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光源

光源

光源是一个物理学名词,宇宙间的物体有的是发光的,有的是不发光的,我们把自己能发光且正在发光的物体叫做光源。太阳、打开的电灯、燃烧着的蜡烛等都是光源。


历史起源

18世纪末,人类对电光源的开始研究。
19世纪初,英国的H.戴维发明碳弧灯。
1879年,美国的T.A.爱迪生发明了具有实用价值的碳丝白炽灯,使人类从漫长的火光照明进入电气照明时代。1907年采用拉制的钨丝作为白炽体。
1912年,美国的I.朗缪尔等人对充气白炽灯进行研究,提高了白炽灯的发光效率并延长了寿命,扩大了白炽灯应用范围。
20世纪30年代初,低压钠灯研制成功。
1938年,欧洲和美国研制出荧光灯,发光效率和寿命均为白炽灯的3倍以上,这是电光源技术的一大突破。
1940年代高压汞灯进入实用阶段。50年代末,体积和光衰极小的卤钨灯问世,改变了热辐射光源技术进展滞缓的状态,这是电光源技术的又一重大突破。60年代开发了金属卤化物灯和高压钠灯,其发光效率远高于高压汞灯。
1980年代出现了细管径紧凑型节能荧光灯、小功率高压钠灯和小功率金属卤化物灯,使电光源进入了小型化、节能化和电子化的新时期。


具体含义

物理学上指能发出一定波长范围的电磁波(包括可见光与紫外线、红外线、X射线等不可见光)的物体。通常指能发出可见光的发光体。凡物体本身能发光者,称做光源,又称发光体。如太阳、恒星、灯以及燃烧着的物质等都是。


但像月亮表面、桌面等依靠它们反射外来光才能使人们看到它们,这样的反射物体不能称为光源。在我们的日常生活中离不开可见光的光源。可见光以及不可见光的光源还被广泛地应用到工农业、医学和国防现代化等方面。


自身正在发光的物体叫光源。光源可以分为自然(天然)光源和人造光源。此外,根据光的传播方向,光源可分为点光源和平行光源。

 
光源(物理学术语)编辑 锁定 光源是一个物理学名词,宇宙间的物体有的是发光的,有的是不发光的,我们把自己能发光且正在发光的物体叫做光源。太阳、打开的电灯、燃烧着的蜡烛等都是光源。


中文名光源 外文名optical/light source 
1 历史起源


2 具体含义


3 产生途径
▪ 热效应
▪ 原子跃迁
▪ 辐射发光


4 发展前景


5 主要种类 

▪ 照明光源
▪ 辐射光源
▪ 稳定光源
▪ 背光源


6 组成结构


7 常见设备
▪ 碳弧灯
▪ 白炽灯
▪ 低压钠灯
▪ 高压钠灯
▪ LED灯 


8 技术指标

 光源历史起源编辑 18世纪末,人类对电光源的开始研究。
19世纪初,英国的H.戴维发明碳弧灯。
1879年,美国的T.A.爱迪生发明了具有实用价值的碳丝白炽灯,使人类从漫长的火光照明进入电气照明时代。1907年采用拉制的钨丝作为白炽体。
1912年,美国的I.朗缪尔等人对充气白炽灯进行研究,提高了白炽灯的发光效率并延长了寿命,扩大了白炽灯应用范围。
20世纪30年代初,低压钠灯研制成功。
1938年,欧洲和美国研制出荧光灯,发光效率和寿命均为白炽灯的3倍以上,这是电光源技术的一大突破。

1940年代高压汞灯进入实用阶段。50年代末,体积和光衰极小的卤钨灯问世,改变了热辐射光源技术进展滞缓的状态,这是电光源技术的又一重大突破。60年代开发了金属卤化物灯和高压钠灯,其发光效率远高于高压汞灯。
1980年代出现了细管径紧凑型节能荧光灯、小功率高压钠灯和小功率金属卤化物灯,使电光源进入了小型化、节能化和电子化的新时期。


