光源

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光源是一个物理学名词,宇宙间的物体有的是发光的,有的是不发光的,我们把自己能发光且正在发光的物体叫做光源。太阳、打开的电灯、燃烧着的蜡烛等都是光源。


具体含义


物理学上:指能发出一定波长范围的电磁波(包括可见光与紫外线、红外线、X射线等不可见光)的物体。通常指能发出可见光的发光体。凡物体本身能发光者,称做光源,又称发光体。如太阳、恒星、灯以及燃烧着的物质等都是。



但像月亮表面、桌面等依靠它们反射外来光才能使人们看到它们,这样的反射物体不能称为光源。在我们的日常生活中离不开可见光的光源。可见光以及不可见光的光源还被广泛地应用到工农业、医学和国防现代化等方面。


自身正在发光的物体叫光源。光源可以分为自然(天然)光源和人造光源。此外,根据光的传播方向,光源可分为点光源和平行光源。


历史起源


18世纪末,人类对电光源的开始研究。


19世纪初,英国的H.戴维发明碳弧灯。


1879年,美国的T.A.爱迪生发明了具有实用价值的碳丝白炽灯,使人类从漫长的火光照明进入电气照明时代。


1907年采用拉制的钨丝作为白炽体。


1912年,美国的I.朗缪尔等人对充气白炽灯进行研究,提高了白炽灯的发光效率并延长了寿命,扩大了白炽灯应用范围。


20世纪30年代初,低压钠灯研制成功。


1938年,欧洲和美国研制出荧光灯,发光效率和寿命均为白炽灯的3倍以上,这是电光源技术的一大突破。


1940年代高压汞灯进入实用阶段。


50年代末,体积和光衰极小的卤钨灯问世,改变了热辐射光源技术进展滞缓的状态,这是电光源技术的又一重大突破。


60年代开发了金属卤化物灯和高压钠灯,其发光效率远高于高压汞灯。


1980年代出现了细管径紧凑型节能荧光灯、小功率高压钠灯和小功率金属卤化物灯,使电光源进入了小型化、节能化和电子化的新时期。

 

产生途径


热效应

第一类是热效应产生的光。太阳光就是很好的例子,此外蜡烛等物品也都一样,此类光随着温度的变化会改变颜色。



 原子跃迁

第二类原子跃迁发光。荧光灯灯管内壁涂抹的荧光物质被电磁波能量激发而产生光。此外霓虹灯的原理也是一样。原子发光具有独自的特征谱线。科学家经常利用这个原理鉴别元素种类。


 

辐射发光

第三类是物质内部带电粒子加速运动时所产生的光。譬如,同步加速器(synchrotron)工作时发出的同步辐射光,同时携带有强大的能量。


另外,原子炉(核反应堆)发出的淡蓝色微光(切伦科夫辐射)也属于这种。所谓的“切伦科夫辐射”,就是指带电粒子在介质中的速度可能超过介质中的光速,在这种情况下会发生辐射,类似于“音爆”。


注:这不是真正意义上的超光速,真正意义上的超光速是指超过真空中的光速。  这种现象被称为切伦科夫效应。 


主要种类


照明光源

照明光源是以照明为目的,辐射出主要为人眼视觉的可见光谱(波长380~780nm)的电光源。其规格品种繁多,功率从0.1W到20kW,产量占电光源总产量的95%以上。

 


照明光源品种很多,按发光形式分为热辐射光源气体放电光源电致发光光源3类。


①热辐射光源。电流流经导电物体,使之在高温下辐射光能的光源。包括白炽灯和卤钨灯两种。


②气体放电光源。电流流经气体或金属蒸气,使之产生气体放电而发光的光源。气体放电有弧光放电和辉光放电两种,放电电压有低气压、高气压和超高气压3种。弧光放电光源包括:荧光灯、低压钠灯等低气压气体放电灯,高压汞灯、高压钠灯、金属卤化物灯等高强度气体放电灯,超高压汞灯等超高压气体放电灯,以及碳弧灯、氙灯、某些光谱光源等放电气压跨度较大的气体放电灯。辉光放电光源包括利用负辉区辉光放电的辉光指示光源和利用正柱区辉光放电的霓虹灯,二者均为低气压放电灯;此外还包括某些光谱光源。


③电致发光光源。在电场作用下,使固体物质发光的光源。它将电能直接转变为光能。包括场致发光光源和发光二极管两种。


辐射光源

辐射光源是不以照明为目的,能辐射大量紫外光谱(1~380nm)和红外光谱(780~1×106nm)的电光源,它包括紫外光源、红外光源和非照明用的可见光源。以上两大类光源均为非相干光源。此外还有一类相干光源,它通过激发态粒子在受激辐射作用下发光,输出光波波长从短波紫外直到远红外,这种光源称为激光光源。

 


稳定光源

光纤通信技术中,进行光纤衰耗的测量,连接损耗的测量、活动连接器损耗以及光电器件或光收端机灵敏度的测量,光源是不可缺少的信号源。


稳定光源,即其输出光功率、波长及光谱宽度等特性(主要是光功率)应当是稳定不变的,当然,绝对稳定不变是不可能的,只是在给定的条件下(例如一定的环境、一定的时间范围内)其特性是相对稳定的。若要达到一定的指标要求,稳定光源应有一定的措施以保证其特性的稳定。一般采取APC(自动功率控制)电路和ATC(自动温度控制)电路等措施。


组成结构


不同类型的电光源有不同的结构,但一般都具有以下几部分的零部件:作为发光体的灯丝、电极、荧光粉;作为发光体外壳的玻璃、半透明陶瓷管、石英管;作为引线的导丝、芯柱、灯头;作为充填物的各类气体、汞、金属及其卤化物;消气剂、各类涂层、绝缘件及粘结剂等。


常见设备


碳弧灯

利用两根接触的碳棒电极在空气中通电后分开时所产生的放电电弧发光的电光源。碳弧灯由英国人H.戴维于1809年发明。


白炽灯

白炽灯又称钨丝灯、灯泡,是将灯丝通电加热到白炽状态,利用热辐射发出可见光的电光源。由电流通过灯丝加热至白炽状态产生光的一种光源。是最早出现的电灯,用耐热玻璃制成泡壳,内装钨丝。泡壳内抽去空气,以免灯丝氧化,或再充入惰性气体(如氩),减少钨丝受热蒸发。因灯丝所耗电能仅一小部分转为可见光,故发光效率低,一般为10~15流/瓦。但制造方便,成本低。

 


低压钠灯

是利用低压钠蒸气放电发光的电光源,在它的玻璃外壳内涂以红外线反射膜,是光衰较小和发光效率最高的电光源。低压钠灯发出的是单色黄光,用于对光色没有要求的场所。


 

高压钠灯

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液钠汞气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,撞击放电物质的原子,使其获得能量产生电离或激发,然后由激发态回复到基态;或由电离态变为激发态,再回到基态无限循环,此时,多余的能量以光辐射的形式释放,便产生了光。


LED灯

LED(Light Emitting Diode),发光二极管,是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件,它可以直接把电转化为光。








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