Skip to content

Ламп спектр: Простое определение цветового спектра ламп

Содержание

Искусственное освещение для растений



Освещение для растений

Во многих странах климат не позволяет выращивать растения круглой год. К счастью, при использовании искусственного освещения, это становится возможным занятием. Этот процесс требует тщательной подготовки, на мировом рынке представлено множество различных вариантов специального освещения. Тип спектра, длина волны и интенсивность играют ключевую роль в росте и развитии растений. Слишком большое, а также недостаточное количество освещения является распространенной ошибкой у новичков. Важно соблюдать оптимальный баланс между количеством производимого света и количеством выделяемого тепла.

Фотосинтез

Фотосинтезом называют питание высших растений. Он имеет две стадии: световую и темновую. В световой стадии происходят следующие процессы: синтез АТФ, образование НАДФ, фотолиз воды и образование кислорода. В темновую стадию происходит синтез углеводов и образование белков и углеводов, а также связывание углекислого газа в молекулы глюкозы. Процесс происходит в основном в пределах диапазона волн от 400 до 700 nm. Наиболее необходимые - синий (445nm) и красный (660nm).

Для создания искусственного освещения вам потребуется следующее оборудование:

1. Лампа: чаще всего в условиях закрытого грунта используют газоразрядные (ДНаТ, МГЛ, ДРИЗ) или люминесцентные лампы (ЛЛ, КЛЛ), также в последнее время большую популярность имеют светодиодные лампы (LED).

2. Электронный балласт (Дроссель): используется для того, чтобы зажечь, а затем регулировать ток в лампе. Балласты классифицируются как цифровые, электронные или магнитные. Этот выбор может оказать значительное влияние на долговечность, эффективность и мощность ламп. Некоторые лампы не нуждаются в дополнительном оборудовании для розжига.

3. Отражатель (Рефлектор): предназначен для эффективного распределения света лампы в сторону растений. Обычно отражатель уже встроен в светильник.

4. Таймер-розетка: необходим для того, чтобы регулировать режим освещения.

Разберем подробнее некоторые виды ламп, подходящие для выращивания в закрытом помещении:

Флуоресцентные лампы

Люминесцентные лампы бывают линейные люминесцентные (ЛЛ) 
 
и компактные люминесцентные (КЛЛ), их еще называют энергосберегающими (ЭСЛ).

Они доступны различных мощностей и цветовых температур. Лампы обладающие высокой цветовой температурой 6500К (известные, как "холодный белый"), имеют больше "холодного" спектра и подходят для вегетативной фазы, развития рассады и черенков (клонов). Люминесцентные лампы низкой цветовой температуры 2700К ("теплый белый") с преобладанием "теплого" спектра и больше подходят для стадии цветения/плодоношения. Лампы ЭСЛ доступны в более высоких мощностях и пригодны для растений, нуждающихся в более высокой интенсивности света. Однако люминесцентные лампы производят меньше люменов на ватт по сравнению с газоразрядными лампами. Следовательно, их использование оправдано на растениях, которые нуждаются в низкой или средней интенсивности света, например, рассады, черенков (клонов), посевной травы, орхидеи и листья салата. В отличие от газоразрядных ламп, они создают минимальное количество тепла, и поэтому не требуют охлаждения. К тому же, например, ЭСЛ лампы идут со встроенным балластом, что делает их использование очень простым.

Плюсы

  • Доступная цена
  • Низкий уровень производства тепла
  • Простое использование
  • Отлично подходит для рассады
Минусы
  • Недостаточная интенсивность света для светолюбивых растений
  • Для небольших пространств

Газоразрядные лампы

Их использование наиболее оправдано при выращивании светолюбивых растений. Они подходят для многих плодоносящих растений, для многих растений: тропического, субэкваториального и экваториального пояса. При использовании в ограниченных пространствах, при работе, мощные лампы сильно нагреваются и требуют активного охлаждения. Обычно в растениеводстве используются газоразрядные лампы двух видов:

Металлогалогенные МГЛ/ДРИ(з) (англ. МН)


МГЛ/ДРИ(з) как правило, используются для вегетативной фазы и фазы цветения/плодоношения. Их популярность заключается в высокой отдаче люмен на ватт. Они производят ~ в 5 раз больше люменов на ватт, чем лампы накаливания. МГЛ лампы производят в диапазоне от 2700K до 6500K, который отлично имитирует естественное освещение. Лампы, имеющие цветовую температуру 6500К, идеально подходят для создания сильного вегетативного роста, а именно больших листьев и толстых стеблей. МГЛ лампы 3000К так же идеально подходят для создания коротких и плотных растений, которые имеют меньших интервал междоузлий. Растения такой формы, более эффективно расходуют свет.

Плюсы

  • Очень близки к спектру естественного солнечного света (6000K)
  • Эффективны для вегетативного роста и развития лиственных растений
Минусы
  • Высокий расход электроэнергии 
  • Требуется балласт, который стоит не дешево
  • Требуют активного охлаждения в ограниченных пространствах

Натриевые лампы высокого давления НЛВД или ДНаТ(з) (англ. HPS)

Самые распространенные лампы в растениеводстве. Имеют высокую интенсивность освещения до 150 люмен на ватт. Используются трубчатые и зеркальные. Лампы ДНаТ (HPS) производят больше "теплого" света. Преимущество в зоне красно-оранжевого спектра (2000К) способствует развитию цветов и фруктов. Поэтому ДНаТ больше подходит для плодоносящих растений. Обычная практика использовать лампы ДНаТ для вегетации и цветения, особенно, если растения имеют короткий вегетационный период. Однако, как правило, ДНаТ способствует высокому и вытянутому растению. В растениеводстве лампы ДНаТ считаются универсальными и используются в промышленном масштабе. Некоторые производители, используя современные технологии, добиваются повышения в зоне синего спектра лампы, а также комбинируют разные виды ламп в одной.

Плюсы

  • Эффективны для цветения и развития плодов
  • Самые распространенные лампы
Минусы
  • Высокий расход электроэнергии 
  • Требуется балласт, который стоит не дешево
  • Требуют активного охлаждения в ограниченных пространствах

LED

Светодиоды являются сравнительно новым источником света.

В последнее время мировые производители выпустили светодиоды с интенсивностью до 200 люмен на ватт. Светодиоды, в отличие от других источников света, выгодно отличаются чрезвычайно низким энергопотреблением. Благодаря этому некоторые промышленные теплицы полностью перешли на светодиодное освещение. Ключевая особенность светодиодов - это производство точной световой волны которая необходима именно вашему растению.  


Плюсы

  • Не требуют активного охлаждения
  • Не требуется дополнительное оборудование для розжига
  • Перспективная отрасль
  • Возможен подбор определенного спектра
  • Высокая светоотдача до 200 люмен на ватт
Минусы
  • Высокая стоимость готового изделия
  • На российском рынке сложно найти качественный продукт

Продолжение в следующей части...

Цветовая температура светодиодных ламп таблица источников

Добрый день дорогие друзья! Раз всех приветствовать на сайте "Электрик в доме".

В последнее время востребованность светодиодных изделий постоянно возрастает. Использование инновационных источников света находит применение в различных отраслях народного хозяйства.

Светодиодными лампами оснащаются новые авто, освещаются дома, помещения предприятий и стенды наружной рекламы. Они применяются в прожекторах, уличных и офисных светильниках, а также во множестве других изобретений человека.

Понятие цветовая температура светодиодных ламп даже не подразумевает количество отдаваемого ими тепла, а имеет совершенно другое значение. Это – визуальный эффект восприятия источника освещения человеческим глазом. По мере приближения цветового спектра света к солнечному (желтому) определяют «теплоту» каждой лампы.

Можно также привести ассоциацию с пламенем свечи, и вы тут же поймете, как это явление описывается. Напротив, голубоватый оттенок света ассоциируется с пасмурным небом, снежным ночным сиянием. Этот свет вызывает у нас холодные, бледные образы. Но всему есть определенное научное объяснение.

При нагреве куска металла, у него появляется характерное свечение. Сначала диапазон цвета находится в красных тонах. При повышении температуры цветовой спектр постепенно начинает смещаться к желтому, белому, ярко синему и фиолетовому.

Каждому цвету свечения металла соответствует свой температурный диапазон, что позволяет описать явление при помощи известных физических величин. Это помогает дать характеристику цветовой температуре не как случайно взятой величине, а как определенному промежутку нагрева до получения требуемого цвета спектра.

Спектр цвета свечения светодиодных кристаллов несколько иной. Он отличен от возможных цветов свечения металла благодаря другой методике своего происхождения. Но общая суть остается той же: для получения выбранного оттенка потребуется определенная цветовая температура. Стоит отметить, что этот показатель никак не связан с количеством тепла, выделяемым осветительным прибором.

Еще раз хочу отметить, не стоит путать цветовую температуру и физическую температуру (количества тепла) которую выделяет ваша лампа, это разные показатели.

Шкала цветовой температуры светодиодных ламп

Сегодняшний отечественный рынок предлагает огромный ассортимент источников света на светодиодных кристаллах. Все они работают в различных температурных диапазонах. Обычно их выбирают в зависимости от места предполагаемой установки, ведь каждая такая лампа создает свой, индивидуальный облик. Одно и то же помещение можно существенно преобразить, изменив в нем лишь цвет освещения.

Для оптимального применения каждого светодиодного источника света следует заранее определиться, какой цвет вам наиболее удобен. Понятие цветовой температуры не связано конкретно со светодиодными лампами, его нельзя привязать и к определенному источнику, оно зависит лишь от спектрального состава выбранного излучения. Цветовая температура всегда была у каждого светового прибора, просто при выпуске стандартных ламп накаливания их свечение было только «теплым» желтым (спектр излучения был стандартным).

С появлением люминесцентных и галогеновых источников освещения вошел в обиход белый «холодный» свет. Светодиодные лампы характеризуются еще более широкой цветовой гаммой, за счет чего самостоятельный выбор оптимального освещения усложнился, а все его оттенки стали обуславливаться материалом, из которого выполнялся полупроводник.

Связь цветовой температуры и освещения

Четкое знание табличных значений данной характеристики помогает осознать, о каком цвете будет идти дальше речь. Каждый из нас отличается своим цветовосприятием, поэтому определить визуально холодность или теплоту светового потока удается лишь единицам.

За основу принимают усредненные показатели группы изделий, работающих в заданном спектре, а при окончательном выборе светодиодных светильников учитывают конкретные условия их эксплуатации (место установки, освещаемое пространство, назначение и др.).

Сегодня все источники освещения в зависимости от их диапазона свечения относят к трем основным группам:

  1. - теплого белого света – работают в температурном диапазоне от 2700K до 3200K. Излучаемый ими спектр белого теплого света сильно схож со свечением обычной лампы накаливания. Лампы с такой цветовой температурой
    рекомендованы к использованию в жилых помещениях.
  2. - дневного белого света (нормального белого) – в диапазоне от 3500K до 5000K. Их свечение визуально ассоциируется с солнечным утренним светом. Это световой поток нейтрального диапазона, который можно использовать в квартирных технических помещениях (прихожей, ванной, туалете), офисах, учебных классах, производственных цехах и так далее.
  3. - холодного белого света (дневного белого) – в диапазоне от 5000K до 7000K. Напоминает яркий дневной свет. Им освещают больничные корпуса, технические лаборатории, парки, аллеи, парковки, рекламные щиты и др.
Цветовая температура светодиодных ламп таблица
Цветовая температура Тип света Где применяется
2700 К свет «теплый белый», «красновато-белый», теплая часть спектра Характерно для обычных ламп накаливания, но встречается и в LED лампах. Используется в уютном домашнем интерьере, способствует отдыху, расслаблению.
3000 К свет «теплый белый», «желто-белый», теплая часть спектра Бывает в некоторых галогеновых лампах, также встречается в светодиодных. Чуть холоднее предыдущего, но также рекомендовано для жилого фонда.
3500 К свет «дневной белый», белая часть спектра Создается флуоресцентными трубками и некоторыми модификациями светодиодных ламп. Подходит для квартир, офисов, общественных помещений.
4000 К свет «холодный белый», холодная часть спектра Незаменимый атрибут стиля хай-тек, но подавляет своей мертвенной бледностью. Используется в больницах, и в подземных объектах.
5000 К - 6000 К свет «дневной» «бело-синий», дневная часть спектра Прекрасная имитация дня для рабочих и производственных помещений, теплиц, оранжерей, террариумов и т. п.
6500 К свет «холодный дневной» «бело-сиреневый», холодная часть спектра Подходит для уличного освещения, складских помещений, освещения промышленных объектов.

Из приведенных характеристик прекрасно видно, что при низкой цветовой температуре преобладает красный, а отсутствует синий цвет. Когда температура увеличивается – появляются зеленый и синий цвета, а красный исчезает.

Где можно узнать про данный параметр?

На упаковке каждой лампы освещения производители указывают ее технические характеристики. Среди всех прочих характеристик, таких как мощность, напряжения, частота сети, обязательно указывается цветовая температура светодиодных ламп (это относится не только к LED лампам). На этот основной фактор обязательно стоит обращать внимание перед покупкой лампы.

Кстати говоря, данная характеристика отображается не только на упаковке, но и на самой лампе. Вот один из примеров, LED лампа мощностью 7 Вт и температурой 4000К. Установлена она у меня дома, на кухне, светит приятным дневным светом.

А вот еще один пример обозначения на светодиодном точечном светильнике для гипсокартонных потолков, температура 2800 Кельвинов. Светильники с такой цветовой температурой светят теплым светом похожим на лампу накаливания и были установлены в спальной комнате на одном из объектов.

Какие лампы выбрать для офиса

В нормативном документе СП 52.13330.2011 «Естественное и искусственное освещение» рекомендует использовать различные источники излучения в зависимости от их типа, мощности, построения и характеристик светового потока. Помещения жилого фонда предписывается оборудовать небольшими и низкотемпературными «теплыми» световыми приборами, а в нежилом фонде устанавливать более крупные светильник нормального «белого» света.

Доказано, что белое освещение оптимально для рабочего процесса, так как содержащаяся в нем часть синего спектра благотворно влияет на человека, помогает ему сконцентрироваться, ускоряет реакцию и рабочие процессы организма. Хорошо выбирать источники излучения именно от 3500K до 5600K, с белым или нейтральным светом, с чуть синеватым оттенком. Такое освещение даст возможность увеличить работоспособность до максимальной отметки.

Подойдут как люминесцентные, так и светодиодные светильники, хоть последние дадут существенную экономию энергоресурсов.

Напротив, большой ошибкой будет установка в таком месте светильников холодного белого света с диапазоном, близким к 6500K. Это приведет к быстрой утомляемости работников, жалобам на головную боль и резкому снижению работоспособности.

Какие лампы подходят для дома

В квартирах и частных домах белый свет не рекомендован. Не обязательно размещать везде одинаковые светильники, лучше воспользоваться индивидуальными рекомендациями по оборудованию освещения в таких помещениях. Можно установить белые нейтральные светильники на кухне, в санузле и прихожей. Их температура может варьироваться от 4000K до 5000K.

Но для спальни, детской и комнат, где вы отдыхаете, предпочтительно использовать теплые тона светового спектра. Тут лучшим решением будет теплый белый свет ближе от 2700K до 3200. Он снимет дневную напряженность, создаст уют и позволит расслабиться.

Удобно и эффективно пользоваться нормальным белым светом в зоне чтения и рабочем уголке, а также для подсветки зеркал, перед которыми наносится макияж. Этим вы добьетесь максимального цветового контраста и удобств для выполняемых действий.

Письменный стол ребенка лучше оснастить лампой с температурой 3200-3500K. Она не создаст излишней усталости для глаз, а близость к белому спектру поможет собраться и настроиться на работу. Для всех светодиодных ламп их рабочая температура указана на упаковке.

На этом собственно все дорогие друзья. Если вам понравилась статья буду признателен, если Вы поделитесь ею в социальных сетях.

Похожие материалы на сайте:

Понравилась статья - поделись с друзьями!

 

понятие и сравнение с другими видами ламп

На чтение 7 мин Просмотров 167 Опубликовано Обновлено

Популярность светодиодных ламп привела к возникновению различных вопросов относительно особенностей их функционирования. Есть много слухов и домыслов о воздействии светодиодов на человека.

Свет, его спектры и влияние на людей

Спектр излучения светодиодных ламп

Свет является видимым излучением, выступающим в роли единственного раздражителя глаза, который приводит к зрительным ощущениям, обеспечивающим визуальное восприятие мира. На сетчатке глаза возникают изображения и формируются зрительные образы. Кроме этого, свет способствует осуществлению других важных реакций, обладающих рефлекторным и гуморальным характером.

Падение света на орган зрения вызывает импульсы, распространяющиеся по зрительному нерву до оптической области больших полушарий головного мозга. Зависимо от интенсивности происходит возбуждение или угнетение центральной нервной системы, при этом перестраивается физиологическая и психическая реакции, меняется общий тонус организма и поддерживается деятельное состояние.


Под спектром подразумевают распределение значений интенсивности излучения по длине волн. Различают красный, оранжевый, желтый, зелёный, голубой, синий и фиолетовый спектры света. Каждый из них специфически влияет на человеческий организм.

Индекс цветопередачи

Индекс цветопередачи ламп

В плане влияния на человека и качества освещения важно значение CRI светодиода. Сolour Rendering Index, также известный как индекс цветопередачи – это параметр, характеризирующий, насколько соответствует естественному цвету тела видимый цвет при освещении используемым источником тепла. Рассчитывается его значение как среднее для восьми цветов, которые обозначаются от R1 до R8.

Отдельного внимания заслуживает красный цвет. Он обозначается R9. Указывается далеко не всегда. Значение R9 влияет на качество передачи тона человеческой кожи. Красный оттенок очень тонко воспринимается человеческим глазом. Заметны даже самые небольшие отклонения. Если освещение некачественное, человеческий глаз сразу всё замечает: все дефекты, например, прыщи и бледность. Поэтому проверка по R9 проводится для получения более точного результата.