光源具体含义编辑 物理学上

 光源 指能发出一定波长范围的电磁波(包括可见光与紫外线、红外线、X射线等不可见光)的物体。通常指能发出可见光的发光体。凡物体本身能发光者,称做光源,又称发光体。如太阳、恒星、灯以及燃烧着的物质等都是。


但像月亮表面、桌面等依靠它们反射外来光才能使人们看到它们,这样的反射物体不能称为光源。在我们的日常生活中离不开可见光的光源。可见光以及不可见光的光源还被广泛地应用到工农业、医学和国防现代化等方面。


自身正在发光的物体叫光源。光源可以分为自然(天然)光源和人造光源。此外,根据光的传播方向,光源可分为点光源和平行光源。


产生途径

热效应
第一类是热效应产生的光。太阳光就是很好的例子,此外蜡烛等物品也都一样,此类光随着温度的变化会改变颜色。


光源原子跃迁

第二类原子跃迁发光。荧光灯灯管内壁涂抹的荧光物质被电磁波能量激发而产生光。此外霓虹灯的原理也是一样。原子发光具有独自的特征谱线。科学家经常利用这个原理鉴别元素种类。


光源辐射发光

第三类是物质内部带电粒子加速运动时所产生的光。譬如,同步加速器(synchrotron)工作时发出的同步辐射光,同时携带有强大的能量。

另外,原子炉(核反应堆)发出的淡蓝色微光(切伦科夫辐射)也属于这种。所谓的“切伦科夫辐射”,就是指带电粒子在介质中的速度可能超过介质中的光速,在这种情况下会发生辐射,类似于“音爆”。

注:这不是真正意义上的超光速,真正意义上的超光速是指超过真空中的光速。[1]  这种现象被称为切伦科夫效应。


发展前景

电光源的发明促进了电力装置的建设。电光源的转换效率高,电能供给稳定,控制和使用方便,安全可靠,并可方便地用仪器|仪表计数耗能,故在其问世后一百多年中,很快得到了普及。它不仅成为人类日常生活的必需品,而且在工业、农业、交通运输以及国防和科学研究中,都发挥着重要作用。


世界上的照明用电(照明光源的耗电量)约占总发电量的10%~20%。在中国,照明用电约占总发电量的10%。随着中国现代化发展速度的加快,照明用电量逐年上升,而电力增长率又不相适应,因此,研制、开发和推广应用节能型电光源已引起人们的高度重视。


主要是提高发光效率,开发体积小的高效节能光源,改善电光源的显色性,延长寿命。达到上述目的的具体途径是开发研制新型材料、采用新工艺以及进一步研究新的发光机理、开发新型电光源。而最为现实的途径则是改进现有电光源的制造技术,采用新型的、自动化性能好的生产设备。


主要种类

照明光源

照明光源是以照明为目的,辐射出主要为人眼视觉的可见光谱(波长380~780nm)的电光源。其规格品种繁多,功率从0.1W到20kW,产量占电光源总产量的95%以上。


照明光源品种很多,按发光形式分为热辐射光源、气体放电光源和电致发光光源3类。

①热辐射光源。电流流经导电物体,使之在高温下辐射光能的光源。包括白炽灯和卤钨灯两种。

②气体放电光源。电流流经气体或金属蒸气,使之产生气体放电而发光的光源。气体放电有弧光放电和辉光放电两种,放电电压有低气压、高气压和超高气压3种。弧光放电光源包括:荧光灯、低压钠灯等低气压气体放电灯,高压汞灯、高压钠灯、金属卤化物灯等高强度气体放电灯,超高压汞灯等超高压气体放电灯,以及碳弧灯、氙灯、某些光谱光源等放电气压跨度较大的气体放电灯。辉光放电光源包括利用负辉区辉光放电的辉光指示光源和利用正柱区辉光放电的霓虹灯,二者均为低气压放电灯;此外还包括某些光谱光源。

