气体放电灯qiti fangdiandeng

利用气体放电发光的原理制成的光源。一般结构是在玻璃或石英等透明材料制成的泡壳内充以一定压强的特定气体（惰性气体或合金蒸气），泡壳两端引入电极。发光的基本过程是：当外电场加在电极之间，热电子发射并被加速；运动的电子受气体原子碰撞，将动能传给原子，原子被电离和激发；受激的原子跃迁到基态，又将吸收的能量以光的形式释放出。气体放电灯具有负电阻特性，必须串接合适的镇流器才能稳定工作。其工作电压约为100伏级，但启动时，有些灯需要几千伏甚至上万伏的瞬间脉冲高压。惰性气体放电灯启动后就能达到稳定的状态；金属蒸气放电灯则通常需要几分钟的加热时间才能正常工作。气体放电灯有直流和交流两种。直流灯中，阳极比阴极大很多；交流灯中，两个电极一样。交流灯发光有闪烁现象，其发光强度变化的频率是交流电频率的二倍，用于一般照明没有大影响，但用来观察运动的物体时，会有抖动的感觉。常用的气体放电灯有：
❶低压汞灯。照明用的荧光灯（俗称日光灯）是一种管壁涂有荧光物质的低气压汞气放电灯。管中汞蒸汽压约为0.8帕。启动时，启辉器和镇流器共同激起的高压，使管内惰性气体电离而产生自持放电。同时管内温度升高，使液态汞汽化游离，与惰性气体粒子发生猛烈碰撞而放电。汞蒸气放电时，辐射出大量紫外线，紫外线激发涂在管壁内侧的荧光粉，发出可见光。发光颜色与荧光物质有关，如涂卤磷酸钙即发白色光。荧光灯的光效高于白炽灯，可达80流明/瓦，寿命可达7500小时，光线也较柔和，因此广泛地用于室内照明。有一种3瓦荧光灯，不用电感镇流器，由二层玻管组成。内玻管为放电管，其外壁涂有一层透光的SnCl₄导电层，用来代替镇流器，内管内壁上涂荧光粉。由于电极距离很近，所以用220伏电压便可直接启辉。但功率小、光效低，只能用做信号标志。荧光灯还有环形和U形的它的缺点是显色性不够理想。紫外线杀菌灯是一种低压汞灯，是发出253.7纳米紫外线效率最高的光源。一般用来杀菌的紫外线波长在2～3×10-7米。紫外线还能使空气产生臭氧，也有杀菌作用。紫外线灯的管壁要由能透过紫外线的特殊玻璃制成，而且管壁不涂荧光粉。黑光灯也是一种低压汞灯，可诱杀农业害虫。它发出300纳米左右的紫外线，人眼看不见，但能刺激昆虫的视觉神经。
❷高压汞灯。1906年开始研究高压汞蒸汽放电，发现当汞蒸汽压强增大到大气压量级时，汞蒸汽放电具有相当高的发光效率。1931年制成实用的高压汞灯。其构造如图1所示。正常工作时，管中汞蒸汽压可达50～101千帕。这时，在主极间产生的弧光放电发光，形成一条沿管轴方向、有很大的表面亮度的光束。在高压汞灯外壳的内壁涂上适当的荧光粉，改善了光色，制成高压水银荧光灯。它的发光效率可达50流明/瓦。寿命长，功率大，尺寸小。多用于室外照明（如路灯）和高大的厂房、建筑物内的照明。高压汞灯还可用作医学的治疗、杀菌、晒图和仪器光源。缺点是不能随开随亮；有时点燃的灯会因电压过高而自行熄灭，需5～10分钟后重新起辉。光色偏蓝绿，传色性能差，不宜于拍彩色电影。
❸氙灯。1958年，在放电管中充入氙气，制成氙灯。由于氙原子的激发能级接近电离能级，放电时，电弧温度和电离度都比一般的气体放电灯高得多，因此发射很强的连续光谱，光色接近太阳，有小太阳之称。长弧氙灯又叫高压氙灯，是氙灯的一种。功率可达到一万瓦～几十万瓦。适于广场、码头、车站、体育场等大面积照明，还可用作电视、电影照明和褪色试验，在植物栽培、光化作用中模拟日光。但光效低，为24～37流明/瓦。有一种水冷式氙灯光效可达60流明/瓦。一般寿命在3000小时左右。短弧氙灯又名超高压氙灯。是一种亮度极高的点光源。发光稳定，光色几乎不随工作条件而变。主要用于电影放映、车头灯光源、船舶照明和探照灯光源，以及作为太阳模拟器和电弧成像炉等。
❹钠灯。从20年代起，就有人对钠蒸汽放电进行研究，发现低压钠蒸汽放电的光效达450流明/瓦。1923年低压钠灯在实验室制成，构造如图2所示。用抗钠玻璃制成灯管，在管内加入一定量的金属钠，并充入少量惰性气体氩。正常工作时，管中钠蒸汽压为0.4帕。能发射波长为0.5890微米和0.5896微米的黄光。发光效率达220流明/瓦，是迄今为止光效最高的人造光源。可用作偏振计、旋光计、折光仪等光学仪器中的单色光源，用来测厚度、圆度、平行度、粗糙度等。黄光穿透浓雾能力强，适于做船舰信号、港口、机场上的光源。将钠蒸汽压升高，制成高压钠灯，结构如图3所示。高压钠灯的光色呈金白色，最高光效达120流明/瓦，比高压汞灯的光效高，透雾性能好，适用于街道、公共场所的照明。
❺金属卤化物灯。60年代初，将金属卤化物加入高压汞放电灯中，制成金属卤化物放电灯。由于不同的金属发光在可见光的不同波长区域内有较强的线光谱，因此较好地改进了高压汞灯的光色，使其接近日光。光效也提高一倍。如钠、铊、铟灯，可用于室内、室外照明；铟灯适于作彩色电影放映光源，铊灯用作信号和化工上的光化反应光源。其它还有镝灯、铋灯和锡灯等。

图 1

图2