新型 F4 测光积分球

在现代光学测量中，广泛使用一种多功能的测光积分球，用以测量光源、光学材料、颜色以及航天、环境、医学、激光技术等众多的光学性能、光谱分析，在国防、科研和工业领域有着广阔的应用前景。
1-积分球
积分球是一个中空的完整球壳，内壁涂以白色的光学反射涂层（如图1－2），这种光学材料是 F4 ，它是当前国际照明委员会推荐的一种最理想的积分球漫反射材料，并且，我们又发明了一种F4 涂料的喷涂新技术，大大推动了F4 测光积分球的应用。

　　积分球通常是由两个半球组成，内涂层喷涂好以后，再用法兰把两个半球连接起来，构成积分球的主体，再由支架支撑起来，就是一个完整的积分球。
积分球上通常开有入光孔、样品孔和接收孔，有的还配有样品架、镜片架、孔塞，光阱、光栏、囱口配接器以及标准白标等积分球附件，以满足各种光学测量的要求。
2、积分球测光原理
一束光由积分球入口A 进入(如图－3)，射到球内壁B，再经球内壁多次漫反射之后，到达球壁上任一出口 C 的光照度E 都是积分球内壁多次漫反射的积分，有公式中，R为积分球半径、ρ为积分球内壁反射率, R和ρ均为常数，因此在球壁上任意位置的光照度E 与入射光通量Φ成正比,并且球壁上任意点的光照度E 是相等。通过测量球壁窗口上的光照度E，就可求出输入的光通量Φ。

3、积分球的应用
积分球按应用分有：图 4 （一 至 八）

一、测量辐射和发射的总功率 如右图结构的积分球，就能够准确地测量按置在球内部或球壁上一点入射光源的总功率。
二、测量平行光束功率 用一扩束觇板把第一次入射的平行光束散射，这样就避免了高能光束（如激光）损坏球内壁涂层和检测器，便能对平行光束的功率作可靠地测量。
三、测量反射系数，散射系数或荧光系数 把一平行光束从积分球的一孔入射，射到按置在正对面球壁的试样上，即可测得试样的反射系数，散射系数和荧光系数。
四、透明、半透明和混浊系数的测量 让光源穿过按置在积分球开口处的试样。
五、广角散光的收集 把积分按置成使检测器的入射口和观察器成180度角，这样就可用来收集如日光、雪光和室内灯光这样的光源
六、建立一个均匀辐射的光源 如图结构球内光源发出的光，经球内积分，在出口处就形成均匀光源，均匀度可达99.8％以上，用来校正检测器，透镜系统，辐射计等仪器，这样的光源能产生确切的付基准。
七、传送和损失的测量 用于测量光导纤维、激光棒、水晶玻璃等光学系统的传送和损失系数。
八、分离光源的混合辐射 在不同波长的光从积分球不同的入射口入射，在球内混合积分，在出射口即形成宽频的均匀光源。

4、积分球的涂料
　　积分球涂料是决定积分球 质量的重要因素，它关系到积分球的效率、寿命和测量精度等，由积分球壁的照度表达式看出：

　　球壁涂层的反射率ρ 的变化将显著影响积分球的照度，可以容易的计算出反射率ρ从 95％上升到 98％时 ，积分球的效率将提高2－3倍，这将有利于低透射、弱反射光信号的测量，这不仅可以大大提高测量的灵敏度，而且也大大改善了测量的信噪比。
上图是三种积分球涂料的反射光谱曲线，可以清楚的看出，在 250－2500nm 光谱范围内， F4 涂料反射率不仅都高于硫酸钡（ BaSO4 ）和氧化镁（ MgO），且反射光谱平坦，非常有利于测量。
另外，F4 涂料化学稳定性好，不怕酸、碱、盐，不怕潮湿，长期不老化，是国际照明委员会推荐的最理想的一种漫反射材料。我们发明的一种 F4 涂料喷射新技术，喷涂的反射面均匀一致，整体性好，不管球面大小，都是一个完整的反射体，无裂纹、无缝隙。我们已经制作了近千台不同规格的积分球，在科研、国防、工业等领域广为应用，受到用户的一致欢迎。
5、积分球的选择
　　1、首先要确定你需要的积分球的尺寸，我们可以为你加工直径为 50－5000mm的积分球，你选择多大的最合适，应根据测量的实际需要作周到的考虑。一般的讲： 球的直径应是球内安装器件（包括支架）尺寸的二倍以上，倍数越大越好； 球壁上开口的总面积越小越好，最大不超过球总面积的 5％； 同样开口的积分球 直径小的输出信号强，也就是转换效率高，但小球的积分效果要差一些。 所以说积分球的尺寸大小选择要适中。
2、要确定你需要的积分球的开口数量，一般的讲：测量光源的光通量开1－2个孔，如图4（一）示； 测量样品的反射比、透射比、荧光特性时，积分球开3－4个孔，如图4（三）示； 采用双光路测量时，可以开4个以上的孔。应当注意，开孔多时会影响积分效果，所以一定要根据实际测量需要合理开孔。
3、开孔的位置和大小，要根据实际测量需要考虑，一般的讲：要按照你设计的光路来确定开孔的位置，应有利于光路调整和固定；开孔的大小要满足光斑以及接收器的使用条件。我们也会帮助用户提供设计的最佳选择。
4、在样品孔和接收器之间，在输入光束与出光孔之间， 通常需要加一个挡屏，如图4 中的隔板，其作用就是防止光源的一次光进入接收器，以提高测量的精确度。
5、另外，有时还要考虑一些其它的配件，如孔塞，积分球开口不使用时，用孔塞堵上； 如光阱，是圆柱形空腔，内涂以有强吸收的黒色涂料，用以收集样品的镜面反射成分； 如积分球配接器，用以连接其它设备等。
6、下图是一台简单的F4 积分球测试系统

　　由单色仪提供的单色光经准直透镜形成一束平行光射到被测测样品上，样品的反射光在球内经多次积分后，再由接收器把信号送到放大处理显示系统。对于每一取样波长，例如 10nm ，先测出标准白板的信号数值v（λ）标准，然后测出样品的信号数值v（λ）样品，再把样品的信号数值除以标准白板的信号数值，再乘以该波长上的标准白板的反射率ρ（λ）标准，即求出反射率ρ（λ）样品。 表达式：
　　　　　　ρ（λ）样品 ＝v（λ）样品／v（λ）标准×ρ（λ）标准
同样，在积分球入 光孔处放上被测透射样品，就可以求得样品得透射率。
7、我所为用户加工的几种典型积分球

8、我们的承诺
我们（合肥星月夜光技术应用研究所 http://www.hfstar.com） 是研制光学积分球的专业商,真诚为广大用户服务：
1、 承接直径50-2500mm各种规格的F4积分球设计、加工和配套光源、探测器以及测量系统等；
2、 订制积分球附件：样品架、镜片架、滤光片支架、孔塞，光阱、光栏、囱口配接器以及标准白板等；
3、 采用F4喷涂新技术，为用户更新硫酸钡（BaSO4）旧涂层，喷涂F4反射层，或者为你新造的球喷涂F4反射层；
4、 为你改造、修理和完善积分球装置，使原系统升级；喷涂F4反射层，定会使原系统更稳定、更灵敏、更精确；
5、 热烈欢迎您咨询有关积分球的技术、应用和维修等方面的问题，并欢迎我们友好合作，大力开拓新型 F4 积分球的应用前景。