Источники и приемники излучения - Ишанин Г.Г.
ISBN 5-7325-0164-9
Скачать (прямая ссылка):
Современные газоразрядные лампы имеют целый ряд преимуществ перед лампами накаливания:
более высокий световой КПД (лампы накаливания имеют световую отдачу от 7 до 20 лм/Вт, газоразрядные — от 45 до 100 лм/Вт);
больший срок службы (срок службы современных люминесцентных ламп достигает 1400 ч, обычных — меньше 250);
некоторые газоразрядные лампы имеют яркость, существенно большую, чем лампы накаливания;
газоразрядные источники можно модулировать с / до 10 000 Гц; газоразрядные источники могут выполняться импульсными с длительностью импульса излучения от секунд до наносекунд.
Благодаря перечисленным свойствам газоразрядные лампы постепенно вытесняют лампы накаливания в установках промышленного, общественного, наружного и рекламного освещения, а также сигнализации. Однако газоразрядные лампы имеют и существенные недостатки:
линейчатый спектр газоразрядных ламп может исказить цветопередачу;
при питании газоразрядных ламп переменным током промышленной частоты возникает пульсация потока излучения, что ухудшает условия наблюдения за подвижными объектами;
газоразрядные лампы имеют более сложную схему питания, что связано с падающей вольт-амперной характеристикой и с высоким напряжением зажигания;
некоторые лампы имеют длительный период разгорания; эксплуатация ламп, особенно высокого и сверхвысокого давления, более сложна.
Газоразрядные лампы обычно выполняют в виде стеклянных или кварцевых колб, в которые впаивают два (иногда три) электрода — анод и катод. Колбу наполняют тем или иным газом при различных давлениях. Если между электродами приложить напряжение, свободные ионы газа начнут перемещаться к катоду^ а свободные электроны — к аноду. При этом ионы образуют пространственный заряд вблизи катода, а электроны — вблизи анода. Поскольку скорость ионов значительно меньше скорости электронов, пространственный заряд, а следовательно, и падение напряжения вблизи катода больше, чем у анода. За счет зна-
13
чителыюй разности потенциалов вблизи катода ионы резко увеличивают скорость и при ударе о катод выбивают из него электроны, которые при движении к аноду ионизируют газ, поддерживая тем самым непрерывным процесс разряда. Такой разряд называется тлеющим. ~
“Если катод разогревается, например, за счет бомбардировки его ионами (при увеличении напряжения источника) или внешними источниками, то возникает термоэмиссия, в результате которой число электронов, вылетающих с катода, значительно увеличивается. Такой разряд называется дуговым. При этом уменьшается потенциал у катода и значительно увеличивается ток лампы.
Электромагнитный спектр газового разряда определяется родом газа или пара, давлением и температурой газа. При низких давлениях и температуре спектр газа линейчатый; с увеличением давления и температуры линии расширяются.
Положительным свойством газоразрядных ламп является возможность модуляции излучения путем изменения напряжения питания. Предельная частота модуляции ограничивается временем рекомбинации (деионизации) газа или пара.
Яркость ламп тлеющего разряда мала, так как мала плотность тока. При Низких давлениях и малых плотностях тока можно получить большой выход излучения резонансных линий, тогда как при высоких давлениях и больших плотностях токов можно получить большой выход нерезонансного (теплового) излучения.
В газоразрядных лампах выгодно использовать малые давления при малых плотностях тока и высокие давления при больших плотностях тока.
Люминесцентные лампы. Осветительные люминесцентные лампы являются ртутными лампами низкого давления. Их обычно изготавливают в виде трубки диаметром 15—50 мм и длиной 15— 80 см; в нее помещают несколько миллиграммов ртути и заполняют ее аргоном при давлении несколько сотен паскалей. На концах трубки впаяны оксидные вольфрамовые электроды. Внутренние поверхности трубки покрывают тонким слоем люминофора.
При включении ламп в сеть электроды подогреваются проходящим через них током, возникает термоэмиссия, приводящая к ионизации аргона и разогреву лампы. Ртуть испаряется, ионизируется, и в лампе возникает разряд. Дальнейший нагрев электродов поддерживается энергией разряда, и внешняя цепь нагрева электрода выключается. Излучение разряда в парах ртути сосредоточено главным образом в двух линиях с ^ = 0,2537 и А,2 = 0,1849 мкм. Люминофор преобразует УФ-излучение в видимое, что дает возможность получить световую отдачу до 80 лм/Вт. Яркость люминесцентных ламп не более 7000 кд/м2, а срок службы около 12 000 ч.
В качестве люминофоров используют смесн в различных пропорциях: вольфраматы кальция и магния; силикаты цинка, кадмия; фосфаты кальция, цинка и т. д.
14
С ii е к т р излучения люминофора представляет собой, как правило, непрерывную полосу, в то время как возбуждающее излучение может быть и монохроматическим. Распределение энергии в спектре люминесценции не зависит от длины волны возбуждающего излучения.
Коэффициент полезного действия люминофора как источника света определяется световым, энергетическим или квантовым выходами. Световой выход — это отношение полного светового потока люминесценции к потоку излучения, поглощаемому люминофором. Энергетический выход — это отношение энергии люминесценции к энергии, поглощенной люминофором (без учета доли энергии, приходящейся на отражение и пропускание). Квантовый выход — это отношение числа фотонов, излучаемых при' люминесценции, к числу фотонов, поглощаемых люминофором.
