传统光源和固体光源的综合评述[4]

　　三    新颖电光源产品层出无穷

　　（一） 准分子光源（ELS）的出现

　　1． 准分子光源（ELS）的出现

　　在光源辐射机理研究中，近年来采用准分子（Excimer）工作物质，如KrF、ArP、NeF和XeCl等，来制造高功率的紫外光源。同时，通过微波放电和介质阻挡放电（Dielectric Barrier Discharge）等无极放电形式可制成新型的准分子辐射光源，其工作物质为Xe2（172nm），Kr2（146nm）或Ar2（126nm），其中Xe2准分子光源的效率最高，光能转换效率达50%以上。现已制成58×68cm2的60瓦Xe2准分子大面积平面照明系统，这种灯内无汞元素，对环境保护意义深远。目前已有能将172nm高效转换成可见光的荧光粉产品，并制成有实用价值的平面无汞荧光灯产品出售，在LCD的背景照明中获得成功应用。可以预言，随着研究和工艺的深入，尤其是生产成本的降低，准分子光源前途被人们看好。

　　2． 超高压汞灯（UHP）的开发成功

　　近年来，几乎所用的讲座和报告都会采用PPT的形式，这样配投光系统的显示仪理所当然受到人们的极大重视，其年生产增加率超过35%，而影响投影仪的尺寸和投影质量的关键配件是短弧光源，荷兰飞利浦公司于1995年首先开发成功一种超高压汞灯（Ultra High performance），极距约1.3mm，功率100W。在灯工作时，汞蒸气压可达200个大气压。由于汞蒸气压愈高，灯的亮度也越高，而且汞原子谱线宽度变大，分子连续谱与带电粒子复合光谱也更强，特别是595nm以上的红光辐射随灯内工作压强的升高而增强，从而使灯的显色性提高。为了克服由于电极处于极高温度造成钨材料蒸发并沉积在球壁上造成光衰，工艺上对灯内充入微量卤素达到有效清洁泡壳的作用，使灯的寿命达12000h。

　　UHP光源的电弧亮度能超过小面积高效投影装置所需的1Gcd/m2，为了达到更好的集光效果，近年来UHP光源的电弧极距减少到1.0mm，其寿命达10000h以上，功率为200W，配备于投影仪产品，重量4kg，体积不到2L，便于携带，其屏幕照度超过1100lx，能够达到明亮的XGA显示水平。由于它独特的超高强度点光源优点，使它在投影仪系统中的应用几乎独霸天下。

　　因为一般的超高压汞灯是电极稳定型电弧，电弧附着在电极尖端而稳定。但因UHP型超高压汞灯气压太高，电弧在电极上强烈收缩，形成的附着点很小，使电极尖局部变形。电弧附着点就在电极顶部不断跳动，一般跳动距离大致100μm，频率为0.01Hz-10Hz，在应用时会发现屏幕亮度的闪烁变化，通常应用后沿脉冲电流供电，可抑制附着点跳动的这一现象。

　　另外，UHP光源的体积很小使自然剩余电离获得初始电子的数量极其有限，故灯的击穿电压很高（20kV）。为降低启动电压，在灯的外触发电极与辅助放电腔中的电极引线间形成放电，产生波长短于270nm的紫外线，从而在主放电腔中产生光电离，这个装置也常被称为UV增强器，它能使灯的击穿电压降低。再则，还常在UHP型灯外绕制一金属细丝作为天线，形成一个附加电场，通过这两个措施，即使UHP光源被完全关闭和长久搁置以后，灯触发的电压也明显低于5kV。图3显示UHP光源的外形。

图3 UHP光源的外形

　　3． 微波光源的崛起

　　根据微波炉大量应用在人们生活中的启发，1992年美国科技人员率先提出了微波硫灯的设想，他们发现充填硫元素和低压氩气于石英泡壳内，在频率为2. 45GHz微波能量的驱动下，通过硫分子的振动能和转动能的跃迁，可使灯辐射出连续的可见光光谱，微波硫灯的发光体与金属卤化物灯的对比见图4所示.

图4.  微波硫灯与金卤物灯的发光体对比

　　1994年，美国融合公司（Fusion Lighting Co.）制成了一个功率为3400W微波硫灯照明系统。灯内有一个直径为28mm的石英球泡，工作时该石英泡内由10个大气压强的硫蒸汽的分子辐射产生亮度非常强的白光，其光效为120lm/W，色温为6 500K，显色指数为86。其工作原理为：硫元素达到高压强状态下，硫分子的紫外辐射会形成等离子自吸收现象，从而造成出射的辐射为可见光。这一过程与高压钠灯在D线两翼产生的钠辐射现象极其相似。该灯放电光谱在可见光区域内是连续的，从而保证了灯具有极好的显色性。1995年，美国又开始出售solar—1000和Light Drive—1000两种规格的微波硫灯。通过耦合到硫灯的功率密度从250W/cm3降到30W/cm3，使石英玻壳的温度保持在925℃之下。该产品辐射光谱接近太阳光谱，主要参数为：功率1378w，输出光通132288lm，系统光效96lm/W，灯光效110lm/W，发光泡壳直径40mm，相对色温5400K，显色指数为80，启动时间小于25s，重复热启动时间小于300s，可在很大范围内调光，寿命60000h，可任意方向燃点。

　　我国也在1999年推出VEC—1000微波硫灯产品，其技术指标接近国际同类产品水平,到2008年初,全国已有近十家企业生产微波硫灯并实现出口贸易,国外如加拿大，英国和日本的微波硫灯生产近年也有进展,尤其韩国LG公司是典型的发展代表。微波硫灯还可以利用导光管（Light Pipe）技术，将该灯发出的强光沿着导光管传送到所需要照明的宽广区域。最近为使硫灯适宜于家庭和商业照明，一方面通过充填物质的改变使灯的光色更符合人们需求，另一方面正在积极研制开发100W以下的小功率微波硫灯，通过应用叶片式谐振器的微波源，可将 2.45GHz的微波能量集中在一个很小的空间，从而使充有InBr和Ar的内径为3mm的球形石英玻壳，激发辐射白光。当输入微波功率为25W时，灯的光通量为2000lm，灯的显色指数97，色温6000K。微波硫灯具有高流明维持率、低的紫外和红外辐射、优良的色稳定性、低闪烁、高光效等特点，特别是它的无汞污染优点，相信在进一步完善它的特性和降低成本以后，它定能成会人们欢迎的高效节能光源之一。