[科普中国]-电光源

将电能转换为光能的器件或装置称为电光源。电光源的发明促进了电力装置的建设，在其问世后一百多年中，很快得到了普及 。它不仅成为人类日常生活的必需品 ，而且在工业、农业、交通运输以及国防和科学研究中，都发挥着重要作用。

简介将电能转换为光能的器件或装置称为电光源。

人类对电光源的研究始于18世纪末。19世纪初，英国的H·戴维发明了碳弧灯。1879年，美国的T·A·爱迪生发明了具有实用价值的碳丝白炽灯，使人类从漫长的火光照明进入电气照明时代。1907年采用拉制的钨丝作为白炽体。1912年，美国的I·朗缪尔等人对充气白炽灯进行研究，提高了白炽灯的发光效率并延长了寿命，扩大了白炽灯应用范围。20世纪30年代初，低压钠灯研制成功。1938年，欧洲和美国研制出荧光灯，发光效率和寿命均为白炽灯的3倍以上，这是电光源技术的一大突破。40年代高压汞灯进入实用阶段。50年代末，体积和光衰极小的卤钨灯问世，改变了热辐射光源技术进展滞缓的状态，这是电光源技术的又一重大突破。60年代开发了金属卤化物灯和高压钠灯，其发光效率远高于高压汞灯。80年代出现了细管径紧凑型节能荧光灯、小功率高压钠灯和小功率金属卤化物灯，使电光源进入了小型化、节能化和电子化的新时期。

电的发明使得人类进入了一个崭新的时代，电光源的诞生使人工光源发生了巨大飞跃。以电的形式作为光源的供给能源，光源就能连续而不间断地发出明亮的光来。对光源的控制和使用也极为方便。电光源的转换效率高，电能供给稳定，控制和使用方便，安全可靠，并可方便地用仪表计算耗能，故在其问世后一百多年中，很快得到了普及。它不仅成为人类日常生活的必需品，而且在工业、农业、交通运输以及国防和科学研究中，都发挥着重要作用。 ·

电光源发展的速度超过了以往任何种类的人工光源。特别现代有最新的科学技术和工艺设备作为基础，出现了更多更好的新型电光源。目前，世界上有数以万计的电光源产品，年产量达数百亿只，电光源的最大功率超过了200kW，而最小的产品仅有几毫瓦。1

电光源的分类电光源一般可分为照明光源和辐射光源两大类。

照明光源是以照明为目的，辐射出主要为人眼视觉的可见光谱（波长380~780nm）的电光源，其规格品种繁多，功率从0.1W到20kW，产量占电光源总产量的95%以上。

辐射光源是不以照明为目的，能辐射大量紫外光谱（1~380nm）和红外光谱（780~1×106nm）的电光源，它包括紫外光源、红外光源和非照明用的可见光源。

以上两大类光源均为非相干光源。还有一类相干光源，它通过激发态粒子在受激辐射作用下发光，输出光波波长从短波紫外直到远红外，这种光源称为激光光源。

近几年，又出现了一种新的光源——等离子体光源。1

电光源的一般构成不同类型的电光源有不同的结构，但一般都具有以下几部分的零部件：

①发光体：灯丝、电极、荧光粉。

②发光体外壳：玻璃、半透明陶瓷管、石英管。

③引线：导丝、芯柱、灯头。

④充填物：各类气体、汞、金属及其卤化物。

⑤其他：消气剂、各类涂层、绝缘件及黏结剂等。1

电光源的基本要求电光源把电能转变成光能，辐射出从红外线、可见光直到紫外线的能量。电光源的品种很多，用途各不相同，技术要求也千差万别，但是总的说来，主要有如下几个方面。

高发光效率提高发光效率一直是电光源研究的主要课题。如果按发光效率的高低来划分电光源，我们可以把10~20 lm/W的白炽灯称为第一代电光源，而50 lm/W左右的荧光灯和高压汞灯称为第二代光源，把光效为80~100 lm/W的高压钠灯和金属卤化物灯称为第三代光源。现在国际上相继研制成功的超高光效金属卤化物灯和高压钠灯，光效超过130 lm/W，也可算是第四代光源吧。我们相信，随着对光源的深入研究、随着科学技术的发展，一定会有更高效的第五代第六代新的光源出现。提高发光效率对节省能源具有十分重要的意义，提高发光效率仍然是今后电光源研究的首要任务。

