灯的发展史、发光原理及作用是什么？
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发布时间：2022-04-22 05:06
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时间：2024-08-24 09:19
不同灯的发光原理不尽相同，以下是几种灯的发光原理：
1.白炽灯
它就是最普通的电灯，电流通过灯丝（钨丝）时，灯丝温度高达2000℃以上，呈白炽状态，发出的光呈白色。白炽灯泡由于跟灯头的连接的不同，又分为螺丝口灯泡、灯头和卡口灯泡、灯头两种。一般的白炽灯泡都是抽成真空的可以避免灯丝的氧化了，而在60W以上的灯泡内还充有氮、氩等气体，以阻碍钨丝在高温下的升华，因而灯丝温度可提高到2400～2700℃，灯丝温度越高，它所消耗的电能中转化为光能的比例便越多。
2. 日光灯
日光灯主要由灯管、镇流器和启动器组成。灯管的两端各有一个灯丝，管中充有稀簿的氩和微量水银蒸气，管壁上涂着荧光粉。灯管的工作原理和白炽灯不同，两个灯丝之间的气体在导电时主要发出紫外线，荧光粉受到紫外线的照射才发出可见光。荧光粉的种类不同，发光的颜色也不一样。
气体的导电有一个特点：只有当灯管两端的电压达到一定值时气体才能导电；而要在灯管中维持一定大小的电流，所需的电压却低得多。因此，如果把220V的电压加在灯管的两端并不能把它点燃。有了镇流器和启动器就能解决这个问题。
3.节能灯
节能灯指的是采用稀土三基色荧光粉为原料研制而成的节能灯具，（它一般采用电子整流器来驱动）。目前，灯用稀土三基色荧光粉的应用已进入一个新的发展阶段，节能光源的发展趋势是光源几何尺寸越做越小，光效越做越高，以较少的电能，得到最高的光通量。一只7瓦的三基色节能灯亮度相当于一只45瓦的白炽灯，而寿命是普通白炽灯泡的8倍。
4. 碘钨灯
自从1879年白炽灯问世以来，人们便与电灯结下了不解之缘。一百多年来，随着科学技术的不断发展，电光源家族中新灯辈出，大放光彩。
人们在研制荧光灯的同时，也没有忘记对白炽灯的改进。1959年，一位名叫弗里德里奇的美国人发现，把碘充于白炽电灯中，能把蒸发下来的钨原子重新送回到钨丝上，这不仅控制了灯丝的升华，而且可以大幅度提高灯丝温度，发出与日光相似的光。这样制成的灯叫作碘钨灯。碘钨灯具有亮度高、寿命长的特点，一只1000瓦的碘钨灯相当于5000瓦普通灯泡的亮度。
随着研究的深入，人们发现把卤族元素的某些化合物充入白炽灯内能取得更好的效果，例如把溴化氢充入白炽灯中，制成的溴钨灯比碘钨灯还要好，这样就产生了各种各样的卤钨灯。卤钨灯适用于车间、剧院、舞台、摄影棚等场合。我们看到电视台记者拍摄电视新闻时，手里举着一个很亮的光源，那就是卤钨灯。它的缺点是辐射出来的热量很大，有时甚至可用它来烘烤物体。
5. 高压汞灯
照明用高压汞灯外壳用石英玻璃制成，内充一定数量的汞和少量氩气。为使高压汞灯起弧，两电极之间需要有足够高的电场强度，对充氩的汞灯，此值约为4伏／厘米。以300瓦高压汞灯为例，在室温下，灯内气压约10～20大气压（106～2×106帕）。极距为10厘米，启动电压需在400伏以上。所以直接采用220伏的电源，灯就无法启动。
一种有玻璃外壳的高压汞灯，这种汞灯通常用辅助电极帮助启动，辅助电极通过一只40～60千欧的电阻R与不相邻的电极相连接。当灯接入电网后，辅助电极与相邻的主电极之间加有交流220伏的电压。这两电极之间的距离很近，通常只有2～3毫米，所以它们之间有很强的电场。在此强电场的作用下，两电极之间的气体被击穿，发生辉光放电，放电电流由电阻R所。如R过小会使电极烧坏。主电极和相邻辅助电极之间的辉光放电产生了大量的电子和离子，这些带电粒子向两主电极间扩散，使主电极之间产生放电，并很快过渡到两主电极之间的弧光放电。在灯点燃的初始阶段，是低气压的汞蒸气和氢气放电，这时管压降得很低，约25伏左右；放电电流很大，约为5～6安培，称为启动电流。低压放电时放出的热量使管壁温度升高，汞逐渐汽化，汞蒸气压和灯管电压逐渐升高，电弧开始收缩，放电逐步向高气压放电过渡。当汞全部蒸发后，管压开始稳定，进入稳定的高压汞蒸气放电。
