常見電光源的工作原理

   自19世紀初電能開始用于照明后，電光源技術經歷了幾次有代表性的發展，人們相繼制成了白熾燈、高壓汞燈、低壓汞燈、鹵鎢燈，近年來又制成了高壓納燈和金屬鹵化物燈等新型照明電光源，電光源的發光效率、壽命、顯色性等性能指標不斷得到提高。

1、 第一次電光源技術革命——白熾燈

　　以愛迪生為代表發明的白熾燈，經過幾代科技人員120多年的努力，白熾燈的發光效率平均每年增長0.11lm/W，至今燈發光效率增加了10倍、壽命提高了500倍、價格下降了10倍，滿足了人們對400~2000lm光通量的室內照明的需要。

（1）普通白熾燈

　　普通白熾燈（簡稱普通燈泡），一般內部安裝有金屬鎢做的燈絲，內部被抽成真空或充入少量惰性氣體，燈絲通電后，鎢絲呈熾熱狀態并輻射發光。燈絲溫度越高，輻射的可見光比例就越高，即燈將電通轉換為可見光的效率就越高。隨著白熾燈發光效率的增加，燈絲溫度的升高，鎢燈絲的蒸發速度也增加，從而使燈的壽命縮短。較大功率的白熾燈泡內充有約80kPa氣壓的惰性氣體，可以在一定程度上抑制金屬鎢的蒸發，從而延長了白熾燈的使用壽命。普通白熾燈的典型發光效率為10lm/W，使用壽命為1000h左右。

（2）鹵鎢燈

　　1959年人們發明了鹵鎢循環原理的石英白熾燈，給普通白熾燈注入了新的活力，鹵鎢石英白熾燈具有體積小、燈發光效率維持率在95%以上，燈發光效率和使用壽命有了很大的提高。

　　“鹵”字代表元素周期表中的鹵族元素，如氟、氯、溴、碘這類元素。鹵鎢燈就是充有鹵素的鎢絲白熾燈，現在常用的鹵鎢燈有碘鎢燈和溴鎢燈。根據鹵鎢循環原理制造出的鹵鎢燈，給熱輻射光源注入了新的活力。這類燈的體積小，光通量維持率高（可達95%以上），燈發光效率和使用壽命明顯優于白熾燈，鹵鎢燈的外殼一般采用耐高溫并且高強度的石英玻璃或硬質玻璃，燈內充有2~8個大氣壓的惰性氣體及少量的鹵素氣體，從而可以進一步提高燈絲的工作溫度。

　　普通白熾燈燈絲上的鎢原子蒸發出去后，沉積在玻璃泡殼上，時間一長，燈絲越來越細，泡殼越變越黑。經過長期的努力，人們找到了鹵族元素——氟、氯、溴、碘。比如碘，它在250℃以上的溫度下和鎢很親近，會和鎢結合在一起變為碘化鎢分子；而在1500℃以上的高溫下，碘化鎢又分解成碘和鎢原子。如果在白熾燈內充上碘，燈泡壁上溫度超過250℃時，碘就會把泡殼上的鎢化合成碘化鎢蒸氣，從泡殼上將鎢拉走，向燈絲方向移動。在燈絲附近因為溫度高了，碘化鎢分解，把鎢交還給燈絲，剩下的碘又移到溫度較低的泡殼上去拉鎢原子，這樣，人們也就不必擔心鎢的蒸發了。消除了燈絲鎢蒸發的問題后，就可以提高燈絲的工作溫度了。燈絲工作溫度提高，意味著通過燈絲的電流增加，也就增加了燈的功率，這樣小小體積的碘鎢燈就能比體積大很多的普通白熾燈更亮。鹵鎢燈與普通白熾燈相比，發光效率可提高到30%左右，高質量的鹵鎢燈壽命可以提高到普通白熾燈壽命的3倍左右。

　　由于鹵鎢循環（見圖1），減少了燈泡玻璃殼的黑化，鹵鎢燈的光輸出在整個壽命過程中基本可以維持不變。

　　正是由于鹵鎢燈的以上優勢，使其用途日趨廣泛。低壓鹵鎢燈的工作電壓一般為12V/24V，燈功率從10~50W不等，它們的主要特點是：色溫為2900K，顯色指數Ra為95~100，發光效率為16~20lm/W，使用壽命為3000h，因此更加適宜色彩豐富的高檔商品照明。鹵鎢燈電光源的另一種改進措施是采用浸涂法、真空蒸鍍法或化學蒸鍍法，在石英泡殼上采用紅外反射層技術制成的新型鹵鎢燈，讓可見光透過，而將紅外線反射回燈絲，使燈的發光效率提高30%~45%，壽命可達3000h。由于可以在燈反射面上交替真空蒸鍍20層以上的高折射率物質，它可以將75%的紅外線透射掉，這樣出射光的溫度大為降低，因而被廣泛用于如超市食品冷光照明的應用場所。低壓鹵鎢燈雖然有以上很多優點，但是由市電電壓轉換到低電壓時需要用變壓器，往往使用戶在設計安裝時感到不便。現在已生產出可以直接應用于電網電壓為220V/110V的鹵鎢燈，體積最小可達φ14mm