【正文】 ) 可證 Pcb ∝ Z ne Te 2 2 2 2 1/2 光源原理與設計 —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 都有分布的現(xiàn)象，稱光譜線 的放寬。新的外殼材料 2。汽車鹵鎢燈 4。泛光照明 2。 例 Kr(Xe)的溴鎢燈，燃點位置任意。（考慮分子量的問題） 例 1．充 1atmAr的管狀碘鎢燈只能水平燃點。 光源原理與設計 —鹵鎢燈 諸定昌 三、燈絲 單、雙螺旋 →線狀光源 雙、三螺旋 →點狀光源 →Me相同下增加輻射面積 →防下垂 光源原理與設計 —鹵鎢燈 諸定昌 四、最佳充氣壓 綜合考慮壽命和光效兩方面的要求，鹵鎢燈的充氣壓強通常應選擇得使氣體穩(wěn)定層直徑 b略小于泡殼直徑 d。使用石英或硬料玻璃。 nWXnXWnTfTw 11? ??? ???光源原理與設計 —鹵鎢燈 諸定昌 三、鹵鎢循環(huán)的溫度條件 化學反應平衡常數(shù) ? ?PxPTKp nW X n1)( ?Kp＜ 1（高溫下） →反應向左，有利于分解 Kp＞ 1（低溫下） →反應向右，有利于復合 Kp=1 左右速率相同 光源原理與設計 —鹵鎢燈 諸定昌 1．反轉溫度（ T反 ）的定義 Kp（ T） =1對應的溫度，稱為反轉溫度。 。 η≤10 Tc≤2500K H≥1*103hrs 光源原理與設計 —白熾燈 諸定昌 二、白熾燈的指數(shù)特性 vudbaRRPPIIVVFFHH??????????????????????????????????????????????????????12121212121221???H—— 壽命 F—— 光通量 η—— 光效 V—— 燈電壓 I—— 電流 P—— 功率 R—— 電阻 光源原理與設計 —白熾燈 諸定昌 三、指數(shù)特性的應用 例 1： H的加速試驗 d(充氣泡 )= 電壓提高 10% H1/H2=（ 242/220） = 例 2：內在質量因數(shù) qa bHH ????????? 1221 ??bHH?????????1221?? b=7 所以定義 71227111 HHqa ???71227111 HHq a ?? ??光源原理與設計 —白熾燈 諸定昌 光源原理與設計 —白熾燈 諸定昌 一、探索新的燈絲材料 —— 更高的熔點，有更好的輻射選擇性 二、改善燈絲材料的結構，以及使周圍的介質環(huán)境更理想化！ 1．小型化 2．反射型 3．涂紅外反射層 IRC technology Thin film multilayer coatings 400020406080100800 1200 1600 2022(Filter) Stack Construction Wavelength ? High refractive index Low refractive index Substrate (glass bulb) glass bulb SiO2 SiO2 SiO2 }?/2 Transmittance SiO2 / TiO2 Stack Wavelenght ? [nm] 光源原理與設計 —白熾燈 諸定昌 三、綠色照明的含義 。 光源原理與設計 —白熾燈 諸定昌 一、運用參量 1．高色溫白熾燈 —— 主要用與攝影和放映電影以及電視和舞臺照明。 光源原理與設計 —白熾燈 諸定昌 四、本節(jié)結論 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。因此，充氣燈泡的最小熱損失值為 8W左右。 光源原理與設計 —白熾燈 諸定昌 三、充氣的熱損失 單位長度燈絲損失功率： Pc`=2πrλ(dT/dr) 整個燈絲損失功率： Pc= Pc`lf lf燈絲的長度 討論：影響 Pc的因素 1）充氣氣體的種類 2）充氣壓力 3） lf 4） df 光源原理與設計 —白熾燈 諸定昌 對于充氬 — 氮混合氣的白熾燈，每厘米長度燈絲的氣體熱損失 Pc`約為 4W。 光源原理與設計 —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)定層內鎢的濃度擴散。 