照明发光原理

1、白炽灯
　　太阳发光是因为表面温度接近6000K，所有固体、液体及气体如达到足够高的温度，都会产生可见光。白炽灯中的固体钨在大约3000K时的炽热就是我们常见的光源。白炽体的重要特性：辐射的色表随着辐射体的温度的升高从暗红、经过桔黄、发白，最后到炽蓝。色温也随着辐射体的温度升高而提高。
　　白炽灯之所以使用钨做灯丝材料是因为钨在高温下的低蒸气速率以及可以被抽成细丝等其他性质。电流在金属导线中流过时会有一定的消耗，当输入功率与辐射功率及其他功率损失的总和精确平衡时，就达到了一个稳定态。影响一些光源寿命的因素，主要原因是由于钨灯丝的蒸发损失，主要是热点和填充气体。
　　2、卤钨灯
　　维恩位移定律表明：温度越高光效越高。如钨丝表面在3200K时的光效(每一瓦电力所发出的光量，其数值越高表示光源的效率愈高)为36lm.W-1，而在2800K时为22lm.W-1。如果在高压下使用一种低热导气体，如氪，使蒸发受到抑制，就可以使用较高的灯丝温度。要安全承受这种高压，就需要一种小而结实的灯泡。非常小量的卤素，如各种形式的碘、溴，可以用来与到达灯泡壳壁的钨起反应，确保泡壳的干净。通过这种手段制造出灯丝温度达到3450K的灯泡，同时也改进了光效。如果没有充入卤素，这种灯泡会在几小时内变黑。
　　改善钨丝灯的方法是只允许可见辐射出射。如果红外辐射被反射回来并被灯丝吸收，则维护灯丝温度的功率就可以减小。商业化实现方法：发明制造低费用、低损耗、高质量的红外反射膜，我们也可称之为红外反射滤光器。
　　3、气体放电
　　放电通常比白炽灯更有效，这是由于其辐射来自高于固体灯丝能达到的温度区域。放电是比钨更有选择的发射体(可移向可见区或者紫外区而远离红外辐射区)，因此在红外辐射区有更少的能量浪费。
　　放电形成等离子体，它是离子、电子形成的混合体，平均呈电中性。一般必须有与等离子体的电子连接，通常是电极，但无电极连接也是可能的。
　　⑴带电极的气体放电
　　气体放电示意图：空心圆表示可被电离和形成等离子体的气体原子。当带有正电荷的粒子在电场作用下定向位移时，就形成了放电电流。阴极必须能发射出足够多的电子，以维持电流的持续，而阳极则接收电流。图中的电阻是直流放电时起限制电流作用的镇流器。圆中有*符号的表示是被高能电子激发的原子，他们会产生辐射。
　　当一个足够大的电场加在气体上，气体被击穿而导电。最熟悉的例子是闪电。产生击穿是由于自然界中总有数量很小的、由宇宙射线或者自然放射所产生的以电子-离子对形式存在的电离。外加的电场使电子加速(离子相对是静止的)，一部分可能获得足够能量从而电离气体原子。
　　当施加足够大的电场时，电离的速率可能超过离子与电子复合的损失速率；那么放电电流就会迅速增长。电荷携带者的产生率比电流增长得更迅速。结果是放电电压将随着电流的上升而下降。电流限制通过镇流器来实现，以阻止电流上涨到使保险丝熔断或者一些别的破坏性结果的产生。
　　为了维持放电电流，在阳极返回外部电路的电子必须被从阴极发射的电子代替。阴极是典型的钨丝结构(卷状或者穗状)。来自放电过程的离子轰击阴极使之加热。电子能够逃离阴极的可能几率指数地依赖于它的温度以及表面的障碍因素。放电通常工作在交流电网频率条件下。高频电子镇流器能提供一些好处，对于荧光灯来说，在20KHZ或者更高频处的工作实质上减少了电极损失，并且消除了某些用户需要的光输出调制。
　　⑵在更高频率下，制造完全省却电极的无极灯是可能的。现在有三种电感耦合放电。通常由几兆赫驱动的一个线圈构成变压器的初级，次级由环状的等离子体形成，因此脱离了荧光灯的长而细的几何形状，允许与熟悉的灯泡相似的高效灯的产生。没有了电极，理论上放电中就没有什么寿命限制，导致灯出现问题的原因可能是镇流器中电子元器件损坏或者荧光粉因为时间长而失效，所以其经济寿命可能短于真实寿命。
　　4、低压放电
　　用在照明中的低压放电中的金属主要是汞和钠；氖放电用于指示灯和警告灯。低压放电的大部分长度被一个很均匀的称为正柱区的等离子体占有。在荧光灯和低压钠灯中，这是产生高效辐射的区域。在荧光灯中包含的汞蒸气气压约为6*10-3Torr(0.8Pa)，稀有气体如氩的典型气压为2Torr(266Pa)。
　　荧光灯(低压钠灯)工作需要一个最佳汞气压(钠气压)，而且荧光灯要细且长。为了使荧光灯工作稳定，灯的电压必须是100V，长度必须约为1M。在紧凑型灯中使用的窄管具有更高的电场，放电长度更短，管子必须折叠起来以获得必要的灯长度。在无极灯中，加在灯电压上的约束不再适用。这就是为什么无极灯可以制成类似于白炽灯的形状的原因。惰性气体(氖、氩、氪或是它们的混合气体)在放电过程中起着非常重要的作用。