[科普中国]-等离子体光源

等离子体光源是一 种利用等离子体焰产生的高温激发光源。常用作发射光谱的激发光源和原子吸收光谱的原子化器。由于其温度高达几千甚至数万度，因而能使许多难原子化、难激发的元素都能被测定，且灵敏度大大提高。 在光谱分析中，常用的有高频等离子炬和等离子体喷射源两种。1

简介等离子体光源有时被称为LEP (Light Emitting Plasma)或HEP(High Eficiency Plasma)。“等离子体光源”的身影在过去也曾出现过，较早出现的是一种大玻璃球装饰品，从中央小球延伸出来的灯丝发出缥缈的复色光。它们大多应用于万圣节(Halloween)前夕的装饰品和科幻电影中，很少用于照明。20世纪90年代，一种等离子体光源出现，它的工作原理是应用微波能量激励封装在25mm直径的球形石英玻壳内的硫磺和氩气。制造商花了几年时间艰难地推广应用等离子体光源，令人欣喜的是，在广义的建筑照明市场中取得了一些进展。然而，很遗憾，它在商业上相当不成功，在千禧年末几乎行将消失。当今，应用于某些演艺灯光产品中的高效光辐射的等离子体光源(LEP)与先前某些光源拥有相同的名称，但那只是其最终结果相似而已。事实上，LEP光源的最新品种与HID灯也许有更多相似点，而我们早已将这些高强度气体放电灯泡应用于追光灯和电脑灯中。

那LEP为什么被叫作等离子体光源呢?虽然它们毋庸置疑地产生等离子体，但许多别的光源也产生等离子体，包括HID灯、霓虹灯、荧光灯，甚至还有碳弧灯。等离子体是描述物质第四态的通用术语，是继固态、液态和气态之后的第四态物质。它描述一种高温、可导电、电离了的气体。太阳、星星和灯光全是等离子体光源，所以，它是现存的最古老的照明形态——等离子体在极高温度和具有高能时从基本粒子中激发出来的光辐射。2

等离子体等离子体是离子、电子和未电离的中性粒子的集合，整体上呈现中性的物质状态；它是固态、液态和气态之外的一种物质存在状态，也称为第四物质状态，即一种高度电离了的、整体呈中性的气体。等离子体并不稀少，也并不神秘。它在宇宙中是一种常见的物质，例如太阳、恒星和闪电中都有等离子体，它占了整个宇宙的99%。借助各种人工方法，例如核聚变、核裂变、辉光放电及其他各种放电形式都可产生等离子体。

等离子体具有不同于普通气体的特性，它是一种很好的导电体，利用巧妙设计的电场可以捕捉、移动和加速等离子体，开发出许许多多“特异”的功能。等离子体物理是一门发展中的新型学科，它的发展为材料、能源、信息、环境空间、空间物理、地球物理等科学的进一步发展提供了新的技术和工艺。

等离子体可分为两种：高温等离子体和低温等离子体。低温等离子体广泛运用于多种生产领域，例如：等离子电视、电脑芯片的蚀刻等等。等离子体光源运用的是高温等离子体。3

等离子体光源组件等离子体光源组件如图（1）所示，其组件构成示意图如图（2）所示。整个光源由灯泡、RF(radio—frequency)功率放大器、控制电路板和外壳所组成。

灯泡

灯泡形似一颗药丸大小的透明体，如图（3）所示，与同功率的金卤灯比较，它的体积小得多。在其泡壳内充有惰性气体和金属卤化物，但没有金卤灯泡壳内那样的电极。这种创新设计比传统气体放电灯更为可靠，更为耐用。灯泡被嵌入非导电物质之中(图2光源组件中的白色部分)。非导电物质起两个作用：其一，作为RF功率放大器发送高频微波能量的波导；其二，作为灯泡内聚焦能量的电场聚集器。

RF功率放大器

高频、微波信号由固态功率放大器产生，并在灯泡周边形成电场。电场能量高度集中，蒸发灯泡内的物质，在灯泡中心形成等离子体。这个受控等离子体发出强烈的白光。

控制电路板电路板控恚0RF功率放大器的输人和输出，并用来控制灯泡不同性能的运作。它是一只微型控制器。

外壳外壳由铝材制成；RF功率放大器、控制电路板等部件都包纳在铝壳之中。3

等离子体光源结构将传统意义上的HID（气体放电灯）与LEP（等离子光源）进行对比，可以更好的掌握等离子体光源的具体结构特征。

HID、LEP 的结构共同点两类光源均使用石英泡壳， 同时它们都是在泡壳当中的过热气体中产生光线。光源中的气体由各类稀土、卤化物等构成， 选取这类物质的主要目的在于将它们处于等离子条件下进行辐射的光谱线融为一体。

