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來源:光虎
光源是一個(gè)物理學(xué)名詞,宇宙間的物體有的是發(fā)光的,有的是不發(fā)光的,我們把自己能發(fā)光且正在發(fā)光的物體叫做光源。太陽、打開的電燈、燃燒著的蠟燭等都是光源。
物理學(xué)上:指能發(fā)出一定波長(zhǎng)范圍的電磁波(包括可見光與紫外線、紅外線、X射線等不可見光)的物體。通常指能發(fā)出可見光的發(fā)光體。凡物體本身能發(fā)光者,稱做光源,又稱發(fā)光體。如太陽、恒星、燈以及燃燒著的物質(zhì)等都是。
自身正在發(fā)光的物體叫光源。光源可以分為自然(天然)光源和人造光源。此外,根據(jù)光的傳播方向,光源可分為點(diǎn)光源和平行光源。
18世紀(jì)末,人類對(duì)電光源的開始研究。
19世紀(jì)初,英國(guó)的H.戴維發(fā)明碳弧燈。
1879年,美國(guó)的T.A.愛迪生發(fā)明了具有實(shí)用價(jià)值的碳絲白熾燈,使人類從漫長(zhǎng)的火光照明進(jìn)入電氣照明時(shí)代。
1907年采用拉制的鎢絲作為白熾體。
1912年,美國(guó)的I.朗繆爾等人對(duì)充氣白熾燈進(jìn)行研究,提高了白熾燈的發(fā)光效率并延長(zhǎng)了壽命,擴(kuò)大了白熾燈應(yīng)用范圍。
20世紀(jì)30年代初,低壓鈉燈研制成功。
1938年,歐洲和美國(guó)研制出熒光燈,發(fā)光效率和壽命均為白熾燈的3倍以上,這是電光源技術(shù)的一大突破。
1940年代高壓汞燈進(jìn)入實(shí)用階段。
50年代末,體積和光衰極小的鹵鎢燈問世,改變了熱輻射光源技術(shù)進(jìn)展滯緩的狀態(tài),這是電光源技術(shù)的又一重大突破。
60年代開發(fā)了金屬鹵化物燈和高壓鈉燈,其發(fā)光效率遠(yuǎn)高于高壓汞燈。
1980年代出現(xiàn)了細(xì)管徑緊湊型節(jié)能熒光燈、小功率高壓鈉燈和小功率金屬鹵化物燈,使電光源進(jìn)入了小型化、節(jié)能化和電子化的新時(shí)期。
熱效應(yīng)
第一類是熱效應(yīng)產(chǎn)生的光。太陽光就是很好的例子,此外蠟燭等物品也都一樣,此類光隨著溫度的變化會(huì)改變顏色。
第二類原子躍遷發(fā)光。熒光燈燈管內(nèi)壁涂抹的熒光物質(zhì)被電磁波能量激發(fā)而產(chǎn)生光。此外霓虹燈的原理也是一樣。原子發(fā)光具有獨(dú)自的特征譜線??茖W(xué)家經(jīng)常利用這個(gè)原理鑒別元素種類。
輻射發(fā)光
第三類是物質(zhì)內(nèi)部帶電粒子加速運(yùn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的光。譬如,同步加速器(synchrotron)工作時(shí)發(fā)出的同步輻射光,同時(shí)攜帶有強(qiáng)大的能量。
另外,原子爐(核反應(yīng)堆)發(fā)出的淡藍(lán)色微光(切倫科夫輻射)也屬于這種。所謂的“切倫科夫輻射”,就是指帶電粒子在介質(zhì)中的速度可能超過介質(zhì)中的光速,在這種情況下會(huì)發(fā)生輻射,類似于“音爆”。
注:這不是真正意義上的超光速,真正意義上的超光速是指超過真空中的光速。 這種現(xiàn)象被稱為切倫科夫效應(yīng)。
照明光源
照明光源是以照明為目的,輻射出主要為人眼視覺的可見光譜(波長(zhǎng)380~780nm)的電光源。其規(guī)格品種繁多,功率從0.1W到20kW,產(chǎn)量占電光源總產(chǎn)量的95%以上。
照明光源品種很多,按發(fā)光形式分為熱輻射光源、氣體放電光源和電致發(fā)光光源3類。
①熱輻射光源。電流流經(jīng)導(dǎo)電物體,使之在高溫下輻射光能的光源。包括白熾燈和鹵鎢燈兩種。
②氣體放電光源。電流流經(jīng)氣體或金屬蒸氣,使之產(chǎn)生氣體放電而發(fā)光的光源。氣體放電有弧光放電和輝光放電兩種,放電電壓有低氣壓、高氣壓和超高氣壓3種?;」夥烹姽庠窗ǎ簾晒鉄?、低壓鈉燈等低氣壓氣體放電燈,高壓汞燈、高壓鈉燈、金屬鹵化物燈等高強(qiáng)度氣體放電燈,超高壓汞燈等超高壓氣體放電燈,以及碳弧燈、氙燈、某些光譜光源等放電氣壓跨度較大的氣體放電燈。輝光放電光源包括利用負(fù)輝區(qū)輝光放電的輝光指示光源和利用正柱區(qū)輝光放電的霓虹燈,二者均為低氣壓放電燈;此外還包括某些光譜光源。
