人造光源有着漫长的发展史 气体放电灯 概述 discharge lamp 由气体、金属蒸气或几种气体与金属蒸气的混合放电而发光的灯。 通过气体放电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。 气体放电 电流通过气体时发生的放电现象。一般伴有发光、发声。由于气压、电压、电流电极的形状、距离等不同，发光、发声的情况各异。譬如说霓虹灯。 霓虹灯是一种低气压冷阴极辉光[1]放电发光的光源。通过气体放电使电能转换为五光十色的光谱线，气体放电是霓虹灯工作的基本过程。 日常生活中我们经常会看到一些气体放电发光的现象：下雨时的闪电、电焊时的弧光、无轨电车双导线脱轨的瞬间打火等，这些都是气体放电现象。 通常情况下，干燥气体是良好的绝缘体，不能传导电流，但当气体中存在自由带电粒子时，它就变为电的导体。但是，在强电场、光辐射、粒子轰击和高温加热等条件下，气体分子会发生电离，产生出可以自由移动的带电粒子，并在电场作用下形成电流，使绝缘的气体成为良好的导体。这种电流通过气体的现象就被称为气体放电过程。 为了研究气体放电发光的现象，我们可将一根两端装有电极的玻璃管抽成真空，并充入不同的惰性气体，当两电极间施加一定电压时，玻璃管就会发出五颜六色的光。 种类 在放电灯中，当电流通过密封在放电管内的气体等离子体或金属蒸气等离子体时，就会产生光。根据填充气体材料的气压大小，放电灯可以分为两种类型：高气压放电灯和低气压放电灯。 1、低气压放电灯：荧光灯（低压汞灯）、低压钠灯 2、高强度气体放电灯：荧光高压汞灯、高压钠灯、金属卤化物灯、陶瓷金属卤化物灯 其中荧光灯是应该最广泛、用量最大的气体放电光源。它具有结构简单、光效高、发光柔和、寿命长等优点。荧光灯的发光效率是白炽灯的4-5倍，寿命是白炽灯的3-8倍，是高效节能光源。 高强度气体放电灯：由于管壁温度而建立发光电弧，其发光管
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面负载超过3W/cm2 的放电灯。如高压汞灯、高压钠灯、金属卤化物灯等。 其中，金属卤化物灯是在高压汞灯和卤钨灯工作原理的基础上发展起来的新型高效光源，其基本原理是将多种金属卤化物的方式加入到高压汞灯的电弧管中，使这些金属原子像汞一样电子、发光。充入不同的金卤卤化物，可以制成不同特性的光源。 高压放电灯 这类光源中最常见的就是金属卤化物灯。在高气压 （~10 bar）下，通过电子激发使气态的填充物质直接发射可见光。精确控制“稀土元素”的添加剂量，能够影响光的颜色和显色特性。 低压放电灯 低压汞灯和低压钠灯之间存在着差别。虽然填充气压只有几毫巴，但是低压钠灯与高气压放电灯相类似，能够直接发射可见光，不过主要是波长585 nm的可见谱线。 另一方面，在低压汞灯（荧光灯和紧凑型荧光灯）中，电子碰撞造成汞原子发射紫外辐射。而这些紫外辐射经由放电管内涂覆的荧光粉转化为可见光。 荧光灯原理 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 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。 应用 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
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、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。
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