光源講座一、基本概念

光是電磁輻射譜中能夠引起人眼視覺(jué)的部分

光的本質(zhì)波長(zhǎng)比紅色光更長(zhǎng)的電磁波部分780nm~10６nm(1mm),

稱(chēng)為紅外輻射(紅外光,IR).

再長(zhǎng)為無(wú)線電波 紅外光主要產(chǎn)生熱效應(yīng)(紅外加熱).光的本質(zhì)另一個(gè)光的本質(zhì)是光子,是一個(gè)個(gè)量子化的光子的傳播.光子的不同頻率對(duì)應(yīng)于不同的顏色.光子的頻率和電磁波的波長(zhǎng)具有對(duì)應(yīng)關(guān)系.光子頻率和電磁波波長(zhǎng)之間的關(guān)系式:

λ=c/ν

λ:電磁波波長(zhǎng),

ν:光子頻率

其中:光速C＝3x108m/s

光的本質(zhì)相同頻率的光子在不同的媒質(zhì)中對(duì)應(yīng)不同的波長(zhǎng)(顏色)光子的頻率越高,能量越高

Q＝hν (Q為光子能量

h為普朗克常數(shù)=6.6x10-34焦?fàn)柮?ν為光子頻率）光具有波粒二象性波動(dòng)性:λ＝c/ν解釋偏振,干涉,衍射等現(xiàn)象微粒性:Q＝hν解釋光化學(xué),光電效應(yīng)等現(xiàn)象光的本質(zhì)波長(zhǎng)比紫光更短的部分(1nm～380nm)稱(chēng)為紫外輻射,(紫外光UV).紫外光主要產(chǎn)生化學(xué)效應(yīng)(光化學(xué)反應(yīng),皮膚病治療,曬色效應(yīng),誘昆蟲(chóng),殺菌).

紫外光譜分區(qū):380-315nm為UV-A,315-280nm為UV-B;280-100nm為UV-C.

小于315nm的紫外光譜會(huì)產(chǎn)生紅斑和滅菌兩種特殊輻射現(xiàn)象,在297nm處紅斑輻射效果最大;在260nm處滅菌輻射效果最大.光的本質(zhì)光發(fā)射在光源中的應(yīng)用

熱輻射~白熾燈/鹵鎢燈

熒光~熒光燈/節(jié)能燈/熒光汞燈

低氣壓放電~熒光燈/節(jié)能燈/低壓鈉燈/電磁感應(yīng)燈

高氣壓放電~高壓汞燈/高壓鈉燈/金鹵燈/超高壓汞燈

光的發(fā)射氣體放電(2)高氣壓放電~氣體壓力為1個(gè)到幾十個(gè)大氣壓時(shí)的電離放電;電離產(chǎn)生~電子碰撞產(chǎn)生等離子體;放電性質(zhì)~輝光到弧光放電;啟動(dòng)放電較困難；放電譜~線狀譜.

光的發(fā)射

場(chǎng)致發(fā)光某些材料(熒光粉)在電場(chǎng)中直接把電磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為光能.粉質(zhì)場(chǎng)致發(fā)光屏:如平面顯示器(ELP)

場(chǎng)致發(fā)光膜:如數(shù)字指示器(FEL)

光的發(fā)射半導(dǎo)體發(fā)光半導(dǎo)體p-n結(jié)發(fā)光二極管(LED),具有低壓,耐振,長(zhǎng)壽,高效等特點(diǎn),有紅,綠,藍(lán),琥珀,白等色.光的發(fā)射 折射:光穿過(guò)界面進(jìn)入另一媒質(zhì)時(shí)會(huì)改變方向.

折射定律:n1Sinαi=n2Sinαr光的傳播 全反射:當(dāng)n1>n2(例如從玻璃到空氣),且入射角大于臨界角,入射光將被全反射.

全反射定律:Sinθ

>n2/n1

光的傳播

拋物鏡面反射: 位于拋物面鏡焦點(diǎn)的光源經(jīng)鏡面反射后幾乎成平行光束.

