在光学计量中，特别是在光谱测量中，亮度的实际重要性不容忽视。光源的亮度直接影响入射到样品单位表面积上的光谱功率。本文对中红外超连续光源的亮度进行介绍。
中红外超连续光源的亮度测量
摘要：在光学计量中，特别是在光谱测量中，亮度的实际重要性不容忽视。光源的亮度直接影响入射到样品单位表面积上的光谱功率。本文对中红外超连续光源的亮度进行介绍。
光源亮度的定义在不同的科学领域有所不同，因此，在接下来的计算和讨论中，我们采用激光物理学中zui熟悉和特有的定义。给定光源的光谱亮度BV~是光源的发射属性，描述其光谱亮度(亮度的另一种命名方式)，并定义为单位表面积向某一方向发射的平均光功率əS每单位立体角əΩ每单位谱线əV~:
其中θ是表面的法线与定义发射方向的矢量之间的极角。如果BV与θ无关，源可以被认为是各向同性和全向的——这里zui典型的例子是热发射器，其光谱亮度由普朗克定律给出(用于下面的计算)。
为简化计算，可以将式(1)改写为激光束。由于对于高度准直的激光束，发散角θ非常小，我们可以假设cosθ≈1。此外，对于模态直径为D的光束，有效模态面积为πD²/4，发射立体角[5]定义为πθ², 因此，激光光源的光谱亮度可得:
其中əP/əV是源的功率谱密度（PSD）。因此，亮度作为波长的函数可以明确量化，因为psd，以及各种激光源的光束大小和发散，都是可以使用标准技术测量或由制造商提供的参数。
为了强调光谱亮度对中红外光谱的重要性，应将其与光学仪器联系起来考虑。光谱亮度通常以W·sr-1·cm-2·nm-1为单位表示。另一方面，任何中红外光谱仪的光学通量(或etendue，系统几何和光学设计的函数，由入口瞳孔面积和准直或聚焦光学形成的立体角定义)通常以sr·cm2为单位给出。光源和光谱系统的这些特性相乘的结果就是某个系统可以传输和利用的光谱测量的光谱功率。因此，用超亮超连续光谱激光发射器取代标准的热发射器，仍然可以从本质上改进现有的中红外光谱测量方法。例如，zui大相互作用长度可以显著延长，从而降低检测的限制。在光热光谱学中，信号可以被显著放大。
图3提供了一个定量可视化说明了在IR范围内工作的超连续光谱源的典型亮度水平，以及金标准中红外光谱源的亮度:外腔qcl和热发射器。
图1。中红外光谱(市售系统)中zui具代表性光源的光谱亮度:Globars(热发射器)的光谱亮度水平是使用普朗克定律确定的;所代表的超连续介质源是标准的，而不是ji 端的功率和带宽版本;EC-QCL -商用外腔量子级联激光器(使用典型的psd和光束参数);光谱亮度等级按平均输出功率计算(不考虑下面讨论的峰值功率优势)。
根据公式(2)计算图1所示激光光源的亮度。基于二氧化硅、InF3和硫属化合物光纤的超连续光源的psd以及光束参数由Leukos提供。基于zblan光纤的超连续谱光源的发射参数由NKT Photonics公司提供。对于QCL发射器，使用了典型的商业系统(DRS日光解决方案)的发射特性;连续波工作模式被认为提供了zui窄的谱线宽度100MHZ。
光谱亮度作为一种明确的面向应用的中红外发射器的比较指标，清楚地表明超宽带超连续谱激光源有效地填补了热源和qcl之间的空白。热发射器是宽带的，但具有低亮度的发射，而高亮度QCL源在光谱覆盖方面相对有限，特别是对于单激光脊配置。因此，超连续介质源提供了类似激光的光谱亮度水平，同时保持了瞬时超宽带光谱覆盖(在这个意义上接近热发射器)为每个亚毫微米脉冲。
考虑到超连续谱发射的脉冲性质，在此背景下必须再次强调另一点。图1中所示的光谱亮度水平是针对主要加热样品的平均功率计算的(典型PSD水平在µW - mW / nm线范围内)，而不是针对峰值功率水平。在典型的超连续介质短脉冲发射体系中，峰值功率水平可以在同一纳米光谱波段内达到数瓦，因此峰值亮度可以显著更高。上述常规定义对于慢速红外探测器是完全有效的。
然而，快速半导体探测器(例如HgCdTe, InSb和InAsSb)可以显示次n上升时间，因此，耦合到合适的检测系统(例如车厢积分器)，可以获得峰值功率信号优势。因此，应用适当的检测方案，脉冲超连续介质光源可以达到与QCL激光器相当的亮度水平，甚至超过QCL激光器。
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