溴钨灯光源光谱随距离影响的规律研究

高哲

摘要：本文利用光栅光谱仪测量溴钨灯的发射光谱，以及溴钨灯发光光谱强度随距离的变化规律。利用光栅光谱仪测量溴钨灯的发射光谱，目的是观察溴钨灯的发射光谱，掌握测量发射光谱的原理和方法，为将溴钨灯用于光学仪器及分析测试仪器提供相应的实验依据；同时溴钨灯发光光谱随距离变化的测量值可以验证并拟合光谱功率-距离函数，为以后实验提供具体函数模型。

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.

关键词： 溴钨灯；发光光谱；传输距离；数据拟合

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

中图分类号：TP301.6 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）07-0174-02

0 引言

发射光谱[1]是物质在高温状态或因受到带电粒子的撞击而激发后直接发出的光谱[2]。由于受激时物质所处的状态不同，发射光谱有不同的特征光谱，在原子状态中为明线光谱，如钠灯、汞、氢氖灯等.在分子状態中为带光谱，如氮放电灯；在炽热的固态、液态或高压主气体中为连续光谱，如钨灯、氖灯等。本文利用光栅光谱仪测量溴钨灯的发射光谱，目的为将溴钨灯以及其他光源用于光学仪器及分析测试仪器上忽略空气时提供相应的实验依据。

1 原理

1.1 辐射源与距离的关系

溴钨灯的发光光谱仪溴钨灯发光光强与距离之间的距离。在真空中，（火灾近程大气中，大气衰减损失可忽略不计）条件下，辐射强度I的光源在距离R的景物表面处所产生的辐射照度为E=I/R2。进而，若辐射通过一定路程的大气，则部分辐射能将因大气散射和吸收而损失。可以证明，对于单色辐射，有公式[3]

1.2 余弦辐射体

一般发光面在各个方向的亮度值不等，即亮度Li本身是空间方位角i和φ的复杂函数。但某些发光面的发光强度与空间方向的关系按下列简单规律变化[4]：

Ii=INcosi

如图1所示。

图1中dS是发光面；IN是dS法线方向的发光强度，Ii是与法线成i角方向的发光强度。如果用矢径表示发光强度，则个方向发光强度矢径的终点轨迹在一球面上符合上式规律的发光体称为“余弦辐射体”或“朗伯辐射体”[5]。

1.3 本文实验具体原理

本文采用溴钨灯作为光源，通过对溴钨灯一条光线距离上的测量，从而得知在该角度上的发光强度与距离之间的关系。由于在实际测量过程中存在噪声，所以最终测量公式为

2 实验过程与数据分析

为了得出溴钨灯的发光光谱以及随距离变化的规律，本文采用光栅光谱仪以及功率为150W的溴钨灯进行实验，探头探测溴钨灯的一个方向随距离的变化光强值。光栅光谱仪的测量范围为300-1100nm，测量距离分别为9.6m-28.8m。具体数值如图2，图中由上到下分别是9.6m到28.8m。

为了探究近距离空气对测量值是否有影响，本文采用定点频率值的数据拟合方法对测量数据进行拟合，从而验证是否有影响。

实验误差主要来源于测量时光栅光谱仪与溴钨灯的布置不同心所带来的影响，只要装置布置好，误差会更小的。

3 结论

由上述分析可知，在近距离的溴钨灯发射光谱的辐射度随距离变化的实验中，光谱辐射度的大小仅仅与距离的大小相关，受到空气的影响很小。也就是说在近程光路中大气的影响可以忽略，从而也证实了在实验室进行与光学相关的实验中不考虑空气的影响。

参考文献：

[1]吴鹏.钨丝电热原子发射光谱和电热蒸发原子荧光光谱分析法[C].四川：四川大学，2006.

[2]胡长宏，李玉，王丽红，等.利用光栅光谱仪测量氖灯、澳钨灯的发射光谱[J].物理与工程，2014.06.

[3]向世明，高教波，焦明印，等.现代光电子成像技术概论（第二版）[M].北京：北京理工大学出版社，2013.

[4]韩军，刘钧.工程光学[M].西安：西安电子科技大学出版社，2007.

[5]张以谟.应用光学[M].北京：电子工业出版社，2008.