बहुत कम व्यय पर प्रयोगात्मक रूप से स्पष्ट डीआईवाई स्फेयर का उत्पादन देखा है।

सिद्धांत

क्षेत्रों को एकीकृत करने का सिद्धांत इन मान्यताओं पर आधारित है:

• गोले के किनारों से टकराने वाला प्रकाश विसरित विधि से प्रकीर्णन होता है जिससे लैम्बर्टियन परावर्तन
• केवल प्रकाश जो गोले में फैला हुआ है, प्रकाश की जांच के लिए उपयोग किए जाने वाले पोर्ट या संसूचको से टकराता है

इन मान्यताओं का उपयोग करके गोलाकार गुणक की गणना की जा सकती है। यह संख्या एक फोटॉन के गोले में प्रकीर्णन की औसत संख्या है, इससे पहले कि वह कोटिंग में अवशोषित हो या किसी पोर्ट से निकल जाता है | यह संख्या गोलाकार कोटिंग की परावर्तकता के साथ बढ़ती है और पोर्ट के कुल क्षेत्रफल और अन्य अवशोषित वस्तुओं और गोले के आंतरिक क्षेत्र के अनुपात के साथ घट जाती है। एक उच्च एकरूपता प्राप्त करने के लिए एक अनुशंसित गोलाकार गुणक 10-25 है।

सिद्धांत आगे कहता है कि यदि उपरोक्त मानदंडों को पूरा किया जाता है, तो गोले पर किसी भी क्षेत्र तत्व पर विकिरण क्षेत्र में कुल उज्ज्वल प्रवाह इनपुट के समानुपाती होगा। उदाहरण के प्रकाशमान प्रवाह का पूर्ण माप एक ज्ञात प्रकाश स्रोत को मापकर और स्थानांतरण कार्य या अंशांकन वक्र का निर्धारण करके किया जा सकता है।

कुल निकास विकिरण

त्रिज्या आर के साथ एक क्षेत्र के लिए, प्रतिबिंब गुणांक ρ, और स्रोत प्रवाह Φ, प्रारंभिक परावर्तित विकिरण के सामान्य है:

$E=\rho {\frac {\Phi }{4\pi r^{2}}}\,$

हर बार विकिरण परिलक्षित होता है, प्रतिबिंब गुणांक तेजी से बढ़ता है। परिणामी समीकरण है

$E={\frac {\Phi }{4\pi r^{2}}}\,\rho (1+\rho +\rho ^{2}+...)$

चूंकि ρ ≤ 1 ज्यामितीय श्रृंखला अभिसरण करती है और कुल निकास विकिरण है:

$E={\frac {\Phi }{4\pi r^{2}}}\,{\frac {\rho }{1-\rho }}\,$

अनुप्रयोग

एक परीक्षण नमूने के संप्रेषण और परावर्तन को मापने के लिए एक एकीकृत क्षेत्र के उपयोग का सरलीकृत सिद्धांत

एकीकृत क्षेत्रों का उपयोग विभिन्न प्रकार के प्रकाशीय , फोटोमेट्री (प्रकाशिकी) या रेडियोमेट्रिक गणना यह दर्शाती मापों के लिए किया जाता है। इनका उपयोग लैंप से सभी दिशाओं में निकलने वाले कुल प्रकाश को मापने के लिए किया जाता है। एक एकीकृत क्षेत्र का उपयोग एक प्रकाश स्रोत बनाने के लिए किया जा सकता है, जो इसके गोलाकार एपर्चर के अंदर सभी स्थितियों पर समान रूप से स्पष्ट तीव्रता के साथ होता है, और आदर्श रूप से प्रकीर्णन वाली सतहों (लैम्बर्टियन सतहों ) को प्रकीर्णन वाले कोसाइन कार्य को छोड़कर दिशा से स्वतंत्र होता है। प्रकाश और अवलोकन के सभी कोणों पर औसत प्रदान करते हुए, सतहों के फैलाव प्रतिबिंब को मापने के लिए एक एकीकृत क्षेत्र का उपयोग किया जा सकता है।