③电致发光光源。在电场作用下,使固体物质发光的光源。它将电能直接转变为光能。包括场致发光光源和发光二极管两种。


光源辐射光源
辐射光源是不以照明为目的,能辐射大量紫外光谱(1~380nm)和红外光谱(780~1×106nm)的电光源,它包括紫外光源、红外光源和非照明用的可见光源。以上两大类光源均为非相干光源。此外还有一类相干光源,它通过激发态粒子在受激辐射作用下发光,输出光波波长从短波紫外直到远红外,这种光源称为激光光源。


稳定光源
光纤通信技术中,进行光纤衰耗的测量,连接损耗的测量、活动连接器损耗以及光电器件或光收端机灵敏度的测量,光源是不可缺少的信号源。


稳定光源原理
稳定光源,即其输出光功率、波长及光谱宽度等特性(主要是光功率)应当是稳定不变的,当然,绝对稳定不变是不可能的,只是在给定的条件下(例如一定的环境、一定的时间范围内)其特性是相对稳定的。若要达到一定的指标要求,稳定光源应有一定的措施以保证其特性的稳定。一般采取APC(自动功率控制)电路和ATC(自动温度控制)电路等措施。


光源背光源
光源模组中最核心技术为导光板的光学技术,主要有印刷形和射出成型形二种导光板形式,其它如射出成型加印刷,激光打点,腐蚀等占很少比例,不适合批量生产原则。印刷形因为其成本低在过去较长时间内成为主流技术,但合格品不高一直是其主要缺点,而LCD产品要求更精密的导光板结构,射出成型形导光板必然成为背光源发展主流,但相应的模具技术难题只有少数大厂能够克服。伟志公司导光板的光学技术主要采用印刷形和射出成型形二种导光板形式。


背光源按光源类型主要有EL、CCFL及LED三种背光源类型,依光源分布位置不同则分为侧光式和直下式(底背光式)。以下是它们的简单介绍。


边光式
即将线形或点状光源设置在经过特殊设计的导光板的侧边做成的背光源。根据实际使用的需要,又可做成双边式,甚至三边式。边光式背光一般可做的很薄,但光源的光利用率较小,且越薄利用率越小,最大约50%。其技术核心是导光板的设计和制作。边光式最常用的有LED灯背光和CCFL背光。伟志LED边光式背光源有WU、WH、WN类为单边式,WL、WJ、WK、WB类为双边式。随着lcd模组不断向更亮、更轻、更薄方向发展,侧光式CCFL式背光源成为背光源发展的主流。WQ类产品为伟志CCFL边光式背光源。


LED灯背光
LED灯又称发光二极管,比起其它光源,单个LED灯的功耗是最小的。从蓝到红,LED灯有很多种颜色,常用的如“表一”和“表二”;另外还有一种特殊的颜色是白色,“表三”给出了其常用的色度范围。在各种颜色里,可大致分为高亮和低亮的两种:基本上,“表一”里是属于低亮的(虽然琥珀色、橙色和红色里也有稍高亮的),“表二”和“表三”里是属于高亮的。


由于白色是混合色,无可标识的波长值,因此,以其在色度图上的坐标值来表示。我们自定义为“冷白色”和“暖白色”两种。在各种颜色里,都存在颜色偏差的问题,其中蓝色和白色表现的较为明显,尤其是白色,LED的供应商也无法对其进行有效的控制。


CCFL背光
此种背光的最大优点是亮度高,所以面积较大的黑白负相、蓝模负相和彩色液晶显示器件基本上都采用他。理论上,它可以根据三基色的配色原理做出各种颜色。其缺点是功耗较大,还需逆变电路驱动,而且工作温度较窄,为0~60度之间,而LED等其它的背光源都可达到-20~70之间。


底背光式
是一个有一定结构的平板式的面光源,可以是一个连续均匀的面光源,如EL或平板荧光灯;也可以是一个由较多的点光源构成,如点阵LED或白炽灯背光源等。常用的是LED点阵和EL背光。