HID、LEP 的结构不同点HID 主要通过泡壳中的电极压力差形成等离子体；LEP中不存在电极，所以它主要依靠高强度射频来形成等离子体，在电场的持续作用之下， 灯泡中会产生巨大的热量， 温度极高，从而促进各类化学反应，直至等离子体的形成。

由于HID 灯泡需要使用电极、密闭物质以及支架等材料，所以该光源的弱点也集中体现在这些材料身上， 若密闭物质出现损坏，将会使灯泡永久失效。此外，为确保支架具有良好的散热性，尽可能的远离热源，不得不增大泡壳规格。而对于LEP 而言， 因为灯泡中不存在电极， 所以并不会出现上述情况。并且，LEP 的规格较小，支持高压运行，还可提供较大的光谱辐射范围。

在LEP 当中，用于微波调整的频率通常不是固定的，这是因为等离子体可以在较为宽泛的范围中被激活。如今，用于商业领域的LEP 激活频率为450MHz 或900MHz，获取这两种频率所需的放大器比较容易得到，在手机通信产业中十分常见。在科技发展的进程中， 灯具制造商在具备研制专属放大器的情况下，会使用更低的激活频率，在较低的频率环境下，放大器可以保持最佳的工作效率。4

等离子体光源特点无热量单个等离子体光源可以提供相当于一个功率为1.2kW 的HMT Par 所带来的能量，但实际却只需消耗约540W 的电能，并且等离子体光源还可以进行串接， 四个相同的等离子体光源能量与四个HMT Par 完全相同。除此之外，提供如此巨大能量的等离子体灯泡大小却如同一个麦粒， 同时并不会产生较大的热量，灯泡中的所有热量都会进入散热器，具有以往光源不可比拟的优势。

永久持续人们在购买灯泡时，除品牌、亮度、价格等基本信息外，还需考虑其耐久性，如果灯泡的耐久性不佳，短时故障率较高，那么会使该灯泡的性价比大打折扣， 自然无法引起人们的关注。通常情况下，等离子体灯泡的有效寿命可达10000h，色温不会随着使用时长的增加而发生任何变化， 比传统的钨丝灯超出约30 倍左右。

无闪烁现象等离子体灯在正常使用的情形下，不会出现闪烁现象，这对于现阶段数字摄影领域而言，意义重大。在过去未使用等离子体灯时，时常会出现闪烁或滚动的现象，尤其是在拍摄一些高速镜头时，闪烁情况较为严重，有许多镝灯或钨丝灯都不可避免的存在此类情况，对拍摄造成了较大的影响，若使用等离子体灯，将从根本上杜绝此类事情的发生。

色彩精准与传统的LED 灯相比， 等离子体灯的色彩更加真实，在曝光条件相同的情况下，等离子等对于色彩的还原度更高，消除使用LED 灯时产生的色温不真实感。等离子体灯CRI 率数值可以达到94。一般而言，CRI 的实际范围在0~100 以内，代表光源掉落在光谱上的具体位置， 还可显示光源的全彩色光谱渲染能力。CRI 率越低，代表光源的色彩准确率越低。4

等离子体光源应用具体装置选择在种类繁多的Hive Lighting 中，最受关注的当属KILLERPLASMA MAXI。它除了可以提供5600K 的趋近于日光的色温之外，借助其镜头还可将光源均匀铺开。其镜头主要包括：窄镜头、宽镜头以及超宽镜头等。镜头主要由玻璃制成，吊环由塑料制成，可用双手直接触碰。该光源还具备另一项功能：将KillerPlasma 和maxis 制成一对，以此创造出第四个光源。只需约800W 的电能，即可制成一个完美的轻柔光源，为特写的拍摄提供必要基础。这些装置实际上并非灯，因此在使用时还需支撑与沙袋，特别在组合使用时更是不可或缺。

硬光源等离子体灯泡很小，与麦粒相似，属于pin 管光源。这种光源可形成美观的光影，在恐怖片、悲情戏等拍摄过程中较为常用。

等离子灯的具体使用以面积相对较小的房间为例， 若想制造一个较大的柔光源，可充分利用KillerMaxi。将灯光对准墙面，以形成台等光源，然后加上规格为4×4 的bead board 或黑旗，以此有效控制光源。房间中的光线较亮， 如果在窗户的位置设置一个柔光片，并由Lee 216 负责发送，即可在房间中创造出一个类似于北极光的光线。4

本词条内容贡献者为:

杨剑虹 - 教授 - 西南大学