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日常光环境分析
“辐射”的概念已被广泛的运用,特别是在视光界。但大多数的配镜店工作
人员和普通老百姓对“辐射”的认识是一个概念。一般而言是将“辐射”等同于
“伤害”来表达。其实我们的眼睛是依赖于辐射而产生视觉,同时“辐射”又在
不断伤害我们的视觉。“辐射”对眼睛造成伤害的本质是电磁波对角膜、晶体、
房水、视网膜的辐射过程中,上述各部位在接受不同的光子后,产生包括分子游
离、电子跃迁、分子键断裂、过热等物理与化学变化.这些变化的结果是我们的
视觉系统遭受不同的损坏。可以说辐射伤害的本质是光化学伤害。
要防止辐射伤害就必须对辐射源和辐射机理进行研究,视光人所需研究的辐
射源,一般指日常光环境,我们所处的光环境可以分为自然光环境与人工光环境。
自然光环境以太阳辐射为主体,人工光环境由人造光源产生,人造光源主要是电
光源。了解清楚各种辐射源的本质,有利于我们清楚地理解各种辐射源的危害机
理。
一、自然光环境
自然光环境主要是日光,下面是日光的相对光谱能量分布图。
图一日光相对光谱能量的分布
二、人工光环境
人工光环境主要是电光源产生的。
电光源是指将电能转换为光能的器件或装置。广泛用于日常照明、工农业
生产、国防和科研等方面。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400~780纳米)
的电光源。
照明光源品种很多,按发光形式分为热辐射光源、气体放电光源和电致发光
光源3类。①热辐射光源。电流流经导电物体,使之在高温下辐射光能的光源。
包括白炽灯和卤钨灯两种。②气体放电光源。电流流经气体或金属蒸汽,使之产
生气体放电而发光的光源。气体放电有弧光放电和辉光放电两种,放电电压有低
气压、高气压和超高气压3种。弧光放电光源包括:普通荧光灯、节能荧光灯、
低压纳灯等即属低气压弧光放电;高压钠灯、高压汞灯和金属卤化物灯等即属高
气压弧光放电;超高压汞氙灯、超高压氙灯等即属超高气压弧光放电。辉光放电
光源包括霓虹灯、冷阴极管、氖气灯等。③电致发光光源。是把发光体如荧光粉、
砷化镓等置于光源的电极间,电极加上电压后将产生电场,它将激励发光体发光,
将电能直接转变为光能。交流场致发光光源和发光二极管等即属场致放电。
下面我们对几种常见电光源的光谱特性做个分析。
1、白炽灯
白炽灯又称钨丝灯、灯泡,是将灯丝通电加热到白炽状态而发光的电光源,
俗称电灯泡。为提高白炽灯的发光效率,目前白炽灯的灯丝大都做成双螺旋型并
充有氩氮混合气,大功率的白炽灯还充有氪气、氙气等惰性气体,以进一步提高
白炽灯的发光效率或延长白炽灯的寿命。从白炽灯的相对光谱能量分布图上看,
短波成分较少,主要是长波,并含有大量的红外线。
图二白炽灯相对光谱能量的分布
2、荧光灯
荧光灯即低压汞灯,它是利用低气压的汞蒸汽在放电过程中辐射紫外线,从
而使荧光粉发出可见光的原理发光,因此它属于低气压弧光放电光源。荧光灯内
装有两个灯丝。灯丝上涂有电子发射材料三元碳酸盐(碳酸钡、碳酸锶和碳酸钙),
俗称电子粉。在交流电压作用下,灯丝交替地作为阴极和阳极。灯管内壁涂有荧
光粉。管内充有400Pa-500Pa压力的氩气和少量的汞。通电后,液态汞蒸发成压
力为0.8Pa的汞蒸汽。在电场作用下,汞原子不断从原始状态被激发成激发态,
继而自发跃迁到基态,并辐射出波长253.7nm和185nm的紫外线(主峰值波长是
253.7nm,约占全部辐射能的70-80%;次峰值波长是185nm,约占全部辐射能的
10%),以释放多余的能量。荧光粉吸收紫外线的辐射能后发出可见光。荧光粉
不同,发出的光线也不同,这就是荧光灯可做成白色和各种彩色的缘由。由于荧
光灯所消耗的电能大部分用于产生紫外线,因此,荧光灯的发光效率远比白炽灯
和卤钨灯高,是目前最节能的电光源。
节能灯也是荧光灯。从荧光灯的发光机制可见,荧光粉对荧光灯的质量起关
键作用。1974年,荷兰飞利浦首先研制成功了将能够发出人眼敏感的红、绿、
蓝三色光的荧光粉氧化钇(发红光,峰值波长为611nm)、多铝酸镁(发绿光,
峰值波长为541nm)和多铝酸镁钡(发蓝光,峰值波长为450nm)按一定比例混
合成三基色荧光粉(完整名称是稀土元素三基色荧光粉),它的发光效率高(平
均光效在80lm/W以上,约为白炽灯的5倍),
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