可见，高压汞灯从启动到正常工作需要一段时间，通常为4～10分钟。
高压汞灯发光效率比较高，在35～65流／瓦以上，高压汞灯除了有高的发光效率外，还能发出强的紫外线，因而不仅可以照明，还可用于晒图，保健日光浴，化学合成，塑料及橡胶的老化试验、荧光分析、探伤等方面。由于高压汞灯有较高的光效，而且其发光体小，亮度高，适合于室外照明。但是它的光色偏蓝、绿，缺少红色成分，所以被照物不能完全显示原来的颜色。
如果高压汞灯中汞蒸气压大于10大气压时，就成为超高压汞灯，这时其发光效率将随之增加。高压汞灯有较高的发光效率，但是亮度还不够高。在许多场合，例如各种光学仪器、投影系统中，则需要高达104～106熙提（Cd／cm2）的高亮度光源，超高压汞灯就是这样一种光源。
6. 高压钠灯
高压钠灯是一种高强度气体放电灯泡。 高压钠灯使用时发出金白色光，它具有发光效率高、耗电少、寿命长、透雾能力强和不诱虫等优点。广泛应用于道路、高速公路、机场、码头、船坞、车站、广场、街道交汇处、工矿企业、公园、庭院照明及植物栽培。高显色高压钠灯主要应用于体育馆、展览厅、娱乐场、百货商店和宾馆等场所照明。
当灯泡启动后，电弧管两端电极之间产生电弧，由于电弧的高温作用使管内的钠汞齐受热蒸发成为汞蒸气和钠蒸气，阴极发射的电在向阳极运动过程中，撞击放电物质有原子，使其获得能量产生电离激发，然后由激发态回复到稳定态；或由电离态变为激发态，再回到基戊无限循环，多余的能量以光辐射的形式释放，便产生了光。高压钠灯中放电物质蒸气压很高，也即钠原子密度高，电子与钠原子之间碰撞次数频繁，使共振辐射谱线加宽，出现其它可见光谱的辐射，因此高压钠灯的光色优于低压钠灯。
以上是常见的几种照明电灯。
另外：新颖电光源层出不穷
1.准分子光源（ELS）的出现
在光源辐射机理研究中，近年来采用准分子工作物质，如KrF、ArP、NeF和XeCl等，来制造高功率的紫外光源。同时，通过微波放电和介质阻挡放电等无极放电形式可制成新型的准分子辐射光源，光能转换效率达50%以上。现已制成58×68cm2的60WX2准分子大面积平面照明系统，这种灯无需充汞，因此从环境保护角度更有吸引力。目前已有能将172nm高效转换成可见光的荧光粉产品，并制成有实用价值的平面无汞荧光灯产品出售，尤在LCD的背景照明中，它已获得有效的应用。作为一种新颖的无汞荧光灯，它的光效与直管型荧光灯相仿，又能制成平面形状，更加上它的无有害物质，不会造成污染的优越性等特点，可以予言，准分子光源前途无量。
2.超高压汞灯（UHP）的开发成功
近年来，配投光系统的显示装置受到人们的极大重视，而影响其性能的关键配件是短弧光源，荷兰飞利浦公司于1995年首先开发成功一种超高压汞灯，极距约1.3mm，功率100w。在灯工作时，汞蒸气压可达200个大气压。由于汞蒸气压愈高，灯的亮度也越高，而且汞原子谱线宽度变大，分子连续谱与带电粒子复合光谱也更强，特别是595nm以上的红光辐射随灯内工作压强的升高而增强，从而使灯的显色性提高。由于该灯放电时电极处于极高的温度，会造成钨材料蒸发并沉积在球壁上造成光衰，现通过在工艺上对灯内充入微量氧一卤素，有效清洁泡壳，使灯的寿命达12000h。
3.微波光源的崛起
1992年国际电光源科技界提出了微波硫灯的新技术，发现充填硫元素和低压氩气于石英泡壳内，在频率为2 450MHz微波能量的驱动下，通过硫分子的振动能和转动能的跃迁，可使灯辐射出连续的可见光光谱。
1994年，美国融合公司制成了一个功率为3400w微波硫灯照明系统。该产品辐射光谱接近太阳光谱，可在很大范围内调光，寿命60000h，可任意方向燃点。微波硫灯还可以利用导光管技术，将该灯发出的强光沿着导光管传送到所需要照明的宽广区域。最近为使硫灯适宜于家庭和商业照明。我国光源界经过几年联合研制，也在1999年推出VEC－1000微波硫灯产品，其技术指标接近国际同类产品水平。