Расчет качества

Индекс цветопередачи для светодиодных ламп необходим, чтобы определять качество источника света в процессе его создания. Для расчета значения индекса используют специальную проверочную таблицу. Она имеет восемь стандартизированных цветов, все блеклые и ненасыщенные.

Измеряют значение параметра для каждого цвета. Эти замеры позволяют узнать, как будут передаваться цвета под конкретным светильником. Для замеров используется эталонный свет. Затем полученную информацию сравнивают, используя методику Международной комиссии освещения, и получают сведения о степени отклонения от эталона.

Рекомендуемые значения

Яблоко при разном освещении

Максимальное значение CRI равно 100. Но стремиться к такому показателю нужно не всегда. Разные типы ламп обладают отличающимися значениями индекса. Одни подходят для помещений, в которых проводятся точные работы. Другие подойдут для складских построек. Витрины магазинов, торгующие тканями или отделочными материалами, должны корректно передавать палитры. Такие же требования для выставок в музеях. В таком случае значение параметра должно колебаться в диапазоне от 90 до 100.

В помещениях, где важно, чтобы был комфортный свет для глаз, а отображение насыщенности роли не играет, допустимым считается диапазон индекса цветопередачи от 70 до 90. Цветопередача у светодиодных ламп в подавляющем большинстве случаев находится именно в этом диапазоне. Достичь лучшего результата возможно, но это приводит к существенному повышению цены конечного изделия. Когда диод применяется в жилых, учебных, офисных и медицинских помещениях, диапазона 70-90 хватает с лихвой.


Где цвет не важен, используют источники освещения, у которых показатель индекса находится ниже 60. Это относится к уличному освещению и подсветке складских помещений. Человеческий глаз замечает отклонения в цветовой палитре, если значение индекса отличается больше, чем на 5 пунктов. Меньшие различия для глаза неуловимы.

Эталоном считается солнечный свет северного полушария и свет вольфрамовой лампочки. Значение цветопередачи для них равно 100. Но и здесь есть свои подводные камни. Например, если измерить свечение солнца в северном полушарии, можно заметить, что оно хуже передаёт красные оттенки. У вольфрамовой лампочки есть проблема с синим спектром.

Сложности в измерении

Несмотря на кажущуюся логичность, коэффициент CRI сложно назвать идеалом. Проверки показывают, что у белых светодиодов существуют проблемы с R9 — некорректно отображается красная область спектра. Поэтому в 2007 году международная комиссия признала, что использовать индекс цветопередачи светодиодных ламп не корректно по отношению к светодиодам.

Источники света могут обладать одинаковым параметром индекса. Однако визуальная оценка отображения цвета будет сильно отличаться. Из-за большого количества различных источников искусственного освещения возникла потребность в более тщательной проверке осуществляемой цветопередачи. Хотя СRI до сих пор является основным обязательным параметром, который используется во время оценки качества света, уже предлагаются альтернативные варианты. К таковым относится CQS и ТМ-30.

Альтернативные варианты оценки

Символика CQS используется для обозначения шкалы качества цвета, в котором используется 15 насыщенных цветов. В отличие от CRI, для расчетов применяют другую формулу. Например, в случае с индексом цветопередачи светодиоды, у которых есть провалы в красном спектре, могли оставаться с большим итоговым показателем. CQS такую возможность ликвидировал. Значение индекса рассчитывается как корень суммы квадратов изменений по каждому цвету. Поэтому недостатки даже одного сильно влияют на конечное значение. Но и эта методика имеет свои минусы, ведь она не до конца учитывает тон и насыщенность цветов.


В 2015 году была сделана ещё одна попытка и представлен ТМ-30-15. В нём замеры осуществляются по 99 контрольным цветам. Использование стандарта ТМ-30-15 позволяет увеличить учет тона и насыщенности при контроле качества света. По сути этот стандарт включает в себя два индекса. Точность имеет значения от 0 до 100, а насыщенность от 60 до 140. Расчет значения этого стандарта является самым сложным делом и не только из-за количества контрольных цветов. Приходится упрощать результаты до 99 точек, делить их на 16 цветовых групп и распределять на специальной векторной диаграмме. Затем полученные значения сравниваются с эталоном.

Сравнение значения индексов и фактического света

Влияние спектра света на цветопередачу

Если используется хорошая лампочка, все три упомянутых коэффициента будет совпадать. Но у некачественных товаров можно наблюдать расхождения. Связано это с тем, что «очень хитрые» производители изготавливают люминофор таким образом, чтобы акцент уходил на 8 главных оттенков, используемых для сравнения. Все остальные просто не учитываются. Но человеческий глаз всегда замечает такие подделки.

Важно проверять лампочки, особенно когда речь идёт о приобретении в детскую комнату. Когда что-то появляется впервые в жизни, это воспринимается как норма. И потом переучиться становится сложно.

Другие источники освещения

Сравнение мощности спектра излучения различных искусственных источников света с дневным солнечным светом

Измеряться должны все используемые лампы. Получаются следующие значения:

  1. Лампы накаливания. Обладают близкой к солнечной цветопередаче. По шкале CRI их значение равно 100. Но визуально наблюдается смещение к области теплых оттенков.
  2. Галогенные лампы. Цветопередача близка к значению вольфрамовых лампочек, поэтому, наблюдается большой световой поток.
  3. Натриевые лампочки. Светильники обеспечивают довольно низкое отображение цветов. Значение индекса колеблется около 40.
  4. Дуговые ртутные люминесцентные лампы. По своим значениям находятся около натриевых. Преобладает синий спектр, поэтому, ДРЛ не используют для выращивания растений.
  5. Люминесцентные лампочки. Диапазон изменений может колебаться в существенных границах: от 60 до 90. Точное значение зависит от используемого люминофора.

Светодиодные лампочки занимают промежуточное положение с показателями в 70-90 по шкале CRI.

Влияние на людей

Следует знать, как могут повлиять на людей светодиодный лампочки:

  • Основное количество потребляемой мощности идёт на световое излучение. Остальная энергия уходит на нагрев, но её значение настолько невелико, что лед не растает за несколько минут, если его поднести впритык. Поэтому опасаться ожогов не нужно.
  • Светодиодные лампочки не содержат в себе тяжелых металлов, радиоактивных элементов или токсических веществ.

В случае повреждения светодиодные лампы принесут для человеческого здоровья меньше вреда, чем все другие возможные варианты. Поэтому лучше зависеть от такого источника освещения, нежели от других более опасных ламп.

Плазменные светильники.

СВЧ светильники
Последнее время на рынке России стали активно предлагать новые «плазменные» светильники. Также эти светильники известны под названием СВЧ-разрядные светильники. Заменить слово СВЧ-разрядный светильник на "плазменный" - чистой воды МАРКЕТИНГ.
Придумали СВЧ лампы в США (Fusion System Corp. (FSC) -70 гг) 
Лампа СВЧ. Обычно шарик, вставляют в индуктор магнетрона. Хорошие магнетроны изготавливали Южные Корейцы.
В лампе (при такой большой частоте светит "скин-слой" плазмы), спектр близок к "дневному".

Такими лампами плотно занималась группа спецов из ВНИИИС им. Лодыгина г. Саранск - у них были авторские права. «Дешево» продались Южным Корейцам. У них осталось пара действующих образцов.

  • высокая температура колбы горелки, что вынуждает использовать высококачественное и, соответственно, дорогое кварцевое стекло и обеспечивать обеспыленную и не агрессивную воздушную среду, соприкасающуюся с горелкой;
  • относительно высокая стоимость СВЧ-светового модуля – 1950–4000 долл. (по крайней мере, в условиях современного монополизированного и пока не массового производства). Высокую цену полых призматических световодов (~250–300 долл. за погонный метр) нельзя отнести к недостаткам собственно СВЧ-светового прибора, так как она определяет стоимость системы освещения с любым источником света, в которой применяются полые световоды.

Справочная книга по светотехнике. стр. 169 "Серная" СВЧ-разрядная лампа. Серная указана в кавычках, так как еще в 90-х было доказано, что взамен серы может применяться селен. Насчет селена. Да, он так же, как и сера, обладает свойствами полиморфизма, и может быть использован для создания светильника. Но в итоге выбор был сделан в пользу серы. Селен не вреден и даже полезен только в микроскопических дозах. В тех количествах, в которых он используется в светильнике, он уже представляет серьезную опасность для человеческого организма, еще большую, чем ртуть, поскольку очень легко всасывается в наш организм. Соответственно, приборы, содержащие большое количество селена, должны утилизироваться как особо опасные отходы. И при использовании селена мы теряем важное преимущество плазменного светильника - отсутствие необходимости в специальной утилизации.

Основные производители плазменных светильников:

http://www.plasmabright.com/
http://www.lge.co.kr/lgekr/main/LgekrMainCmd.laf
http://www.plasma-i.com/applications.htm

Недостатки:

  • Малая эффективность, в сравнении с другими источниками ~60 -80лм/Вт (лабораторная 90 лм/вт)
  • Различные цвета свечения: при включении - синий, голубой, фиолетовый, при работе - белый с оттенками зеленого, желтого)
 (рис.1) Большое расхождение цветовой температуры, один освещаемый участок будет может быть в разных оттенках.
(необходимо смотреть ГОСТ 54350 -2011 «Область допустимых значений коррелированной цветовой температуры, К) и постановление РФ №602 от 2011г.
Светильник излучает в рабочем режиме холодный свет = 6769 К
  • Долгий выход на стабильный режим работы ~ 5 минут и около 10 минут (визуально по цвету).
  • Импульс при включении, около 130% от номинальной мощности.
  • Высокая температура колбы горелки, что вынуждает использовать высококачественное и, соответственно, дорогое кварцевое стекло и обеспечивать обеспыленную и неагрессивную воздушную среду, соприкасающуюся с горелкой;
  • Относительно высокая стоимость СВЧ-светового модуля;
  • Света много,а источник точечный. Магнетрон качественный дорого стоит, при выходе из строя можно заменить за деньги, сравнимые с покупкой хорошей лампы.
  • Еще одно ограничения по их круглосуточному использованию - светильник должен "отдыхать"

Примечание: Магнетроны изначально придумали для радиолокаторов и уже потом приспособили к микроволновкам. Радиолокатор работает на открытом воздухе и при любой температуре должен выполнять боевые задачи. Значит, нет никаких препятствий, чтобы магнетрон работал на морозе и в светильнике. Другой вопрос, что в аппаратуре, предназначенной для широкого применения, вынуждены идти на компромиссы ради приемлемой цены, поэтому, конечно, вопрос о работе на морозе магнетронов, используемых в светильниках, требует изучения.

Проблемы стабильной работы в минусовой температуре.

Преимущества:

  • Хорошая КСС, типа «Ш» ассиметричная
  • Коэффициент мощности >0.9
  • Хороший индекс цветопередачи, неплох для наружного освещения~70-75
  • Добротная сборка, регулируемый угол наклона, хорошая электроника


фото отражателя

Лампа имеет на себе сетку, аналогичную той, что мы привыкли видеть на стекле дверцы бытовой микроволновки.
По аналогии с микроволновкой, сетка задерживает всё микроволновое излучение. При этом, разумеется, сетка снижает выход светового потока, но здоровье и безопасность клиентов - конечно, важнее.

Особенность - при повороте светильника на бок уровень пульсаций увеличивается до 20%, а при переворачивании "лицом" вверх, вообще гаснет. Не знаю отнести это к недостатку или скорее к особенности работы ИС, т.к. в паспорте прописано располагать светильник строго оптическим экраном вниз.

При штатном расположении уровень пульсаций освещенности менее 1%.

Замечания:

  • у некоторых светильников нет защитной сетки на колбе. т.е. СВЧ излучение пойдет во все стороны.
  • колба не вращается, как будут бороться со спеканием серы в колбе, непонятно.

Измерение спектра | UPRtek

Измерение спектра UPRtek

С 2011 года UPRtek проводит исследования в области спектра. В последние годы все больше и больше экспертов по спектру также начинают заниматься исследованиями спектра. Что в ней такого особенного, что многие начали прикладывать усилия? Согласно Википедии, каждый элемент имеет свой собственный спектр, так что люди могут использовать характеристики спектра для идентификации каждого объекта. Например, белый светодиодный светильник имеет высокую энергию в синем спектре, но не имеет фиолетового спектра. В целом для одной и той же партии белых светодиодов символы спектра будут одинаковыми. Итак, как же узнать разницу между одинаковыми спектральными характеристиками светодиода? Давайте исследуем спектр с помощью портативного спектрометра UPRtek!

 

 

Спектр часто используемых источников света – разные источники света имеют разный спектр

Давайте проверим некоторые спектры обычных источников света в нашей жизни. Вы заметили различия между 3-мя спектральными паттернами? Согласно диаграмме спектра, мы можем четко видеть разницу для каждого типа света. Тогда будет ли спектральный образец одинаковым для ламп одного типа? Давайте посмотрим на некоторые из реальных случаев.

 

Сравнение спектров галогенов

У нас есть только 2 разных бренда галогенных ламп на рынке, потому что в настоящее время люди практически не используют их. Посмотрите на диаграмму спектра ниже, вы заметили разницу?

 

Сравнение спектра флуоресцентного света

Мы измерили желтый и белый свет люминесцентных ламп двух марок, всего 4 диаграммы спектра, как показано ниже. Независимо от марки A или B, в спектре желтого света вы можете видеть, что красный спектр выше, чем белый свет. С другой стороны, в спектре белого света ширина синего спектра больше, чем у желтого. Вы заметили разницу?

 

Сравнение светового спектра светодиодов

Глобальное потепление и экологическая осведомленность вызывают огромный спрос на светодиоды, потому что они относительно лучше для защиты окружающей среды. Мы измерили 4 марки светодиодов белого и желтого света (как показано на диаграммах спектра ниже). Эти спектры помогли вам получить какие-либо подсказки? Сегодня мы не собирались судить, какая лампа лучшая, но после измерения тех же самых типов осветителей и наблюдения за этими разными спектрами мы можем понять, что эти похожие типы осветителей будут иметь схожие спектральные структуры.

 

Фактический случай измерения спектра

В заключение, мы хотели бы поделиться со всеми нашими читателями восхитительным спектром, который предоставил эксперт по морским фанатам г-н Эйдзи Миорин. Он ведет блог (http://www.1023world.net), где публикует статьи, связанные с морской тематикой и аквариумом. Угадайте, что за морские существа составляют ниже спектра? Г-н Эйдзи Миорин наложил водонепроницаемое покрытие на свой спектрометр перед тем, как нырнуть в море, и вот спектр от кальмара. Такой особенный, не правда ли?

Примечание: ресурс Википедии

https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%85%89%E5%AD%B8%E9%A0%BB%E8%AD%9C#.E5.85.89.E8.B0.B1.E5. 88.86.E6.9E.90

Цветовая температура светодиодных ламп. Типы и особенности

С течением времени светодиодные лампы становятся все более популярными. Применение этих современных источников освещения находит использование в разных областях народного хозяйства и промышленного производства. Светодиодные лампы используются в автомобилях, наружной рекламе, освещают производственные цеха, жилые дома, а также освещают улицы городов. В офисах они встроены в светильники. Мощные прожекторы уже невозможно представить без таких источников светового потока.

Цветовая температура светодиодных ламп часто ошибочно принимается за количество излучаемого тепла, но она имеет несколько иное значение. Это понятие означает визуальный эффект ощущения источника света глазом человека. Величина «теплоты» лампы зависит от удаленности цветового спектра к солнечному световому потоку. Голубоватый оттенок подобен пасмурному небу или ночному сиянию. Такой свет у человека вызывает холодные ощущения.

Интервал цветовой температуры

При нагревании металла возникает специфическое свечение. В начале интервал цвета имеет красные оттенки. Но при увеличении температуры спектр цвета постепенно приближается к желтому, белому и далее к голубому и фиолетовому цвету.

Для отдельного цвета свечения металла имеется свой температурный интервал, что дает возможность описать это явление физическими величинами. Это определяет свойства цветовой температуры как некоторого диапазона нагревания до образования необходимого цвета спектра.

Светодиоды излучают свет с несколько другим спектром, отличающимся от света металла, так как у него другая природа происхождения. Однако суть остается одна: для создания определенного оттенка цвета понадобится заданная цветовая температура. В этом случае нельзя считать, что этот параметр связан с температурой нагревания лампы, физическая и цветовая температура являются абсолютно разными показателями.

Шкала для источников света

Сегодня в продаже предлагается большой перечень источников света, работающих на основе светодиодных кристаллов. Они функционируют в разных интервалах температур. Чаще всего их подбирают по месту планируемой установки, так как каждая лампа способна создать индивидуальный облик. Комнату можно преобразить путем изменения цвета светового потока ламп.

Для рационального использования светодиодного источника освещения необходимо заблаговременно определить, какой цвет для вас наиболее комфортен. Цветовая температура важна не только для светодиодных приборов освещения, она зависит от состава спектра излучения. Этот показатель имеется у каждого прибора освещения, например, у ламп накаливания свет бывает только теплым желтым.

При появлении галогенных и люминесцентных ламп в обиход вошел холодный белый свет. А светодиодные лампы имеют более широкую гамму цветов света, поэтому выбор таких ламп стал более сложным, а оттенки цветов зависят от материала изготовления полупроводника.

Связь освещения и цветовой температуры

Если знать табличные значения этого параметра, то становятся понятными соответствующие ему цвета. Каждый человек обладает индивидуальным восприятием цвета, поэтому визуально определить цветовую температуру очень трудно.

Основой считают средние показатели некоторой группы источников света, функционирующих в определенном спектре, а при конечном выборе светодиодных источников света учитывают их предназначение, освещаемое помещение и место установки.

