【正文】 Lν(x0)＝ Lν(0)e + Sν(τ)[1e ] τ(ν,0) τ(ν,0) 光源原理與設(shè)計(jì) —?dú)怏w放電的基本原理 諸定昌 τ’ 7 9 ∫ Sν(τ’)e dτ’= Sν(τ)[1e τ(ν,0) ] τ(ν,0) 0 τ’ 8 1. τ(ν,0)1 稱光性薄等離子體 2. τ(ν,0)1 稱光性厚等離子體 Lν(x0)＝ Lν(0)+ Sν(τ) τ(ν,0) Lν(x0)＝ Sν(τ) = 2 hν c 2 3 e KT 1 hν 1 光源原理與設(shè)計(jì) —?dú)怏w放電的基本原理 諸定昌 10 11 光源原理與設(shè)計(jì) —低壓水銀熒光燈 諸定昌 低氣壓汞蒸汽放電的實(shí)驗(yàn)研究 光源原理與設(shè)計(jì) —低壓水銀熒光燈 諸定昌 electrode filling gas Hg Ar glass tube 光源原理與設(shè)計(jì) —低壓水銀熒光燈 諸定昌 一 .低氣壓汞放電的最佳汞氣壓 一定管徑下存在對(duì)應(yīng)的最佳汞氣壓 T12[φ38] PHg= η∝ ηuv 熒光粉轉(zhuǎn)換效率 PHg↓→n↓→PHg↑→n* ↑→ηuv↑ →PHg↑↑→n* 禁錮 ↑→n**↑→ηuv↓ n ↑ + 光源原理與設(shè)計(jì) —低壓水銀熒光燈 諸定昌 二 .惰性氣體的作用和充量 a)Buffer Gas (緩沖氣體 ) P= λ =5cm 可能有電子未經(jīng)碰撞就已運(yùn)動(dòng)到管壁而損失掉 PAr=100Pa λ = 充 Ar使電子的碰撞次數(shù)大大增加 V*min(Ar)Vi(Hg) 光源原理與設(shè)計(jì) —低壓水銀熒光燈 諸定昌 b)Penning Effect 降低啟動(dòng)電壓 氣體 He Ne Ar Kr Xe Hg H2 第一激發(fā)電位 亞穩(wěn)態(tài)電位 / 一次電離電位 c)減小雙極性擴(kuò)散引起的帶電粒子損失 d)控制電導(dǎo)率 e)減少電極物質(zhì)的損失 光源原理與設(shè)計(jì) —低壓水銀熒光燈 諸定昌 a)氣體種類對(duì)能損的影響 碰撞能量損失以 Kr的最小 每碰一次的損失 碰撞的幾率 Ar : Kr : Xe=(300/40):(400/84):(700/130) = : : 可見，充最好，但無法降低啟動(dòng)電壓 考慮 Penning Effect 充 Ar 光源原理與設(shè)計(jì) —低壓水銀熒光燈 諸定昌 b)氣壓對(duì)能耗的影響 當(dāng) PAr=100Pa ηuv=ηuvmax PAr↑→n*↑→ηuv↑ PAr↑↑→n*↑→ηuv↑略上升 →P彈 ↑↑→ηuv↓ 實(shí)際充 200 ～ 660Pa( ～ 5torr) 光源原理與設(shè)計(jì) —低壓水銀熒光燈 諸定昌 三 .放電管直徑和長度對(duì)的影響 d↑→禁錮 ↑→猝滅 ↑→ηuv↓ d↓→雙極 ↑→ E↑→Ee↑→n* ↓→ηuv↓ PHg一定 光源原理與設(shè)計(jì) —低壓水銀熒光燈 諸定昌 l越長，越高 Pe=I l (E*lc+VAK) Pe一定 lc↑→Il↓→P 電 ↓→ηuv↑ 一般 l=( ～ )m 40W 100W 光源原理與設(shè)計(jì) —低壓水銀熒光燈 諸定昌 四 .電流密度 J對(duì) ηuv 的影響 J↑→ Il ↑→ ne↑→ n*↑→ ηuv↑ J↑↑→ ne ↑↑→ P彈 ↑→ηuv↓ ηuv 要求 J不宜太大 Ws要求 J不宜太小 J＝ ～ A/cm 低氣壓汞蒸汽放電 的正柱理論 光源原理與設(shè)計(jì) —低壓水銀熒光燈 諸定昌 光源原理與設(shè)計(jì) —低壓水銀熒光燈 諸定昌 已知參量： Pe ri PHg PAr Il 要求參量： Puv(ηuv) E(Ve) 光參數(shù) 歸結(jié)求參量： Te ne E J 光源原理與設(shè)計(jì) —低壓水銀熒光燈 諸定昌 一 .基本假設(shè) Maxwell分布，并且與 Vi無關(guān) Hg*(6P)的逐次電離產(chǎn)生 光源原理與設(shè)計(jì) —低壓水銀熒光燈 諸定昌 二 .