एक एकीकृत क्षेत्र पर बढा परीक्षण वस्तु के पूर्ण प्रतिबिंब को मापने के लिए कई विधियां उपस्थित हैं। 1916 में, ई. बी. रोजा और ए. एच. टेलर ने इस तरह की पहली विधि प्रकाशित की है । ए. एच. टेलर द्वारा अनुवर्ती कार्य, फ्रैंक ए बेनफोर्ड, सी. एच. शार्प और डब्ल्यू. एफ. लिटिल, हनोक कर्रेर, और लियोनार्ड हैनसेन और साइमन कपलान पोर्ट-माउंटेड परीक्षण वस्तुएं को मापने वाले अद्वितीय विधि की संख्या का विस्तार किया। एडवर्ड्स एट अल।, कोर्टे और श्मिट, और वैन डेन एककर एट अल। विकसित विधि जो केंद्र पर चढ़कर परीक्षण वस्तुओं को मापते हैं।

एकीकृत गोले के आंतरिक भाग द्वारा प्रकीर्णन हुआ प्रकाश समान रूप से सभी कोणों पर वितरित किया जाता है। एकीकृत क्षेत्र का उपयोग प्रकाशीय माप में किया जाता है। प्रकाश स्रोत की कुल शक्ति (प्रवाह) को स्रोत की दिशात्मक विशेषताओं या माप उपकरण के कारण होने वाली अशुद्धि के बिना मापा जा सकता है। नमूनों के परावर्तन और अवशोषण का अध्ययन किया जा सकता है। गोला एक संदर्भ विकिरण स्रोत बनाता है जिसका उपयोग एक फोटोमेट्रिक मानक प्रदान करने के लिए किया जा सकता है।

चूंकि इनपुट पोर्ट पर सभी प्रकाश घटना एकत्र की जाती है, एक एकीकृत क्षेत्र से जुड़ा एक संसूचक एक छोटे गोलाकार एपर्चर पर सभी परिवेशी प्रकाश घटना के योग को स्पष्ट रूप से माप सकता है। लेजर बीम की कुल शक्ति को मापा जा सकता है, बीम के आकार, घटना की दिशा औरघटना की स्थिति के साथ-साथ ध्रुवीकरण के प्रभावों से मुक्त मापा जा सकता है।

जर बीम की कुल शक्ति को मापा जा सकता है, बीम के आकार, घटना की दिशा औरघटना की स्थिति के साथ-साथ ध्रुवीकरण के प्रभावों से मुक्त मापा जा सकता है।

वाणिज्यिक एकीकृत क्षेत्र। Electro Optical Industries का यह विशेष मॉडल चार अलग-अलग लैंपों का उपयोग करता है जिन्हें आवश्यक स्पेक्ट्रल आउटपुट प्राप्त करने के लिए निर्दिष्ट किया जा सकता है पराबैंगनी से अवरक्त के माध्यम से।

पदार्थ

गोले के अस्तर के प्रकाशीय गुण इसकी स्पष्टता को बहुत प्रभावित करते हैं। दृश्य, अवरक्त और पराबैंगनी तरंग दैर्ध्य में विभिन्न लेप का उपयोग किया जाना चाहिए। उच्च-शक्ति वाले प्रकाश स्रोत कोटिंग को गर्म या क्षतिग्रस्त कर सकते हैं, इसलिए अधिकतम स्तर की घटना शक्ति के लिए एक एकीकृत क्षेत्र का मूल्यांकन किया जाएगा। विभिन्न कोटिंग पदार्थ का उपयोग किया जाता है। दृश्यमान-स्पेक्ट्रम प्रकाश के लिए, प्रारंभिक प्रयोगकर्ताओं ने मैग्नीशियम ऑक्साइड की जमा राशि का उपयोग किया, और बेरियम सल्फ़ेट में भी दृश्यमान स्पेक्ट्रम पर एक उपयोगी सपाट प्रतिबिंब है। दृश्य प्रकाश मापन के लिए विभिन्न मालिकाना पीटीएफई यौगिकों का भी उपयोग किया जाता है। अवरक्त मापन के लिए सूक्ष्म रूप से जमा सोने का उपयोग किया जाता है।