③電致發(fā)光光源。在電場(chǎng)作用下,使固體物質(zhì)發(fā)光的光源。它將電能直接轉(zhuǎn)變?yōu)楣饽堋0▓?chǎng)致發(fā)光光源和發(fā)光二極管兩種。
輻射光源
輻射光源是不以照明為目的,能輻射大量紫外光譜(1~380nm)和紅外光譜(780~1×106nm)的電光源,它包括紫外光源、紅外光源和非照明用的可見光源。以上兩大類光源均為非相干光源。此外還有一類相干光源,它通過激發(fā)態(tài)粒子在受激輻射作用下發(fā)光,輸出光波波長(zhǎng)從短波紫外直到遠(yuǎn)紅外,這種光源稱為激光光源。
穩(wěn)定光源
光纖通信技術(shù)中,進(jìn)行光纖衰耗的測(cè)量,連接損耗的測(cè)量、活動(dòng)連接器損耗以及光電器件或光收端機(jī)靈敏度的測(cè)量,光源是不可缺少的信號(hào)源。
穩(wěn)定光源,即其輸出光功率、波長(zhǎng)及光譜寬度等特性(主要是光功率)應(yīng)當(dāng)是穩(wěn)定不變的,當(dāng)然,絕對(duì)穩(wěn)定不變是不可能的,只是在給定的條件下(例如一定的環(huán)境、一定的時(shí)間范圍內(nèi))其特性是相對(duì)穩(wěn)定的。若要達(dá)到一定的指標(biāo)要求,穩(wěn)定光源應(yīng)有一定的措施以保證其特性的穩(wěn)定。一般采取APC(自動(dòng)功率控制)電路和ATC(自動(dòng)溫度控制)電路等措施。
不同類型的電光源有不同的結(jié)構(gòu),但一般都具有以下幾部分的零部件:作為發(fā)光體的燈絲、電極、熒光粉;作為發(fā)光體外殼的玻璃、半透明陶瓷管、石英管;作為引線的導(dǎo)絲、芯柱、燈頭;作為充填物的各類氣體、汞、金屬及其鹵化物;消氣劑、各類涂層、絕緣件及粘結(jié)劑等。
碳弧燈
利用兩根接觸的碳棒電極在空氣中通電后分開時(shí)所產(chǎn)生的放電電弧發(fā)光的電光源。碳弧燈由英國(guó)人H.戴維于1809年發(fā)明。
白熾燈
白熾燈又稱鎢絲燈、燈泡,是將燈絲通電加熱到白熾狀態(tài),利用熱輻射發(fā)出可見光的電光源。由電流通過燈絲加熱至白熾狀態(tài)產(chǎn)生光的一種光源。是最早出現(xiàn)的電燈,用耐熱玻璃制成泡殼,內(nèi)裝鎢絲。泡殼內(nèi)抽去空氣,以免燈絲氧化,或再充入惰性氣體(如氬),減少鎢絲受熱蒸發(fā)。因燈絲所耗電能僅一小部分轉(zhuǎn)為可見光,故發(fā)光效率低,一般為10~15流/瓦。但制造方便,成本低。
低壓鈉燈
是利用低壓鈉蒸氣放電發(fā)光的電光源,在它的玻璃外殼內(nèi)涂以紅外線反射膜,是光衰較小和發(fā)光效率最高的電光源。低壓鈉燈發(fā)出的是單色黃光,用于對(duì)光色沒有要求的場(chǎng)所。
高壓鈉燈
當(dāng)燈泡啟動(dòng)后,電弧管兩端電極之間產(chǎn)生電弧,由于電弧的高溫作用使管內(nèi)的液鈉汞氣受熱蒸發(fā)成為汞蒸氣和鈉蒸氣,陰極發(fā)射的電子在向陽極運(yùn)動(dòng)過程中,撞擊放電物質(zhì)的原子,使其獲得能量產(chǎn)生電離或激發(fā),然后由激發(fā)態(tài)回復(fù)到基態(tài);或由電離態(tài)變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài),再回到基態(tài)無限循環(huán),此時(shí),多余的能量以光輻射的形式釋放,便產(chǎn)生了光。
LED燈
LED(Light Emitting Diode),發(fā)光二極管,是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為可見光的固態(tài)的半導(dǎo)體器件,它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。
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