基本方程 (求 ne) 總激發(fā)速率＝總消激發(fā)速率 (求 Te) 電子離子對(duì)的產(chǎn)生速率＝消失速率 光源原理與設(shè)計(jì) —低壓水銀熒光燈 諸定昌 (求 E) 電場輸入電子氣的能量＝電子碰撞損失能量 (求 J) 電流密度 J＝ e ne μe E 光源原理與設(shè)計(jì) —低壓水銀熒光燈 諸定昌 熒光粉的光學(xué)特性 一 .熒光粉的定義 由紫外經(jīng)過光致發(fā)光的粉狀固體材料， 稱為熒光粉。復(fù)印機(jī)鹵鎢燈 光源原理與設(shè)計(jì) —鹵鎢燈 諸定昌 四、發(fā)展方向 1。 五、紅外反射膜 多層介質(zhì)干涉膜 光源原理與設(shè)計(jì) —鹵鎢燈 諸定昌 光源原理與設(shè)計(jì) —鹵鎢燈 諸定昌 一、鹵鎢燈的光效和壽命 鹵鎢燈 Tf=3100~3500K→η=20~34lm/w 充氣白熾燈 Tf=2700~3050K→η=14~18lm/w 真空白熾燈 Tf=2300~2600K→η=8~10lm/w 光源原理與設(shè)計(jì) —鹵鎢燈 諸定昌 2．壽命 1）支架的腐蝕 2）水蒸氣的腐蝕 3）熱點(diǎn)機(jī)制并沒克服 光源原理與設(shè)計(jì) —鹵鎢燈 諸定昌 二、鹵鎢燈的燃點(diǎn)位置 燃點(diǎn)位置與燈內(nèi)所充循環(huán)劑的種類有關(guān)，更與所充氣體的種類有關(guān)。 CFL 。對(duì)于電壓為220V的燈泡，螺絲長度必須大于 2cm，否則兩根導(dǎo)絲之間有放電的危險(xiǎn)。 T=b=*103(m光源原理與設(shè)計(jì) —緒論 諸定昌 第一章 緒論 光源原理與設(shè)計(jì) —緒論 諸定昌 一 . 光源的定義 能把其他形式的能量轉(zhuǎn)換為光學(xué)波段的電磁輻射的器件 稱為光源。 K) 光源原理與設(shè)計(jì) —白熾燈 諸定昌 四、實(shí)際表面的輻射 實(shí)際上，所有的輻射體都不是黑體，它們的光譜輻射出度 Mλ(λ,T)總是比黑體的 MλB(λ,T)小。因此，充氣燈泡的最小熱損失值為 8W左右。 。（考慮分子量的問題） 例 1．充 1atmAr的管狀碘鎢燈只能水平燃點(diǎn)。新的外殼材料 2。 鹽＋激活中心 (陽離子，絡(luò)陽離子 ) 光源原理與設(shè)計(jì) —低壓水銀熒光燈 諸定昌 光源原理與設(shè)計(jì) —低壓水銀熒光燈 諸定昌 例鹵磷酸鈣粉 Ca5(PO4)3(FCl). Sb* → Sb+hν(λ=477nm) 蘭 Mn*→ Mn+hν(λ=585nm) 橙紅 通常 Cl(20%) F(80%) 若 Cl比例增加，發(fā)光中心向長波移動(dòng) 光源原理與設(shè)計(jì) —低壓水銀熒光燈 諸定昌 二 .對(duì)熒光粉的主要要求 ，電子，離子的轟擊 (光維持 ) ，對(duì)可見有大的透射 光源原理與設(shè)計(jì) —低壓水銀熒光燈 諸定昌 三 .熒光粉的種類 特點(diǎn)：可配制成任意 Tc的單一粉種 轉(zhuǎn)換效率高于一般的其他粉 缺點(diǎn)：缺紅色輸出， Ra較低 (加紅粉提高 Ra) 光源原理與設(shè)計(jì) —低壓水銀熒光燈 諸定昌 分別發(fā)射蘭，綠，紅中心波長的三類粉 優(yōu)點(diǎn)： Ra好， η高 耐 185，輻射能力強(qiáng) (一般粉受 185強(qiáng)紫外照射時(shí)，光效較低 ) 缺點(diǎn)：價(jià)格是鹵粉的 50倍 光源原理與設(shè)計(jì) —低壓水銀熒光燈 諸定昌 熒光燈的設(shè)計(jì) 光源原理與設(shè)計(jì) —低壓水銀熒光燈 諸定昌 一 .