Группы светодиодных ламп по цветовой температуре:
  • Теплый белый свет находится в диапазоне цветовой температуры 2700-3200К. Такой спектр освещения аналогичен простой лампе накаливания. Такие лампы рекомендуются к применению в жилых помещениях.
  • Дневной белый свет излучают лампы в интервале 3500-5000К. Их свет внешне похож с утренним солнечным светом. Это нейтральный свет, который может применяться, например, в туалете, прихожей, школьных классах.
  • Холодный белый свет называют дневным, который относится к диапазону 5000-7000К. Это создает аналогию яркого дневного освещения. Такие лампы чаще всего используют в лабораториях, медицинских учреждениях, парках и рекламных щитах.

Из этих параметров видно, что низкая цветовая температура светодиодных ламп имеет преимущественно красный цвет, а синего цвета нет вовсе. При повышении этого параметра появляются синий и зеленый цвета, а красный постепенно исчезает.

Где обозначается цветовая температура светодиодных ламп

Чаще всего фирма изготовитель на упаковке лампы указывает ее параметры. Среди других характеристик есть и этот рассматриваемый нами параметр. Перед приобретением ламп следует обращать на это внимание. Эти данные обозначаются как на упаковке, так и на корпусе лампы.

Рекомендации по выбору

Для каждого помещения следует индивидуально выбирать лампы, обладающие заданным цветовым спектром свечения.

Для офиса

Целесообразно применять светодиодные приборы освещения с цветовой температурой 4400-5600 К. Это значит, что лампа должна светить белым светом. Это повышает эффективность труда сотрудников.

При установке ламп в офисе с другим цветовым оттенком света, эффективность работы сотрудников уменьшится. Исследования показали, что лампа с оранжевым свечением ухудшает производительность до 80%. Белый или нейтральный свет содержит синий спектр, ускоряющий концентрацию внимания и реакцию в дневное время.

Для жилых помещений

Для квартиры или дома рекомендуется устанавливать приборы освещения, у которых другая цветовая температура светодиодных ламп, отличающаяся от офисных моделей. Лампы синего спектра не рекомендуется использовать для спальни или детской.

Цветовая температура светодиодных ламп для гостиной выбирается в диапазоне от 2700 до 3200 К, что создает комфортную и уютную обстановку.

В ванной комнате специалисты рекомендуют использовать лампы белого и дневного света от 4000 до 5000 К. Такая же лампа подойдет и для кухни, места чтения или домашнего кабинета.

Похожие темы:

Почему дешевые люминесцентные лампы плохо подходят для фотосъемки (+ немного теории о спектре): dmitry_novak — LiveJournal

   Газоразрядные трубки (люминесцентные лампы) используются повсеместно. Раньше мы только работали и учились при таком свете, а сегодня государство позиционирует энергосберегающие лампы как стандарт и для домашнего освещения.

Это прискорбно, потому что многие такие лампы не только пульсируют с частотой полупериода переменного тока (в силу малой инерционности свечения), но и обладают прерывистым спектром, что в совокупности утомляет зрение и не обеспечивает корректной цветопередачи.

   Сегодня многие фирмы предлагают фотографам комплекты для предметной съемки на основе энергосберегающих ламп. И можно со 100%-й уверенностью сказать, что используемые там лампы не являются полноспектральными высококачественными источниками света с колориметрической точки зрения.

   Почему это важно и зачем вообще я завел речь о спектре?

   Многие считают, что если свет источника визуально белый, а серая карта после тыканья пипеткой становится нейтрально серой, то мы имеем точную цветопередачу. Но это заблуждение.

   Давайте оттолкнемся от нашего главного, эталонного светила.

   В природе существует лишь один естественный источник света, достаточно яркий и неизменный во времени в рамках существования человека как вида, чтобы можно было считать его эталонным — это Солнце.

   Вот спектр солнечного света (здесь и далее спектры схематичны):

   Смесь раскаленных элементов и ионизированных газов, из которых состоит Солнце и его корона, своим свечением заполняет видимый спектр и даже выходит за его пределы в ультрафиолетовом участке.

   С точки зрения колориметрии и цветовосприятия это означает, что предметы любых цветов, лежащих в пределах этого спектра, и освещенные солнечным светом, будут восприниматься как одинаково интенсивные (естественно, в отрыве от особенностей психологии восприятия цвета, которая изначально наделяет одни цвета более темным «характером», а другие — более светлым). Теоретически это обеспечивает спектральную линейность в системе «Солнце - предмет – глаз (камера)».

   Это во многом объясняет то, что большинство фотокамер обеспечивает наилучшую цветопередачу при солнечном освещении (и не забываем, что на матрице еще байеровская мозаика фильтров со своими кривыми характеристиками).

   Близка к солнечному свету фотовспышка. В их колбах обычно используется газ ксенон, имеющий вот такой спектр:

   Спектр линейчатый, но линии достаточно часты и равномерны, чтобы считать его условно непрерывным. Избыток холодной синей части спектра частично отсекается специальным покрытием желтоватого цвета, нанесенным на колбу вспышки. Кстати сказать, качество вспышки можно легко определить именно по качеству этого покрытия и по точности цветовой температуры.

   В результате получается почти непрерывный спектр, очень близкий к солнечному. Поэтому вспышку можно также приближенно считать колориметрически корректным источником света.

  Лампы накаливания считаются практически стопроцентными по показателю CRI (Color Rendition Index). Вот спектр лампы накаливания:

   Он также непрерывен, но в нем преобладает желто-красное излучение и не хватает синего. Цветовая адаптация зрительного аппарата человека позволяет это частично компенсировать, хотя цвета от фиолетовых до зеленых будут восприниматься темнее и теплее, чем они есть в действительности. В фотографии низкая цветовая температура легко компенсируется при обработке пропорциональным сдвигом всех цветов в холодную часть спектра.

   Можно использовать и конверсионные светофильтры. Важно, что при этом все равно диапазон воспроизводимых цветов остается непрерывным, как и при солнечном освещении.

   Итак, мы рассмотрели три источника, каждый из которых дает условно непрерывный спектр и потому сохраняет отношения, пропорции цветов в целом(хотя они все вместе могут сдвигаться в теплую или холодную сторону). Для таких источников света цветовая температура полностью или почти полностью характеризует оттенок и то, какое влияние они будут оказывать на цветопередачу при просмотре или при фотосъемке.

   Соответственно, такой спектральный сдвиг легко компенсируется настройкой баланса белого (а именно — цветовой температуры). Разумеется, это может сделать более заметными фотонные шумы, но данный вопрос лежит уже в совершенно иной области, и сегодня мы об этом не будем говорить.

   А теперь давайте посмотрим, к какому свету нас хотят приучить экологи и государство (а также изготовители дешевых наборов постоянного света для фото и видео).

 

   Итак, барабанна дробь! Дешевая энергосберегающая люминесцентная лампа:

   Странная картина, не правда ли?

   Излучаемый свет кажется белым, потому что действительно при сложении цветных полос в спектре получится белый. Но представьте себе, что мы освещаем таким светом фотографируемую сцену — получится, что многие цвета в ней вообще не будут освещены, банально «выпадут». Между прочим, именно этим обусловлено то, что под люминесцентными лампами так заметны дефекты кожи на портретах — просто как бы теряются промежуточные участки градиентов, яркие линии спектра «высвечивают» узкие области оттенков, а провалы затемняют такие же узкие области.

   Возьмем энергосберегайку подороже:

   В целом ситуация лучше, но все равно спектр имеет почти глухие провалы, где цвет будет искажен, а переходы потеряют пластичность.

   Причем эти провалы невозможно исправить настройкой баланса белого, здесь даже профилирование толком не поможет.

Понятно, что для качественной съемки такие источники света использовать нельзя. И что-то мне подсказывает, что и для глаз они как минимум некомфортны.

 

   Впрочем, есть очень качественные и очень дорогие люминесцентные лампы, которые имеют ровный спектр и высокий показатель CRI и используются например как эталонное освещение в полиграфии. Качественные лампы ставят и в качестве подсветки в дорогих мониторах. Но это скорее исключение, чем правило.

Еще одним серьезным недостатком люминесцентных ламп является то, что они имеют низкую инерционность свечения и при этом питаются переменным током, а значит в большей или меньшей степени «моргают» с частотой полупериода осветительной сети. Во-первых, это вредно для глаз. Во-вторых, это создает два неприятных эффекта. Первый из них — строб при видеосъемке, когда частота развертки матрицы приближается к частоте сети, и на изображении появляются бегущие полосы или мерцание. Второе явление — это «прыгающий» баланс белого между соседними кадрами, обусловленный тем, что выдержка может быть короче, чем период пульсации и захватывать момент угасания свечения, при котором цветовая температура сильно отличается от исходной.

   Недавно в широкой продаже появился и еще один очень перспективный вариант — светодиодные лампы:

   Спектр у них почти сплошной, хотя есть небольшой провал, но в целом вполне адекватно.

Многое зависит от производителя, но в целом этот вид источников света представляется очень перспективным, особенно учитывая малую потребляемую мощность и, как следствие, возможность экономичного питания от батарей на выезде.

   Серьезным преимуществом светодиодных ламп является то, что, в отличие от люминесцентных, они работают от постоянного тока в силу своего принципа действия и потому не пульсируют полупериодом переменного тока, а значит свет их постоянен и подходит для видеосъемки без эффекта строба, а также нет проблемы с различным балансом белого от кадра к кадру, как у люминесцентных ламп.

  UPD: Настоятельно рекомендуется прочитаться и вот этот аддендум, где я разъясняю некоторые возникшие вопросы.

<br><br>

Идеальный светодиодный спектр для растений

В последнее время наблюдается значительный рост использования светодиодных ламп для выращивания растений в растениеводстве. Однако выбор правильного светового спектра для растений и знание того, как они влияют на фотосинтез, могут быть сложными и часто сбивающими с толку.

Эта статья призвана помочь вам понять световые спектры, необходимые для роста растений, и то, как сейчас широко используется светодиодное освещение полного спектра для растениеводства. Мы обсудим, что такое широкополосное освещение, как разные спектры света для выращивания влияют на разные стадии роста растений и его влияние на производство каннабиса.

Что такое спектр растущего света?

Спектр света для выращивания относится к длинам электромагнитных волн света, излучаемых источником света для стимулирования роста растений. Для фотосинтеза растения используют свет в области PAR (фотосинтетическое активное излучение) с длинами волн (400-700 нм), измеряемыми в нанометрах (нм).

Нанометры являются универсальной единицей измерения, но также используются для измерения спектра света - люди могут обнаруживать только видимых длин волн светового спектра (380-740 нм).Растения, с другой стороны, обнаруживают длины волн , включая видимый свет и выше, включая УФ и дальний красный спектр.

Важно отметить, что световые спектры по-разному влияют на рост растений в зависимости от таких факторов, как условия окружающей среды, виды сельскохозяйственных культур и т. Д. Обычно хлорофилл, молекула в растениях, отвечающая за преобразование световой энергии в химическую энергию, поглощает большую часть света в спектрах синего и красного света для фотосинтез. И красный, и синий свет находятся в пиках диапазона PAR.

Светодиодные лампы для выращивания растений

Светодиодные лампы для выращивания

- это энергоэффективные лампы, которые используются домашними и тепличными фермерами, а также производителями каннабиса. Используемые как единственный источник света (в помещении) или как дополнительный (теплицы), светодиоды помогают растениям расти с использованием полного спектра освещения по более низкой цене, чем традиционные лампы HPS (1).

Многие производители используют светодиодные фонари для увеличения масштабов производства благодаря их возможностям полного светового спектра, низким тепловым отходам и техническому обслуживанию, а также увеличенному сроку службы.А учитывая, что на физиологию и морфологию растения сильно влияют определенные спектры, светодиодные лампы для выращивания могут эффективно способствовать росту сельскохозяйственных культур (2) в определенные периоды цикла роста. Благодаря возможности внимательно следить за качеством, выработку энергии можно легко оценить для масштабирования растениеводства.

Диаграмма светового спектра для выращивания растений

На приведенной выше диаграмме показан диапазон PAR - спектр света, используемого растениями для фотосинтеза.Подобные диаграммы светового спектра для выращивания включают как диапазон PAR, так и другие спектры, поскольку было обнаружено, что длины волн вне диапазона PAR также полезны для роста растений.

Пик фотосинтетической эффективности (поглощения света) приходится на красный и синий световые спектры диапазона PAR. Красное излучение (около 700 нм) считается наиболее эффективным для стимулирования фотосинтеза, особенно на стадии цветения для роста биомассы (что важно для производителей каннабиса). Синий свет необходим как для вегетативных стадий цветения , так и для , но в основном для установления вегетативного и структурного роста.

Каков идеальный спектр света для выращивания растений?

Идеальный спектр света для выращивания растений зависит от нескольких факторов. К ним относятся то, как определенные растения используют свет спектра PAR для фотосинтеза, а также длины волн за пределами диапазона 400-700 нм. Этот свет может помочь ускорить цветение, улучшить питание, ускорить рост и т. Д. Если источник света единственный (в помещении) или дополнительный (теплицы), то также влияет на то, какие световые спектры для выращивания следует использовать.

Как правило, эффективность фотосинтеза происходит на красном и синем пиках, что означает, что растения поглощают эти спектры больше всего при росте. Вы можете подумать, что идеальный спектр света для выращивания равен солнечному свету - в конце концов, у этого есть миллионы лет опыта, но он более подробный, чем этот.

Солнечный свет дает много зеленого, желтого и оранжевого цветов - это наиболее доступные спектры света. Фактически, исследования (3) говорят нам, как зеленый свет, хотя он не поглощается хлорофиллом, а также красный и синий (поэтому большинство растений кажутся зелеными), он абсолютно необходим для фотосинтеза.

Световые спектры за пределами синей и красной длин волн используются растениями меньше всего для выращивания, поскольку именно в красных и синих тонах происходит большая часть фотосинтетической активности - большая причина, по которой полноспектральные светильники для выращивания невероятно эффективны, потому что производитель может быть очень специфичным.

Что такое широкополосное освещение?

Освещение широкого спектра - часто называемое освещением полного спектра, означает полный спектр света, излучаемый солнечным светом. Это означает, что длины волн широкого спектра освещения включают диапазон 380-740 нм (который мы видим как цвет), а также невидимые длины волн, такие как инфракрасное и ультрафиолетовое.

Одним из преимуществ светодиодных светильников для выращивания растений является то, что они могут быть настроены на производство волн определенной длины в определенные периоды в течение дня или ночи. Это делает его идеальным для растений, потому что производители могут выделить определенные цвета спектра в зависимости от сельскохозяйственных культур и условий выращивания. Освещение полного спектра также может ускорить или замедлить рост, улучшить развитие корней, улучшить питание, цвет и т. Д.

Спектр света для выращивания и каннабис

Спектр освещения для выращивания каннабиса различается по сравнению с другими растениями, поскольку производители сосредоточены на максимизации урожайности, контроле уровней ТГК и других производств каннабиноидов, увеличении цветения и поддержании общей однородности.

Помимо видимых цветов, каннабис особенно хорошо реагирует на длины волн, выходящие за пределы диапазона PAR. Следовательно, дополнительным преимуществом использования светодиодов полного спектра является возможность использовать определенные дозы ультрафиолетовых длин волн (100-400 нм) и дальних красных длин волн (700-850 нм) за пределами диапазона PAR.

Например, увеличение дальнего красного (750-780 нм) может помочь стимулировать рост и цветение стеблей каннабиса - чего хотят производители, тогда как необходимый синий свет в минимальных количествах может предотвратить неравномерное удлинение стеблей и усадку листьев.

Итак, каков идеальный спектр света для выращивания каннабиса? Единого спектра не существует, поскольку разное освещение способствует определенной морфологии растений на разных стадиях роста. В приведенной ниже таблице поясняется концепция использования светового спектра по внешнему краю PAR.

Personal и Commercial Cannabis

Разница между индивидуальными и коммерческими светильниками для выращивания каннабиса может быть определена рядом факторов.Во-первых, доступные световые спектры в коммерческих светодиодных светильниках для выращивания растений будут включать полный диапазон PAR и за его пределами, что особенно выгодно для производителей каннабиса.

Коммерческие светильники для выращивания растений можно настроить по беспроводной сети для излучения волн определенной длины и интенсивности с определенными интервалами в 24-часовом цикле - настройки освещения для выращивания растений часто работают вместе с системами отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха.

С персональными светодиодными лампами для выращивания растений, вероятно, будет меньше люмен на ватт, что делает их менее энергоэффективными с меньшей потенциальной урожайностью.Многие из них не имеют широкого спектра и могут давать только небольшие спектры синего и красного света. Кроме того, хотя персональные светильники для выращивания растений по-прежнему будут недорогими в эксплуатации, следует учитывать и другие факторы, в том числе более шумные вентиляторы, пластиковый корпус низкого качества, более короткий срок службы светодиодов и проблемы с перегревом.

Должен ли я использовать разный световой спектр для разных растений?

У некоторых культур синий свет может улучшить уровень питания и окраску, а более высокое соотношение красного и дальнего красного может помочь в размере листьев и цветении.Вот почему современные светодиоды полного спектра так совершенны - потому что, выбирая правильное количество красного и синего света (4), пигменты хлорофилла поглощают больше света, в котором они нуждаются.

Производители каннабиса, которые обращают внимание на UVB / синий из-за его различных структурных преимуществ и активности THC, о которых мы поговорим, в основном озабочены размером листьев и цветением. Следовательно, дальний красный и красный свет относительно более важны для повышения их урожайности.

Другие производители, выращивающие в помещении, также экспериментируют с контролируемым использованием дальнего красного спектра, например, фермеры, выращивающие салатные листья.Растения связывают этот спектр с затенением от прямого солнечного света, которое может происходить ниже по кроне, вызывая растяжение листьев и стеблей, когда растение тянется к солнечному свету.