4.固体光源开始进入光源领域
近30年来，作为固体光源的半导体发光二极管（LED）取得了重大突破，灯的光效增加了100倍，成本下降10倍，近几年又突破单一颜色的局限性向白色光照明迈进。
二极管与电灯泡相比，体积更小，寿命更长，对环境的危害也更小。单单电费一项，它就可以为人类每年节省数百亿英镑。它可以连续使用10万个小时，相当于11年的时间。科学家预言，电灯泡的历史任务即将完成，人类即将进入发光二极管时代。 以氮化镓为基础的高亮度白光发光二极管（LED）因其节能、寿命长、环保等优点，将逐步取代现有的白炽灯和荧光灯。二极管的发光实质是半导体的光心的复合发光，具体机制较复杂简单点说就是离子球附近的电场，使半导体二极管中的杂质光心，发生复合作用，将电场能量转化为光能，具体涉及半导体 发光的复合理论，与半导体中的施主与受主的复合，较复杂，不赘述，如有兴趣，可查阅黄昆固体物理，与半导体物理荧光灯即低压汞灯，它是利用低气压的汞蒸气在放电过程中辐射紫外线，从而使荧光粉发出可见光的原理发光，因此它属于低气压弧光放电光源。荧光灯内装有两个灯丝。灯丝上涂有电子发射材料三元碳酸盐（碳酸钡、碳酸锶和碳酸钙），俗称电子粉。在交流电压作用下，灯丝交替地作为阴极和阳极。灯管内壁涂有荧光粉。管内充有400Pa-500Pa压强的氩气和少量的汞。通电后，液态汞蒸发成压强为0.8 Pa的汞蒸气。在电场作用下，汞原子不断从原始状态被激发成激发态，继而自发跃迁到基态，并辐射出波长253.7nm和185nm的紫外线(主峰值波长是253.7nm，约占全部辐射能的70-80％；次峰值波长是185nm，约占全部辐射能的10％)，以释放多余的能量。荧光粉吸收紫外线的辐射能后发出可见光。荧光粉不同，发出的光线也不同，这就是荧光灯可做成白色和各种彩色的缘由。由于荧光灯所消耗的电能大部分用于产生紫外线，因此，荧光灯的发光效率远比白炽灯和卤钨灯高，是目前最节能的电光源。 通过 气体放电 暂无内容将电能转换为光的一种电光源。气体放电的种类很多,用得较多的是辉光放电和弧光放电(见电弧放电）。辉光放电一般用于霓虹灯和指示灯。弧光放电可有很强的光输出，照明光源都采用弧光放电。荧光灯、高压汞灯、钠灯和金属卤化物灯是应用最多的照明用气体放电灯。
原理 气体放电灯放电发光的基本过程分 3个阶段：①放电灯接入工作电路后产生稳定的自持放电，由阴极发射的电子被外电场加速，电能转化为自由电子的动能；②快速运动的电子与气体原子碰撞,气体原子被激发,自由电子的动能又转化为气体原子的内能；③受激气体原子从激发态返回基态，将获得的内能以光辐射的形式释放出来。上述过程重复进行，灯就持续发光。放电灯的光辐射与电流密度的大小、气体的种类及气压的高低有关。一定种类的气体原子只能辐射某些特定波长的光谱线。低气压时，放电灯的辐射光谱主要就是该原子的特征谱线。气压升高时，放电灯的辐射光谱展宽，向长波方向发展。当气压很高时，放电灯的辐射光谱中才有强的连续光谱成分。
结构 各种气体放电灯都由泡壳、电极和放电气体构成，基本结构大同小异。泡壳与电极之间是真空气密封接，泡壳内充有放电气体。气体放电灯不能单独接到电路中去，必须与触发器、镇流器等辅助电器一起接入电路才能启动和稳定工作。放电灯的启动通常要施加比电源电压更高的电压，有时高达几千伏或几万伏以上。采用漏磁变压器，或用启动器可以满足上述要求。电弧放电一般都具有负的伏-安特性,即电压随电流的增加而减小。如将放电灯单独接入电网，灯泡或电路元件将被过电流毁坏。放电灯和镇流器串联起来使用才能稳定工作。镇流器可以是电阻、电感或电容。通常在直流电源时用电阻镇流、低频交流电源时用电感镇流，高频时用电容镇流。
