光源培訓(xùn)ppt課件-資料下載頁
2025-01-11 16:30本頁面
【正文】 和碘元素的金屬鹵化物燈，假定燈內(nèi)已達(dá)到局部熱平衡的工作狀態(tài)，為簡化分析，我們忽略了 Hg、 HgI、 HgI I、 I2和 Na2等化學(xué)種類。在非常低的溫度下，僅有少量的 Na2I2的二聚物，隨著溫度上升， TlI和 NaI的分子就會(huì)分解成原子，并可能產(chǎn)生輻射。進(jìn)一步升高溫度，這類原子還會(huì)被電離。由于 NaI比TlI更易電離，所以在這類金屬鹵化物燈內(nèi)，在電弧溫度最高處的大多數(shù)電子來自鈉原子，因此光譜由鈉決定。 鈉比汞要容易電離。由于電子可以通過鈉的電離得到補(bǔ)充，這意味著碘化鈉蒸發(fā)時(shí)，電弧溫度將下降，電弧溫度的下降導(dǎo)致汞的線光譜發(fā)射的減少，因此其光譜將內(nèi)鈉和鉈所決定。這也就是為什么在充有 100Torr鈉和 1000Torr汞的高壓鈉放電中幾乎沒有汞原子輻射的原因。在穩(wěn)定狀態(tài)下，汞原子所起的作用主要是減少熱傳導(dǎo)損失，從而提高輻射效率。雖然金屬鹵化物電弧常被描述成帶有附加萬分的汞電弧，但這是完全錯(cuò)誤的，因?yàn)槟切┙饘冫u化物完全控制了電弧的行為。 ? 以上的這些觀點(diǎn)適用于任何一種金屬鹵化物放電形式。為了得到一個(gè)高效的顯色指數(shù)優(yōu)良的白色光源，金屬鹵化物燈的設(shè)計(jì)者們可以有許多方法，包括所添加的金屬鹵化物的種類和數(shù)目等等。這些設(shè)計(jì)上的自由也伴隨著一些麻煩：比如金屬鹵化物會(huì)與燈電極及管壁發(fā)生緩慢的反應(yīng)。這樣，燈的壽命、光色的穩(wěn)定性、光色的可變性、電弧中光色的分層、燈的維護(hù)、啟動(dòng)以及閃爍等等都將受到這些化學(xué)反應(yīng)的影響。這也是為什么自從金屬鹵化物燈在 1959年問世 35年后，仍然沒有完全取代其他高強(qiáng)度氣體放電光源的原因。盡管這樣，適當(dāng)?shù)貞?yīng)用金屬鹵化物燈還是帶來了很多好處。今天，金屬鹵化物燈能夠獲得銷售成功是 30年來長足進(jìn)步的結(jié)果。 ? 發(fā)光和熒光粉 熒光粉用于將紫外輻射轉(zhuǎn)化為可見輻射。在熒光燈中，為了產(chǎn)生光的需要，熒光粉也被用來增加紅色輻射以求改善高壓汞燈與金屬鹵化物燈的顏色。 “發(fā)光”一詞被用于描述能量被物質(zhì)吸收，并以光子的形式被重新發(fā)射出來的一般過程。其中的一種形式稱作“熒光”。入射的光子被吸收，然后以一個(gè)較長的波長再發(fā)射，這是在燈中普遍使用的一個(gè)過程。在吸收與發(fā)射期間有一個(gè)延遲，可能在 109S和幾分之一秒之間。伴有長時(shí)間延遲的過程通常是指磷光。 “斯托克斯（ Stocks）位移”指的是波長增長而能量損失，這是熒光燈工作的一個(gè)固有部分。波長的變換是通過將入射光子的一部分能量轉(zhuǎn)化為晶格振動(dòng)而完成的。 ? 在由放電產(chǎn)生的紫外波長處，熒光粉必須有很強(qiáng)的吸收帶，它也必須在可見光譜范圍內(nèi)有一個(gè)發(fā)射帶。