Это означает, что при стратегическом использовании более крупные листья и цветение могут происходить без излишнего стресса. Таким образом, хотя для какого-либо конкретного растения не существует определенного спектра света для выращивания светодиодов, соотношение красного и синего света очень важно для максимального роста и скорости фотосинтеза.

Спектр фотосинтеза, роста и урожайности

Чтобы происходил фотосинтез и хлорофилл поглощал максимальное количество света для роста растений, растения наиболее эффективно используют как синий свет , так и красный свет .Другие спектры света, такие как зеленый / желтый / оранжевый, менее полезны для фотосинтеза из-за количества хлорофилла b, поглощается в основном из синего света и хлорофилла a, поглощается в основном из красного и синего света.

Стоит отметить, что фотосинтез - это более сложный процесс, чем просто поглощение хлорофилла, но важно понимать фундаментальные принципы.

Для роста синий свет необходим, поскольку он помогает растениям производить здоровые стебли, увеличивать густоту и укоренять корни - и все это происходит на ранних стадиях вегетативного роста.Затем рост продолжается с повышенным поглощением красного света, в результате чего стебли становятся длиннее, листья, плоды / цветение увеличиваются и т. Д. Именно здесь красный свет играет доминирующую роль в созревании растений и, следовательно, в размере.

И, наконец, урожайность - это сводится к комбинации световых спектров и часто уникальна для производителей, в том числе для тех, кто выращивает несколько сортов одной и той же культуры (например, каннабиса). Не существует единого светового спектра, который дает больше урожая - оптимальное освещение - это очень целостный, постоянно меняющийся процесс.

Grow Light Spectrum по типу

Определенные световые спектры вызывают характеристики роста растений. В целом, спектр синего света способствует вегетативному и структурному росту, а красный свет способствует цветению, росту плодов, листьев и удлинению стебля. Каждый тип сельскохозяйственных культур чувствителен к разным спектрам и количеству света в разное время в течение дневного цикла - это напрямую влияет на скорость фотосинтеза.

По сути, мы знаем, что контроль спектра света для выращивания может иметь значительное влияние на области роста, такие как цветение, аромат, цвет, компактность и т. Д.Однако важно понимать, что передача сигналов о конкретных факторах роста является частью гораздо более широкого и сложного цикла. Результаты также различаются в зависимости от окружающей среды (в помещении или в теплице), относительной температуры / влажности, вида сельскохозяйственных культур, интенсивности света (люмен на ватт), фотопериода и т. Д.

Давайте посмотрим на конкретные спектры света для выращивания растений и их применение в садоводстве.

Спектр УФ-излучения (100–400 нм)

УФ-световой спектр, невидимый человеческому глазу, находится за пределами диапазона PAR (100-400 нм).Около 10% солнечного света является ультрафиолетовым, и, как и люди, растения могут пострадать от чрезмерного воздействия ультрафиолета. Подразделяются на 3 типа: УФ-А (315-400 нм), УФ-В (280-315 нм) и УФ-С (100-280 нм).

Хотя преимущества использования ультрафиолетового света в садоводстве все еще изучаются, ультрафиолетовый свет часто ассоциируется с более темным, пурпурным цветом - на самом деле, небольшие количества могут благотворно влиять на цвет, пищевую ценность, вкус и аромат.

Исследования показывают, что воздействие окружающей среды, грибка и вредителей также можно уменьшить, используя контролируемое количество ультрафиолета.Появились исследования, которые предполагают, что увеличение количества каннабиноидов, таких как ТГК (5), в каннабисе может быть достигнуто с использованием света УФ-В (280-315 нм).

Спектр синего света (400–500 нм)

Спектр синего света широко отвечает за улучшение качества растений, особенно листовых культур. Он способствует открытию устьиц, что позволяет большему количеству СО2 проникать в листья. Синий свет способствует пиковому поглощению пигмента хлорофилла, необходимого для фотосинтеза.

Это важно для проростков и молодых растений на стадии вегетации, поскольку они создают здоровую структуру корня и стебля, и особенно важно, когда необходимо уменьшить растяжение стебля.

Спектр зеленого света (500–600 нм)

Зеленые длины волн были в некоторой степени списаны как менее важные для фотосинтеза растений, учитывая их (не) способность легко поглощать хлорофилл по сравнению со спектрами красного или синего света. Тем не менее, зеленый цвет - это , который все еще поглощается и используется для фотосинтеза; фактически отражается только 5-10% - остальное поглощается или передается ниже! Это связано с тем, что зеленый свет проникает сквозь растительный покров

В теплицах из-за наличия солнечного света добавление спектра зеленого света с помощью светодиодных ламп для выращивания будет менее важным по сравнению с культурами, выращиваемыми исключительно в помещении - например, каннабис или вертикальное земледелие.

Спектр красного света (600–700 нм)

Известно, что красный свет является наиболее эффективным световым спектром для стимулирования фотосинтеза, поскольку он сильно поглощается пигментами хлорофилла. Другими словами, он находится на пиках поглощения хлорофилла. Длины волн красного света (особенно около 660 нм) способствуют росту стеблей, листьев и общего вегетативного роста, но чаще всего высоких, вытянутых листьев и цветов.

Сбалансированное сочетание с синим светом необходимо, чтобы противодействовать любому чрезмерному растяжению, например, деформированному удлинению стержня.Важно учитывать, что, хотя красный цвет является наиболее чувствительным световым спектром для растений, его эффективность действительно возрастает в сочетании с другими длинами волн PAR.

Дальний красный спектр света (700–850 нм)

Есть несколько способов, которыми дальний красный цвет может повлиять на рост растений - один из них - это инициировать реакцию избегания тени. При длине волны около 660 нм (темно-красный) растение чувствует воздействие яркого солнечного света. От 730 нм и выше, то есть при более высоком соотношении дальнего красного света к красному, растение будет обнаруживать световую «тень» от другого растения или листьев выше навеса, поэтому стебли и листья растягиваются.

Дальний красный может быть очень полезным для стимулирования цветения и для некоторых растений для увеличения урожайности плодов (6). У растений короткого дня, таких как каннабис, которые полагаются на более длительные периоды темноты, 730 нм можно использовать в конце светового цикла для стимулирования цветения. Многие производители экспериментируют с прерыванием цикла темноты с помощью вспышек красного света, чтобы ускорить рост и цветение.

В поисках подходящего света для выращивания

Чтобы понять, как растения взаимодействуют с различными световыми спектрами, нужно принять во внимание большой объем информации и научных знаний.Мы узнали, что оптимизация урожайности и стабильное качество растений объясняются спектрами света, используемыми вместе - во многом как естественный солнечный свет.

В BIOS мы постоянно совершенствуем наши знания и исследуем, как световые спектры конкретных культур и сортов работают лучше всего и в какое время светового цикла растения. Наши светодиодные системы освещения для выращивания растений спроектированы и разработаны с использованием подробных научных исследований, чтобы дать производителям возможность использовать идеальный спектр света для оптимизации урожайности, качества и изменчивости своих растений.

Список литературы

(1) Нельсон, Джейкоб и Багби, Брюс. (2014). Экономический анализ тепличного освещения: светоизлучающие диоды в сравнении с разрядными приспособлениями высокой интенсивности . PloS один. 9. e99010. 10.1371 / journal.pone.0099010.
Доступно:

(2) Дарко, Э., Гейдаризаде, П., Шофс Б. и Сабзалян М. Р. (2014). Фотосинтез при искусственном освещении: сдвиг в первичном и вторичном обмене веществ . Философские труды Лондонского королевского общества. Series B, Biological Sciences, 369 (1640), 20130243.
Доступно:

(3) Хейли Л. Смит, Лорна Макосланд, Эрик Х. Мурчи. (2017). Не игнорируйте зеленый свет: изучение различных ролей в процессах растений, Журнал экспериментальной ботаники, том 68, выпуск 9, 1 апреля 2017 г., страницы 2099–2110,
Доступно:

(4) Назнин, М.Т., Лефсруд, М., Гравель, В., Азад, М.О.К. (2019). «Синий свет с красными светодиодами улучшает характеристики роста, содержание пигментов и антиоксидантную способность салата, шпината, капусты, базилика и сладкого перца в контролируемой среде». Заводы (Базель), 8 (4). Доступно:

(5) Magagnini G, Grassi G, Kotiranta S. (2018), Влияние светового спектра на морфологию и содержание каннабиноидов в Cannabis sativa L, Med Cannabis Cannabinoids, 1: 19-27.Доступно:

(6) Калайцоглу, П., ван Иеперен, В., Харбинсон, Дж., Ван дер Меер, М., Мартинакос, С., Веерхейм, К., Николь, К., и Марселис, Л. (2019) . Влияние постоянного или дальнего красного света в конце дня на рост, морфологию, светопоглощение и плодоношение томатов . Границы растениеводства, 10, 322. https://doi.org/10.3389/fpls.2019.00322 .
Доступно:

Что такое световая терапия полного спектра | Лампы дневного света | [site: name]

Светотерапия полного спектра: краткая история

Использование солнечного света или света полного спектра для лечения различных заболеваний, от кожных заболеваний до туберкулеза, началось примерно с 1500 г.C. Древние греки также использовали лечение естественным солнечным светом, известное как гелиотерапия, в сочетании с лечебными травами как обычную форму медицины. Конечно, никто не может утверждать, что открыл солнечный свет, но современная практика светотерапии как способа точного воспроизведения дневного света и использования его световых возможностей в помещении, несомненно, принесла пользу.

Лампы дневного света и световые короба полного спектра Verilux Pioneers

В 1991 году, на фоне всплеска интереса к использованию полноспектральной светотерапии для лечения ряда заболеваний, Verilux начала экспериментировать с ярким полноспектральным светом внутри коробки.Именно в это время и после обширных экспериментов Verilux впервые разработал «лампу дневного света» и световой короб полного спектра.

Несколько лет спустя, в 1997 году, Verilux начала продавать боксы для светотерапии и делать их доступными для людей, страдающих сезонными расстройствами настроения. Первый назывался Nutralux («питание» и «легкий») и был значительно тяжелее текущих моделей Verilux HappyLight (Nutralux весил 15 фунтов, тогда как HappyLight Compact весит всего 1 кг.5 фунтов).

С тех пор световая терапия с энтузиазмом использовалась на протяжении десятилетий миллионами людей. Она также стала популярной благодаря усовершенствованию технологий и появлению историй успеха на протяжении многих лет.

Наука полного спектра света

В целом, полезность полного спектра света варьируется от освещения задач для художников, писателей, читателей и фотографов до обеспечения лечебных свойств для проблем, связанных с физическим и психическим здоровьем, с помощью светотерапии.

Его польза для здоровья особенно сильна в сезон с более коротким днем ​​и в регионах с меньшим количеством солнечного света. Почти все растения и животные нуждаются в регулярном воздействии света полного или естественного спектра для поддержания биохимического баланса и оптимального здоровья.

В отличие от обычного внутреннего освещения, полный спектр света включает в себя все цвета с длиной волны электромагнитного излучения, от инфракрасного до ультрафиолетового, видимого и невидимого (обратите внимание, что все лампы для светотерапии Verilux изготавливаются без УФ-излучения).

По шкале цветовой температуры света абсолютная темнота, как в ночное время, составляет 0 К (К = Кельвин), а дневной свет около полудня составляет около 5 000 - 5 500 К. В то время как мягкие теплые лампочки в вашем доме обычно имеют цветовую температуру всего 2700–3000 К.

В световых коробах Verilux

используется лампа полного спектра, которая имитирует дневной свет при температуре 6500K и обеспечивает интенсивность света 10 000 люкс, что является клиническим стандартом для эффективной световой терапии для лечения сезонных расстройств настроения (см. Подробнее о конкретном типе световой терапии. который Verilux специализируется ниже).

Многочисленные варианты использования света полного спектра

Польза для здоровья от света полного спектра и его многочисленные применения широко признаны. Есть много различных видов лечения различных недугов; включая кожные заболевания, такие как акне и псориаз, рак и желтуха новорожденных. Кроме того, в лампах дневного света используется свет полного спектра для выращивания растений в местах, где температура и / или естественный солнечный свет ограничивают вегетационный период на открытом воздухе.

Verilux специализируется на световой терапии, которая используется для улучшения настроения, повышения энергии, улучшения концентрации, расстройств настроения, таких как сезонное аффективное расстройство (SAD) и зимняя хандра, регулирования циркадного ритма, нарушений сна, смены часовых поясов, сменной работы и общих недостаток света из-за образа жизни (что является обычным явлением в современном высокотехнологичном домашнем обществе).Уникально разработанные Verilux модели HappyLight обеспечивают эффективную и удобную световую терапию полного спектра для решения этих проблем, и научное сообщество постоянно изучает новые возможности применения этого типа световой терапии.

Исследование 2005 года, изучившее множество основанных на исследованиях доказательств эффективности световой терапии для лечения сезонного аффективного расстройства, показало «значительное снижение тяжести симптомов». † И фактически, оно также обнаружило, что эффекты были «эквивалентны эффектам в большинстве случаев. исследования фармакотерапии антидепрессантами

† Am J Psychiatry.2005 апр; 162 (4): 656-62.

Full Spectrum Light: руководство для покупателя

Что такое Full Spectrum Light?

Полноспектральный свет охватывает электромагнитный спектр от инфракрасного до почти ультрафиолетового, в основном все длины волн, которые полезны для растений или животных. Для справки, солнечный свет считается полным спектром. Лампы полного спектра имитируют полный спектральный диапазон распределения мощности (видимый и ультрафиолетовый) естественного наружного света.

Освещение полного спектра наиболее выгодно для тех, кто выполняет задачи, требующие отличной цветовой дискриминации: дизайн интерьера, графика, рукоделие, шитье, подробные задания, рисование и любые работы, требующие детального цветоделения.

Цветовая температура и CRI (индекс цветопередачи)

Полный спектр света - это просто имитация солнечного света. Лучше всего измерять оптику полного спектра, используя как цветовую температуру, так и индекс цветопередачи. Солнце в полдень имеет естественную цветовую температуру около 5 500K и индекс цветопередачи около 100.

  • Цветовая температура: Иногда известная как CCT (коррелированная цветовая температура), это измерение тепла и холода, излучаемого данным источником света.Лампы полного спектра имитируют солнечный свет, обеспечивая такой же диапазон цветовой температуры в градусах Кельвина (K), что и у естественного солнечного света. Температура дневного верхнего солнечного света составляет примерно 5500K, что является приблизительной температурой для ламп полного спектра.
  • Индекс цветопередачи (CRI): CRI - это количественная мера способности источника света точно отображать цвета различных объектов по сравнению с идеальным или естественным источником света. Источники света с высоким индексом цветопередачи лучше всего подходят для наиболее точного отображения истинных цветов.

Преимущества света полного спектра

  • Исключительная цветопередача
  • Повышенная яркость при той же яркости
  • Повышенная визуальная резкость при той же яркости
  • Повышение производительности труда

Мифы об освещении полного спектра

  • Более энергоэффективный. Фактически, лампы полного спектра потребляют больше энергии, чем сопоставимые лампы неполного спектра, из-за количества используемых люминофоров.
  • Свет высшего качества.Хотя полный спектр освещения превосходит качество цветопередачи, необходимо учитывать и другие факторы, такие как контрастность, однородность и блики.
  • Здоровое освещение. Нет никаких доказательств того, что освещение полного спектра обеспечивает какую-либо пользу для здоровья, однако терапия световым коробом, которая не обязательно является полным спектром, является доказанным лечением SAD.

Сезонное аффективное расстройство (САР) и фитотерапия

Сезонное аффективное расстройство - это расстройство, вызванное сменой времен года или уменьшением воздействия естественного солнечного света.Симптомы SAD включают потерю энергии, капризность и в некоторых случаях тяжелую депрессию. Фитотерапия, или использование световых коробов, имитирующих естественный солнечный свет, может быть полезным естественным средством от САР, по мнению многих поведенческих экспертов, включая клинику Майо. Каждую зиму в период с сентября по апрель от SAD страдает полмиллиона человек, пик которого приходится на декабрь, январь и февраль. «Зимний блюз», более мягкая форма депрессивного расстройства, может затронуть еще больше людей.

Осень и зима SAD Лето SAD
Зимние симптомы SAD могут включать:
  • Раздражительность
  • Уменьшение энергии
  • Депрессия
  • Повышенная чувствительность
  • Ощущение тяжести в руках или ногах
  • Просыпается
  • Изменения аппетита
  • Прибавка в весе
Симптомы SAD с началом лета могут включать:
  • Депрессия
  • Бессонница
  • Похудание
  • Пониженный аппетит
  • Беспокойство

Причины SAD

  • Циркадный ритм / внутренние часы Недостаток солнечного света осенью и зимой может вызвать наступающее зимой САР.Уменьшение количества солнечного света может повлиять на внутренние часы вашего тела и вызвать чувство депрессии.
  • Понижает уровень серотонина. Пониженный уровень серотонина, нейромедиатора, который влияет на настроение, может играть роль в SAD. Недостаток солнечного света может вызвать снижение уровня серотонина, что может вызвать депрессию.
  • Понижает уровень мелатонина. Сезонность может нарушить баланс уровня мелатонина в организме, что может влиять на характер сна и настроение.

Факторы риска SAD

  • суки. SAD чаще встречается у женщин, чем у мужчин, но у мужчин могут проявляться более серьезные симптомы. 75% диагностированных случаев SAD связаны с женщинами.
  • Возраст. Молодые люди имеют более высокий риск зимнего САР, а зимнее САР реже встречается у пожилых людей. Начало SAD наиболее вероятно в возрасте 18-30 лет.
  • Семейная история. У людей с САР с большей вероятностью могут быть кровные родственники с САР или другой формой депрессии.
  • Клиническая депрессия или биполярное расстройство. Симптомы депрессии могут сезонно ухудшаться, если у вас есть эти состояния.
  • Расстояние от экватора. SAD наиболее распространен среди тех, кто живет за пределами 30 ° к северу или югу от экватора.

