【光学显微】万家亚美体育灯火——带你认识各种光源

  随着技术的发展,光源的种类越来越多,我们用到的人造光源包括:白炽灯、卤素灯、荧光灯(节能灯)、金卤灯、钠灯、氙灯、LED灯。下面对各种光源做一个简单介绍。

  白炽灯是最传统的钨丝灯,历史悠久。其发光原理是:钨丝通电后发热,再发光,所以白炽灯也是热发光,其光谱连续,色温基本恒定,是2700K左右。

  缺点:能效最低:白炽灯的能效只有节能灯的1/5,LED灯的1/8左右。热效应比较明显,灯罩的设计要特别注意散热问题。热容量另外白炽灯的钨丝细长,玻璃脆弱,寿命较短。白炽灯有一定的频闪效应,但因其光谱连续,其频闪影响不大,是完全可接受的(全世界用了100多年呢)。

  卤素灯本质也是钨丝灯,是传统白炽灯的改进(原理是在灯泡内注入碘或溴等卤族元素,在适当的温度下,从灯丝蒸发出来的钨在灯泡壁与卤素发生化学反应,形成挥发性的卤钨化合物。由于泡壁足够热,卤钨化合物呈气态,当卤钨化合物扩散到较热的灯丝周围区域时又分解为卤素和钨。释放出来的钨部分回到灯丝上,从而形成钨原子的内循环),其寿命比白炽灯明显延长,能效提高一倍左右,体积更小。卤素灯也是热发光,其光谱连续,色温是2700K左右。

  优点:光谱与白炽灯相同,是连续的、最接近于自然光;显色指数高。卤素灯的频闪比白炽灯要小,完全可接受。

  缺点:能效虽比白炽灯高,但还是只有节能灯的2/5,LED灯的1/4左右。热效应较明显,灯罩的设计也要注意散热问题。钨丝灯发光点较小,灯罩应采用散光片以使得照射区域光线.

  荧光灯\日光灯\荧光汞蒸气灯(光效50~90lm/W)传统型荧光灯即本质是低压汞灯加上荧光粉,是利用低气压的汞蒸气在通电后释放紫外线,从而使荧光粉发出可见光的原理发光,因此它属于低气压弧光放电光源。传统的日光灯是细长条的荧光灯管,采用电感镇流器和启辉器启动。其色温一般是6500K左右,属冷白色。

  金卤灯\金属卤化物灯(光效65~140lm/W)金属卤化物灯内充有少量金属卤化物和气体,从触发到正常发光需十分多钟,大致分为三阶段。(1)触发阶段。金属卤化物灯内无灯丝,只有两个电极,直接加上工作电压不能点燃,必须先加高压使灯内气体电离。高压由专用触发器产生。(2)着火阶段。灯泡触发后,电极的放电电压进一步加热电极,形成辉光放电,并为弧光放电创造条件。(3)正常发光阶段。在辉光放电的作用下,电极温度越来越高,发射的电子数量越来越多,迅速过渡到弧光放电。随着温度进一步升高,灯的发光越来越强直到正常,全部过程需一分多钟,如果启动电流大,电源启动性能好,此过程可短些。

  钠灯(光效90~130lm/W)钠灯利用钠蒸气放电产生可见光的电光源。当灯泡启动后,电弧管两端电极之间产生电弧,由于电弧的高温作用使管内的钠汞齐受热蒸发成为汞蒸气和钠蒸气,阴极发射的电子在向阳极运动过程中,撞击放电物质有原子,使其获得能量产生电离激发,然后由激发态回复到稳定态;或由电离态变为激发态,再回到基态无限循环,多余的能量以光辐射的形式释放,便产生了光。因室温时钠是固体,单纯使用钠的气体放电灯不易启动。在灯的玻管内充入氩氖混合气即潘宁气体后,灯放电时首先呈现氖的特征红光,并产生热量使放电管温度提高,导致钠开始蒸发;因钠的电离电位和激发电位比氖和氩低,放电很快转入钠蒸气中,辐射出可见光。

  钠灯又分低压钠灯和高压钠灯。低压钠灯的工作蒸气压不超过几个帕。低压钠灯的放电辐射集中在589.0纳米和589.6纳米的两条双D谱线上,它们非常接近人眼视觉曲线纳米),故其发光效率极高。高压钠灯的工作蒸气压大于0.01兆帕。高压钠灯是针对低压钠灯单色性太强,显色性很差,放电管过长等缺点而研制的。

  氙灯(光效24~60lm/W)氙灯是一种在椭球形石英泡壳内充有高压氙气、极间距离小于10mm的灯具。利用氙气放电而发光的电光源。由于灯内放电物质是惰性气体氙气,其激发电位和电离电位相差较小。其可以分为长弧氙灯,短弧氙灯和脉冲氙灯。

  优点:①辐射光谱能量分布与日光相接近,色温约为6000K。②连续光谱部分的光谱分布几乎与灯输入功率变化无关,在寿命期内光谱能量分布也几乎不变。③灯的光、电参数一致性好,工作状态受外界条件变化的影响小。④灯一经燃点,几乎是瞬时即可达到稳定的光输出;灯灭后,可瞬时再燃点。⑤灯的光效较高,电位梯度较小。

  LED灯(光效80~120lm/W)LED灯是从2010年左右才兴起的,其能效非常高,热效应很小。因其体积小,可以做成各种形状。其驱动电路一般采用电子直流镇流器。其色温比较灵活,但一般分2700K(暖白,模拟白炽灯/卤素灯的色温),4500K(正白),和6500K(冷白)三类。亚美体育

 

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