η=η0/δ， （遮擋因子） δ， =~ 光源原理與設計 —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量為 ： Vap=α0N1m =α0 n√(kTm/2π) =光源原理與設計 —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=光源原理與設計 —白熾燈 諸定昌 a)燈絲質量損耗臨界百分比 G直 G直 =H內蒸發(fā)的質量 /燈絲原有總質量 =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 光源原理與設計 —白熾燈 諸定昌 三、總結 基本矛盾 T↑—— →η↑（ Me∝ T4） T↑—— →Vap↑—— →H↓ ∴ Tf=2300~2600K H=1*103hrs η=8~10lm/W 光源原理與設計 —白熾燈 諸定昌 光源原理與設計 —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。 K) 光源原理與設計 —白熾燈 諸定昌 四、實際表面的輻射 實際上，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。 K4) 4．維恩位移定律 λm m2) C2=hc/kB=*102(m Mλ （ λ ,T) Mλ （ λ ,T) =dMe(T)/dλ =dPe(T)/Sdλ 光源原理與設計 —白熾燈 諸定昌 α(λ,T) α (λ,T)=dPe ’ (λ,T)=/dPe (λ,T) Law ),(),(),(),(),(21TfTTMTTM??????? ????????????????光源原理與設計 —白熾燈 諸定昌 三、黑體輻射的基本性質 ： 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。光源原理與設計 —緒論 諸定昌 第一章 緒論 光源原理與設計 —緒論 諸定昌 一 . 光源的定義 能把其他形式的能量轉換為光學波段的電磁輻射的器件 稱為光源。 ? 熱能 ? 化學能 ? 生物能 ? 電能 —電光源 光源原理與設計 —緒論 諸定昌 2. 轉換方式 ? 加熱輻射（ eg白熾燈） —熱輻射光源 —連續(xù)譜 ? 原子激發(fā)輻射 —線光譜 ? 帶電粒子的速度變化（軔致輻射） —連續(xù)譜 3. 光學波段 光源原理與設計 —緒論 諸定昌 ? 可見光區(qū) 380～ 780 nm ? 紅外光 近紅外區(qū) 780～ 1500 nm 中紅外區(qū) 1500～ 1 10 nm 4 遠紅外區(qū) 1 10 ～ 1 10 nm 4 6 光源原理與設計 —緒論 諸定昌 ? 紫外光 真空紫外 1～ 200 nm 遠紫外 200～ 300 nm 近紫外 300～ 380 nm 紫外 A區(qū) UVA 400～ 315 nm 化學線 黑斑線 紫外 B區(qū) UVB 315～ 280 nm 健康線（紅斑線） 紫外 C區(qū) UVC 280～ 200 nm 滅菌線 光源原理與設計 —緒論 諸定昌 二 . 光源發(fā)展簡史 1. 第一代光源 —白熾燈 碳絲白熾燈 1879(Edison) ～ 3 幾小時 鋨絲白熾燈 1898 5～ 幾十小時 鎢絲白熾燈 1907 5～ 8 幾百小時 真空鎢絲白熾燈 1910 8～ 9 接近一千小時 充 N2螺旋鎢絲白熾燈 1913 11 充 Ar(Kr,Xe)鎢絲白熾燈 1917 12 充 Ar(Kr,Xe)雙螺旋鎢絲白熾燈 14 碘鎢燈 1959 30 溴鎢燈 1964 32 光效 η 壽命 光源原理與設計 —緒論 諸定昌 2. 第二代光源 —熒光燈 霓虹燈 (Neon lamp) 1910 用于廣告 汞蒸汽放電燈 1930 38 差 熒光燈 (鹵粉 ) 1935 40 好 涂釩酸釔熒光粉燈 1967 65 好 細管徑熒光燈 (T12—T8—T5) 1973 85 好 異型熒光燈 (CFC) 1977 代替白熾燈 η Ra 光源原理與設計 —緒論 諸定昌 3. 第三代光源 —鈉燈與金鹵燈 低壓鈉燈 1932 40 差 外殼涂紅外反射層的低壓鈉燈 1965 200 差 高壓鈉燈 1965 150 差 鈉 鉈 銦燈 1961 75 好 鎘 鈥 銩燈 1971 90 很好 95 絡合物 (ScNa)金鹵燈 1976 80