光的傳播 漫射:光入射到均勻漫射體表面,反射或透射光將向四面八方散射,和入射光方向無(wú)關(guān),稱(chēng)為漫反射和漫透射.

漫射定律:I＝kCosθ光的傳播光傳播在光源中的應(yīng)用光纖照明:光在光導(dǎo)纖維內(nèi)幾乎無(wú)損耗地依靠全反射傳播,具有安全、可塑、變光、簡(jiǎn)易等特點(diǎn).光的傳播電光源發(fā)展簡(jiǎn)史1802年英國(guó)科學(xué)家HumphryDavy顯示了白熾現(xiàn)象1879年美國(guó)科學(xué)家愛(ài)迪生發(fā)明了第一只白熾燈1906年研制成功高壓汞燈,1930年應(yīng)用于照明1938年熒光燈問(wèn)世60年代金屬鹵化物燈研制成功70年代發(fā)明了鋁酸鹽系列三基色熒光粉1979年P(guān)HILIPS發(fā)明了第一只節(jié)能燈電光源種類(lèi)固體發(fā)光光源包括場(chǎng)致發(fā)光燈、半導(dǎo)體發(fā)光器件、熱輻射光源（白熾燈、鹵鎢燈）氣體放電發(fā)光光源包括輝光放電燈(氖燈、霓虹燈)和弧光放電燈[低壓氣放電燈(熒光燈、緊湊型熒光燈、低壓鈉燈)高氣壓放電燈(高壓汞燈、高壓鈉燈高壓氙燈、金屬鹵化物燈）概念光通量：光源每秒鐘發(fā)出的可見(jiàn)光量之總和，簡(jiǎn)單說(shuō)就是發(fā)光量。單位：流明（lm）照度：?jiǎn)挝幻娣e內(nèi)入射的光通量，也就是光通量除以面積所得到的值。單位：勒克司（lm），照度分為水平照度和垂直照度。

水平照度為光通量入射水平表面的照度，垂直照度為光通量入射到垂直表面的照度。垂直照度≥1000lux色溫：以絕對(duì)溫度K來(lái)表示，即將一標(biāo)準(zhǔn)黑體加熱，濕度升高以一定程度時(shí)顏色開(kāi)始由深紅—淺紅—橙黃—白—藍(lán)，逐漸改變，某光源一黑體的顏色相同時(shí)，我們將黑體當(dāng)時(shí)的絕對(duì)濕度稱(chēng)為該光源之色溫。色溫在3000K以下，光色偏紅給人以溫暖的感覺(jué)：色溫超過(guò)6000K，光色偏藍(lán)，給人以清冷的感覺(jué)，色溫在4000K左右，人在此色調(diào)下，無(wú)特別明顯的視覺(jué)心理效果，故稱(chēng)為“中性”色溫。

顯色性：光源對(duì)物體本身顏色呈現(xiàn)的程度稱(chēng)為顯色性，也就是顏色逼真的程度，顯色性高的光源對(duì)顏有現(xiàn)較好，我們所見(jiàn)到的顏色也就接近自然色，顯色性低的光源對(duì)顏色表現(xiàn)較差，我們所見(jiàn)到的顏色偏差也較大。國(guó)際照明委員會(huì)CIE把太陽(yáng)光的顯色指數(shù)定為100，各類(lèi)光源的顯色指數(shù)各有相同，如：高壓鈉燈的顯色指數(shù)Ra=23，熒光燈管顯色指數(shù)Ra=60-90。電磁噪音：可能使周?chē)娖鞴ぷ鲗?dǎo)常甚至失控。平均壽命：燈50%損壞時(shí)的時(shí)間。亮度對(duì)比：被識(shí)別對(duì)象和其背景亮度之差與背景亮度之比稱(chēng)為亮度對(duì)比，對(duì)比影響物體的可見(jiàn)度。對(duì)比大的物體容易被觀察到，并在視覺(jué)上產(chǎn)生近距離感和興奮感。幾種常用電光源的介紹白熾燈鹵鎢燈熒光燈緊湊型熒光燈高壓汞燈高壓鈉燈金屬鹵化物燈氙燈白熾燈曲線柔美、外形小巧極低的初始成本令人愉悅的暖色光優(yōu)異的顯色性多樣的外形和涂層簡(jiǎn)便的安裝特性白熾燈的工作原理電流流過(guò)燈絲，使燈絲產(chǎn)生熱量，大量的熱能將燈絲加熱到高溫狀態(tài)，溫度達(dá)2700多度，處于白熾狀態(tài)，放射出可見(jiàn)光。白熾燈的結(jié)構(gòu)白熾燈的種類(lèi)透明泡磨砂泡乳白泡彩色泡白熾燈的型號(hào)電光源名稱(chēng)