高效要求在可見光區(qū)吸收率低，一般說來， QE在高溫時(shí)下降，因此為特定燈選用的熒光粉，必須在管壁溫度下能夠有效地工作。 固體熒光粉可以是離子的、半導(dǎo)體的、或者是有機(jī)的。只有第一種具有燈工作需要的特性。離子熒光粉包含堅(jiān)固的晶格結(jié)構(gòu)，在其中，催化劑原子被引入，但其濃度為 1%。催化劑形成一個(gè)在確定的晶格座上的離子，并受到電力— 晶場 — 它相對(duì)于自由離子改變它的能級(jí)。離子與晶格振動(dòng)耦合，這是由于當(dāng)周圍晶格振動(dòng)時(shí)，晶場波動(dòng)，使催化劑承受不同的力，因此催化劑離子的能級(jí)取決于周圍晶格中的離子的相對(duì)位置。 ? 熒光燈中的熒光粉暴露于離子與光子有害混合物的轟擊下，使光輸出在壽命期間退化。這就導(dǎo)致紫外與可見光的吸收，從而降低熒光粉的轉(zhuǎn)換效率。退化的主要原因是： ? ⑴形成光或紫外吸收色心的紫外轟擊，這是由晶格缺陷中的電子陷井而引起的； ⑵激發(fā)和電離的汞到達(dá)熒光粉表面，引起在暴露于放電的熒光粉表面吸收汞原子的光注入； ⑶在熒光粉與玻璃的交界處形成鈉（來自玻璃）與汞的吸收混合物。用于緊湊型熒光燈中的稀土激活熒光粉具有特別抗傷害的晶格以及出色的維持率，正是這些熒光粉的發(fā)明使緊湊型熒光燈的設(shè)想變?yōu)樯虡I(yè)現(xiàn)實(shí)。 三基色熒光粉：紅（ 610nm）粉、綠（ 545nm）粉、藍(lán)（ 6450nm）粉。稀土金屬材料熒光粉三種基色為紅、綠、藍(lán)。即稀土金屬在紫外線照射呈三種基本色，再按比例混成各種顔色的可見光。 ? 場致發(fā)光 這是將電直接轉(zhuǎn)化為光的過程。 最近幾年，發(fā)光二極管（ LEDs）憶作為公共場所的指示燈，而且具有不同的顯示。它們正變得更有效、更亮；已經(jīng)制造出效率大于 20%的紅色發(fā)光二極管，具有現(xiàn)實(shí)效率的藍(lán)色與綠色的二極管也剛出現(xiàn)。人們正計(jì)劃把它們應(yīng)用于需要大量光和高亮度的地方，例如汽車剎車明明以及交通信號(hào)。在這些場合它們超過傳統(tǒng)燈的主要優(yōu)點(diǎn)是壽命長。高純度的半導(dǎo)體材料具有非常高的電阻率。微量的故意添加物 — 施主物質(zhì)或者受施物質(zhì) — 提供了能夠攜帶電子的額外電子或空穴（由于電子的離開而形成的正電實(shí)體）。這樣能級(jí)就形成能帶。當(dāng)一個(gè)能（導(dǎo)帶）中的一個(gè)電子與另一個(gè)能帶（價(jià)帶）中的空穴復(fù)合時(shí)，具有由能帶隙給定能量的光發(fā)射可以發(fā)生。因此，一個(gè)發(fā)光二極管是一個(gè)將電子與空穴注入半導(dǎo)體的器件。另外，也存在引起損失的過程，效率可能是低的，但是隨著研究和發(fā)展，它正在改善之中。 ? 紅色發(fā)光二極管是基于象磷砷化鎵這樣的半導(dǎo)體，它在可見光區(qū)發(fā)射相對(duì)窄的譜線，其波長由帶隙決定。在紅色與綠色之間不同的波長可以通過改變磷與砷的比例獲得。藍(lán)色發(fā)射需要象碳化硅這樣的材料。
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