特点和应用 气体放电灯具有以下特点：①辐射光谱具有可选择性。通过选择适当的发光物质，可使辐射光谱集中于所要求的波长上，也可同时使用几种发光物质，以求获得最佳的组合光谱。②具有高效率，它们可以把25～30％的输入电能转换为光输出。③寿命长。使用寿命长达1万小时或2万小时以上。④光输出维持特性好，在寿命终止时仍能提供60～80％的初始光输出。
气体放电灯在工业、农业、医疗卫生和科学研究领域的用途极为广泛。除作为照明光源之外，在摄影、放映、晒图、照相复制、光刻工艺、化学合成、塑料及橡胶老化、荧光显微镜、光学示波器、荧光分析、紫外探伤、杀菌消毒、医疗、生物栽培、固体激光等方面都有广泛应用。
从荧光灯的发光机制可见，荧光粉对荧光灯的质量起关键作用。20世纪50年代以后的荧光灯大都采用卤磷酸钙，俗称卤粉。卤粉价格便宜，但发光效率不够高，热稳定性差，光衰较大，光通维持率低，因此，它不适用于细管径紧凑型荧光灯中。1974年，荷兰飞利蒲首先研制成功了将能够发出人眼敏感的红、绿、蓝三色光的荧光粉氧化钇（发红光，峰值波长为611nm）、多铝酸镁（发绿光，峰值波长为541nm）和多铝酸镁钡（发蓝光，峰值波长为450nm）按一定比例混合成三基色荧光粉（完整名称是稀土元素三基色荧光粉），它的发光效率高（平均光效在80lm/W以上，约为白炽灯的5倍），色温为2500K-6500K，显色指数在85左右，用它作荧光灯的原料可大大节省能源，这就是高效节能荧光灯的来由。可以说，稀土元素三基色荧光粉的开发与应用是荧光灯发展史上的一个重要里程碑。没有三基色荧光粉，就不可能有新一代细管径紧凑型高效节能荧光灯的今天。但稀土元素三基色荧光粉也有其缺点，其最大缺点就是价格昂贵。
目前常见的荧光灯有：
（1）直管形荧光灯。这种荧光灯属双端荧光灯。常见标称功率有4W，6W，8W，12W，15W，20W，30W，36W，40W，65W，80W，85W和125W。管径用T5，T8，T10，T12。灯头用G5，G13。目前较多采用T5和T8。T5显色指数＞30，显色性好，对色彩丰富的物品及环境有比较理想的照明效果，光衰小，寿命长，平均寿命达10000小时。适用于服装、百货、超级市场、食品、水果、图片、展示窗等色彩绚丽的场合使用。T8色光、亮度、节能、寿命都较佳，适合宾馆、办公室、商店、医院、图书馆及家庭等色彩朴素但要求亮度高的场合使用。
为了方便安装、降低成本和安全起见，许多直管形荧光灯的镇流器都安装在支架内，构成自镇流型荧光灯。
（2）彩色直管型荧光灯。常见标称功率有20W，30W，40W。管径用T4，T5，T8。灯头用G5、G13。彩色荧光灯的光通量较低，适用于商店橱窗、广告或类似场所的装饰和色彩显示。
（3）环形荧光灯。除形状外，环形荧光灯与直管形荧光灯没有多大差别。常见标称功率有22W，32W，40W。灯头用G10q.。主要提供给吸顶灯、吊灯等作配套光源，供家庭、商场等照明用。
（4）单端紧凑型节能荧光灯。这种荧光灯的灯管、镇流器和灯头紧密地联成一体（镇流器放在灯头内），除了破坏性打击，无法把它们拆卸，故被称为“紧凑型”荧光灯。由于无须外加镇流器，驱动电路也在镇流器内，故这种荧光灯也是自镇流荧光灯和内启动荧光灯。整个灯通过E27等灯头直接与供电网连接，可方便地直接取代白炽灯。
这种荧光灯大都使用稀土元素三基色荧光粉，因而具有节能功能。下表列出节能荧光灯与光通量大体相同的白炽灯的对照。
节能荧光灯功率(W) 5 7 9 11 13 18 36 45 65 85 105 编辑本段色调 主要用放电产生的紫外辐射激发荧光粉而发光的放电灯称为荧光灯。
荧光灯主要是一种低压汞蒸气弧光放电灯，它在气体放电中消耗的电能主要转化为紫外范围的电磁辐射（大约63%转化为254-185nm之间的C类紫外辐射），大约有3%的能量在放电中直接转化为可见光，其主要波长为405nm（蓝紫光），436nm（蓝光），456nm（绿光）和577nm（黄光）。紫外辐射照射到灯管内壁的荧光粉涂层上，紫外线的能量被荧光材料所吸收，其中一部分转化为可见光并释放出来。一个典型的荧光灯中发出的可见光（包括从荧光粉涂层中发出的和在放电时直接发出的）大约相当于输入灯内能量的28%。荧光灯的光性能主要取决于灯管的几何尺寸即长度和直径，填充气体种类和压强，涂敷荧光粉以及制造工艺。
