积分球在透反射光谱测量中的应用与实践

2024.08

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积分球在透反射光谱测量中的应用与实践

透射和反射光谱是材料的关键光学特性，在当前对材料特性控制要求日益严格的背景下，它们的精确测量显得尤为关键。目前，使用积分球配合光谱仪进行透射和反射光谱的快速且准确测量技术已经越来越成熟，这为精确识别和鉴定材料提供了强有力的技术保障。

01 积分球的原理

积分球由一个空心球形腔组成，其内部覆盖着漫反射白色反射涂层，带有用于入口和出口的小孔，涂层材料为具有高反射率的 PTFE、镀金、MgO、BaSO₄ 等。通过积分球入口入射到内表面任何点的光线通过多次散射反射均匀分布到所有其他点。积分球可以用于产生均匀光源，其圆孔径内所有位置的视强度均匀与方向无关；用于收集各个角度的光线，排除发散角对测量的影响，测量各个方向辐射总和；可以测量激光束的总功率，不受光束形状、入射方向和入射位置以及偏振的影响。同时积分球可用于研究样品的反射和吸收，球体产生一个参考辐射源，可用于提供光度标准。

02 估算积分球的衰减度

光线由输入孔入射后，光线在此球内部被均匀的反射及漫射，因此输出孔所得到的光线为相当均匀的漫射光束。而且入射光的入射角度、空间分布及极化都不会对输出的光束强度及均匀度造成影响。

积分球也可当作光强度衰减器，输出强度与输入强度比约为：光输出孔的面积/积分球内部的表面积。

03 反射积分球

在光谱系统中进行反射率测量时，反射积分球是光谱收集的关键部件。如图所示，测量流程首先是将反射参考板置于样品位置，进行基线测量，并将所获得的数据保存作为后续测量的参考基准。接着，将反射参考板替换为待测样品。光源通过底部的入射口直接照射到待测样品的表面，样品表面反射的光线在积分球内壁上发生漫反射，并被有效收集。这种设计不仅提升了测量过程的稳定性和抗干扰能力，还显著提高了测量结果的精确度，确保了反射率测定的简便性和可靠性。

反射率测量示意图

8° 入射样品架允许测量 “ 镜面反射 + 漫反射 ” 反射率。使用带光陷阱积分球可将镜面反射光吸收掉而不被测量，从而消除反射辐射的镜面反射分量。使用积分球的反射率测量称为相对反射率测量，样品相对于已知标准品的反射率可以通过测量两者并取它们的比率来计算。样品和标准品应具有相似的反射率，以避免样品反射率引起的误差。