【正文】 → 色散型 光源原理與設(shè)計(jì) —?dú)怏w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(yùn)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(jì) —?dú)怏w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。 光源原理與設(shè)計(jì) —鹵鎢燈 諸定昌 鹵鎢循環(huán)劑 光源原理與設(shè)計(jì) —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(jì) —鹵鎢燈 諸定昌 光源原理與設(shè)計(jì) —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?zé)簦?Ws=25~30w/cm2 （拜科） Ws=20~25w/cm2 Ws=10~15w/cm2 光源原理與設(shè)計(jì) —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(jìn)一步提高光效、延長壽命。 fdbDnNln211??N1為 1m長的燈絲表面在一秒種內(nèi)擴(kuò)散出去的鎢原子數(shù)。 Mλ（ λ ,T) Mλ（ λ ,T) =dMe(T)/dλ =dPe(T)/Sdλ 光源原理與設(shè)計(jì) —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(jì) —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。 光源原理與設(shè)計(jì) —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。 例 Kr(Xe)的溴鎢燈，燃點(diǎn)位置任意。 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)電壓波動小 f)啟動性好 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 (338nm) CCFL 冷陰極熒光燈 光源原理與設(shè)計(jì) —低壓水銀熒光燈 諸定昌 思考題： 的最大紫外 ()輸出？為什么？ ？ 護(hù)膜技術(shù)？ 光源原理與設(shè)計(jì) —低壓水銀熒光燈 諸定昌 100小時(shí)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(jì) —低壓水銀熒光燈 諸定昌 謝謝觀看！ 光源原理與設(shè)計(jì) —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(jì) —低壓水銀熒光燈 諸定昌 汞的物理性質(zhì) 熔點(diǎn) C o 沸點(diǎn) C o 蒸汽壓隨 T敏感變化 光源原理與設(shè)計(jì) —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(qiáng) 6 光源原理與設(shè)計(jì) —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(jì) —高壓汞燈 諸定昌 光源原理與設(shè)計(jì) —高壓汞燈 諸定昌 高壓汞蒸氣放電特性 光源原理與設(shè)計(jì) —高壓汞燈 諸定昌 一 . 電弧溫度和電離機(jī)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(jì) —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(jì) —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(qiáng)度很高的可見輻射大量出現(xiàn)。新的外殼材料 2。 。 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。 T=b=*103(m CFL 。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。 