型號(hào)的組成

第一部分

第二部分

第三部分

第四部分普通照明燈泡PZ額定電壓

額定功率

不同結(jié)構(gòu)

（V）

（W）

形式的順

序號(hào)雙螺旋普通照明燈泡PZS蘑菇型普通照明燈泡PZM反射型普通照明燈泡PZFPz220-15白熾燈的不足之處光效低（約10lm/W），運(yùn)行費(fèi)用高。壽命較短，平均壽命1000小時(shí)。普通照明燈泡的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)為GB10681-89鹵鎢燈外形更緊湊較低的初始成本令人愉悅的暖色光優(yōu)異的顯色性比白熾燈更高的光效

比白熾燈更長(zhǎng)的壽命簡(jiǎn)便的安裝特性鹵鎢燈的工作原理電流流過(guò)燈絲，使燈絲產(chǎn)生熱量，大量的熱能將燈絲加熱到高溫狀態(tài)，溫度達(dá)2700多度，處于白熾狀態(tài)，放射出可見(jiàn)光。在高溫下，從燈絲上蒸發(fā)出來(lái)的鎢，在靠近玻殼的溫度較低的部位，與燈內(nèi)的鹵素發(fā)生化合反應(yīng)，形成鹵化鎢，并部分向鎢絲擴(kuò)散，使鎢不至于粘到管壁上；在靠近鎢絲的溫度較高部位，化合物因高溫而分解成鎢與鹵素，鎢回到燈絲上，鹵素又可參與下一次循環(huán)。如此周而復(fù)始，就延長(zhǎng)了燈絲的壽命。鹵鎢燈的結(jié)構(gòu)鹵鎢燈的種類(lèi)鹵鎢燈按型狀和結(jié)構(gòu)常有以下種類(lèi)：管型鹵鎢燈（雙端鹵鎢燈）單端鹵鎢燈GU10單端鹵鎢燈鹵鎢燈的型號(hào)LZG