Лечение SAD

Есть три общепринятых метода лечения SAD; фитотерапия, психотерапия и лекарства. В некоторых случаях может потребоваться комбинация этих методов лечения, но в других может быть достаточно фитотерапии. Фитотерапия, или световая терапия, подавляет секрецию мелатонина мозгом.Было доказано, что световая терапия эффективна в 85 процентах диагностированных случаев. Пациенты используют свет полного спектра, интенсивность которого в десять раз превышает интенсивность обычного домашнего освещения, до четырех часов в день, но во время лечения могут продолжать заниматься обычными делами, такими как прием пищи или чтение. Наиболее часто используемым сегодня устройством является то, что называется световым коробом или блоком белых люминесцентных ламп на металлическом отражателе и экране с пластиковым экраном. 1 0,000 люкс здорового, полного спектра света - это то, что Национальный институт психического здоровья рекомендует для лечения сезонного аффективного расстройства (SAD).

Заявление об ограничении ответственности: LampsUSA не поддерживает никаких конкретных процедур или услуг. В наши намерения не входит предоставление конкретных медицинских рекомендаций, а скорее предоставление заинтересованным лицам информации, которая поможет им лучше понять свое здоровье и подобрать лечение, которое лучше всего им подходит.

Ресурсов:

Клиника Мэйо «Сезонное аффективное расстройство». Цитировано 7 июля 2015 г .: http://www.mayoclinic.com/health/seasonal-affective-disorder/DS00195

«Сезонное аффективное расстройство (САР)» Психическое здоровье Америки.Цитировано 7 июля 2015 г .: http://www.nmha.org/go/sad

.

Никакой другой свет не может сравниться со светом естественного спектра, то есть со светом, исходящим от солнца. Однако искусственные лампочки полного спектра эффективно имитируют естественное освещение полного спектра, позволяя вам наслаждаться им, даже когда солнце не решает светить в определенный день. Лучше всего наслаждаться этим типом света с лампой полного спектра.

Другие причины для использования ламп полного спектра

Отлично подходит для чтения и рукоделия.Одна из лучших особенностей лампы полного спектра заключается в том, что ее головку можно поворачивать и регулировать, чтобы вы могли просто направить ее, чтобы она правильно освещала все, над чем вы работаете. Это дает вам более четкое представление о словах и цветах.

  • Идеально подходит для людей с проблемами зрения. Процесс старения меняет то, как мы видим вещи. Чем старше мы становимся, тем сильнее перенапрягаем глаза из-за яркого света.
  • Подходит для домашних животных и растений. Поскольку такое освещение имитирует свет, излучаемый солнцем, он идеально подходит для освещения ваших домашних рыб, птиц и любых других животных, живущих в помещении.Это также будет полезно для ваших комнатных растений.

Теперь, когда вы знаете, как эти не слепящие светильники можно использовать для выполнения повседневных задач или помощи в борьбе с сезонной хандрой, пора узнать, как купить свет полного спектра. Вы должны найти хорошее освещение, безопасное, приятное для глаз и комфортное при выполнении повседневных дел. Хотя это может стоить больше, чем другие виды ламп, преимущества полного спектра освещения определенно компенсируют его цену.

Знакомство с лампами полного спектра

Также известное как «дневное» освещение, полный спектр света имеет очень высокую цветовую температуру, примерно такую, которую вы видите в яркий и солнечный день. Он варьируется от 5000K до 6000K и может быть очень ярко выраженным синим. Раньше такое освещение считалось слишком жестким для помещений, но уже есть варианты, которые достаточно хороши для установки в домах и офисах.

Рассмотрим индекс полного спектра (FSI)

Индекс полного спектра обеспечивает анализ пиков и впадин, заданных SPD.Затем получается среднее значение. Среднее значение дает лампе свой балл.

Считайте лампу полного спектра с низким показателем лучшим выбором, так как она имеет равномерное распределение длин волн.
В идеале лампы с оценкой 2,0 или меньше - это «истинно синий» полный

Определить приблизительный люмен

Люмен - это мера общего количества света, излучаемого источником. Это часто используется вместе с мощностью для определения световой отдачи света.

Чем больше люмен, тем ярче источник света.
Светильники полного спектра могут иметь яркость от 2000 до 2500 люмен.

Проверить энергоэффективность

  • Обязательно найдите лампу полного спектра, которая обладает указанными выше качествами, а также является энергоэффективной.
  • Энергоэффективная лампа полного спектра может осветить ваш дом, не потребляя много энергии.

Да, покупка лампы полного спектра - это инвестиция, но, глядя на нее в долгосрочной перспективе, следует учитывать преимущества для психического здоровья, их полезность для чтения и рукоделия, а также долговечность лампочки полного спектра.Если учесть все факторы, это будет стоящая инвестиция !. Кроме того, добавьте к этому тот факт, что лампы полного спектра часто потребляют меньше энергии. Со временем это означает, что вложение окупится! Если вы ищете идеальный абажур, настольную лампу или большую люстру, у Lamps USA есть руководства для покупателей и отличные продукты, чтобы осветить каждую комнату вашего дома.

Интернет-кампус ZEISS Microscopy | Лампы вольфрамово-галогенные

Введение

Источники света накаливания, в том числе более старые версии с вольфрамовой и углеродной нитью, а также новые, более совершенные вольфрамово-галогенные лампы, успешно используются в качестве высоконадежных источников света в оптической микроскопии на протяжении многих десятилетий и продолжают оставаться одними из них. предпочтительные механизмы освещения для различных методов визуализации.Старые лампы, оснащенные вольфрамовой проволочной нитью и заполненные инертным газом аргоном, часто используются в студенческих микроскопах для светлопольного и фазово-контрастного изображения, и эти источники могут быть достаточно яркими для некоторых приложений, требующих поляризованного света. Вольфрамовые лампы относительно недороги (по сравнению со многими другими источниками света), их легко заменить, и они обеспечивают адекватное освещение в сочетании с диффузионным фильтром из матового стекла. Эти особенности в первую очередь ответственны за широкую популярность источников света накаливания во всех формах оптической микроскопии.Вольфрамово-галогенные лампы, наиболее совершенная конструкция в этом классе, генерируют непрерывное распределение света в видимом спектре, хотя большая часть энергии, излучаемой этими лампами, рассеивается в виде тепла в инфракрасных длинах волн (см. Рисунок 1). Из-за относительно слабого излучения в ультрафиолетовой части спектра вольфрамово-галогенные лампы не так полезны, как дуговые лампы и лазеры, для исследования образцов, которые необходимо освещать с длинами волн менее 400 нанометров.

Несколько разновидностей вольфрамово-галогенных ламп в настоящее время являются источником освещения по умолчанию (и предоставляются производителем) для большинства микроскопов учебного и исследовательского уровня, продаваемых по всему миру.Они отлично подходят для исследования в светлом поле, микрофотографии и цифровой визуализации окрашенных клеток и срезов тканей, а также для многочисленных применений отраженного света для промышленного производства и разработки. В поляризованных световых микроскопах, используемых для идентификации частиц, анализа волокон и измерения двойного лучепреломления, а также в рутинных петрографических геологических приложениях, обычно используются вольфрамово-галогенные лампы высокой мощности для обеспечения необходимой интенсивности света через скрещенные поляризаторы.Стереомикроскопы также используют преимущества этого повсеместного источника света как в моделях начального, так и в продвинутых моделях. Для визуализации живых клеток с помощью методов усиления контраста (в основном дифференциального интерференционного контраста ( DIC ) и фазового контраста) в составных микроскопах проходящего света наиболее распространенным в настоящее время источником света является вольфрамово-галогенная лампа мощностью 100 Вт. . В долгосрочных экспериментах (обычно требующих от сотен до тысяч снимков) эта лампа особенно стабильна и при нормальных условиях эксплуатации подвержена лишь незначительным уровням временных и пространственных колебаний выходной мощности.

Первые коммерческие лампы накаливания с вольфрамовой нитью были представлены в начале 1900-х годов. Эти передовые нити, которые можно было наматывать, скручивать и эксплуатировать при очень высоких температурах, оказались гораздо более универсальными, чем их предшественники на основе углерода и осмия. Углеродные лампы страдают от быстрого испарения нити накала при температурах выше 2500 ° C и, следовательно, должны работать при более низких напряжениях, чтобы производить свет, имеющий относительно низкую цветовую температуру (желтоватый).Напротив, вольфрам имеет температуру плавления приблизительно 3380 ° C и может быть нагрет почти до этой температуры в стеклянной оболочке для получения света, имеющего более высокую цветовую температуру и срок службы, чем любой из предыдущих материалов, используемых для нити ламп. Основная проблема с вольфрамовыми лампами заключается в том, что во время нормальной работы нить накала постоянно испаряется с образованием газообразного вольфрама, который медленно уменьшает диаметр нити накала и в конечном итоге затвердевает на внутренней стороне стеклянной колбы в виде почерневшего, покрытого сажей отложений.Со временем мощность лампы уменьшается, поскольку остатки осажденного вольфрама на стенках внутренней оболочки становятся толще и поглощают все большее количество более коротких видимых длин волн. Точно так же потеря вольфрама из нити накала уменьшает диаметр, делая ее настолько тонкой, что в конечном итоге она выходит из строя.

Вольфрамово-галогенные лампы были впервые разработаны в начале 1960-х годов путем замены традиционной стеклянной колбы на кварцевую колбу с более высокими характеристиками, которая была больше не сферической, а трубчатой.Кроме того, внутри оболочки были запечатаны незначительные количества паров йода. Замена стекла с более низкой температурой плавления на кварцевое была необходима, потому что цикл регенерации галогена лампы (подробно обсуждается ниже) требует, чтобы оболочка поддерживалась при высокой температуре (превышающей допустимую для обычного стекла), чтобы предотвратить образование галогеновых соединений вольфрама. от затвердевания на внутренней поверхности. Из-за новых компонентов эти усовершенствованные лампы первоначально назывались термином: иодид кварца .Хотя лампы, содержащие галогены, представляли собой значительное улучшение по сравнению с обычными вольфрамовыми лампами, которые они заменили, новые лампы имели легкий розоватый оттенок, характерный для паров йода. Кроме того, кварц легко подвергается воздействию слабых щелочей, образующихся во время работы, что приводит к преждевременному выходу из строя самой оболочки. В последующие годы соединения брома заменили йод, и оболочка была изготовлена ​​из более новых сплавов боросиликатного стекла для производства вольфрамово-галогенных ламп с еще более длительным сроком службы и более высокой мощностью излучения.

Как обсуждалось ранее, в традиционных лампах накаливания испаренный газообразный вольфрам из нити накала переносится через паровую фазу и непрерывно осаждается на внутренних стенках стеклянной колбы. Этот артефакт затемняет внутренние стенки лампы и постепенно снижает светоотдачу. Чтобы поддерживать потери света на минимально возможном уровне, обычные вольфрамовые лампы накаливания помещают в большие колбы, имеющие достаточную площадь поверхности, чтобы минимизировать толщину осажденного вольфрама, который накапливается в течение срока службы лампы.Напротив, трубчатая оболочка в вольфрамово-галогенных лампах заполнена инертным газом (азотом, аргоном, криптоном или ксеноном), который во время сборки смешивается с небольшим количеством галогенового соединения (обычно бромистого водорода; HBr ). и следовые уровни молекулярного кислорода. Соединение галогена служит для инициирования обратимой химической реакции с вольфрамом, испаренным из нити, с образованием газообразных молекул оксигалогенида вольфрама в паровой фазе. Температурные градиенты, образующиеся в результате разницы температур между горячей нитью накала и более холодной оболочкой, способствуют перехвату и рециркуляции вольфрама в нить накала лампы посредством явления, известного как цикл регенерации галогена (проиллюстрирован на рисунке 2).Таким образом, испаренный вольфрам реагирует с бромистым водородом с образованием газообразных галогенидов, которые впоследствии повторно осаждаются на более холодных участках нити, а не накапливаются медленно на внутренних стенках оболочки.

Цикл регенерации галогена можно разделить на три критических этапа, которые показаны на рисунке 2. В начале работы оболочка лампы, наполняющий газ, парообразный галоген и нить накала изначально находятся в равновесии при комнатной температуре. Когда к лампе подается питание, температура нити накала быстро повышается до ее рабочей температуры (в районе 2500–3000 ° C), в результате чего также нагревается наполняющий газ и оболочка.В конце концов, оболочка достигает стабильной рабочей температуры, которая колеблется от 400 до 1000 C, в зависимости от параметров лампы. Разница температур между нитью накала и оболочкой создает температурные градиенты и конвекционные токи в заполняющем газе. Когда температура оболочки достигает примерно 200–250 ° C (в зависимости от природы и количества паров галогена), начинается цикл регенерации галогена. Атомы вольфрама, испаренные из нити накала (см. Рис. 2 (а)), вступают в реакцию с парами газообразного галогена и следовыми количествами молекулярного кислорода с образованием оксигалогенидов вольфрама (рис. 2 (б)).Вместо того, чтобы конденсироваться на горячих внутренних стенках оболочки, оксигалогенидные соединения циркулируют конвекционными токами обратно в область, окружающую нить, где они разлагаются, в результате чего элементарный вольфрам повторно осаждается на более холодных участках нити (рис. 2 (c)). ). После освобождения от связанного вольфрама соединения кислорода и галогенидов диффундируют обратно в пар, чтобы повторить цикл регенерации. Непрерывная рециркуляция металлического вольфрама между паровой фазой и нитью обеспечивает более равномерную толщину проволоки, чем это было бы возможно в противном случае.

Преимущества цикла регенерации галогенов включают возможность использования меньших по размеру конвертов, которые поддерживаются в чистом состоянии без отложений в течение всего срока службы лампы. Поскольку колба меньше, чем в обычных вольфрамовых лампах, дорогой кварц и родственные стеклянные сплавы могут быть более экономичными при производстве. Более прочные кварцевые оболочки позволяют использовать более высокое внутреннее давление газа, чтобы помочь в подавлении испарения нити накала, тем самым позволяя повышать температуру нити, что приводит к большей световой отдаче, и смещать профили излучения, чтобы обеспечить большую долю более желательных длин волн видимого диапазона.В результате вольфрамово-галогенные лампы сохраняют свою первоначальную яркость на протяжении всего срока службы, а также преобразуют электрический ток в свет более эффективно, чем их предшественники. С другой стороны, вольфрам, испаренный и повторно осаждаемый в цикле регенерации галогена, не возвращается на свое первоначальное место, а скорее скатывается на самые холодные участки нити, что приводит к неравномерной толщине. В конечном итоге лампы выходят из строя из-за уменьшения толщины нити накала в самых жарких регионах. В противном случае вольфрамово-галогенные лампы могут иметь практически бесконечный срок службы.

Ранние исследования показали, что добавление фторидных солей к парам, запечатанным внутри вольфрамово-галогенных ламп, дает выход с самым высоким уровнем видимых длин волн, а также осаждает переработанный вольфрам на участках нити накала с более высокими температурами. Это открытие вселило надежду на то, что вольфрамовые нити могут иметь более однородную толщину в течение значительного увеличения срока службы этих ламп. Более того, смещение выходного профиля излучения лампы для включения большего количества видимых длин волн было весьма желательно по сравнению с более низкими цветовыми температурами, обеспечиваемыми аналогичными лампами, имеющими альтернативные галогенные соединения (йодид, хлорид и бромид).К сожалению, было обнаружено, что фторидные соединения агрессивно воздействуют на стекло (обратите внимание, что фтористоводородная кислота обычно используется для травления стекла), что приводит к преждевременному разрушению оболочки. Таким образом, фторидные соединения не подходят для коммерческих ламп. Как следствие, описанные выше бромидные соединения по-прежнему являются предпочтительным реагентом для производства вольфрамово-галогенных ламп, но производители ламп продолжают исследовать применение новых смесей заполняющего газа и галогенов для этих очень полезных источников света.

Вольфрамово-галогенные лампы накаливания работают как тепловые излучатели, что означает, что свет генерируется путем нагрева твердого тела (нити накала) до очень высокой температуры. Таким образом, чем выше рабочая температура, тем ярче будет свет. Все лампы на основе вольфрама демонстрируют спектральные профили излучения, напоминающие профили излучения излучателя с черным телом, а спектральный профиль выходной мощности вольфрамово-галогенных ламп качественно аналогичен профилям ламп накаливания с вольфрамовой и углеродной нитью накаливания.Большая часть излучаемой энергии (до 85 процентов) находится в инфракрасной и ближней инфракрасной областях спектра, при этом 15-20 процентов попадают в видимую область (от 400 до 700 нанометров) и менее 1 процента - в ультрафиолетовых длинах волн. (ниже 400 нм). Мягкая стеклянная оболочка обычных ламп накаливания поглощает большую часть ультрафиолетового излучения, генерируемого вольфрамовой нитью, но оболочка из плавленого кварца в вольфрамово-галогенных лампах поглощает очень мало излучаемого ультрафиолетового света выше 200 нанометров.

Значительная часть электроэнергии, потребляемой накаленными вольфрамовыми проволочными волокнами, выводится в виде электромагнитного излучения, охватывающего диапазон длин волн от 200 до 3000 нанометров. Математически полное излучение увеличивается как четвертая степень температуры проволоки, что смещает спектральное распределение в сторону все более коротких (видимых) длин волн в колоколообразном профиле по мере увеличения температуры (см. Рисунки 1 и 3). Несмотря на то, что пиковые длины волн имеют тенденцию перераспределяться из ближнего инфракрасного диапазона ближе к видимой области с более высокими температурами нити накала, точка плавления вольфрама не позволяет большей части выходного излучения смещаться в видимую область спектра.При самых высоких практических рабочих температурах пиковое излучение составляет примерно 850 нанометров, при этом около 20 процентов общего выходного излучения приходится на видимый свет. Инфракрасные волны, составляющие большую часть выходного сигнала, должны рассеиваться как нежелательное тепло. В результате, по сравнению со спектром дневного света (5000+ K), излучаемого ртутными, ксеноновыми и металлогалогенными дуговыми лампами, в галогенидных лампах всегда преобладают красные участки спектра.

