白炽灯的光谱范围及光谱图分享 - 全文

　　白炽灯简介

　　白炽灯是一种热辐射光源，能量的转换效率很低，只有2%～4%的电能转换为眼睛能够感受到的光。但白炽灯具有显色性好、光谱连续、使用方便等优点，因而仍被广泛应用。一只点亮的白炽灯的灯丝温度高达3000℃。正是由于炽热的灯丝产生了光辐射，才使电灯发出了明亮的光芒。因为在高温下一些钨原子会蒸发成气体，并在灯泡的玻璃表面上沉积，使灯泡变黑，所以白炽灯都被造成“大腹便便”的外型，这是为了使沉积下来的钨原子能在一个比较大的表面上弥散开。

　　钨跟空气中的氧化合生成一薄层蓝色的三氧化二钨和氧化钨的混合物。原因是空气里的氧气使高温的钨丝氧化了。所以钨丝灯泡要抽成真空，把空气统统清除出去。

　　有时怕抽气机抽不干净，还要在灯泡的感柱上涂一点红磷。红磷受热会变成白磷，白磷很容易同氧气反应，生成固态的五氧化二磷，玻壳里残留的氧气也被消除了。

　　但是白炽灯用久了玻壳会变黑，再过一段时间会烧断，因为钨丝比起炭丝来，在真空里的升华速度要快得多。当白炽灯点亮温度升得很高的时候，钨的升华仍然十分严重。长时间的高温使钨丝表面的钨原子升华扩散，然后一层又一层地沉积到玻壳的内表面上，使玻壳慢慢黑化，钨的蒸发也使钨丝越来越细，最后烧断。灯丝工作温度越高钨升华的越快，白炽灯的使用寿命就越短。

　　白炽灯的分类

　　白炽灯是根据电流的热效应制成的发光器件，它是将灯丝通电加热到白炽状态，利用热辐射发出可见光的电光源，在1879年由美国的T.A.爱迪生发明。白炽灯的光效虽低，但光色和集光性能好，是产量最大，应用最广泛的电光源。

　　白炽灯按用途可分为普通照明灯泡和专用照明灯泡。普通照明灯泡按其结构和外形又可分为无色（透明）灯泡、白色灯泡、乳白色灯泡、磨砂灯泡、彩色灯泡、单螺旋灯泡、双螺旋灯泡、球形灯泡、蘑菇形灯泡、摇曵形灯泡、反射型灯泡、螺口灯泡（灯头型号为E14、E27）、卡口（插口）灯泡（灯头型号为B14、B22）等等。

　　专用照明灯泡有装饰灯泡、局部照明灯泡、道路机车灯泡、军用灯泡、照相摄相灯泡、红外线灯泡、无影灯泡、仪器灯泡、水下灯泡、指示灯泡、矿用灯泡、船用灯泡、飞机用灯泡、聚光灯泡、放映灯泡、励光灯泡、印刷灯泡、防爆灯泡、小型灯泡、超小型灯泡（微型灯泡、米泡）等等。光电参数和外形尺寸极其繁多。

　　白炽灯主要特性

　　白炽灯的特性主要有能量特性、电压特性、工作特性、点燃与熄灭特性、寿命等。

　　能量特性

　　能量特性可以用发光效率来描述。白炽灯所消耗的能量其中只有一小部分转换为可见辐射光，很大一部分转换为红外线或被损失掉。白炽灯的发光效率在13%左右。

　　电压特性

　　白炽灯的灯丝温度、电流、功率、光通量、光效和寿命均随所加电压的变化成指数函数变化，并用特征指数描述其变化规律。图3表示出白炽灯的电压变化特性曲线。［2］

　　寿命

　　通常指新白炽灯开始使用到断丝为止的时间，或指灯保持在规定的光通量数值上的燃点时间。白炽灯的电源电压变化对灯寿命的影响，通常功率为30W以上的灯，燃点750h时，光通量维持率可在85%以上，在数百毫秒至数秒的开灯与关灯周期内的瞬时电流，可使灯的寿命缩短2%～8%。

　　工作特性

　　白炽灯在点燃过程中，灯丝的变形、充填气体的纯度、灯内残余气体的成分、玻壳尺寸等都与灯的光通量变化有关。

　　点燃与熄灭特性

　　因白炽灯的灯丝为热辐射体，灯丝达到一定温度需要有一个时间。开灯时，从对灯施加电压到发出额定光通量为止，需数百毫秒时间;在关灯时，情况相反。灯丝电流值愈大，熄灭所需时间愈长。在开灯的瞬间，流过灯丝的电流理论上可达到额定电流的13～16倍，实际上由于回路阻抗的制约，瞬间电流为额定电流的7～10倍。

　　白炽灯的光谱范围

　　节能灯和白炽灯的光谱本身区别不大，都是人的可见光区域，即能够引起人的视觉的光。这两种灯的光所不同的是节能灯的光是频闪光，其频率等于交流电的频率（50Hz），而白炽灯的光谱为连续光；因为正常人的可见光波长区域是200nm--400nm，因此灯光的波长范围必须在这个范围内。如果灯光的波长范围不在这个范围，对于人来说这种灯也就没有什么用了。

　　光纤激光技术现已普遍应用于材料加工领域，在打标、切割、焊接和钻孔等应用方面都表现出了传统激光器系统无法媲美的优越性能。实际上除了材料加工方面的应用，光纤激光技术以其独特的性能在其它方面也有优异的表现，例如超连续谱激光，虽然在光纤激光出现之前获得超连续谱激光的技术就已经存在，但光纤激光技术，尤其是光子晶体光纤的出现对超连续谱激光的发展具有极大的促进作用。对于超连续谱激光，可以用“白炽灯的光谱宽度，激光的亮度”来加以描述。

　　作为常规光源的白炽灯和荧光灯是由钨、卤素或者Xe气制成的，这类光源的光谱非常宽，通常为400～1700nm，但是灯丝的质量或气体激发的效率限制了其发光强度。此外，由于发出的光不是相干光，所以发出的光亮度低、光束质量较差，难于耦合入光纤。另一方面，激光虽然具有很好的空间相干性和很高的亮度，能够很好的耦合入光纤且具有良好的单模光束质量，但激光通常是单色的，因此如果同时需要多种波长的光，就需要使用多种激光器，使发出的光覆盖较宽的光谱。超连续谱激光光源解决了上述问题。这种光源可以发出超宽的白光光谱，同时还具有单模光束特性和良好的方向性以及可以与激光相媲美的亮度。

　　白炽灯的光谱图

　　白炽灯发出的光有360-830NM以外的紫外光和红外光，可见下图：

　　白炽灯的应用

　　白炽灯的光效虽低，但光色和集光性能好，易于大量生产、成本低、使用方便。因此，它始终是产量最大、应用最广泛的电光源。除作普通照明灯外，还可作航空、车辆、船舶用灯，医疗卫生、仪器、信号指示灯，舞台、放映、照相用灯，红外线加热，矿用、农用、集鱼和测光标准灯等。

　　车辆用灯中汽车和拖拉机灯泡用得最多，有的是双丝灯泡（远光、近光），也有与反光罩整体结合的，电源电压一般有6V和12V两种，光强从3烛光到50烛光。目前很多类型的白炽灯已向卤钨灯发展。