燈的幾何尺寸和電參數(shù) (d和 l) 選定 d=11～ 38(mm) l=150～ 2400(mm) Pl=4W ～ 125W T12(φ38) PHg= (Tcal=40 C) → ηuv=ηuvmax o 光源原理與設(shè)計(jì) —低壓水銀熒光燈 諸定昌 Ws=～ W/cm (無粉 ) Ws=～ W/cm (有粉 ) T12(φ=38) Tcal=40 C T8(φ=26) Tcal=42 C φ=17 Tcal=45 C φ=12 Tcal=47 C l=larc+2fTG 2 2 o o o o 光源原理與設(shè)計(jì) —低壓水銀熒光燈 諸定昌 Pl=αl Vl Il(αl=～ ) Vl=VAK+E lc Larc=lc+ld 給定 d查表得 El Il 由公式求得 Vl Il(larc) l 穩(wěn)壓： Vl≤ Vl≤123V 光源原理與設(shè)計(jì) —低壓水銀熒光燈 諸定昌 二 .電極的設(shè)計(jì) 要求 合理的熱電子發(fā)射溫度 有足夠的電子粉儲(chǔ)存量 光源原理與設(shè)計(jì) —低壓水銀熒光燈 諸定昌 a)雙螺旋陰極 b)編織型陰極－先把鎢絲編成管狀，再繞螺旋 c)三螺旋陰極－繞有細(xì)絲的粗絲再繞雙螺旋 d)棒狀陰極－繞有細(xì)絲的粗絲再繞單螺旋 光源原理與設(shè)計(jì) —低壓水銀熒光燈 諸定昌 三元碳酸鹽：碳酸鋇，碳酸鍶，碳酸鈣 重量百分比： 50% 40% 10% 通常 PAr=400Pa →Kg= 雙螺旋燈絲 Ks1(Ks2)=～ → δ= 光源原理與設(shè)計(jì) —低壓水銀熒光燈 諸定昌 ρT(ω)= 10 (900 C) Me=d=(IH ) (mm) l=(VH )d (mm) IH VH 由 Pl查表得出 5 o 2 900 2/3 900 1/2 光源原理與設(shè)計(jì) —低壓水銀熒光燈 諸定昌 40W TA=900 C 40W TA900 C 三 .惰性氣體的種類和壓強(qiáng) T12amp。 光源原理與設(shè)計(jì) —低壓水銀熒光燈 諸定昌 解決途徑： (NaCa玻璃 ) Pb玻璃代替 NaCa玻璃 防止鈉離子與熒光粉的反應(yīng) ａ半透明膜 αAl2O3 ｂ透明膜 稀土氧化鋁 光源原理與設(shè)計(jì) —低壓水銀熒光燈 諸定昌 二 .影響壽命的因素 H的影響 用螺旋燈絲，堿土氧化物 早期發(fā)黑： 點(diǎn)狀黑斑： “ 熱點(diǎn) ” 蒸發(fā)出 BaO，燈絲不均勻 環(huán)狀黑斑： HgO， HgO2與 Hg混合物 →工藝設(shè)計(jì) 晚期發(fā)黑：正常結(jié)果，不可避免 光源原理與設(shè)計(jì) —低壓水銀熒光燈 諸定昌 兼顧 η與 H的關(guān)系 每一次開關(guān)對(duì)燈的壽命影響很大 光源原理與設(shè)計(jì) —低壓水銀熒光燈 諸定昌 三 .熒光燈的高頻工作特性 f↑→ν碰 ↑ n*↑ P彈 ↑ 第二類非彈性碰撞 哪種過程占主導(dǎo) 光源原理與設(shè)計(jì) —低壓水銀熒光燈 諸定昌 (EB)的工作頻率 20～ 50kc a) f↑→αl↑(f15kc α→1 接近正弦波 ) b) f↑→P電 ↓→η↑ c) f=25kc下， Ra有所上升 d) 熱耗小，體積小 光源原理與設(shè)計(jì) —低壓水銀熒光燈 諸定昌 CB 6－ 8W αl低 重量大 噪音大 EB 1－ 2W αl高 重量小 噪音無 f500kc 放電建立與電極有否無關(guān) f= (避開干擾 ) 光源原理與設(shè)計(jì) —低壓水銀熒光燈 諸定昌 四 .熒光燈的能量分配 3％ 19％ 34％ (占體積 )損失 26％ 18％ 光源原理與設(shè)計(jì) —低壓水銀熒光燈 諸定昌 五 .熒光燈的應(yīng)用 a) η高， H長 b) Ra好 (45～ 85) c) Tc范圍廣 (2500～ 7000K) d)柔和 e)光輸出隨電網(wǎng)電壓波動(dòng)小 f)啟動(dòng)性好 光源原理與設(shè)計(jì) —低壓水銀熒光燈 諸定昌 a)幾何尺寸大 →P1小 b)對(duì)環(huán)境溫度要求高 c)光閃爍 a)照明 光源原理與設(shè)計(jì) —低壓水銀熒光燈 諸定昌 b)特殊光源 單色性 保健燈 (270 370nm) 黑光燈 (370nm) 誘蟲 光化學(xué)燈 (400nm) 殺菌燈 () 滅蚊燈 (33