В случае идеального радиатора blackbody воспринимаемая цветовая температура равна истинной (измеренной) температуре материала радиатора.Однако на практике общее излучение обычных источников излучения (таких как лампы накаливания) меньше, чем можно было бы ожидать от черного тела. Цветовая температура выражается в Кельвинах ( K ), в то время как фактическая измеренная температура более практично выражается в градусах Цельсия ( C ). Эти два числа различаются на 273,15 линейных единиц градусов, при этом значение Кельвина равно Цельсию плюс 273,15. Более высокие цветовые температуры соответствуют более белому свету , который больше напоминает солнечный свет, тогда как более низкие цветовые температуры имеют тенденцию смещать цвета в сторону желтых и красноватых оттенков.Вольфрам не является истинным черным телом в том смысле, что полное испускаемое излучение меньше, чем могло бы наблюдаться в идеальном случае, однако вольфрам является лучшим излучателем (и более точно приближается к истинному черному телу) в более короткой видимой области длин волн, чем в более длинные волны. Для значительной части видимого диапазона длин волн цветовая температура вольфрама выше, чем эквивалентная истинная температура в градусах Цельсия. Таким образом, для измеренной температуры нити накала 3000 C цветовая температура составляет примерно 3080 K.Предел цветовой температуры вольфрама определяется температурой плавления, которая составляет чуть более 3350 ° C или приблизительно 3550 K.

Таким образом, в качестве излучателей накаливания вольфрамово-галогенные лампы генерируют непрерывный спектр света, который простирается от центрального ультрафиолета до видимого и инфракрасного диапазонов длин волн (см. Рисунки 1 и 3). По сравнению со спектром излучения солнечного света и теоретическим излучателем черного тела 5800 К (как показано на рис. 3 (а)), в вольфрамово-галогенных лампах всегда преобладают более длинноволновые области.Однако по мере увеличения температуры нити в вольфрамово-галогенной лампе профиль излучения света смещается в сторону более коротких длин волн, так что по мере приближения температуры к предельной точке плавления вольфрама доля видимых длин волн, излучаемых лампой, существенно увеличивается. Этот эффект проиллюстрирован на рисунке 3 (b) путем нормализации выходного распределения излучения лампы при цветовых температурах 2800 K и 3300 K на тот же световой поток. В дополнение к значительно меньшей доле излучения в инфракрасном диапазоне, кривая 3300 K показывает гораздо больший выход в видимом диапазоне длин волн.

Фотометрические характеристики для оценки характеристик источников света несколько необычны в том смысле, что две системы единиц существуют параллельно для определения важных переменных, связанных с яркостью и спектральным выходом. Физическая фотометрическая система рассматривает свет исключительно как электромагнитное излучение с точки зрения яркости (яркости), связанной с единицами длины и угла и измеряемой в ваттах. Физиологическая фотометрическая система учитывает способ, которым гипотетический человеческий глаз оценивает источник света.Поскольку каждый человеческий глаз несколько по-разному реагирует на видимый спектр света, стандартный глаз определен международным соглашением. Основной характеристикой этого стандарта является чувствительность к разным цветам света на основе максимального отклика на 550-нанометровый (зелено-желтый) свет, измеряемая в единицах люмен или , а не ваттах. Физиологическая система является адекватной, если датчиком света является человеческий глаз, цифровая камера, фотопленка или какое-либо другое устройство, которое реагирует аналогичным образом.Однако эта система выйдет из строя, если анализируемый свет попадет в ультрафиолетовую или инфракрасную области, невидимые человеческому глазу. В этом случае для измерений и анализа необходимо использовать физическую фотометрическую систему.

Характеристики вольфрамово-галогенной лампы
для микроскопии

Номинальная
Мощность
(Вт)
Номинальное
Напряжение
(В)
Световой
Поток
(лм)
Нить накала
Размер
Ш x В (мм)
Средний
Срок службы
(часы)
10 6 150 1.5 х 0,7 300
20 6 480 2,3 х 0,8 100
30 6 765 1,5 x 1,5 100
30 12 750 2.6 х 1,3 50
50 12 1000 3,0 x 3,0 1100
100 12 3600 4,2 x 2,3 2000
Таблица 1

В таблице 1 представлены электрические характеристики, размеры нити накала, типичный срок службы и фотометрическая мощность некоторых из самых популярных вольфрамово-галогенных ламп, используемых в настоящее время в оптической микроскопии.Среди наиболее важных терминов, используемых для сравнения этих ламп, - световой поток , который представляет собой общий излучаемый свет, измеренный в люмен (). Световой поток увеличивается пропорционально его физическому фотометрическому эквиваленту в ваттах. Другая важная величина, известная как сила света , представляет собой ту часть светового потока, которая измеряется телесным углом в одном направлении. Сила света в единицах кандел используется для оценки характеристик лампы в оптической системе.Лампы также оцениваются с точки зрения световой отдачи при использовании люмен на ватт электроэнергии (относящейся к физическим и физиологическим системам) для определения эффективности преобразования электроэнергии в видимое излучение. Теоретический максимум световой отдачи составляет 683 люмен на ватт, но на практике вольфрамово-галогенные лампы обычно достигают предела в 37 люмен на ватт. Чтобы более четко понять электрические характеристики вольфрамово-галогенных ламп, обычно можно применять следующие обобщения: на каждые 5 процентов изменения напряжения, подаваемого на лампу, срок службы либо удваивается, либо сокращается вдвое, в зависимости от того, находится ли напряжение. уменьшилось или увеличилось.Кроме того, каждые 5 процентов изменения напряжения сопровождаются 15-процентным изменением светового потока, 8-процентным изменением мощности, 3-процентным изменением тока и 2-процентным изменением цветовой температуры.

Большое разнообразие конструкций вольфрамово-галогенных ламп включает встроенные отражатели, которые служат для эффективного сбора фронтов световых волн, излучаемых лампой, и их упорядоченного направления в систему освещения. Эти предварительно собранные блоки, получившие название рефлекторных ламп , (см. Рисунок 4), нашли широкое применение в качестве внешних осветителей для приложений стереомикроскопии.Свет от осветителя может быть направлен в любую область образца с помощью гибкого оптоволоконного световода. Рефлекторные лампы сильно различаются по конструкции в зависимости от характеристик и геометрии рефлектора, а также от положения лампы внутри рефлектора. Тем не менее, все лампы с отражателем включают в себя одноцокольные лампы, которые устанавливаются в центре оптической оси отражателя с цоколем, вклеенным в вершину отражателя. Конфигурация нити накала обычно определяется характеристиками луча, необходимыми для конкретной оптической системы, для которой предназначена лампа.В рефлекторных лампах используются все конструкции нити накала, включая поперечную, осевую и плоскую.

Рефлекторные лампы обычно подключаются к патронам с молибденовыми штырями, выступающими наружу из задней части рефлектора, и устанавливаются с керамическими крышками. В некоторых случаях используются специальные кабельные соединения, чтобы пространственно отделить электрический контакт от источника тепла (лампы). Поскольку рефлекторные лампы обычно встраиваются как часть точно выровненной оптической системы, электрическое соединение только изредка используется как часть крепления.Существует несколько методов установки отражателей, в том числе установка держателя на переднем крае отражателя, использование давления на заднюю часть крышки отражателя, центрирование края отражателя в конусе и регулировку края отражателя на угловом упоре. В большинстве случаев конструкция основания рефлектора и механизм крепления используются для обозначения конкретного класса рефлекторной лампы. Внешний диаметр переднего отверстия рефлектора является определяющим критерием для рефлекторных ламп, и производители установили два основных размера.Они обозначены как MR 11 и MR 16 , причем буквы представляют собой аббревиатуру металлического отражателя , а цифры относятся к диаметру отражателя в восьмых долях дюйма. Таким образом, рефлекторная лампа MR 16 имеет диаметр приблизительно 50 миллиметров, тогда как лампы MR 11 имеют диаметр почти 35 миллиметров.

Вольфрамово-галогенные отражатели предназначены для фокусировки или коллимирования света, излучаемого лампой, как показано на рисунке 4.Фокусирующие отражатели концентрируют свет в небольшом пятне (фокусной точке) в центральной оптической оси на определенном расстоянии от отражателя (см. Рисунок 4 (b)). Этот тип отражателя имеет эллиптическую геометрию, что требует, чтобы нить накала лампы располагалась в первой фокусной точке эллипсоида так, чтобы проецируемое световое пятно концентрировалось во второй фокусной точке. При проектировании светильников для фокусирующих отражателей важнейшим критерием является установка лампы на надлежащем расстоянии от входной апертуры оптической системы.Коллимирующие отражатели имеют параболическую геометрию, чтобы генерировать параллельный луч света, характеристики луча которого определяются параметрами лампы и размером отражателя (см. Рисунок 4 (c)). Угол выхода луча в первую очередь определяется размером нити накала лампы и свободным отверстием отражателя. В большинстве случаев осевая нить накала с круглым сердечником обеспечивает осесимметричный луч.

Отражатели обычно изготавливаются из стекла, но некоторые из них также изготавливаются из алюминия.Их внутренние стенки могут быть гладкими или иметь фасетки для контроля распределения света. Внутренняя структура варьируется от мелких, едва заметных зерен до крупных, выложенных плиткой граней (см. Рис. 4 (а)). В стеклянных отражателях внутренняя поверхность куполообразного отражателя покрывается (обычно осаждением из паровой фазы) для получения требуемых отражающих свойств. Стабильность размеров стеклянных отражателей превосходит стабильность металлических отражателей, а возможность выбора конкретных материалов покрытия, в том числе тех, которые могут изменять спектральный характер отраженного света, делает эти отражатели гораздо более универсальными.Металлические отражатели намного проще и дешевле изготавливать, но они ограничены в управлении спектральным выходом и более подвержены колебаниям геометрических допусков во время работы.

Если требуется весь спектр излучения, излучаемого лампой, или в случаях, когда полезен инфракрасный свет, оптимальным выбором будут металлические отражатели или стеклянные отражатели с тонким золотым покрытием. Однако там, где необходимо использовать определенные отражательные свойства для выбора длин волн посредством интерференции, оптимальными являются дихроичные тонкопленочные покрытия на стеклянных отражателях.Эти покрытия состоят примерно из 40-60 очень тонких слоев, каждый из которых составляет всего четверть длины волны света, и состоят из чередующихся материалов, имеющих высокий и низкий показатель преломления. Точная настройка толщины и количества слоев позволяет разработчикам генерировать широкий спектр выходных спектральных характеристик. Среди ламп с дихроичным отражателем наиболее полезным для микроскопии является отражатель холодного света , потому что только видимый свет в диапазоне длин волн от 400 до 700 нанометров направляется в оптическую систему (рис. 4 (d)).Инфракрасные волны излучаются через заднюю часть отражателя и отводятся от фонаря с помощью электрического вентилятора. Применение подходящих отражателей холодного света снижает общую тепловую нагрузку на систему освещения и дает свет, который можно записывать с помощью пленочных и цифровых камер.

Базовая анатомия одноцокольной вольфрамово-галогенной лампы, обычно используемой для освещения в оптической микроскопии, проиллюстрирована на рисунке 5. Общая длина измеряется от конца стержня основания до точки герметичной выхлопной трубы.Важным критерием расположения лампы по отношению к системе коллекторных линз является длина светового центра (рис. 5 (а)), при которой центр нити накала соответствует определенной плоскости отсчета в цоколе лампы. Другими важными параметрами являются диаметр колбы (самая толстая часть оболочки), ширина основания (обычно немного больше диаметра колбы) и размеры поля нити накала (высота и ширина). Эффективный размер источника освещения, используемого при проектировании выходной оптической системы, определяется высотой и шириной нити накала (поле нити накала).Допуски и положение поля накала имеют решающее значение и не должны отклоняться более чем на 1 миллиметр от оси симметрии лампы (определяемой плоскостью штифтов основания и центральной линией лампы). Допуски поля накала разработаны для конкретной архитектуры волокна и должны измеряться, когда нить накала горячая.

Чрезмерно высокие рабочие температуры вольфрамово-галогенных ламп требуют существенно более прочных и толстых прозрачных колб, чем обычные вольфрамовые и угольные лампы.Стекло из кварцевого стекла из кварцевого стекла является стандартным материалом, используемым при производстве вольфрамово-галогенных ламп, поскольку этот материал может выдерживать температуру оболочки до 900 C и рабочее давление до 50 атмосфер. В целом оптическое качество кожухов кварцевых ламп значительно ниже, чем у ламп из дутого стекла, используемых для производства обычных ламп накаливания. Этот артефакт связан с тем, что кварц труднее обрабатывать (в первую очередь из-за более высокой температуры плавления).Кварц, предназначенный для огибающих ламп, начинается с цилиндрической трубки, которую сначала обрезают до нужной длины, а затем присоединяют меньшую выхлопную трубу. Позже в процессе производства, после того, как нить накала и выводные штыри вставлены и зажаты, оболочка заполняется соответствующим газом и галогеновым соединением, прежде чем выхлопная труба будет удалена и запломбирована в процессе, называемом наконечник , который оставляет видимый дефект на конверте. Вольфрамово-галогенные лампы, используемые в микроскопии, обычно имеют выступающее пятно, расположенное в верхней части оболочки в области, которая не влияет на оптическое качество света, излучаемого лампой (рис. 5 (а)).Предварительно изготовленные внутренние конструктивные элементы лампы (нить накала, соединитель из фольги и штыри) вставляются в трубчатую кварцевую трубку до того, как свинцовые штыри герметично запечатываются в оболочке путем защемления. Форма внешней поверхности зажима обеспечивает максимальную механическую прочность.

После защемления выводов штифта (этот процесс проводится, когда оболочка продувается инертным газом, чтобы избежать окисления), колба заполняется через выхлопную трубу соответствующим газом, содержащим 0.От 1 до 1,0 процента галогенового соединения. Инертный наполняющий газ может быть ксеноном, криптоном, аргоном или азотом, а также смесью этих газов, имеющей наивысший средний атомный вес, совместимый с желаемым сопротивлением дуге. Галоген, используемый для вольфрамово-галогенных ламп, используемых в микроскопии, обычно представляет собой HBr, CH 3 Br или CH 2 Br 2 . Высокое внутреннее давление в лампе достигается за счет заполнения оболочки до желаемого давления и погружения лампы в жидкий азот для конденсации заполняющего газа.После герметизации выхлопной трубы на выходе наполняющий газ расширяется по мере того, как он нагревается до температуры окружающей среды. В высокоэффективных вольфрамово-галогенных лампах, производимых Osram (Сильвания, США), используется технология Xenophot , в которой газ криптон заменяется ксеноном, который имеет более высокую атомную массу, чем криптон и другие газы-наполнители. Ксенон обеспечивает лучшее подавление испарения вольфрама, обеспечивает более высокую температуру нити накала и увеличивает световую отдачу примерно на 10 процентов (что соответствует увеличению цветовой температуры примерно на 100 K).Лампы Xenophot продаются с использованием аббревиатуры HLX , которая образована от терминов H алоген, L напряжение тока и X энон. Большинство вольфрамово-галогенных ламп, используемых в исследовательских микроскопах, оснащены лампами Osram / Sylvania HLX или их эквивалентами.

Вольфрам всегда используется для изготовления проволочной нити в современных лампах накаливания. Чтобы быть пригодной для вольфрамово-галогенных ламп, необработанная вольфрамовая проволока должна пройти сложный процесс легирования и термообработки, чтобы придать пластичность, необходимую для обработки, и гарантировать, что нить накала не деформируется в течение длительных периодов высокой температуры во время работы лампы.Провод также необходимо тщательно очистить, чтобы предотвратить выброс вредных газов после герметизации лампы. Длина нити накала определяется рабочим напряжением, при более высоком напряжении требуется большая длина. Диаметр определяется уровнями мощности лампы и желаемым сроком службы. Для высоких уровней мощности требуются более толстые волокна, которые к тому же механически прочнее. Геометрия нити в значительной степени определяет фотометрические свойства вольфрамово-галогенных ламп. Лампы, используемые в микроскопии, обычно имеют геометрию нити с плоским сердечником, при которой проволока сначала наматывается в форме прямоугольного стержня, а затем зажимается поперек длинной оси.Вместо диаметра и длины нити с плоским сердечником измеряются по длине и ширине плоской стороны нити и по толщине прямоугольной формы. Характеристики светового излучения ламп накаливания с плоским сердечником значительно отличаются от характеристик излучения других геометрических форм. Наиболее значительная часть излучаемого света излучается перпендикулярно плоской поверхности нити накала, которая совмещена с собирающей оптикой для максимальной пропускной способности. В некоторых конструкциях ламп используется специальная нить накала с плоским сердечником, у которой светоизлучающая поверхность имеет квадратную форму.Эти лампы являются предпочтительными источниками освещения в микроскопии проходящего света.

Одним из важнейших факторов при производстве вольфрамово-галогенных ламп является герметизация внутренних элементов, чтобы изолировать их от внешней атмосферы. Подводящие провода (молибденовые штыри; рис. 5 (b)) выходят из цоколя лампы через уплотнение, чтобы установить и закрепить лампу в гнезде, подключенном к источнику питания. Наиболее важным аспектом создания уплотнения является разница в коэффициентах теплового расширения кварцевых и вольфрамовых нитей накала.Кварц имеет очень низкий коэффициент расширения, тогда как у вольфрама намного выше. Без надлежащего уплотнения подводящие провода будут быстро расширяться, когда лампа нагревается, и разбивают окружающее стекло. В современных вольфрамово-галогенных лампах очень тонкая молибденовая фольга (шириной от 2 до 4 миллиметров и толщиной от 10 до 20 микрометров; рис. 5 (b)) заделана в кварц, и каждый конец фольги приварен к коротким соединительным проводам из молибдена, которые в свою очередь приварены к нити накала и подводящему штифту.Молибден используется в уплотнении, потому что острые края позволяют безопасно врезать его в кварц во время операции зажима. Лампы, используемые для микроскопии, имеют односторонние основания, имеющие либо молибденовые штыри, выступающие из зажима, либо вольфрамовые штыри, которые изнутри связаны с молибденовой фольгой, как описано выше. Расстояние между штифтами стандартизовано и составляет от 4 до 6,35 миллиметра (обозначено как G4 и G6.35; G для стекла). Диаметр штифта колеблется от 0.От 7 до 1 миллиметра.

