金屬鹵化物燈以其發光效率高、體積小而廣受人們關注,本文試對金屬鹵化物燈的方方面面作簡要介紹。
一、金屬鹵化物燈的發光過程
金屬鹵化物燈內充有少量金屬鹵化物和氣體,從觸發到正常發光需一分多鐘,大致分為三階段。
1.觸發階段。金屬鹵化物燈內無燈絲,只有兩個電極,直接加上工作電壓不能點燃,必須先加高壓使燈內氣體電離。高壓由專用觸發器產生。
2.著火階段。燈泡觸發后,電極的放電電壓進一步加熱電極,形成輝光放電,并為弧光放電創造條件。
3.正常發光階段。在輝光放電的作用下,電極溫度越來越高,發射的電子數量越來越多,迅速過渡到弧光放電。隨著溫度進一步升高,燈的發光越來越強直到正常,全部過程需一分多鐘,如果啟動電流大,電源啟動性能好,此過程可短些。
二、金屬鹵化物燈的發光機理
金屬鹵化物燈主要依靠金屬鹵化物作為發光材料,金屬鹵化物以固體形態存在燈內。因此,燈內必須充有少量的引燃氣體氫或氙,以便點燃燈泡。燈點燃后,首先工作在低氣壓弧光放電狀態,此時燈兩極電壓很低,約18~20V,光輸出也很少,這時主要產生熱能,使整個燈體加熱,引入燈中的金屬鹵化物隨溫度升高不斷蒸發,成為金屬鹵化物蒸氣,在熱對流的作用下,不斷向電弧中心流動,一部分金屬鹵化物被電弧5500~6000K高溫分解,成為金屬原子和鹵素原子,在電場的作用下,金屬原子被激發發光;另一部分金屬鹵化物不被電弧高溫所分解,在高溫和電場雙重作用下,直接激發形成分子發光。
由于各種金屬鹵化物蒸發溫度不同,因此,這些粒子陸續蒸發參與發光,所以有不同的原子光譜相繼出現,隨著溫度的逐漸升高,電弧中金屬原子密度逐漸增加,產生共振吸收,原子特征光譜逐漸減弱直至消失,并向長波段擴展,由于燈溫進一步提高并建立熱平衡,于是全部金屬鹵化物蒸發,分子光譜隨之出現,光色及亮度也趨于穩定,燈內氣壓可達幾十個大氣壓,燈內電弧由低壓弧光放電轉為高壓弧光放電,燈兩端電壓由18~20V上升并逐漸穩定到100V左右,進入正常發光狀態。
燈的發光效率與燈的外形尺寸、工藝結構和所含金屬種類有關。
三、金屬鹵化物燈的優缺點
金屬鹵化物燈的最大優點是發光效率特別高,光效高達80~90Lm/W,正常發光時發熱少,因此是一種冷光源。由于金屬鹵化物燈的光譜是在連續光譜的基礎上迭加了密集的線狀光譜,故顯色指數特別高,即彩色還原性特別好,可達90%。另外,金屬鹵化物燈的色溫高,可達5000~6000K,專用投影機燈可達7000~8000K。在同等亮度條件下,色溫越高,人眼感覺越亮。
金屬鹵化物燈因亮度高、體積小,故相對壽命較短,由于材料、工藝的限制,目前國產金屬鹵化物燈壽命仍低于1000小時,進口的金屬鹵化物燈壽命可達幾千小時。
金屬鹵化物燈的另一個缺點是啟動困難,必須用專門的觸發器。啟動后亮度系逐漸增加,如果啟動能量過大,啟動速度過快,會影響燈泡壽命,在電路設計時應充分考慮。