高显色性随着照明技术水平的提高，人们对电光源的要求也逐步提高，不但发光效率要高，而且发出的光的颜色也要求好，使用被照物体的颜色失真很少，即光源的显色性要高。特别是在一些特殊的照明场合，如纺织，印染和印刷等工业部门照明，展览馆、博物馆、商场等处的照明，以及电影、电视、舞台、照相等艺术照明，对于光源显色性的要求就更苛刻了。最近，在研制高显色性光源方面取得了进展，如已研制成功的高显色性荧光灯，显色指数可在90以上。另外，金属卤化物灯在保持高光效的前提下，改善它的显色性也有较大进展。

长寿命光源寿命是人工照明中一项重要的经济技术指标。延长寿命可降低光源成本，节省资源。此外，对简化照明的安装、维修、使用也是极其重要的。延长寿命只有在保证高光效、高显色性的前提下才有实际意义。目前，随着新材料新工艺的采用，普通白炽灯的额定寿命由1000h延长到2000h，荧光灯寿命可达10000h以上。高压钠灯寿命可达到20000h，金属卤化物灯寿命可达10000h，卤钨灯的寿命也有显著增加。

低成本要降低光源的成本，首先就是降低光源材料的成本，以廉价的大量易得材料取代稀有贵重材料，其次就是优化光源结构，提高生产效率，使用高效的自动化生产线等。

要降低成本，除要考虑光源结构简单外，也要尽量使它的附属装置及附件少而简单，光源附件要小型化、轻量化、通用化。

白炽灯虽然光效低，但因其生产自动化程度高，自动线每小时可生产4000只以上，同时由于材料廉价、结构简单、使用方便，无附属装置和附件，因此与高效的气体放电灯相比，仍然具有强大的生命力，有着广泛的市场，年总产量仍然在各种电光源产量中首屈一指。而有的新型光源虽然光效高、显色性好、寿命长，却因成本高、使用复杂而不能快速普及，只能在特殊场合中使用。

利于环保安全可靠环境照明光的色调会因光源显色性的差异，造成视觉上的不适应。显色性不好的低压纳灯、高压汞灯在照明物体时颜色失真，本来是五光十色、充满活力的世界就会因此而显得单调沉闷呆板。人们在这种灯光下活动有压抑感，脸色难看，心情不适，一副病态。这就是光色“污染”了环境。

汞灯中的汞以及其他有害材料不仅污染环境，而且会直接危害人体健康。目前，放电灯中所使用的汞约占该项资源的0.3%，虽然已经对汞污染采取了一些有效措施，如采用封闭式生产装置，高度自动化的无人操作，采用汞合金和汞的化合物等方法，但是，由于有汞光源（如废旧日光灯管、高压汞灯、金属卤化物灯等）使用后的处理，至今仍未有理想的方法。

有一些高强度气体放电灯在工作时，会使空气中的氧游离，产生了大量有特殊气味的臭氧，对人的鼻、喉很有害处。这主要是放电辐射的短波紫外线引起的。有些电光源在工作时，除辐射可见光外还会辐射大量对人体有害的红外线、紫外线。有些气体放电灯在工作时，它的附件产生的电磁波对正常的无线电通讯、广播、电视等，均有影响。有些超高压放电灯在使用时，会由于本身质量或操作上的问题发生爆炸，毁伤人物。

因此，我们生活中需要无光污染绿色环保的光源。这需要在光源的制造过程中采取使用环保材料，增加防辐射手段等有效措施，在使用时引起足够的重视，以消除不安全因素。1

发展趋势主要是提高发光效率 ，开发体积小的高效节能光源，改善电光源的显色性，延长寿命。达到上述目的的具体途径是开发研制新型材料、采用新工艺以及进一步研究新的发光机理、开发新型电光源，而最为现实的途径则是改进现有电光源的制造技术，采用新型的、自动化性能好的生产设备。

本词条内容贡献者为:

李勇 - 副教授 - 西南大学