燈管額定功率燈管額定電壓管形照明鹵鎢燈鹵鎢燈的型號(hào)第二部分FY——表示放映電影用的鹵鎢燈FJ——表示冷反射放映鹵鎢燈HD——表示幻燈、投影用幻燈鹵鎢燈Z——表示照明用鹵鎢燈鹵鎢燈的型號(hào)LJS額定電壓額定功率石英聚光鹵鎢燈鹵鎢燈的型號(hào)LZJ光束角額定功率額定電壓介質(zhì)膜反光鏡照明鹵鎢燈鹵鎢燈的型號(hào)F——表示封閉式X——表示小管徑Z——表示窄光束ZG——表示中光束K——表示寬光束TK——表示特寬光束管型鹵鎢燈（雙端鹵鎢燈）單端鹵鎢燈GU10單端鹵鎢燈MR11、MR16鹵素?zé)舯ⅲ蝴u鎢燈的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)為GB/T14094-93PAR燈--冷反射定向照明鹵鎢燈熒光燈高光效發(fā)光均勻光色柔和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單安裝方便熒光燈的工作原理燈絲上的電子發(fā)射材料，在電流流過(guò)燈絲時(shí)，受到燈絲加熱，發(fā)射出電子；電子在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，碰撞汞原子，使汞原子由穩(wěn)態(tài)進(jìn)入激發(fā)態(tài)，激發(fā)態(tài)的汞原子會(huì)躍遷回穩(wěn)態(tài)，同時(shí)放射出汞的特征譜線——253.7nm紫外線。紫外線照射到熒光粉上,使熒光粉發(fā)出可見(jiàn)光。此過(guò)程穩(wěn)定保持下去，于是，熒光燈便能穩(wěn)定地發(fā)光了。熒光燈的結(jié)構(gòu)熒光燈的型號(hào)（第一部分）YZ——表示直管熒光燈YU——表示U形熒光燈YH——表示環(huán)形熒光燈YZZ——表示自鎮(zhèn)流熒光燈YHG——表示黑光熒光燈ZW——表示紫外線燈管熒光燈的型號(hào)（第二部分）第二部分表示燈管功率第三部分表示燈管顏色特征RR——表示日光色（6500K）RZ——表示中性白色（5000K）RL——表示冷白色（4000K）RB——表示白色（3500K）RN——表示暖白色（3000K）熒光燈的型號(hào)RD——表示白熾燈色（2700K）例如：YZ36RR表示直管熒光燈，功率為36W，色溫為6500K。普通照明用管形熒光燈(雙端熒光燈）的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)為GB/T10682-2002熒光燈的種類(lèi)和變形熒光燈通常按管徑來(lái)分類(lèi)，有以下一些種類(lèi)：T12---------Φ38mm最早采用此管徑T10---------Φ32mm國(guó)內(nèi)曾大量采用T9---------Φ30mm國(guó)內(nèi)曾大量采用T8---------Φ26mm目前最通用T5---------Φ15mm未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)熒光燈的種類(lèi)和變形熒光燈按其材料和功能來(lái)分類(lèi)，有以下一些種類(lèi)：普通鹵粉熒光燈（普通照明用）三基色熒光燈（普通照明用）紫外熒光燈（保健、消毒用）彩色熒光燈（裝飾用）其它特殊熒光燈（如暗室膠片沖洗用、生物生長(zhǎng)用等）熒光燈的種類(lèi)和變形熒光燈按其形狀來(lái)分，有以下一些種類(lèi)：直管熒光燈；環(huán)形熒光燈；U形熒光燈；平面形熒光燈（如2D、Y型、M型）；螺旋形熒光燈；熒光燈的種類(lèi)和變形熒光燈按其電極結(jié)構(gòu)分類(lèi)，有以下種類(lèi)：熱陰極熒光燈（如普通直管熒光燈）；冷陰極熒光燈（如裝飾用的冷極管）無(wú)極熒光燈熒光燈的基本工作電路熒光燈的基本工作電路如下：高壓汞燈光效較白熾燈高，約40-60lm/w；壽命是白熾燈的3-5倍，3000-5000h；顯色性較差，Ra20-40；高壓汞燈的工作原理高壓汞燈是利用汞放電時(shí)產(chǎn)生的高氣壓來(lái)獲得高發(fā)光效率的一種光源。高壓汞燈剛起動(dòng)時(shí)，燈管兩端電壓為20V左右，與熒光燈放電類(lèi)似。譜線集中在254nm附近。光色呈藍(lán)色。隨著放電的進(jìn)行，溫度升高，更多的汞被蒸發(fā)，汞蒸汽壓增大，放電的能量逐漸向長(zhǎng)波譜線移動(dòng)。光色從藍(lán)色變成白色。汞蒸汽壓增大至0.2-1MPa。故稱(chēng)為高壓汞燈。高壓汞燈的結(jié)構(gòu)自鎮(zhèn)流熒光高壓汞燈的結(jié)構(gòu)高壓汞燈的型號(hào)和規(guī)格熒光高壓汞燈泡型號(hào)：GGY50、GGY80、GGY125、GGY175、GGY250、GGY400、GGY1000行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)為QB/T2051——94高壓汞燈的型號(hào)和規(guī)格自鎮(zhèn)流高壓汞燈泡GGY50Z、GGY80Z、GGY125Z、GGY175Z、GGY250Z、GGY400Z、GGY1000Z。行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：QB/T2502——94高壓汞燈因?yàn)楣馍m，顯色指數(shù)很低；為改善光色，一般在玻殼內(nèi)涂上熒光粉，故稱(chēng)熒光高壓汞燈。高壓汞燈的種類(lèi)高壓汞燈按用途可分為照明用高壓汞燈和非照明用高壓汞燈。照明用高壓汞燈常用的有：熒光高壓汞燈反射型熒光高壓汞燈自鎮(zhèn)流熒光高壓汞燈高壓汞燈的種類(lèi)非普通照明用高壓汞燈有：紫外線高壓汞燈球型超高壓汞燈毛細(xì)管形超高壓汞燈高壓鈉燈高光效（120LM/W）；功率范圍寬（從35W-1000W）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊；壽命長(zhǎng)（15000-20000h）；光色金白色。高壓鈉燈的結(jié)構(gòu)高壓鈉燈的型號(hào)NG

