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L I C H T   M E S S E N   (Fortsetzung)
4. RADIOMETRISCHE MESSUNGEN   (Fortsetzung)

4.2 Radiometrie in der Lichtquellen-Ebene
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(Tut mir leid: "Licht" im engeren Sinn ist sichtbar, aber Radiometrie ist nicht beschraenkt auf den sichtbaren Teil des elektromagnetischen Spektrums. Lassen Sie mich trotzdem bitte das Wort "Licht" als Abkuerzung fuer "elektromagnetische Strahlung" benutzen.)

Es gibt ein paar radiometrische Groessen, die man fuers Charakterisieren von Lichtquellen benutzt. Man kann sie als abgeleitete Groessen ansehen (Abschn. 2), die auf der Grundgroesse "Strahlungsfluss" basieren (Abschn. 4.1.1).



4.2.1 Spezifische Ausstrahlung  M
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Schlagwoerter:
FLUSSDICHTE | ULBRICHTKUGEL | WATT PRO QUADRATMETER | RAEUMLICH AUFGELOEST | KAMERA MIT PIXELMATRIX


Definition und Einheit:

Spezifische Ausstrahlung  M  ist eine Art FLUSSDICHTE: Sie ist der insgesamt abgestrahlte Fluss  (Phi)  dividiert durch die abstrahlende Flaeche  A1 :

            M = (Phi) / A1

Die Einheit der Wahl ist
      WATT PRO QUADRATMETER = W / m^2

Dies ist genau dieselbe Einheit, die man auch fuer die Bestrahlungsstaerke  E  (Abschn. 4.3.1) benutzt.
Also Vorsicht, wenn die Einheit alleine ohne den Groessennamen auftritt: ist die Flaeche als Senderflaeche  A1  gemeint (--> spezif. Ausstrahlung  M ), oder ist die Flaeche als Empfaengerflaeche  A2  gemeint (--> Bestrahlungsstaerke  E ).


Messverfahren und Beispiele verschiedener Quellen:

Ich habe  (Phi)  den "insgesamt" abgestrahlten Fluss genannt. Gemeint war: den Strahlungsfluss, der abgestrahlt wird in  a l l e  Richtungen des Raumes. Das ist ein geringes Problem, wenn die Quelle sehr gerichtet abstrahlt (Bild 4.2.1-a).

Bild4.2.1-a: Messung des Flusses von einer gerichteten Quelle (9 kByte)

Aber bei Quellen, die weite Raumwinkel mit Strahlung fuellen, wird man keine Moeglichkeit finden um die Detektor-Apertur unterfuellt zu halten (wie in Abschn. 4.1.1 und in Bild 4.2.1-a). Dann sammelt man das Licht, das in viele Richtungen divergiert, besser in einer ULBRICHTKUGEL ... siehe Bild 4.2.1-b.

Bild 4.2.1-b: Messung des Flusses einer isotropen Quelle (19 kByte)



Um ganz ehrlich zu sein: ich weiss nicht, ob man ein fertiges Messgeraet fuer spezifische Ausstrahlung auf dem Markt findet.

Aber man findet natuerlich eine Ausweichloesung fuer das Messverfahren:
Schritt 1 - Ueberlegen, ob die Quellflaeche insgesamt oder nur partiell zu messen ist.
            wenn das letztere, dann geeignete Feldblende auf die Quellflaeche bringen.
Schritt 2 - Den insgesamt abgegebenen Strahlungsfluss  (Phi)  messen (Abschn. 4.1.1).
Schritt 3 - Fluss  (Phi)  durch Quellflaeche
           (oder gegebenenfalls durch Blendenflaeche) teilen.

Falls  M   sich merklich ueber die Quellflaeche oder ueber die Blendenflaeche veraendert, dann
* bekommt man entweder nur einen Mittelwert der spezifischen Ausstrahlung
* oder man sollte sich zurueckziehen auf die allgemeiner gueltige Formulierung
          M(x,y) = d(Phi(x,y)) / d(A1)

Das bedeutet, dass die Feldblenden-Aperturflaeche  d(A1)   so klein wie moeglich gewaehlt werden sollte, und dass sehr viele Werte  M(x;y)  gemessen werden muessen fuer sehr viele verschiedene Orte  (x;y)  auf der Quelle. Ergebnis waere eine Diagramm mit RAEUMLICH AUFGELOESTer spezifischer Ausstrahlung  M(x;y) . Die Bilder 4.2.1-c und 4.2.1-d zeigen einfache Beispiele von mehr oder weniger strukturierten Lichtquellen, bei denen  M(x;y)  interessant sein kann.

Bild4.2.1-c: Strahler mit homogener spezifischer Ausstrahlung   M  (23 kByte)

Bild 4.2.1-d: Strahler mit strukturierter spezifischer Ausstrahlung  M  (24 kByte)

Mit den unterschiedlichen Laengen der gelben Pfeile will ich andeuten, dass die einzelnen Windungen der Wendel einander gegenseitig aufwaermen. Auf diese Weise bekommen die Windungen an Wendel-Enden und in kurzen Wendelsegmenten niedrigere Temperatur und geringere spezifische Ausstrahlung, als mitten in langen Wendeln.
Unter Vernachlaessigung dieses "Rand"-Effekts zeige ich den bekannten Einfluss der Feldblenden-Breite in Bild 4.2.1-e. Hier wurden zwei Feldblenden-Aperturen unterschiedlicher Breite laengs der Wendel von Bild 4.2.1-d verschoben, und dabei einfach die Anzahl von Windungen innerhalb der Apertur gezaehlt.

Bild 4.2.1-e: Simulierter Scan zu Bild 4.2.1-d (17 kByte)


Man koennte sich wuenschen, die M/Mmax-Struktur mit einer KAMERA MIT PIXELMATRIX (CCD- oder CMOS-Typ) abzutasten. Dazu muesste man aber zwei Huerden nehmen:
a) Die Kamera muss auf das Sensor-Pixel die Strahlen sammeln, die vom Quell-Pixel in  a l l e  Richtungen des Raumes ausgehen.
b) Der Spektralverlauf der Kamera-Empfindlichkeit muss bekannt sein und muss konstant sein ueber die ganze Bandbreite der Quelle (anderenfalls ist spektrale Messung notwendig, siehe Abschn. 4.4).



Fortsetzung: 4.2.2 Raumwinkel  (Omega)

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Letzte Aenderung 19.3.2004, 17:29