Поскольку технология производства вольфрамово-галогенных ламп настолько развита на данный момент, срок службы обычной лампы внезапно заканчивается, обычно при включении холодной лампы накаливания. В течение среднего срока службы современные вольфрамово-галогенные лампы не чернеют и претерпевают лишь незначительные изменения в фотометрических выходных характеристиках. Как и в случае с другими лампами накаливания, срок службы вольфрамово-галогенной лампы определяется скоростью испарения вольфрама из нити накала.Если нить накала не имеет постоянной температуры по всей длине проволоки, а вместо этого имеет области с гораздо более высокой температурой, возникающие из-за неравномерной толщины или внутренних структурных изменений, то нить обычно выходит из строя из-за преждевременного обрыва в этих областях. Даже несмотря на то, что испаренный вольфрам возвращается в нить за счет цикла регенерации галогена (обсужденного выше), материал, к сожалению, откладывается на более холодных участках нити, а не в тех критических горячих точках, где обычно происходит утонение.В результате практически невозможно предсказать, когда какая-либо конкретная нить накала выйдет из строя в лампах, которые работают непрерывно. В тех лампах, которые часто включаются и выключаются, можно с уверенностью предположить, что они выйдут из строя в какой-то момент при включении.

Вольфрамово-галогенные лампы могут работать от источников питания постоянного или переменного тока, но в большинстве исследовательских приложений микроскопии используются источники питания постоянного тока ( DC ). Самые современные источники питания для вольфрамово-галогенных ламп имеют специализированную схему, обеспечивающую стабилизацию тока и подавление пульсаций.Критическая фаза для вольфрамово-галогенной лампы - это когда напряжение впервые подается на холодную нить накала, период, когда сопротивление нити примерно в 20 раз ниже, чем при полной рабочей температуре. Таким образом, когда напряжение питания мгновенно подается на лампу путем ее включения, течет очень высокий начальный ток (до 10 раз выше, чем в установившемся режиме; называемый броском тока , ток), который медленно падает по мере того, как температура нити накала и электрическое сопротивление увеличивать. Пиковый уровень тока достигается в течение нескольких миллисекунд после запуска, но обычно заканчивается примерно за полсекунды.К сожалению, высокий пусковой ток, возникающий при холодном запуске, отрицательно сказывается на ожидаемом сроке службы лампы. Специализированная схема источника питания (часто называемая схемой плавного пуска ) используется для компенсации высоких пусковых токов в самых передовых приложениях (включая микроскопию), в которых вольфрамово-галогенные лампы используются для проведения логометрических измерений.

На рисунке 6 показана типичная вольфрамово-галогенная лампа мощностью 100 Вт, используемая в микроскопии проходящего света.Лампа оснащена вентиляционными отверстиями, которые позволяют конвекционным потокам омывать лампу более прохладным воздухом во время работы. Металлический отражатель, покрывающий внутреннюю часть светильника, помогает сферическому отражателю направлять максимально возможный уровень светового потока в систему коллекторных линз для подачи на оптическую цепь микроскопа. Этот усовершенствованный фонарик содержит запасной патрон и сменный пластиковый инструмент, который оператор может использовать для захвата корпуса лампы во время переключения лампы.Регулировка положения лампы по отношению к оптической оси сферического отражателя и коллектора может быть выполнена с помощью винтов с внутренним шестигранником, которые перемещают основание. Лампа прикрепляется к осветителю микроскопа с помощью запатентованного монтажного фланца, который соединяет лампу с вертикальным или инвертированным микроскопом (хотя большинство ламп не могут быть заменены с одной марки микроскопа на другую). Инфракрасный (тепловой) фильтр перед системой коллекторных линз поглощает значительное количество нежелательного излучения, и дополнительные фильтры обычно могут быть вставлены в световой тракт (используя прорези держателя фильтра в осветителе микроскопа) для поглощения выбранных диапазонов видимых длин волн, регулировки цветовой температуры или добавить нейтральную плотность (уменьшение амплитуды света).Большинство ламп для микроскопии не оборудованы диффузионными фильтрами, но они часто требуются для достижения равномерного освещения по всему полю обзора и обычно помещаются производителем в осветительный прибор микроскопа.

Интернет-кампус ZEISS Microscopy | Ксеноновые дуговые лампы

Введение

Ксеноновые и ртутные плазменные лампы с короткой дугой демонстрируют наивысшую яркость и яркость среди всех постоянно работающих источников света и очень близко подходят к идеальной модели точечного источника света.В отличие от ртутных и металлогалогенных источников освещения, ксеноновая дуговая лампа отличается тем, что дает в значительной степени непрерывный и однородный спектр во всей видимой области спектра. Поскольку профиль излучения ксеноновой лампы имеет цветовую температуру примерно 6000 K (близкую к температуре солнечного света) и не имеет заметных линий излучения, этот источник освещения более предпочтителен, чем ртутные дуговые лампы, для многих применений в количественной флуоресцентной микроскопии. Фактически, в сине-зеленой (от 440 до 540 нанометров) и красной (от 685 до 700 нанометров) областях спектра ксеноновая дуговая лампа мощностью 75 Вт ярче, чем сопоставимая ртутная лампа мощностью 100 Вт ( HBO 100).Подобно ртутным лампам, ксеноновые дуговые лампы обычно обозначаются с использованием зарегистрированного товарного знака как лампы XBO ( X для Xe, или ксенон; B - символ яркости; O - для принудительного охлаждения) и были представлен научному сообществу в конце 1940-х гг. Популярная XBO 75 (75-ваттная ксеноновая дуговая лампа) более стабильна и имеет более длительный срок службы, чем аналогичная ртутная лампа HBO 100, но излучение видимого света составляет лишь около 25 процентов от общего светового потока, причем большая часть энергия попадает в менее полезную инфракрасную область спектра.Примерно 70 процентов выходной мощности ксеноновой дуговой лампы происходит на длинах волн более 700 нанометров, в то время как менее 5 процентов выходной мощности составляют волны с длиной волны менее 400 нанометров. Чрезвычайно высокое давление ксеноновых ламп во время работы (от 40 до 60 атмосфер) расширяет спектральные линии, обеспечивая гораздо более равномерное распределение возбуждения флуорофоров по сравнению с узкими и дискретными линиями излучения ртутных ламп. Таким образом, ксеноновая дуговая лампа больше подходит для строгих применений, требующих одновременного возбуждения нескольких флуорофоров в широком диапазоне длин волн в аналитической флуоресцентной микроскопии.

Несмотря на то, что ксеноновые лампы производят широкополосное, почти непрерывное излучение, имеющее цветовую температуру, приближающуюся к солнечному свету в видимых длинах волн (часто называемый белый свет ), они действительно демонстрируют сложный линейчатый спектр в области от 750 до 1000 нанометров почти инфракрасный спектр (см. рисунок 1). Кроме того, несколько линий с более низкой энергией существуют около 475 нанометров в видимой области. Между 400 и 700 нанометрами примерно 85 процентов всей энергии, излучаемой ксеноновой лампой, приходится на континуум, тогда как около 15 процентов приходится на линейчатый спектр.Спектральный выход (цветовая температура) ксеноновой лампы не изменяется по мере старения устройства (даже до конечной точки срока службы), и, в отличие от ртутных дуговых ламп, полный профиль излучения возникает мгновенно после зажигания. Выходная мощность ксеноновой лампы остается линейной в зависимости от приложенного тока и может регулироваться для специализированных приложений. Кроме того, спектральная яркость не изменяется при изменении тока лампы. Типичная лампа XBO 75 излучает световой поток примерно 15 люмен на ватт, но лампе требуется несколько минут после зажигания для достижения максимальной светоотдачи из-за того, что давление газа ксенона внутри лампы продолжает расти, пока не достигнет конечной рабочей температуры и достигает теплового равновесия.

Максимальное распределение яркости рядом с катодом в области дуги ксеноновой лампы XBO 75 (часто называемой горячим пятном или плазменным шаром ) составляет приблизительно 0,3 x 0,5 миллиметра и может учитываться для всех практических целей. в оптической микроскопии - точечный источник света, который будет производить коллимированные пучки высокой интенсивности при правильном направлении через систему конденсирующих линз в фонаре. В большинстве применений флуоресцентной микроскопии свет, собранный от дуги ксеноновой лампы, отображается на точечном отверстии или задней апертуре объектива.Типичная контурная карта лампы XBO 75 показана на рисунке 2 (a), а распределение силы светового потока для той же лампы - на рисунке 2 (b). На контурной карте яркость дуги наиболее интенсивна на кончике катода и быстро спадает около анода. Картина интенсивности потока (рис. 2 (b)) по большей части демонстрирует превосходную симметрию вращения вокруг лампы, но затеняется электродами в областях, окружающих ноль и 180 на карте, где интенсивность резко падает.В ксеноновых дуговых лампах общая мощность лампы составляет более 1000 нанометров в спектральной полосе, причем плазменная дуга и электроды составляют примерно половину общего излучения. Значительный вклад электродов обусловлен их большой площадью поверхности и высокими температурами. Большая часть излучения с более низкой длиной волны (фактически, видимый свет) исходит от плазменной дуги, тогда как электроды составляют большую часть инфракрасного излучения (более 700 нанометров). Образцы силы света и излучения, генерируемые дуговыми лампами, являются критическими элементами для инженеров при разработке оптики и стратегии охлаждения систем распределения света для приложений в оптической микроскопии.

Оптическая мощность ксеноновых (XBO) дуговых ламп

Комплект фильтров Возбуждение
Фильтр
Ширина полосы (нм)
Дихроматический
Зеркало
Отсечка (нм)
Мощность
мВт / см 2
DAPI (49) 1 365/10 395 LP 5.6
CFP (47) 1 436/25 455 LP 25,0
GFP / FITC (38) 1 470/40 495 LP 52,8
YFP (S-2427A) 2 500/24 ​​ 520 LP 35.4
TRITC (20) 1 546/12 560 LP 12,2
TRITC (S-A-OMF) 2 543/22 562 LP 31,9
Красный Техас (4040B) 2 562/40 595 LP 54.4
mCherry (64HE) 1 587/25 605 LP 27,9
Cy5 (50) 1 640/30 660 LP 22,1

1 Фильтры ZEISS 2 Фильтры Semrock
Стол 1

В таблице 1 представлены значения выходной оптической мощности типичного 75-ваттного источника света XBO после прохождения через оптическую цепь микроскопа и выбранные наборы флуоресцентных фильтров.Мощность (в милливатт / см 2 ) измерялась в фокальной плоскости объектива микроскопа (40-кратный сухой флюорит, числовая апертура = 0,85) с использованием радиометра на основе фотодиода. Для проецирования света через объектив в датчик радиометра использовалось либо зеркало с коэффициентом отражения более 95% от 350 до 800 нанометров, либо стандартный набор флуоресцентных фильтров. Потери пропускания света в системе освещения микроскопа могут варьироваться от 50 до 99 процентов входной мощности, в зависимости от механизма связи с источником света и количества фильтров, зеркал, призм и линз в оптической цепи.Например, для типичного инвертированного микроскопа исследовательского уровня, соединенного с лампой XBO на входном отверстии эпи-осветителя, менее 70 процентов света, выходящего из системы коллекторных линз, доступно для возбуждения флуорофоров, расположенных в фокусе объектива. самолет.

Ориентация ксеноновой лампы имеет решающее значение для правильной работы и долговечности. В тех лампах, которые предназначены для работы в вертикальном положении (до угла отклонения от оси до 30), анод расположен вверху, а катод - внизу, внизу лампы.Эта конфигурация осесимметрична и обеспечивает отличные характеристики дуги. Напротив, лампы, предназначенные для работы в горизонтальном положении (хотя они также могут работать и в вертикальном положении), создают дуги, требующие стабилизации, чтобы уменьшить преждевременный и ускоренный износ электродов. Горизонтальная работа лампы не обладает симметрией, присущей вертикальной работе лампы, хотя такая ориентация требуется для некоторых конструкций ламповых домиков. Стабилизация дуги в горизонтальных лампах легче всего достигается с помощью магнитов в форме стержней, установленных параллельно оси лампы непосредственно под оболочкой.Магнитное поле тянет дугу вниз, повышая стабильность, которую можно точно настроить, изменяя расстояние между магнитом и огибающей. Изменение положения лампы путем поворота на 180 градусов в период полураспада лампы позволяет осаждению испаренного электродного материала более равномерно распределяться по внутренним стенкам оболочки. Следует отметить, что разумным выбором является использование вертикальной ориентации ксеноновых ламп, когда это возможно, в конфигурациях флуоресцентной микроскопии.

Срок службы ксеноновой дуговой лампы в первую очередь определяется уменьшением светового потока, которое происходит в результате испарения вольфрама, который со временем откладывается на внутренней стенке колбы. Распад кончика катода и эффекты соляризации ультрафиолетового излучения на кварцевой оболочке также способствуют старению лампы, а также стабильности. Частые зажигания лампы ускоряют износ электродов и приводят к преждевременному почерневанию оболочки. Затемнение постепенно снижает светоотдачу и сдвигает спектральные характеристики в сторону более низкой цветовой температуры.Почернение лампы, которое увеличивает рабочую температуру оболочки из-за поглощения энергии излучаемого света, происходит медленно на ранних стадиях срока службы лампы, но быстро увеличивается на более поздних стадиях. К другим факторам, отрицательно влияющим на срок службы ксеноновой лампы, относятся перегрев, низкий ток, пульсации источника питания, неправильное положение горения, чрезмерный ток и неравномерное почернение оболочки. Средний срок службы лампы (рассчитанный производителями) основан на продолжительности горения приблизительно 30 минут для каждого случая воспламенения.Ксеноновая дуговая лампа Construction Ксеноновые дуговые лампы

изготавливаются со сферической или эллипсоидальной оболочкой из плавленого кварца, одного из немногих оптически прозрачных материалов, способных выдерживать чрезмерные тепловые нагрузки и высокое внутреннее давление, оказываемое на материалы, используемые при производстве этих ламп. Для большинства применений в оптической микроскопии кварцевый сплав, используемый в ксеноновых лампах, обычно легирован соединениями церия или диоксидом титана для поглощения ультрафиолетовых волн, которые служат для образования озона во время работы.Типичный плавленый кварц пропускает свет с длинами волн до 180 нанометров, тогда как легирование стекла ограничивает излучение лампы длинами волн выше 220 нанометров. Ксеноновые лампы, предназначенные для работы без озона, часто обозначаются кодом OFR для обозначения их класса. Подобно процессу изготовления ртутных ламп, кварц, используемый для колб ксеноновой лампы, изготавливается из высококачественных трубок, которые аккуратно формуются на токарном станке в готовую колбу с помощью методов расширения воздуха.Во время работы кожух лампы может нагреваться до температур от 500 до 700 ° C, что требует жестких производственных допусков для минимизации риска взрыва.

Анод и катод электродов в ксеноновых дуговых лампах изготавливаются из кованого вольфрама или специальных вольфрамовых сплавов, легированных оксидом тория или соединениями бария, для уменьшения работы выхода и повышения эффективности электронной эмиссии. При производстве ксеноновых дуговых ламп используются только самые чистые сорта вольфрама.Высококачественный вольфрам имеет очень низкое давление пара и гарантирует, что электроды ксеноновой лампы способны выдерживать чрезвычайно высокие температуры дуги (более 2000 C для анода), возникающие во время работы, и помогает минимизировать накопление отложений на оболочке. Из-за сложности обработки электродов из вольфрама таких сортов высокой чистоты на протяжении всего процесса требуются керамические инструменты, чтобы избежать попадания загрязняющих веществ. После изготовления катод припаивается к молибденовому стержню или пластине для поддержки, но стержень анода состоит из твердого вольфрама, поскольку он подвергается гораздо более высоким температурам из-за постоянной бомбардировки электронами, испускаемыми катодом.Оба электрода проходят ультразвуковую очистку и термообработку для удаления остатков смазки и загрязнений перед тем, как вставить их в колбу лампы.

Конструкции катодов ксеноновой лампы уделялось значительное внимание, направленное на повышение стабильности дуги во время работы. В обычных лампах с вольфрамовыми электродами, легированными торием, точка излучения дуги на катоде периодически смещается из-за локализованных изменений эмиссии электронов с поверхности, явление, известное как блуждание дуги (см. Рисунок 3 (а)).Этот артефакт, который усиливается по мере износа наконечника, приводит к кратковременным колебаниям яркости лампы, называемым вспышкой , когда дуга перемещается в новую область на катоде (рис. 3 (b)). Флаттер дуги описывает быстрое боковое смещение столба дуги конвекционными токами, возникающими при нагревании газообразного ксенона дугой и охлаждении внутренними стенками оболочки (рис. 3 (c)). Кроме того, острые концы катодов, легированных торием, имеют тенденцию изнашиваться с большей скоростью по сравнению с катодами, изготовленными из современных сплавов на основе оксидов редкоземельных металлов.Лампы с усовершенствованной катодной технологией часто называют super-quiet и продемонстрировали высокую кратковременную стабильность дуги менее половины процента, а также сниженную скорость дрейфа менее 0,05 процента за час работы. Долгосрочный анализ работы катода с высокими характеристиками показывает, что износ значительно снижается, а смещение точки дуги в течение среднего срока службы лампы практически исключается. В результате после первоначального совмещения сверхтихой ксеноновой лампы с другими элементами оптической системы микроскопа, как правило, нет необходимости повторно регулировать положение в течение всего срока службы лампы.

