समाकलन गोले - मापन के लिए और समांगी प्रकाश स्रोत के रूप में

विसरित रूप से परावर्तन करने वाली भीतरी सतह लैम्बर्ट के नियम के अनुसार उत्सर्जन करती है: प्रत्येक प्रकाशित बिंदु प्रकाश को सभी दिशाओं में समान रूप से छोड़ता है। गोलीय ज्यामिति के साथ मिलकर इससे एक ऐसा गुण उत्पन्न होता है जो किसी अन्य आकृति से प्राप्त नहीं होता – दीवार पर प्रदीप्ति न तो इस पर निर्भर करती है कि प्रकाश कहाँ से प्रवेश करता है, न इस पर कि स्रोत किस दिशा में विकिरण करता है। ठीक इसी कारण एक गोला उस लैंप के ज्योति फ्लक्स को मापने में सक्षम है जिसका विकिरण प्रतिरूप अज्ञात हो।

प्रकाश एक बार नहीं, बल्कि अनेक बार परावर्तित होता है। कितनी बार, यह गोला गुणक M द्वारा दिया जाता है:

M = ρ / [ 1 − ρ (1 − f) ] जहाँ ρ = आलेपन की परावर्तनशीलता, f = भीतरी गोला सतह का पोर्ट अंश

दो आंकड़े दर्शाते हैं कि क्या महत्वपूर्ण है। 2 % के पोर्ट अंश और 0.98 की परावर्तनशीलता पर गुणक M ≈ 25 होता है। परावर्तनशीलता को 0.95 तक घटाइए और M लगभग 14 रह जाता है।

परावर्तनशीलता के तीन प्रतिशत बिंदु संकेत को लगभग आधा कर देते हैं। इससे दो बातें निकलती हैं, जिनका उल्लेख डेटाशीट में विरले ही होता है: आलेपन ही सम्पूर्ण माप की संवेदनशीलता निर्धारित करता है। और गोला मापनीय रूप से जीर्ण होता है – बेरियम सल्फेट यूवी के अंतर्गत पीला पड़ जाता है, PTFE तेल और धूल सोख लेता है। दोनों में से कोई भी ρ को कुछ प्रतिशत बिंदु और संकेत को एक तिहाई तक घटा देता है। इसलिए समाकलन गोलों का नियमित अंतराल पर पुनर्अंशांकन किया जाना चाहिए।

इसलिए चयन तरंगदैर्घ्य के अनुसार होता है, कीमत के अनुसार नहीं। जो कोई UV-C में 254 nm पर मापता है, उसके पास बेरियम सल्फेट के साथ कोई विकल्प नहीं है – वहाँ PTFE ही एकमात्र ऐसी कोटिंग है जिसकी परावर्तनशीलता उपयोग योग्य है। और जिसे प्रदीप्ति फ्लक्स मापन के लिए दो मीटर का गोला चाहिए, उसके पास भी कोई विकल्प नहीं है, बस उल्टी दिशा में: ठोस PTFE उस आकार में नहीं बनाया जा सकता।

तीन राशियाँ आपस में जुड़ी हुई हैं, और इनमें से किसी को भी अकेले निर्धारित नहीं किया जा सकता।

पोर्ट अंश f. प्रत्येक छिद्र एक ऐसा स्थान है जहाँ परावर्तन नहीं होता और वह एक काले धब्बे की तरह कार्य करता है। अंगूठे के नियम के रूप में सभी छिद्र मिलकर भीतरी गोला सतह के 5 % से कम रहने चाहिए; सटीक ज्योति फ्लक्स मापन के लिए इससे काफ़ी कम। ऊपर दिया गया सूत्र इसका कारण बताता है: f सीधे गोला गुणक में आता है।

व्यास। यह परीक्षणाधीन उपकरण पर निर्भर करता है। गोला स्रोत का प्रतिबिंब बनाने के बजाय फ्लक्स का समाकलन करे, इसके लिए परीक्षण वस्तु का गोले की तुलना में छोटा होना आवश्यक है – अंगूठे के नियम के रूप में अधिकतम गोला व्यास का दसवाँ भाग। इसलिए 30 cm के एक LED ल्यूमिनेयर के लिए लगभग तीन मीटर का गोला चाहिए, जबकि एक अकेला 5 mm का LED 50 mm में ही काम चला लेता है। दूसरा संबंध पोर्ट अंश से है: समान पोर्ट व्यास पर बड़ा गोला छोटे अंश को सहन कर लेता है।

बैफल। स्रोत और संसूचक के बीच एक छोटी सी ओट। इसके बिना प्रकाश सीधे स्रोत से संसूचक पर पड़ता है और मापन पुनः विकिरण दिशा पर निर्भर हो जाता है – ठीक वही, जिसे रोकने के लिए गोला होता है।

स्व-अवशोषण। परीक्षण वस्तु स्वयं प्रकाश निगलती है: बड़े बेस वाला लैंप छोटे LED की तुलना में गोले से अधिक प्रकाश लेता है। इसका संशोधन एक सहायक लैंप से किया जाता है, जिसे एक बार परीक्षण वस्तु के साथ और एक बार उसके बिना मापा जाता है। सटीक ज्योति फ्लक्स मापन के लिए यह कोई सहायक उपकरण नहीं, बल्कि एक पूर्वापेक्षा है।

लेज़र किरणपुंज तीन ऐसे गुण साथ लाता है जो किसी भी सीधे मापन को विकृत कर देते हैं: डिटेक्टर क्षेत्र पर असमान रूप से वितरित किरणपुंज प्रोफ़ाइल, एक आपतन कोण जिस पर प्रतिक्रियाशीलता (रिस्पॉन्सिविटी) निर्भर करती है, और एक ध्रुवण। समाकलन गोला इन तीनों को हटा देता है: पहले विसरित परावर्तन के बाद प्रकाश अध्रुवित, दिशाहीन और दीवार पर समान रूप से फैला होता है। डिटेक्टर को विकिरण तीव्रता (इरेडियंस) के अतिरिक्त कुछ दिखाई नहीं देता।

दूसरा कारण शक्ति घनत्व है। 1 mm व्यास वाला 10 W का किरणपुंज लगभग 1.3 kW/cm² वहन करता है – किसी भी अर्धचालक डिटेक्टर को तत्क्षण नष्ट करने के लिए पर्याप्त। गोला उसी शक्ति को अपनी संपूर्ण आंतरिक सतह पर फैला देता है; 100 mm व्यास पर यह 314 cm² होती है। इस प्रकार डिटेक्टर तक पहुँचने वाला मान परिमाण की तीन कोटियों से भी अधिक कम हो जाता है।

स्पंदित लेज़रों का समाकलन स्पंद पर किया जाता है: मापा जाने वाला मान वाट में शक्ति के स्थान पर जूल में ऊर्जा होता है। गोला इसमें कुछ नहीं बदलता – यहाँ भी यह यह लाभ देता है कि किरणपुंज प्रोफ़ाइल और संरेखण महत्वहीन रहते हैं।

दो बिंदु शेष रहते हैं। पहला, लेज़र तरंगदैर्घ्य पर परावर्तकता ज्ञात होनी चाहिए – 550 nm पर अंशांकित गोला 1064 nm पर त्रुटिपूर्ण मापता है। दूसरा, कोटिंग तापीय रूप से सीमित होती है: कुछ सौ वाट की सतत-तरंग शक्तियों पर तापीय अभिकल्पना पर विचार आवश्यक हो जाता है।