孟 霞 譯自歐盟農業(yè)和園藝發(fā)展委員會資料

萬建美 校 羅靜如 制圖

照明技術的類型可以用多個變量描述，如光譜輸出量，這可以將其與日光的光譜成分進行比較。以下我們將概述光的技術類型及其輸出范圍(圖1～5)。

1 白熾燈和鹵素燈

白熾燈通過加熱金屬絲(由鎢制成)直到其發(fā)光運行。這些燈絲被封閉在充滿惰性氣體的玻璃燈泡中，以保護其免受損壞和氧化。這類燈屬于最古老、最不節(jié)能的一類燈，隨著監(jiān)管機構強烈要求提高能源的使用效率，這類燈在歐洲逐漸被淘汰。鹵素燈與白熾燈的不同之處在于前者所含的鹵素氣體(碘或溴)可延長鎢絲的壽命，并可使燈泡在更高的溫度下工作。這類燈的能量使用效率低，原因之一是它們發(fā)出的許多光超出了(人類)可見光譜(即，它們的發(fā)光效率很低)。

2 熒光燈

熒光燈通過使電流流過裝有汞蒸氣的充氣玻璃管發(fā)光。電流可激發(fā)汞蒸氣釋放短波紫外線。紫外線被玻璃管內的熒光粉涂層吸收后發(fā)出熒光，產生所需的光。熒光燈顏色可以通過更改玻璃管內的熒光粉涂層的顏色或向玻璃中添加濾鏡來調整。熒光燈的發(fā)光效率可以大于100 lm/W。

3 高強度放電燈

高強度放電(High-intensity Discharge，HID)燈通常分兩種：高壓鈉(High-Pressure Sodium，HPS)燈和金屬鹵化物 (Metal Halide，MH)燈。HID 燈通過電弧在兩個鎢電極之間穿梭實現發(fā)光的目的，這兩個鎢電極之間由裝有氣體和金屬鹽的透明管隔開。電弧產生的熱量會蒸發(fā)金屬鹽，這些金屬鹽在工作溫度下會形成發(fā)光的等離子體。HID 燈的光譜輸出具有弧光管內所含金屬鹽的特性。HPS 燈含有汞和鈉。在點火期間，HPS 燈會發(fā)出粉紅色的光芒。在此階段，只有汞蒸氣會發(fā)光，因為鈉的蒸發(fā)僅在達到工作溫度時發(fā)生。MH 燈含有汞和金屬鹵化物(含有碘或溴的金屬化合物)。HID 燈的發(fā)光效率高于熒光燈和鎢絲燈，因為它們發(fā)出的光很大一部分位于光譜的可見光區(qū)域。

4 等離子燈和硫燈

等離子燈是一種氣體放電燈，通過高頻無線電波加熱密封玻璃容器中的氣體產生光。在硫燈中，玻璃容器含有硫，加熱后硫會形成等離子體。這類燈無內部電極，并且體積小于HPS 燈和MH 燈。燈泡小意味著可以開發(fā)出更高效的反射器。與其他種類的氣體放電燈一樣，改變燈中的氣體混合物組成可以改變光譜，但是一旦氣體混合物建成，光譜則不會變動。

5 發(fā)光二極管

與其他所有人造照明系統(tǒng)不同，發(fā)光二極管(Light Emitting Diodes，LED) 不含玻璃或氣體：所有成分均為固態(tài)。因此，LED 不像其他種類的燈那樣易碎，它們可用于其他燈可能會被損壞并對使用人的健康和安全構成風險的地方。LED 由彼此接觸的兩層半導體材料構成。當電流流過LED 時，電子移動通過兩種材料之間的接合點。在通過接合點時，電子會下降到較低的能級，并在此過程中釋放出光子。LED 中的化學物質控制著能量下降的程度，并因此控制了所發(fā)出光子的波長。目前，LED 能夠發(fā)出240 nm～4 000 nm 的幾乎任何波長，不過它們的發(fā)光效率隨LED的顏色不同而有所不同(紅色LED 和藍色LED最節(jié)能)。

白光可以通過以下兩種方法產生：⑴將紅色LED、藍色LED 和綠色LED 組合在一起；⑵直接使用白色LED。白色LED 可通過在藍色LED 上添加熒光粉涂層制成。熒光粉會吸收LED 發(fā)出的一部分光，重新發(fā)出波長更長的光(與熒光燈管壁處發(fā)生的過程相同)。白色LED 的顏色可以在制造過程中通過改變熒光粉混合物的組成調整。白光LED 的發(fā)光效率比標準LED 的低，主要有兩個原因：首先，熒光粉涂層會散射LED 發(fā)出的光，這可以有效地將某些光捕獲在LED 內；其次，隨著熒光粉吸收藍色光子并像波長較長的光子一樣重新發(fā)射能量，一些能量會被轉換成熱量(這種能量損失稱為斯托克斯位移損失)。斯托克斯位移損失可達30%，但是最高效的熒光粉(釔鋁石榴石，YAG)的斯托克斯位移損失僅10%左右。因此，與紅色LED 相比，產生大量紅光的“白色”LED在斯托克斯位移損失方面更大。LED 的主要優(yōu)點之一是具有比其他光源更高的效率(光能輸出/電能輸入)。雖然在估測LED 照明系統(tǒng)的效率時要注意的方面很多，但應注意，LED 技術正在以相當大的速度發(fā)展。LED 的效率每10年會提高大約20 倍，而發(fā)射的每個流明單位的成本卻下降了10 倍(海茲定律)。

LED 技術的優(yōu)勢可以從其燈具的設計中看出。與其他種類的照明系統(tǒng)不同，LED 發(fā)出的光是定向的。因此，LED 燈的光學設計與其他燈的設計不同。LED 的背面不會發(fā)生反射光，因此LED 燈對反射器的需求減少，不過反射鏡仍可用于整形光束。許多基于LED 的照明系統(tǒng)不用反射器而用透鏡將光束引導到所需的位置。高質量的光學器件可以減少雜散光的數量，并確保將光導向所需的位置。與其他種類的照明系統(tǒng)一樣，LED 發(fā)射的光譜是無法更改的。然而，出于不同的應用目的，LED 燈發(fā)出的全部光譜可以通過更改安裝在該照明系統(tǒng)中的LED 的數量和顏色進行調整。LED 燈也可以設計成能夠改變每一種光顏色的強度，因此發(fā)射光譜可以隨意修改。