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辐照光源Irradiation light source

2023-05-26487

五点法测光功率密度

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地球表面的标准太阳光谱记作AM 1.5G,即光辐照度为为1000 W/m2,也可记作100 mW/cm2,通常通过氙灯光源搭配AM 1.5G滤光片实现(插入AM1.5G滤光片的链接),因此在光化学研究领域中,光功率密度是光化学反应中重要的参数之一,可保证衡量不同光催化剂反应活性数据对比的准确性。 

对于不均匀光斑来说,如用光斑中的某一区域来表征整个光斑的光功率密度数值则会带来极大的误差。以PLS-SXE 300D氙灯光源为例,从图2中可以看出,氙灯光源的光斑分布不均匀,中心区域较强,从圆心向外扩散光强逐渐衰减,如图1所示。

图1 氙灯光斑实物图和光斑中心点与边缘位置光功率实测对比.png

图1. 氙灯光源光斑实物图和光斑中心点与边缘位置光功率实测对比

对于氙灯光源的不均匀光斑,计算光功率密度可采用五点法计算光功率密度E[1]

图2.五点法测量点氙灯光源光功率密度示意图.png

图2.五点法测量点氙灯光源光功率密度示意图

在打开氙灯光源后,待光斑形状稳定后,测量氙灯光源光斑中心的光功率密度,然后依照如图3所示位置测量边缘4个区域处的光功率密度,计算公式如下:

公式1 五点法公式.png

五点法公式—光斑中心处光功率密度

五点法公式—光斑边缘处光功率密度

 

光功率密度的测量方法因光功率计的型号不同,测量方法也不尽相同,具体由如下两种方式:

①由光功率计直接测量,屏幕显示示数即为所测的光功率密度;(如图2所示) 

②由光功率计换算得到,换算公式如下:

公式2 平均光功率密度.png

 

 

平均光功率密度.png—光功率密度 W/m

P—光功率 W 

S—探头面积 m2

图3. 左显示为光功率 右显示为光功率密度.png

图3. 左显示为光功率 右显示为光功率密度,测量时读取红框内示数

对于PLS-FX300HU高均匀性一体式氙灯光源发出均匀光来说,只需测量光斑内某一区域的光功率密度,即可代表整个光斑的光功率密度。

图4. PLS-FX300HU高均匀性一体式氙灯光源.png

图4. PLS-FX300HU高均匀性一体式氙灯光源

PLS-FX300HU高均匀性一体式氙灯光源输出的光斑均匀性4%,光斑大小可调焦范围在1~5 cm2之间,可匹配导电玻璃的大小,输出光功率密度3000 mW/cm2,可满足高强度均匀性光斑的实验需求。

以上部分是笔者根据参考文献进行翻译和汇总,笔者水平有限,如有错误,请大家指正!

参考文献

[1] 西安交通大学. GB/T 26915-2011太阳能光催化分解水制氢体系的能量转换效率与量子效率计算[S]. 北京: 中国标准出版社,2012: 18