光源发光原理PPT课件

,光源发光原理,发光原理分类,2,3,热致发光光源,5,固体照明光源,4,气体放电光源,目录,基础知识,1,基础知识,基础知识,1,可见光和辐射:,光是电磁波辐射到人的眼睛，经视觉神经转换为光线，即能被肉眼看见的那部份光谱。这类射线的波长范围在360到780nm之间，仅仅是电磁辐射光谱非常小的一部份。,基础知识,1,人眼在日光下对可见光的感知,每种单原色光对应于一种波长颜色波长（纳米nm）红630780橙600630黄565600绿500565蓝435500紫380435,基础知识,1,光通量单位时间内发出的光亮的总和。光通量是衡量光源输出可见光多少的一个指标。单位:流明(lm)如40瓦白炽灯光通量400流明,光强光源在某一给定方向的立体角内发射的光通量称为该方向上的发光强度光强是指在特定方向上的光输出大小。单位:坎德拉candela(cd)1cd=1lm/srsr-球面度,照度光源照射在被照物体单位面积上的光通量大小。单位:勒克斯lx1勒克斯=1流明/1平米,亮度光源在某一方向上的亮度是光源在同一方向上光强与发光面在该方向上的投影面积之比单位:坎德拉每平方米candela/m2(cd/m2),Lumen,m2,illiuminatedsurface,visiblesurface,lightintensity,发光原理分类,1,热致发光光源,热致发光光源,2,白炽灯的发光体是用金属钨拉制的灯丝，这种材料的特点是其熔点很高，在高温下仍保持固态。一只点亮的白炽灯的灯丝温度高达3000。炽热的灯丝产生了光辐射，使电灯发出了明亮的光芒。因为在高温下一些钨原子会蒸发成气体，并在灯泡的玻璃表面上沉积，使灯泡变黑，所以白炽灯都被造成较大的外型，这是为了使沉积下来的钨原子能在一个比较大的表面上弥散开。否则的话，灯泡在很短的时间内就会被熏黑了。由于灯丝在不断地被气化，所以会逐渐变细，直至最后断开，这时一只灯泡的寿命也就结束了，其寿命一般为1000小时。在所有用电的照明光源中，白炽灯的效率是最低的，它所消耗的电能只有很小的部分，即1218可转化为光能，而其余部分都以热能的形式散失了。,白炽灯,热致发光光源,2,1,钨(W)卤素原子(X),2,W+nXWXn,3,4,WXnW+nX,x,w,卤素灯和白炽灯相比，其特殊性就在于钨丝可以“自我再生”。卤素灯灯丝和玻璃外壳中充有一些卤族元素如碘和溴。当灯丝发热时，钨原子被蒸发向玻璃管壁方向移动，在它们接近玻璃管时，钨蒸气被“冷却”到大约800并和卤素原子结合在一起形成卤化钨（碘化钨、溴化钨）。卤化钨向玻璃管中央移动，落到灯丝上，因为卤化钨很不稳定，遇热后就会分解成卤素蒸气和钨，这样钨又在灯丝上沉积下来，弥补了被蒸发的部分。如此循环，灯丝的使用寿命就会延长很多，卤素灯的体积也可以做得相对小巧。,卤素灯,气体放电光源,3,气体放电光源（低气压）,荧光灯,工作原理:荧光灯是一种低气压汞蒸气气体放电灯,管内的汞蒸气在电离作用下发射出紫外线，涂在灯管内表面的荧光粉将紫外线转换成可见光输出。不同荧光粉决定了不同的色温和显色性。镇流器为灯提供合适的工作电流。,气体放电光源（低气压）,3,高频无极灯,其发光原理是：在输入一定范围的电源电压后，高频发生器产生2.65MHZ高频恒电压送给功率耦合器，由功率耦合器在玻壳的放电空间内建立静电强磁场，对放电空间内的大气进行电离，并生产强紫外光，玻璃泡壳内壁的三基色荧光粉受强紫外光激励发光。在电源设计上，由于采用APFC电源控制技术和采用IC技术，一方面使得电源的功率因数高达0.95以上；另一方面使得高频发生器始终以高频恒电压点灯。所以，输入的电源电压在一定范围内波动时，其发光亮度均不变。,气体放电光源（低气压）,3,低压钠灯,低压钠灯原理：是基于低压钠稀有气体放电原理而发光的电光源。因室温时钠是固体，单纯使用钠的气体放电灯不易启动。在灯的玻管内充入氩氖混合气即潘宁气体后，灯放电时首先呈现氖的特征红光，并产生热量使放电管温度提高，导致钠开始蒸发；因钠的电离电位和激发电位比氖和氩低，放电很快转入钠蒸气中，辐射出可见光。,气体放电光源（高强度）,气体放电光源（高强度）,3,荧光高压汞灯,它由荧光泡壳和放电管两部分组成。放电管又细又短、只有人的手指大小、内装高压水银蒸气，放电管外面有一棉球形的荧光泡壳。通电后放电管产生很强的可见光和紫外线，紫外线照射在荧光泡壳上，发出大量可见光。高压汞灯工作时，电流通过高压汞蒸气，使之电离激发，形成放电管中电子、原子和离子间的碰撞而发光。,气体放电光源（高强度）,3,高压钠灯,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。然后由激发态恢复到基态；或由电离态变为激发态，再回到基态无限循环，此时，多余的能量以光射的形式释放，便产生了光。,气体放电光源（高强度）,3,金属卤化物灯,电弧管内充有汞、惰性气体和一种以上的金属卤化物。汞蒸发，电弧管内汞蒸气压达几个大气压（零点几个兆帕）；卤化物也从管壁上蒸发，扩散进入高温电弧柱内分解，金属原子被电离激发，辐射出特征谱线。当金属离子扩散返回管壁时，在靠近管壁的较冷区域中与卤原子相遇，并且重新结合生成卤化物分子。这种循环过程不断地向电弧提供金属蒸气。电弧轴心处的金属蒸气分压与管壁处卤化物蒸气的分压相近，一般为133013300Pa。金属光谱的总辐射功率可以大幅度超过汞的辐射功率。结果，典型的金属卤化物灯输出的谱线主要是金属光谱。充填不同种金属卤化物可改善灯的显色性（平均显色指数Ra为7095）。,4,固体照明光源,LED（LightEmittingDiode），即发光二极管。是一种P-N结结构的半导体固体发光器件。主要由PN结芯片、电极和光学系统组成。它是利用固体半导体芯片作为发光材料。当两端加上正向电压，半导体中的少数载流子和多数载流子发生复合，放出过剩的能量而引起光子发射，直接发出红、橙、黄、绿、青、蓝、紫、白色的光。,其发光过程包括三部分：正向偏压下的载流子注入、复合辐射和光能传输。微小的半导体晶片被封装在洁净的环氧树脂物中；当电子经过该晶片时，带负电的电子移动到带正电的空穴区域并与之复合，电子和空穴消失的同时产生光子。电子和空穴之间的能量（带隙）越大，产生的光子的能量就越高。光子的能量反过来与光的颜色对应，可见光的频谱范围内，蓝色光、紫色光携带的能量最多，桔色光、红色光携带的能量最少。由于不同的材料具有不同的带隙，从而能够发出不同颜色的光。,LED,导带,N结,P结,光,无偏置电压,价带,能隙,有偏置电压,无极灯,5,1、无极灯由高频发生器、耦合器、灯泡三部分组成。它是由高频发生器的电磁场以感应的方式耦合到灯内，是灯泡内的气体雪崩电离，形成等离子体。等离子受激原