【正文】 8nm) CCFL 冷陰極熒光燈 光源原理與設(shè)計 —低壓水銀熒光燈 諸定昌 思考題： 的最大紫外 ()輸出？為什么？ ？ 護膜技術(shù)？ 光源原理與設(shè)計 —低壓水銀熒光燈 諸定昌 100小時后的光通量作為 燈的初始光通量？ ，為什么？ ？ 趨勢？ 光源原理與設(shè)計 —低壓水銀熒光燈 諸定昌 謝謝觀看！ 光源原理與設(shè)計 —低壓水銀熒光燈 諸定昌 第五章 低壓水銀熒光燈 光源原理與設(shè)計 —低壓水銀熒光燈 諸定昌 汞的物理性質(zhì) 熔點 C o 沸點 C o 蒸汽壓隨 T敏感變化 光源原理與設(shè)計 —低壓水銀熒光燈 諸定昌 汞的化學(xué)性質(zhì) 穩(wěn)定性好 , 不與燈用材料在工作 T下有化學(xué)反應(yīng) 可與許多金屬形成合金 amalgam 汞齊 (鉍 ,鈦 ,鋅 ) 汞有毒性 : 汞中毒 汞的輻射性質(zhì) 低氣壓下 ()以 為主 高氣壓下 (10 Pa)可見輻射增強 6 光源原理與設(shè)計 —低壓水銀熒光燈 諸定昌 6 D2 7 S0 6 P1 7 S1 6 P2 6 P1 6 P0 6 S0 1 1 1 1 3 3 3 3 PHg(torr) η 第六章 高壓汞燈 光源原理與設(shè)計 —高壓汞燈 諸定昌 光源原理與設(shè)計 —高壓汞燈 諸定昌 高壓汞蒸氣放電特性 光源原理與設(shè)計 —高壓汞燈 諸定昌 一 . 電弧溫度和電離機構(gòu) 1. Tg≈Te PHg↑→γ↑→Tg↑ LTE滿足 : Ve→Maxwell Distribution n*→Boltzmann Distribution n+(n) →Saha Equation 光源原理與設(shè)計 —高壓汞燈 諸定昌 2. 電離以熱電離為主 (PHg≥1333Pa) 3. 電弧收縮 (氣壓越高，收縮越厲害 ) PHg很高下由對流帶走能量的過程 使電弧 “ 繩化 ” 光源原理與設(shè)計 —高壓汞燈 諸定昌 二 . 光譜 1. uv共振輻射隨氣壓上升越來越受到抑制， 強度很高的可見輻射大量出現(xiàn)。新的循環(huán)劑 光源原理與設(shè)計 —鹵鎢燈 諸定昌 謝 謝 觀 看！ 第四章 氣體放電的基本原理 光源原理與設(shè)計 —氣體放電的基本原理 諸定昌 氣體放電的輻射 光源原理與設(shè)計 —氣體放電的基本原理 諸定昌 自持放電條件 Υ(e 1)=1 αd V A d 光源原理與設(shè)計 —氣體放電的基本原理 諸定昌 K A 一 . 輻射的形成方式 1. 激發(fā)態(tài)粒子回到低能級態(tài) (基態(tài) )時的自發(fā) (受激 )輻射 → 線光譜△ E=hν 2. 正負帶電粒子的復(fù)合輻射 → 連續(xù)譜 3. 帶電粒子的減速產(chǎn)生的軔致輻射 光源原理與設(shè)計 —氣體放電的基本原理 諸定昌 二 . 線光譜 hνnm =En Em =e△ Vnm =hc/λnm λnm=1239/△ Vnm △ V→V λ nm→nm E0 Em En E 光源原理與設(shè)計 —氣體放電的基本原理 諸定昌 hγmn hγn0 1. 不同元素的能級不同，其輻射的波長不同 → 選擇性強 2. 共振輻射的效率 (特別是第一共振態(tài) )最高 3. 能級之間的躍遷服從選擇定則 4. 線光譜輻射的功率密度 Pnm 光源原理與設(shè)計 —氣體放電的基本原理 諸定昌 定義 Pnm =nn Anm hνnm Anm 從 n→m 躍遷幾率 LTE下 nn由 Boltzmann分布描述 nn =n0 gn g0 exp( ) En KT Pnm=n0 gn g0 Anm hνnmexp( ) KT En Pnm：壓力 p(n0)，溫度 T，能級性質(zhì) (En,Anm) 光源原理與設(shè)計 —氣體放電的基本原理 諸定昌 5. 