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海洋光學(xué) x 圣誕特輯

每年的12月24日晚，

圣誕老人，馴鹿及五彩斑斕的燈光，

今天，我們一起來(lái)探索一下

圣誕節(jié)中的光譜奧秘。

幫助馴鹿生存的紫外光

Reindeer and UV Vision

馴鹿生活在歐洲、亞洲及北美的北部地區(qū)，最喜歡的食物為地衣。絕大多數(shù)動(dòng)物能與馴鹿共存，但有一些狼喜歡以馴鹿作為自己的食物。那么馴鹿如何在這樣的環(huán)境中生存，尋找稀缺食物、避免掠食者的呢？

其實(shí)，馴鹿可以看到光譜紫外區(qū)域的一些更“深入"的信息。

圖1. 地衣及毛皮樣品圖

我們從馴鹿經(jīng)常光顧的北部地區(qū)的幾種動(dòng)物身上采集了毛皮樣本，包括兩種狼和一些對(duì)馴鹿非掠食性的動(dòng)物。同時(shí)，還采集了一些地衣樣本進(jìn)行分析。

圖2. 反射測(cè)量圖

使用Ocean HDX-XR光譜儀、WS-1標(biāo)準(zhǔn)反射板、DH-2000-BAL氘鎢燈光源和QR400反射探頭（如圖），獲得了毛皮和地衣樣品的寬帶反射光譜，以觀察對(duì)能夠在較短UV波長(zhǎng)下區(qū)分樣本的動(dòng)物來(lái)說(shuō)它們是什么樣子。

圖3. 各種野生動(dòng)物毛皮和地衣的反射吸收譜

為更好放大寬帶光譜的差異，反射測(cè)量在OceanView吸光度模式下進(jìn)行，并通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)變換處理數(shù)據(jù)，以歸一化響應(yīng)。

我們觀察到，馴鹿的掠奪者和食物比其食物和馴鹿的非掠食性動(dòng)物具有更強(qiáng)的紫外光譜響應(yīng)，這將使馴鹿在白雪皚皚中看得更清楚（圖3）。

圣誕燈的光譜特性

白熾燈和LED

Incandescent lamp & LED

圣誕假日期間，周?chē)錆M了五顏六色的燈光，滿滿的喜慶、歡樂(lè)的氣氛。隨現(xiàn)代照明行業(yè)的發(fā)展，LED憑借其功耗低、效率高和顏色豐富的優(yōu)點(diǎn)已成為照明的主流。

那么LED和白熾燈相比，其光譜特性如何？

圖4. 海洋光學(xué)輻射測(cè)量原理圖

使用Ocean-FX-VIS-NIR光譜儀、FOIS-1積分球、600μmVis-NIR光纖和OceanView軟件測(cè)試了20串彩色白熾燈和LED燈（如圖4）。同時(shí)使用HL-3P為輻射通量校準(zhǔn)光源，以絕對(duì)光譜輻射通量（μW/nm）從每串中獲取每種顏色的三個(gè)燈泡的光譜數(shù)據(jù)。

圖5. 白熾燈，在>700nm處產(chǎn)生熱量

圖5為白熾燈在短波近紅外區(qū)域(>700 nm)具有最高強(qiáng)度的寬帶光譜。這些光超出了人眼視覺(jué)感知的范圍并產(chǎn)生熱量，導(dǎo)致燈泡升溫。

據(jù)美國(guó)能源部數(shù)據(jù)，白熾燈泡發(fā)出的能量中有90%是熱量。同時(shí)，我們注意到白熾燈泡的光譜圖看起來(lái)像高通濾光片的光譜。這種光譜分布來(lái)自于濾光片玻璃護(hù)罩，玻璃護(hù)罩使白熾燈呈現(xiàn)出不同的美麗顏色。

圖6. LED燈幾乎沒(méi)有光譜輸出>700 nm

圖6為L(zhǎng)ED燈帶在短波NIR區(qū)域700nm具有窄帶發(fā)射峰。它產(chǎn)生的熱量很少，比白熾燈更節(jié)能。與白熾燈泡在絕對(duì)光譜輻射通量的功率相比，LED產(chǎn)生的強(qiáng)度要高得多。出現(xiàn)這種強(qiáng)度差異是因?yàn)長(zhǎng)ED燈泡直接從燈泡產(chǎn)生顏色，而不是使用濾光片從發(fā)光燈絲中選擇所需的波長(zhǎng)。

海洋光學(xué)

祝大家

圣誕快樂(lè)