कोटिंग पदार्थ के लिए एक महत्वपूर्ण आवश्यकता प्रतिदीप्ति की अनुपस्थिति है। फ्लोरोसेंट पदार्थ लघु-तरंग दैर्ध्य प्रकाश को अवशोषित करती है और लंबी तरंग दैर्ध्य पर प्रकाश का उत्सर्जन करती है। कई प्रकीर्णन के कारण यह प्रभाव सामान्य रूप से विकिरणित पदार्थ की तुलना में एक एकीकृत क्षेत्र में अधिक स्पष्ट होता है।

क एकीकृत क्षेत्र में अधिक स्पष्ट होता है।

संरचना

एकीकृत क्षेत्र का सिद्धांत 100% तक पहुंचने वाली प्रकीर्णन वाली प्रतिबिंबिता के साथ एक समान आंतरिक सतह मानता है। उद्घाटन जहां प्रकाश बाहर निकल सकता है या प्रवेश कर सकता है, संसूचको और स्रोतों के लिए उपयोग किया जाता है, उन्हें सामान्यतः पोर्ट कहा जाता है। सैद्धांतिक मान्यताओं के मान्य होने के लिए, सभी पोर्ट का कुल क्षेत्रफल गोले के सतह क्षेत्र के लगभग 5% से कम होना चाहिए। इसलिए अप्रयुक्त पोर्ट में मेल खाने वाले प्लग होने चाहिए, प्लग की आंतरिक सतह को उसी पदार्थ के साथ लेपित किया जाना चाहिए, जिस पर गोले के बाकी भाग होते हैं।

एकीकृत करने वाले गोले आकार में कुछ सेंटीमीटर व्यास से लेकर कुछ मीटर व्यास तक भिन्न होते हैं। छोटे क्षेत्रों का उपयोग सामान्यतः आने वाले विकिरण को प्रकीर्णन के लिए किया जाता है, जबकि बड़े क्षेत्रों का उपयोग एक लैंप के प्रकाशमान प्रवाह या ल्यूमिनेरीज़ जैसे एकीकृत गुणों को मापने के लिए किया जाता है, जिसे बाद में गोले के अंदर रखा जाता है।

यदि प्रवेश करने वाला प्रकाश असंगत है (लेजर बीम के अतिरक्त ), तो यह सामान्यतः स्रोत-पोर्ट को भरता है, और स्रोत-पोर्ट क्षेत्र से संसूचक -पोर्ट क्षेत्र का अनुपात प्रासंगिक होता है।

स्रोत-पोर्ट से संसूचक -पोर्ट तक प्रकाश के सीधे पथ को अवरुद्ध करने के लिए सामान्यतः गोले में डाला जाता है, क्योंकि इस प्रकाश में गैर-समान वितरण होगा।

यह भी देखें

एक एकीकृत क्षेत्र की मूर्तिकला। ड्रेसडेन के तकनीकी विश्वविद्यालय के परिसर में स्थित है

* लैम्बर्ट का कोज्या नियम

बाहरी संबंध

• RP Photonics, Encyclopedia of Laser Physics and Technology, Integrating spheres
• Pike Technologies, Integrating Spheres – Introduction and Theory, Pike Technologies Application Note
• Newport, Flange Mount Integrating Spheres
• Whitehead, Lorne A.; Mossman, Michele A. (2006). "Jack O'Lanterns and integrating spheres: Halloween Physics". American Journal of Physics. 74 (6): 537–541. Bibcode:2006AmJPh..74..537W. doi:10.1119/1.2190687.
• Ducharme, Alfred; Daniels, Arnold; Grann, Eric; Boreman, Glenn (1997). "Design of an Integrating Sphere as a Uniform Illumination Source". IEEE Transactions on Education. 40 (2): 131–134. Bibcode:1997ITEdu..40..131D. doi:10.1109/13.572326. S2CID 61946451.
• Peter Hiscocks, Integrating Sphere for Luminance Calibration, Rev 6, May 2016
• Ci Systems, Integrating sphere introduction, mechanical structure, calibration and sources
• Electro-Optical Industries, Integrating Spheres
• The Status of Integrating Sphere in China