荧光灯色温分为：
暖色调系列：如/29，/827，/830，/927，/930等，能塑造温暖辉煌，缩小距离空间，给人一种轻松和舒适的照明感觉。在使用时，一般与白炽灯混用，不适合与自然光混合使用。
中间色调系列：如/33，/835，/840，/927，/940等，中性色彩在使用时，明亮的白色光可与自然光完满结合，一般用于有自然光照射或需要较冷色调气氛的空间。
冷色调系列：如/54，/850，/865，/950，/965等，能塑造宁静冷清，增大距离空间，给人以活泼的照明感觉，在使用时，一般用于颜色1比较或特别强调冷色效果的场所。
荧光灯显色性分为：
某品牌标准型直管荧光灯：
显色指数较低，如51，63，72等，适用于一般工作场所和对显色性不重要的场所（仓库，停车场）等。
某品牌三基色直管荧光灯：
显色指数大于85，适用于长时间工作场所，能使工作者心情舒畅。
某品牌豪华型直管荧光灯 ：
显色指数为95，97，98等，用于显色性要求高的场所或特殊环境。
选择荧光灯的秘诀：灯的色温，显色性，寿命，光效及含汞量。
强光灯 （英文：light ）
适用范围：广泛应用于货场装卸、巡查检修、事故抢修等。如铁路、电业、、钢铁、石油化工等单位夜间施工作业照明。
产品特点
1.造型美观、操作简单方便，可采用手提、台面放置、磁力吸附、吊挂照明等多种方式；灯头和提手可分别在135°和180°范围内(每间隔15°一挡)任意调节角度，强光、工作光可随意转换 ，选用大功率灯泡，使用寿命长，发光效率高，标准配置为聚光照明。
2.灯具下部的高能电池容量大、性能优、自放电率低， 可随时充电；小巧轻便，易拆卸更换。一次充满电后半年内储电量不低于满容量的85%，两年 内储电量不低于满容量的60%。
3.精密的结构、特制合金和防弹胶材料，能确保产品经受强力碰撞和冲击；密封性好，可抵御风浪、暴雨侵袭。编辑本段射灯 射灯是装饰性照明，收窄光束的照射范围,使之聚焦在某小块面积上,常见用在酒柜或墙面上用以作装饰,加强照明效果，穿透力强,功率很小的灯。 投光灯特性:适合于大型场合投光照明，建筑物等照明。
1、高纯度铝反射板、光束最精确、反射效果最佳。
2、对称型窄角、宽角及非对称等配光系统。 ■
3、背后开启式更换灯泡，维护简便。
4、灯具均附有刻度板方便调整照射角度。
1．省电：射灯的反光罩有强力折射功能，10瓦左右的功率就可以产生较强的光线。
2．聚光：光线集中，可以重点突出或强调某物件或空间，装饰效果明显。
3．舒服：射灯的颜色接近自然光，将光线反射到墙面上，不会刺眼。
4．变化多：可利用小灯泡做出不同的投射效果。
射灯的分类：
1．下照射灯。可装于顶棚、床头上方、橱柜内，还可以吊挂、落地、悬空，分为全藏式和半藏式两种类型。下照射灯的特点是光源自上而下做局部照射和自由散射，光源被合拢在灯罩内，其造型有管式下照灯、套筒式下照灯、花盆式下照灯、凹形槽下照灯及下照壁灯等，可分别装于门廊、客厅、卧室。比如电视机近旁装一盏绿色瓷罩下照壁灯，既可观物清楚又不影响看电视。雕塑造型上方设一套筒式下照灯，可将人的视线引向艺术品上，便于品味观赏。选择下照灯，瓦数不宜过大，仅为照亮而已，不能强光刺眼。
2．路轨射灯。大都用金属喷涂或陶瓷材料制作，有纯白、米色、浅灰、金色、银色、黑色等色调；外形有长形、圆形，规格尺寸大小不一。射灯所投射的光束，可集中于一幅画、一座雕塑、一盆花、一件精品摆设等，也可以照在居室主人坐的转椅后背，创造出丰富多彩、神韵奇异的光影效果。可用于客厅、门廊或卧室、书房。可以设一盏或多盏，射灯外形与色调，尽可能与居室整体设计谐调统一。路轨装于顶棚下15~30厘米处，也可装于顶棚一角靠墙处。</dd>