EL背光
即电致发光,是靠荧光粉在交变电场激发下的本征发光而发光的冷光源。其最大的优点是薄,可以做到0.2~0.6mm的厚度。缺点是亮度低,寿命短(一般为3000~5000小时),需逆变驱动,还会受电路的干扰而出现闪烁、噪声等不良。EL的驱动有逆变器、DriverIC驱动两种。因为DriverIC的频率和负载输出电压达不到EL的典型条件(400Hz、AC100V),所以亮度较逆变器驱动更为低。也陆续有白光(全色)EL和LCD背光源出来。但由于亮度较暗其基本上用于4英寸以下小尺寸液晶显示。如:手机、PDA、游戏机等。全色(白光)、大尺寸亮度背光源,主流仍然是用CCFL做光源。伟志没有开发EL背光源。


LED底背光
优点是亮度好,均匀性好。缺点是厚度较大(大于4.0mm),使用的LED数量较多,发热现象明显。一般采用低亮的颜色进行设计,而高亮的颜色由于成本高基本上不考虑。WA类产品为伟志底背光源。


电光源是指将电能转换为光能的器件或装置。广泛用于日常照明、工农业生产、国防和科研等方面。


组成结构

不同类型的电光源有不同的结构,但一般都具有以下几部分的零部件:作为发光体的灯丝、电极、荧光粉;作为发光体外壳的玻璃、半透明陶瓷管、石英管;作为引线的导丝、芯柱、灯头;作为充填物的各类气体、汞、金属及其卤化物;消气剂、各类涂层、绝缘件及粘结剂等。


常见设备

碳弧灯
利用两根接触的碳棒电极在空气中通电后分开时所产生的放电电弧发光的电光源。碳弧灯由英国人H.戴维于1809年发明;


光源白炽灯
白炽灯又称钨丝灯、灯泡,是将灯丝通电加热到白炽状态,利用热辐射发出可见光的电光源。由电流通过灯丝加热至白炽状态产生光的一种光源。是最早出现的电灯,用耐热玻璃制成泡壳,内装钨丝。泡壳内抽去空气,以免灯丝氧化,或再充入惰性气体(如氩),减少钨丝受热蒸发。因灯丝所耗电能仅一小部分转为可见光,故发光效率低,一般为10~15流/瓦。但制造方便,成本低。


光源低压钠灯
是利用低压钠蒸气放电发光的电光源,在它的玻璃外壳内涂以红外线反射膜,是光衰较小和发光效率最高的电光源。低压钠灯发出的是单色黄光,用于对光色没有要求的场所;


光源高压钠灯
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液钠汞气受热蒸发成为汞蒸气和钠蒸气,阴极发射的电子在向阳极运动过程中,撞击放电物质的原子,使其获得能量产生电离或激发,然后由激发态回复到基态;或由电离态变为激发态,再回到基态无限循环,此时,多余的能量以光辐射的形式释放,便产生了光。


LED灯
LED(Light Emitting Diode),发光二极管,是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件,它可以直接把电转化为光。


光学仪器中的显微镜光源主要用于给显微镜观察时补充光线,一般是由220V的电压供应,功率为一般为几瓦左右,显微镜光源的上镶嵌着灯珠,灯珠一般为LED灯,这样的灯发热量极少,所以对观察时候的对产品的冷热度控制影响很小的。另外还有一种不是有LED灯珠组成的,而是由灯管组成的,这样的灯管有外置四插的和内置四插接口。还有一种是两个插头的,这样的光源只适合安装在显微镜上的光源,如果觉得光线还是比较暗。还有有一种是外用的,可以随意调整灯头的,这样的光线比较方便。


技术指标

①光量特性指标。包括总光通量、亮度、光强、紫外线量和热辐射量等。
②光色特性指标。包括光色、色温显色性、色度和光谱分布等。
③电气特性指标。包括消耗功率、灯电压、灯电流、启动特性和干扰噪声等。
④机械特性。包括几何尺寸、灯结构和灯头等。
⑤经济特性。包括发光效率、寿命、价格和电费等。
⑥心理特性。包括灯外观和舒适性等。






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