光源原理与设计—绪论

深圳市长远通电子有限公司 整理：王胜地 3924660875

第一章 绪论

光源原理与设计—绪论 诸定昌

一 . 光源的定义能把其他形式的能量转换为光学波段的电磁辐射的器件称为光源。

1. 能量的形式• 热能

• 化学能

• 生物能

• 电能—电光源

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2. 转换方式

• 加热辐射（ eg 白炽灯）—热辐射光源—连续谱

• 原子激发辐射—线光谱

• 带电粒子的速度变化（轫致辐射）—连续谱

3. 光学波段

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• 可见光区 380 ～ 780 nm

• 红外光

近红外区 780 ～ 1500 nm

中红外区 1500 ～ 1×10 nm4

远红外区 1×10 ～ 1×10 nm4 6

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• 紫外光

真空紫外 1 ～ 200 nm

远紫外 200 ～ 300 nm

近紫外 300 ～ 380 nm

紫外 A 区 UVA 400 ～ 315 nm 化学线 黑斑线

紫外 B 区 UVB 315 ～ 280 nm 健康线（红斑线）

紫外 C 区 UVC 280 ～ 200 nm 灭菌线

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二 . 光源发展简史1. 第一代光源—白炽灯

碳丝白炽灯 1879(Edison) 1.4 ～ 3 几小时锇丝白炽灯 1898 5 ～ 5.5 几十小时钨丝白炽灯 1907 5 ～ 8 几百小时真空钨丝白炽灯 1910 8 ～ 9 接近一千小时充 N2 螺旋钨丝白炽灯 1913 11

充 Ar(Kr,Xe) 钨丝白炽灯 1917 12充 Ar(Kr,Xe) 双螺旋钨丝白炽灯 14

碘钨灯 1959 30 溴钨灯 1964 32

光效 η 寿命

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2. 第二代光源—荧光灯

霓虹灯 (Neon lamp) 1910 用于广告

汞蒸汽放电灯 1930 38 差

荧光灯 ( 卤粉 ) 1935 40 好

涂钒酸钇荧光粉灯 1967 65 好

细管径荧光灯 (T12—T8—T5) 1973 85 好

异型荧光灯 (CFC) 1977 代替白炽灯

η Ra

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3. 第三代光源—钠灯与金卤灯

低压钠灯 1932 40 差

外壳涂红外反射层的低压钠灯 1965 　　 200 　 差

高压钠灯 　　　　　　　　　 1965 150 差

钠 - 铊 - 铟灯 1961 75 好

镉 - 钬 - 铥灯 1971 90 很好 95

络合物 (Sc-Na) 金卤灯 1976 80 ＞ 65

无极放电灯 寿命长

η Ra

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三 . 光源的参量

1. 技术参量• 光通量 F(lm)

• 功率 P(w)

• 寿命 H(hrs)全寿命 从亮到熄有效寿命 F 衰减到初始值的一定比例

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2. 运行参量• 光效 η(lm/w)

η1 转换成辐射的功率占总功率的比例

η2 辐射中可见辐射的比例

每单位输入功率产生的光通量

12

0

0

780

380

780

380

)(

)(

)(

)(

Pin

dVP

dVP

dVPKm

Pin

dVPKm

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•光源的颜色

色表 : 人眼观察光源颜色时的舒适程度 ( 与背景光有关 )

色温

照度 E(lux)

房间 E<150lux Tc<4000K

机场 E>500lux Tc>6000K

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显色性 : 被照物体本色被光源显色的程度

指标 : Ra

太阳光下最大 , 为 100

钠灯 28 高压汞灯 40

价格

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四 . 光源的分类

1. 以放电类型分类辉光放电 , 弧光放电……

2. 以工作气压分类低气压 , 高气压 , 超高气压……

3. 以工作气体种类分类汞灯 , 荧光灯 , 惰性气体 , 金属蒸汽……

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4. 按用途分类

5. 按灯种类分

按发光原理热辐射光源

气体放电光源

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电光源

固体光源类气体放电灯类钨丝灯类

白炽灯 (普灯 )

卤素灯荧光灯类高强度气体放电灯

(HID)类

无极灯

高压汞灯

高压钠灯

金属卤化物灯

直管 /环形日光灯

紧凑型节能灯

发光二极管 (LED)

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五 . 光源的应用1. 照明

体育场照明 , 泛光照明……

2. 加热

3. 光化学照像 , 加快化学反应速度……

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4. 光生物杀菌 , 保健 , 光合作用……

5. 高科技模拟室 , 光电效应 , 军事 (夜视仪 )LCOS PDPDBD

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References:

1. “ 电光源原理引论” 蔡祖泉等 (1988)

2. “ 气体与真空中电现象” 卡普卓夫 (1952)

3. “Light Sources” Elenbass (1972)

4. “Gas Discharge Lamp” Johr.F.Vaymouth

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