積分球（Integrating Sphere），又稱 Ulbricht 球，因其 “打散方向信息、保留輻射功率” 的獨特能力，成為光學測量與光源標定的黃金工具。本文梳理其結(jié)構(gòu)、工作原理、開口設(shè)計、常見接口及應(yīng)用場景

通常為堅固的金屬或塑料材質(zhì)，外表面通常做黑色消光處理，以減少外部光干擾。

涂覆或燒結(jié)高反射率漫反射材料（如PTFE、BaSO?、Spectralon），在200–2500 nm甚至更寬的光譜范圍內(nèi)可達到 95–99% 的高反射率。

標準為球體，也有橢球或組合結(jié)構(gòu)，關(guān)鍵在于內(nèi)部漫反射均勻。

球壁上會開有輸入端口、輸出端口、樣品口等，用于光的進入、探測和樣品安裝。

光線進入后的多次漫反射示意圖

積分球的核心原理是光線進入球體后的多次均勻漫反射

積分球的開口和接口通常包括：

光源或光纖接口，一般是 SMA905 或 FC/PC 標準光纖接口。

與探測器或光譜儀相連，輸出均勻化后的光信號。

可放置薄膜、粉末、固體、液體比色皿等，用于透射/反射測試。

有時探測器直接安裝在積分球上，避免二次傳輸損耗。

部分積分球設(shè)計有監(jiān)控口、參考口，可安裝光電探測器或插入輔助光源。

測量 LED、激光器、燈泡的總光通量、光功率。

與光譜儀結(jié)合，可得光譜分布、色溫、顯色指數(shù)。

透射率測試：樣品置于入射光與球腔之間，測量透過光強。

反射率測試：樣品置于球內(nèi)開口處，測量漫反射或鏡面反射。

吸收率間接計算：由透射率和反射率得到。

激光功率測量（避免能量集中燒毀探測器）。

光纖耦合效率測量。

積分球作為光源，可輸出均勻的漫射光場，用于相機標定或光學器件測試。

結(jié)構(gòu)要點

測量模式：

4π（燈在球心）或2π（被測光源貼在樣品口）

擋板：

遮擋探測器對光源的直視，降低偏差

端口角度：

典型為 0°/90°/180°；避免端口直對端口

監(jiān)測二極管：

實時監(jiān)控球內(nèi)照度漂移（可選閉環(huán)）

注：4π 適合無方向限制的總通量；2π 適合燈具類“半空間”通量。

結(jié)構(gòu)要點

輸出接口：

SMA905/FC 光纖至光譜儀

樣品位：

可插入薄膜/粉末杯/比色皿，評估發(fā)光或透射光譜

監(jiān)測：

可加監(jiān)測 PD 獲取相對譜漂移

結(jié)構(gòu)要點

入射幾何：

8°/d 或 d/8（入射角約 8°，d 表示漫射收集）

鏡面口：

帶可開合的“鏡面陷阱”以選擇包含/排除鏡面反射（SCI/SCE）

雙端口：

同一球腔內(nèi)采集反射光與透射光（樣品在樣品口）

夾具：

旋轉(zhuǎn)/壓力夾具，確保法向與重復定位

結(jié)構(gòu)要點

入射小孔：

限制能量密度集中；與擋板錯位布置

大口徑出口：

輸出均勻照度面；可加漫射窗口/ND 輪

熱管理：

風冷/水冷底座、熱電偶監(jiān)測，提升耐受功率

材料：

高反 PTFE；更高功率時可用陶瓷漫射襯里

結(jié)構(gòu)要點（貼合標定系統(tǒng)

出口：

大口徑均勻光場，匹配相機視場

內(nèi)置光源：

鹵素/LED 陣列 + 穩(wěn)流；可選溫控

監(jiān)測與反饋：

球內(nèi)監(jiān)測 PD + 控制器，維持輻亮度穩(wěn)定

結(jié)構(gòu)要點（貼合標定系統(tǒng)

熒光 QE：

樣品居中激發(fā)；收集全向發(fā)射；區(qū)分激發(fā)/發(fā)射光譜

紅外鍍層：

金/鋁鏡面漫射襯里，適配 2–20 μm（可更高）

微型球：

直徑 < 50 mm；便攜、快速對接光纖與微光源