250

N-1GL/T型波殼內(nèi)啟動(dòng)式燈泡功率（普通型）高壓鈉燈泡高壓鈉燈的型號(hào)NG

Z

400燈泡功率中顯色性（60左右）高壓鈉燈泡高壓鈉燈的型號(hào)NG

G

250燈泡功率高顯色性（80左右）高壓鈉燈泡高壓鈉燈的工作原理高壓鈉燈內(nèi)管（氧化鋁陶瓷管）里充有鈉汞劑，在燈管里分別存在鈉蒸氣和汞蒸氣。燈工作時(shí)，鈉和汞都參與工作。先是汞放電，形成較低的放電電流，然后溫度慢慢上升。隨著溫度上升，鈉蒸氣壓也慢慢提高。越來(lái)越多的鈉參與放電。鈉放電在低氣壓下，放射出589和589.6nm兩條譜線.(低壓鈉燈即利用此工作狀態(tài));當(dāng)鈉蒸氣壓進(jìn)一步提高,鈉放電的譜線會(huì)加寬,在共振波長(zhǎng)兩側(cè)形成連續(xù)的寬輻帶.此時(shí)鈉蒸氣壓達(dá)到104Pa左右,所以稱(chēng)為高壓鈉燈.高壓鈉燈的種類(lèi)高壓鈉燈按其顯色性來(lái)分,有:普通高壓鈉燈,Ra=20-30;顏色改進(jìn)型高壓鈉燈,Ra=60-70;高顯色性高壓鈉燈:Ra=80-85;高壓鈉燈按外玻殼形狀來(lái)分,有:橄欖形(ED和BT);管形(T型)高壓鈉燈的規(guī)格35W、50W、70W、100W、150W、250W、400W、1000W。高壓鈉燈的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)為GB13259-91橄欖形和管形高壓鈉燈橄欖形(ED泡殼)管形(T型泡殼)高壓鈉燈的應(yīng)用高壓鈉燈光效高，但顯色指數(shù)偏低，光色偏黃，所以常用于對(duì)光色要求不是太高，但亮度要求高的場(chǎng)所。高壓鈉燈適用于：道路、廣場(chǎng)、停車(chē)場(chǎng)、碼頭、大型工場(chǎng)、礦區(qū)照明等。金屬鹵化物燈發(fā)光效率高(60-90Lm/W);顯色性好(Ra:70－90);壽命長(zhǎng)(10000-20000H);功率范圍寬(35-2000w);金鹵燈的結(jié)構(gòu)金鹵燈的型號(hào)JLZKN

表示不同玻殼型號(hào)（如ED型、BT型、T型、TT型）表示為鈧鈉型燈泡表示燈的額定功率表示金屬鹵化物燈金鹵燈的規(guī)格35W、50W、70W、100W、150W、175、250W、400W、1000W、1500W、1800W、2000W。金鹵燈的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB18661-2002金鹵燈的工作原理金鹵燈是在高壓汞燈基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的,它是在高壓汞燈內(nèi)添加某些金屬鹵化物,使此種金屬參與到放電過(guò)程中,利用此金屬放電的特征顏色,來(lái)改善高壓汞燈在顯色性方面的不足.目前的金鹵燈一般采用Na-Tl-In系列和Sc-Na系列金屬鹵化物；此外，還有采用Sn系列的和La系列的。金鹵燈的技術(shù)指標(biāo)功率管壓電流初始光