Ijk=nj*Ajkhγjk PHg↑→Tg↑→n*↑ n*=n0 exp(eV/kT) Ajk=1/τin (τin: plasma中平均停留時(shí)間 ) A(高能態(tài)間 )A(與基能態(tài)間 ) 光源原理與設(shè)計(jì) —高壓汞燈 諸定昌 2. 譜線放寬 壓力放寬 +高溫下的多普勒放寬 3. 連續(xù)光譜出現(xiàn) 體積復(fù)合 韌致輻射 連續(xù)譜 在連續(xù)光譜上疊加了放寬的線光譜 光源原理與設(shè)計(jì) —高壓汞燈 諸定昌 三 . 光效 Φin(內(nèi)徑 )=27mm I=4A PHg不同時(shí) η變化 A B C D E F PHg(Torr) η 60 20 10 102 101 1 10 102 103 104 光源原理與設(shè)計(jì) —高壓汞燈 諸定昌 1. η隨 PHg上升而增加 (PHg≥1atm) 2. 單位波長的熱耗 PL=Pr+Pc+PT PC1=λ 2πri dT dr ri λ= λV PHg↑→λ↓ PHg↑→Tg↑→V↑ λ與 PHg無關(guān)（與 T也無關(guān)） 3 1 光源原理與設(shè)計(jì) —高壓汞燈 諸定昌 實(shí)驗(yàn)表明， dT/dr為拋物線分布 r T T0 Tw ri T(r)=T0(T0Tw)( )2 r ri Pc1= λ[(T0Tw) ] 2πri ri 2r ri2 Pc1=4πλ(T0Tw) T0=6000K Tw=1000K λ= 105T3/4(w/mk) Pc1=10W/cm 光源原理與設(shè)計(jì) —高壓汞燈 諸定昌 3. 光效 通常 Pl1=40～ 50W/cm Pr1=Pl1Pc1 考慮 nHg與石英對輻射的吸收 Pr1=(Pl1Pc1) ηr= =(1 ) (Pl1Pc1) Pl1 Pc1 Pl1 光源原理與設(shè)計(jì) —高壓汞燈 諸定昌 Pl↑→ηr↑ Pl1↑→Ve↑→PHg↑ 光源原理與設(shè)計(jì) —高壓汞燈 諸定昌 高壓汞燈 光源原理與設(shè)計(jì) —高壓汞燈 諸定昌 一 . 結(jié)構(gòu) 1. 放電管 石英泡殼 Hg+Ar填充物 自熱式電極 +輔助電極 光源原理與設(shè)計(jì) —高壓汞燈 諸定昌 3. 外殼 硬玻璃（軟玻璃） 加熒光粉 ——熒光高壓汞燈 即可提高光效，又可提高顯色指數(shù) 2. 支架 電引線 +啟動電阻 主電極和輔電極間先被擊穿，產(chǎn)生電子， 放電建立。 光源原理與設(shè)計(jì) —鹵鎢燈 諸定昌 三、應(yīng)用領(lǐng)域 1。 4．采用螺旋燈絲可使 Pc下降 5．采用螺旋燈絲可增加壽命（機(jī)械強(qiáng)度增大了） 光源原理與設(shè)計(jì) —白熾燈 諸定昌 光源原理與設(shè)計(jì) —白熾燈 諸定昌 一、統(tǒng)一公式 a)直線型燈絲 ① 直徑 d ② 長度 l b)單螺旋燈絲 ① 直徑 d ② 長度 l ③ 螺距系數(shù)Ks=S/d ④ 芯絲系數(shù) Kc=dc/d c)雙螺旋燈絲 ① 直徑 d ② 長度 l ③ 第一螺距系數(shù) Ks1=S1/d ④ 第一芯絲系數(shù) Kc1=dc1/d ⑤ 第二螺距系數(shù)Ks2=S2/(2d+dc1) ⑥ 第二芯絲系數(shù) Kc2=dc2/(2d+dc1) d)Ks和 Kc的合理選取 光源原理與設(shè)計(jì) —白熾燈 諸定昌 2．燈絲的計(jì)算 能量平衡方程 Pl=Pr+Pc+Ph 白熾燈鎢絲直徑和長度的統(tǒng)一公式 ? ?3231214lT IMeKgd ?????? ?????llTVIMeKgl 31312224)1(?????? ?????光源原理與設(shè)計(jì) —白熾燈 諸定昌 二、經(jīng)驗(yàn)公式 鎢絲份量 Q200=π/4 * d2 *200 *ρ d=k√Q200 (mm) 三、外推公式 修正燈泡的一些參數(shù) 四、誤差百分比計(jì)算公式 五、設(shè)計(jì)中注意的問題 光源原理與設(shè)計(jì) —白熾燈 諸定昌 白熾燈的光效雖然比較低，但由于它使用極其方便，輻射光譜是連續(xù)的，顯色性好，因此到目前為止仍是應(yīng) 用最廣的一種光源。 αB（ λ,T)≡1 光源原理與設(shè)計(jì) —白熾燈 諸定昌 MλB(λ,T)=C1λ5[exp(C2/λT)1]1 其中 C1=2πhc2=*1016(W 光源原理與設(shè)計(jì) —白熾燈 諸定昌 二、充氣對抑制鎢蒸發(fā)的作用 在充氣燈中鎢的損失主要是由于在穩(wěn)定層內(nèi)鎢的濃度擴(kuò)散。使用石英或硬料玻璃。 Iλc Iλmax λ0 △ λh