可見輻射的△ E范圍 △ E＝ EnEm λ△ E＝ 1239 λ＝ 380～ 780 △ E＝ (780nm)～ (380nm) 光源原理與設(shè)計 —氣體放電的基本原理 諸定昌 三 . 分子的帶狀光譜 E＝ Ee＋ Ev＋ Er △ E＝△ Ee＋△ Ev＋△ Er ν= △ E h △ Ee＋△ Ev＋△ Er h = 光源原理與設(shè)計 —氣體放電的基本原理 諸定昌 以△ E e為主 分辨率不高時，為帶狀光譜 分辨率高時，有很多條譜線 大部分光譜在可見區(qū)及紫外區(qū) → Ra 氣體放電燈矛盾：光效和顯色性 熱輻射光源矛盾：光效和壽命 光源原理與設(shè)計 —氣體放電的基本原理 諸定昌 四 . 連續(xù)光譜 → e +A→A+ △ E a) h ν=△ E =EiEm+ 1 2 meve 2 Ve=0～ ∞→ 為連續(xù)譜 E Ei Em 1 2 meve 2 光源原理與設(shè)計 —氣體放電的基本原理 諸定昌 1. 復(fù)合輻射（ fb躍遷） 因為慢電子濃度高 (maxwell)而且更容易與 正電子復(fù)合 當 v=0時 ν0 = EiEm h 為頻率下限 c) 輻 射總功率 Pcr∝ Z ne Te 4 2 3/2 光源原理與設(shè)計 —氣體放電的基本原理 諸定昌 b) 連續(xù)譜的特征 E Em En hγ hγ0 fb ff meve2 meve’2 meve2 1 2 1 2 1 2 2. 軔致輻射 (ff躍遷 ) e+A+→A ++e+△ E → a) h ν= 1 2 me(Ve Ve’ ) b) 可證 Pcb ∝ Z ne Te 2 2 2 2 1/2 光源原理與設(shè)計 —氣體放電的基本原理 諸定昌 a)高氣壓大電流密度放電下，有強的連續(xù)光譜 b)放電蒸汽元素的 Z越大，連續(xù)光譜越強，且 以復(fù)合輻射為主 c)高溫下，連續(xù)光譜以軔致輻射為主高 光源原理與設(shè)計 —氣體放電的基本原理 諸定昌 五 . 氣體放電光源輻射的特點 1. 工作溫度不受燈絲材料性質(zhì)的限制 2. 輻射光譜可選擇 3. 壽命大大高于熱輻射光源，光維持性好 4. 基本矛盾 ηRa 光譜放寬 光源原理與設(shè)計 —氣體放電的基本原理 諸定昌 光譜線的輪廓和放寬 光源原理與設(shè)計 —氣體放電的基本原理 諸定昌 一 .光譜線的輪廓 光強度在一定波長區(qū)內(nèi) 都有分布的現(xiàn)象，稱光譜線 的放寬。 例 Kr(Xe)的溴鎢燈，燃點位置任意。 nWXnXWnTfTw 11? ??? ???光源原理與設(shè)計 —鹵鎢燈 諸定昌 三、鹵鎢循環(huán)的溫度條件 化學(xué)反應(yīng)平衡常數(shù) ? ?PxPTKp nW X n1)( ?Kp＜ 1（高溫下） →反應(yīng)向左，有利于分解 Kp＞ 1（低溫下） →反應(yīng)向右，有利于復(fù)合 Kp=1 左右速率相同 光源原理與設(shè)計 —鹵鎢燈 諸定昌 1．反轉(zhuǎn)溫度（ T反 ）的定義 Kp（ T） =1對應(yīng)的溫度，稱為反轉(zhuǎn)溫度。 光源原理與設(shè)計 —白熾燈 諸定昌 四、本節(jié)結(jié)論 1．充氣可抑制蒸發(fā) 2．充氣引起熱損耗 3．充入分子量大的氣體可更好抑制蒸發(fā)和減小熱耗。 η=η0/δ， （遮擋因子） δ， =~ 光源原理與設(shè)計 —白熾燈 諸定昌 二、真空白熾燈中鎢的蒸發(fā)和壽命 Vap 單位時間撞擊單位鎢表面的原子數(shù)： N1=1/4 nV=n√(kT/2πm) 單位時間單位表面沉積的鎢質(zhì)量為 ： Vap=α0N1m =α0 n√(kTm/2π) =光源原理與設(shè)計 —白熾燈 諸定昌 溫度 T（ K） Vap（ g/cm2*s） H(hr) Vap* H 2200 *1012 *104 *104 2400 *1010 *103 *104 2600 *109 *101 *104 3000 *106 *104 可以看出 Vap* H=const 實驗 ： d=光源原理與設(shè)計 —白熾燈 諸定昌 a)燈絲質(zhì)量損耗臨界百分比 G直 G直 =H內(nèi)蒸發(fā)的質(zhì)量 /燈絲原有總質(zhì)量 =4Vap H/ρdf G直 ∝ 1/df df燈絲直徑 b)螺旋燈絲的損耗臨界百分比 G螺 G螺 ≈（ 50~60） % G直 光源原理與設(shè)計 —白熾燈 諸定昌 三、總結(jié) 基本矛盾 T↑—— →η↑（ Me∝ T4） T↑—— →Vap↑—— →H↓ ∴ Tf=2300~2600K H=1*103hrs η=8~10lm/W 光源原理與設(shè)計 —白熾燈 諸定昌 光源原理與設(shè)計 —白熾燈 諸定昌 一、氣體穩(wěn)定層 在熾熱的燈絲附近，氣體變得非常粘滯，幾乎可以看成是不流動的；而在泡壁附近的區(qū)域里，由于氣體溫度較低、粘滯度小，氣體強烈對流。 Mλ（ λ ,T) Mλ（ λ ,T) =dMe(T)/dλ =dPe(T)/Sdλ 光源原理與設(shè)計 —白熾燈 諸定昌 α(λ,T) α (λ,T)=dPe ’ (λ,T)=/dPe (λ,T) Law ),(),(),(),(),(21TfTTMTTM??????? ????????????????光源原理與設(shè)計 —白熾燈 諸定昌 三、黑體輻射的基本性質(zhì) ： 黑體就是能夠在任何溫度下將輻射到它表面上的任何波長的能量全部吸收。 K) 當 λ不是很大， T不是很高時 MλB(λ,T)=C1λ5eC2/λT 討論： 1） T↑—— →MλB↑ 2） T↑—— →λmax(峰值波長 )向短波方 向移動 3） T低時 —— →紅外為主 隨 T上升，可見光部分增加 光源原理與設(shè)計 —白熾燈 諸定昌 3．斯忒藩 —— 玻爾茲曼定律 MeB(T)=∫0∞MλB(λ,T)dλ=σSBT4 σSB=*108W/(m2 fdbDnNln211??N1為 1m長的燈絲表面在一秒種內(nèi)擴散出去的鎢原子數(shù)。 Tc≥3200K η=30 H=50~100hrs 2．普通照明燈 —— 一般照明 η=10~20 Tc=2600~3000K H≥1*103hrs 3．紅外線燈 —— 用于紅外加熱干燥、溫室保溫和醫(yī)療保健等。 光源原理與設(shè)計 —鹵鎢燈 諸定昌 鹵鎢循環(huán)劑 光源原理與設(shè)計 —鹵鎢燈 諸定昌 碘 溴 但對燈絲絲腳、支架腐蝕很大 所以現(xiàn)在一般充： 溴化氫 HBr 一溴甲烷 CH3Br 二溴甲烷 CH2Br2 溴仿 CHBr3 氯仿 CHCl3 光源原理與設(shè)計 —鹵鎢燈 諸定昌 光源原理與設(shè)計 —鹵鎢燈 諸定昌 一、外殼材料的幾何尺寸 紅外燈： Ws=15~20w/cm2 照明燈： Ws=20~25w/cm2 高色溫燈： Ws=25~30w/cm2 （拜科） Ws=20~25w/cm2 Ws=10~15w/cm2 光源原理與設(shè)計 —鹵鎢燈 諸定昌 二、燈絲與外殼的氣密封接 “ 非匹配 ” 封接 鍥型 鉬箔寬度 2A/mm 鉬箔長度 7~9mm 鉬桿直徑 J=5~10A/mm2 封接可靠，故充氣壓可以提高，抑制鎢蒸發(fā)，進一步提高光效、延長壽命。投光照明 3。 → 色散型 光源原理與設(shè)計 —氣體放電的基本原理 諸定昌 三 .譜線的多普勒放寬 ：多普勒放寬 靜止： 運動： ν 0 = c λ0 ν = c+vx λ0 = c λ0 + vx λ0 = ν 0 + ν 0 vx c ν ν 0 ν 0 = vx c = △ ν ν 0 → Gausstype 光源原理與設(shè)計 —氣體放電的基本原理 諸定昌 觀察者 V Vx θ 四 .譜線的壓力放寬 ：受激原子受其它粒子的碰撞作用，使 輻射狀態(tài)受干擾而產(chǎn)生的譜線放寬稱壓力放 寬