На этапах герметизации сборки лампы катод и анод прикрепляются к полоскам очень тонкой молибденовой ленты с помощью ступенчатого уплотнения, которое компенсирует разницу теплового расширения между кварцевой трубкой и стержнями металлических электродов. Функциональное уплотнение создается путем термического сжатия кварцевой трубки с молибденовой фольгой на токарном станке, помещенном под вакуум для предотвращения окисления. Высокие температуры сжатия позволяют расплавленному кварцу сжиматься вокруг молибденовой фольги, образуя газонепроницаемое уплотнение.После герметизации электродов в корпусе кварцевой лампы и отжига сборки для снятия деформации в оболочку загружается газообразный ксенон высокой чистоты (99,999%) под давлением 10 атмосфер через заправочную трубку, прикрепленную к колбе оболочки. Затем лампу охлаждают жидким азотом для затвердевания газообразного ксенона и снимают наполняющую трубку, чтобы полностью запечатать оболочку. После возврата к комнатной температуре готовая лампа находится под давлением, так как ксенон возвращается в газообразное состояние.

Заключительный этап процесса сборки ксеноновой лампы состоит из добавления никелированных латунных выводов, называемых наконечниками , наконечниками или основаниями к каждому концу лампы.Наконечники, которые должны выдерживать температуру до 300 ° C, служат двойной функции, действуя как электрические соединения с источником питания, а также как механическая опора для точной фиксации лампы в правильном оптическом положении внутри фонарного светильника. Многие конструкции наконечников включают гибкий подводящий провод внутри основания, который соединяется с герметизированными электродами, чтобы исключить возможность выхода лампы из строя из-за напряжения или деформации между валом электрода и латунным наконечником. Наконечники крепятся к запаянным концам кварцевого конверта с помощью угольно-графитовой ленты или термостойкого клея.Ксеноновые лампы и блоки питания

Конструкция светильников для ксеноновых дуговых ламп имеет решающее значение для долговечности и рабочих характеристик лампы. Важнейшим из конструктивных соображений является тот факт, что эти лампы работают при чрезвычайно высоком внутреннем давлении (обычно 50+ атмосфер), поэтому при выборе строительных материалов следует учитывать возможность взрыва. Поскольку дуговые лампы расширяются из-за чрезмерного нагрева, выделяемого во время работы, только один конец лампы должен быть жестко зажат в корпусе; другой конец можно закрепить гибкой металлической полосой или накрыть радиатором и привязать к соответствующему внутреннему электрическому зажиму с помощью кабеля (см. рисунок 4).Ксеноновые лампы должны иметь достаточное охлаждение, чтобы ксеноновые лампы могли работать при температуре ниже 750 ° C на поверхности оболочки и ниже 250 ° C в кабельных наконечниках. Чрезмерные температуры быстро приводят к окислению выводов электродов, ускоряют износ оболочки и повышают вероятность преждевременного выхода лампы из строя. В случае ламп малой мощности (менее 250 Вт) обычно достаточно конвекционного охлаждения в хорошо вентилируемом светильнике, но для ламп большей мощности часто требуется охлаждающий вентилятор.Высокие триггерные напряжения (от 20 до 30 киловольт), необходимые для зажигания ксеноновых ламп, требуют использования высококачественных изоляционных материалов в электрической проводке светильника, а кабель питания должен выдерживать напряжение, превышающее 30 киловольт. Кроме того, силовой кабель должен быть как можно короче, разобщен и размещен вдали от рамы микроскопа и других металлических инструментов (таких как компьютеры, контроллеры фильтров и цифровые камеры) в непосредственной близости.

Большинство высокоэффективных ксеноновых ламп имеют внутреннее отражающее зеркало, соединенное с системой линз выходного коллектора, которая производит коллимированный световой пучок высокой интенсивности. Конструкции коллекционных отражателей варьируются от простых вогнутых зеркал до сложных эллиптических, сферических, асферических и параболических геометрий, которые более эффективно организуют и направляют излучение лампы на линзу коллектора, а затем через микроскоп. Использование конического отражателя с гальваническим формованием позволяет достичь номинальной эффективности улавливания до 85 процентов, что является значительным улучшением по сравнению с обычными системами обратных отражателей, эффективность которых составляет от 10 до 20 процентов.Специализированные отражатели можно легко сконструировать с помощью простых методов трассировки лучей. Покрытия на всех зеркалах-накопителях должны быть дихроичными, чтобы пропускать инфракрасные (тепловые) волны. Ксеноновые лампы также выигрывают от наличия фильтров, блокирующих инфракрасное излучение, таких как стеклянный фильтр Schott BG38 или BG39 и / или зеркало hot или cold (в зависимости от передаваемых или отраженных длин волн), для ослабления или блокирования длин волн инфракрасного излучения и защиты образец (живые клетки) от избыточного тепла.Кроме того, твердотельные детекторы в электронных камерах, особенно в устройствах формирования изображения ПЗС, также особенно чувствительны к инфракрасному свету, который может затуманивать изображение, если соответствующие фильтры не вставлены в световой тракт.

Ксеноновые лампы

обычно имеют стандартную конфигурацию с дуговой лампой, расположенной в фокусе линзы коллектора, так что волновые фронты, выходящие из источника, собираются и грубо сколлимируются, чтобы выйти из лампы в виде параллельного пучка (Рисунок 4).Отражатель также размещается на той же оси, что и лампа и коллектор, чтобы гарантировать, что перевернутое виртуальное изображение дуги может быть создано рядом с лампой. Свет от отраженного виртуального изображения также собирается коллекторной линзой, что увеличивает мощность освещения. Вторая система линз (называемая конденсирующей линзой ), расположенная в осветителе микроскопа, необходима для фокусировки параллельных лучей, выходящих из фонаря, в задней фокальной плоскости объектива. Как правило, фокусное расстояние системы конденсирующих линз намного больше фокусного расстояния коллектора, что приводит к проецированию увеличенного изображения дуги на заднюю фокальную плоскость объектива.Конечный результат - то, что свет, выходящий из передней линзы объектива и движущийся к образцу, примерно параллелен, чтобы обеспечить равномерное освещение поля зрения. Обратите внимание, что во время юстировки лампы свет, собираемый отражателем-собирателем, не должен напрямую фокусироваться на стенках оболочки лампы (около дуги), чтобы избежать прямого нагрева колбы собственным светом излучения. Это приведет к перегреву лампы. Вместо этого расположите виртуальное изображение дуги с одной или другой стороны лампы.

Одним из основных требований к использованию ксеноновой дуговой лампы для количественной флуоресцентной микроскопии является то, что выходное излучение должно быть стабильным. Сила излучения ксеноновой лампы на выходе приблизительно пропорциональна току, протекающему через лампу. Таким образом, для обеспечения максимальной стабильности источник питания должен быть тщательно спроектирован. Источники питания дуговой лампы также должны иметь пусковое устройство для зажигания лампы. На рисунке 5 показана принципиальная схема типичного стабилизированного источника питания для ксеноновой дуговой лампы.В дополнение к питанию лампы от источника стабильного постоянного тока ( DC ), источник питания также заряжен для поддержания катода при оптимальной рабочей температуре с использованием определенного уровня тока. Схема стабилизации источника питания ксеноновой дуговой лампы, в зависимости от конструкции, может стабилизировать напряжение, ток или общую мощность (напряжение x ток). Если напряжение стабилизировано, сила тока (и яркость лампы) будет медленно уменьшаться по мере разрушения электродов. Напротив, если ток стабилизирован, лампа будет продолжать излучать на постоянном уровне до тех пор, пока электроды не достигнут критической точки износа, когда лампа не сможет зажечься.С другой стороны, поскольку для поддержания постоянного тока требуется увеличение напряжения, мощность, передаваемая на дугу, медленно увеличивается по мере износа электродов, что может привести к перегреву и возможности взрыва. В источниках питания, которые стабилизируют общий уровень мощности, светоотдача будет медленно падать вместе с током, поскольку напряжение, необходимое для поддержания дуги, увеличивается.

Когда дуговые лампы холодные (фактически, при комнатной температуре), они действуют как электрические изоляторы, и газообразный ксенон, окружающий электроды, должен быть сначала ионизирован для инициализации и образования дуги.В большинстве конструкций источников питания зажигание осуществляется с помощью всплесков высокого напряжения (от 30 до 40 киловольт) от вспомогательной цепи, которая вызывает разряд между электродами. Специализированную схему часто называют триггером или воспламенителем , потому что она прикладывает кратковременный высокочастотный импульс к ламповой нагрузке через индуктивную связь (см. Рисунок 5). После установления дуги ее необходимо поддерживать постоянным источником тока от основного источника питания, величина которого зависит от параметров лампы.Типичная лампа XBO мощностью 75 Вт работает при напряжении 15 вольт и токе от 5 до 6 ампер, но эти цифры зависят от производителя и увеличиваются с увеличением мощности лампы. Обратите внимание, что лампа XBO работает при значительно более высоком токе, чем можно было бы ожидать при относительно низком напряжении, которое определяется размером дугового промежутка, давлением ксенона и рекомендуемой рабочей температурой. Пульсации тока от источника питания должны быть сведены к минимуму, чтобы обеспечить длительный срок службы дуговых ламп. Таким образом, качество постоянного тока, используемого для питания лампы, должно быть высоким, а пульсации должны быть менее 10 процентов (размах) для ксеноновых ламп мощностью до 3000 Вт.

Специализированные ксеноновые лампы, производимые производителями послепродажного обслуживания, часто включают опции выбора длины волны и соединяют выход с оптическим волокном или жидким световодом для реле с оптической системой микроскопа для высокоэффективного освещения в выбранных областях спектра. Примеры включают Lambda LS (инструмент Саттера), который включает в себя ксеноновую лампу, холодное параболическое зеркало и источник питания в едином корпусе, который соединен с жидкостным световодом.Lambda LS может вмещать внутреннее колесо фильтра, фильтрующие вставки и второе колесо фильтра, установленное снаружи. Более продвинутое и быстрое устройство от Sutter, DG-4, может обеспечивать скорость переключения длины волны в диапазоне 1-2 миллисекунды, используя конструкцию двойного гальванометра в сочетании со стандартными интерференционными фильтрами. Свет от ксеноновой дуговой лампы фокусируется на первом гальванометре, который направляет его на интерференционный фильтр путем отражения от параболического зеркала. Отфильтрованный свет затем проходит через второе параболическое зеркало и гальванометр перед попаданием в жидкий световод.Холодное зеркало, расположенное перед световодом, предотвращает попадание инфракрасного излучения на оптическую цепь микроскопа. Другие производители также производят аналогичные осветители с ксеноновым питанием, многие из которых имеют функцию выбора длины волны и световые заслонки.

Полное руководство по расширению спектра света • Учебный центр LumiGrow

Выбор правильного спектра света для выращивания растений для вашей коммерческой деятельности может оказаться сложной задачей. Многие поставщики светодиодных светильников для выращивания растений имеют противоречивую информацию по этой теме из-за плохого маркетинга или просто отсутствия знаний в области исследований растений и освещения.

В этой статье наши эксперты по спектру света разбирают, что такое спектр света, как растения реагируют на свет и как спектр света влияет на рост растений.

Что такое спектр растущего света?

Спектр света - это диапазон длин волн, создаваемых источником света. При обсуждении светового спектра термин «свет» относится к видимым длинам волн электромагнитного спектра, которые люди могут видеть в диапазоне 380–740 нанометров (нм). Ультрафиолетовый (100–400 нм), дальний красный (700–850 нм) и инфракрасный (700–10 6 нм) длины волн называются излучением.

Нас, садоводов, больше всего интересуют длины волн, подходящие для растений. Растения обнаруживают длины волн, которые включают ультрафиолетовое излучение (260–380 нм) и видимую часть спектра (380–740 нм), включая ФАР (400–700 нм), и дальнее красное излучение (700–850 нм).

Если рассматривать спектр света для садоводства, теплицы и помещения будут отличаться. В помещениях спектр света вашего растения будет учитывать общий спектр света, который получает ваша культура.В то время как в теплице вы должны учитывать, что ваши растения получают комбинацию света для выращивания и солнечного спектра.

В любом случае, количество каждого диапазона волн, которое получает ваша культура, будет иметь значительное влияние на рост. Давайте узнаем больше о том, как это работает.

Эта диаграмма спектра растущего света показывает, как PAR совпадает со спектром видимого света.

Как растения реагируют на свет?

Растения используют свет для фотосинтеза и фотоморфогенеза. Фотосинтез - это процесс, с помощью которого растения и другие организмы преобразуют энергию света в химическую энергию.Фотоморфогенез относится к тому, как растения изменяют свой рост в ответ на световой спектр.

Одним из примеров фотоморфогенеза является растение, наклоняющееся к источнику света. Свет также влияет на стадии развития растений, такие как прорастание и цветение.

Диапазон света, который растения преимущественно используют для фотосинтеза, составляет 400–700 нм. Этот диапазон называется фотосинтетически активным излучением (ФАР) и включает красный, синий и зеленый диапазоны волн.

Фотоморфогенез происходит в более широком диапазоне от примерно 260–780 нм и включает УФ и дальнее красное излучение.

Зачем использовать световой спектр при выращивании сельскохозяйственных культур?

У растений есть фоторецепторы, которые могут вызывать различные характеристики роста при активации фотонами определенной длины волны. Таким образом, контролируя свой световой спектр, вы можете повлиять на сильные изменения в росте растений.

Характеристики роста, на которые можно повлиять с помощью спектра, перечислены ниже:

  • Плодоношение
  • Урожайность цветения
  • Скорость роста
  • Вес в свежем виде
  • Компактность
  • Развитие корней
  • Здоровье растений
  • Цвет
  • Вкус
  • Питание

Важно отметить, что активация реакции растений с помощью светового спектра является одним из компонентов более крупного процесса, и результаты в значительной степени зависят от многих факторов, таких как интенсивность света, фотопериод, среда роста, виды растений и даже разнообразие растений.

Как каждый световой спектр влияет на рост растений?

Хотя результаты зависят от других факторов, существуют общие практические правила, которым вы можете следовать при использовании светового спектра для выявления различных реакций растений.

Ниже приводится обзор того, как каждый диапазон волн используется в садоводческих целях, чтобы вы могли опробовать стратегии светового спектра в вашей среде выращивания и с выбранными вами сортами сельскохозяйственных культур.

Длины волн УФ-излучения (100–400 нм)

УФ-диапазон волн находится за пределами диапазона волн PAR и может предложить новые применения в садоводстве, которые еще не получили четкого определения.

Проще всего рассматривать УФ-излучение в том же смысле, что и его влияние на здоровье человека. Все мы знаем, что вы можете получить солнечный ожог от длительного воздействия ультрафиолета, в то время как короткое воздействие часто приводит к загару. В этом отношении растения и люди одинаково реагируют на ультрафиолетовый свет.

Как и люди, растения могут быть повреждены УФ-излучением. Растения также естественным образом выделяют защитные соединения для смягчения ультрафиолетового повреждения тканей. В ответ на УФ-излучение растения могут становиться темнее или более пурпурными.Исследования показали, что УФ-В свет может увеличить содержание эфирных масел и фенольных соединений в некоторых видах трав.

Возможности УФ-излучения включают усиление окраски и толщины листьев, а также устойчивость к стрессу окружающей среды, вредителям и грибкам. Количество УФ-излучения, необходимое для достижения этих потенциальных преимуществ, точно не определено. Кроме того, опасность, связанная с ультрафиолетом, еще не определена количественно.

Длина волны синего света (400–500 нм)

Синий свет оказывает явное влияние на рост и цветение растений.В целом синий свет может улучшить общее качество растений многих зеленолистных и декоративных культур.

Для нормального развития растений требуется минимальное количество синего света. С точки зрения стратегии регулируемого освещения спектра, если бы мы приравняли красный свет к двигателю вашего автомобиля, то синий свет был бы рулевым колесом.

В сочетании с другими диапазонами светового спектра синий свет способствует компактности растений, развитию корней и выработке вторичных метаболитов.Синий свет можно использовать в качестве регулятора роста, что может снизить потребность в химических регуляторах роста растений (PGR). Синий свет также может увеличить накопление хлорофилла и раскрытие устьиц (облегчая газообмен), что может улучшить общее состояние растений.

Одним из примеров влияния синего света на выработку вторичных метаболитов растений является то, как синие диапазоны волн способствуют выработке антоцианов в листьях и цветках. Повышенный уровень антоцианов приводит к более выраженному цвету.

Синий свет также способствует развитию других вторичных метаболических соединений, связанных с улучшением вкуса, аромата и вкуса.Например, было показано, что обработка синим светом улучшает удержание терпенов в некоторых разновидностях каннабиса.

Более высокая интенсивность синего света (> 30 мкмоль · м -2 · с -1 ) может подавлять или способствовать цветению культур, чувствительных к продолжительности светового дня. Синий свет не регулирует цветение при низкой интенсивности света (<30 мкмоль · м -2 · с -1 ), поэтому его можно безопасно применять ночью, чтобы повлиять на другие характеристики растений, перечисленные выше

Длина волны зеленого света ( 500–600 нм)

Поскольку хлорофилл не поглощает зеленый свет так же быстро, как другие длины волн, многие списали зеленый диапазон волн как менее важный для роста растений.Эта более низкая скорость поглощения хлорофилла по сравнению с синим и красным светом заставляет большинство растений казаться зелеными. В зависимости от растения листья обычно отражают 10-50% фотонов зеленого диапазона волн.

В отличие от предположений, исследования зеленого света в растениеводстве пришли к выводу, что зеленый свет важен для фотосинтеза, особенно для нижних листьев растений. Около 80% зеленого света проходит через хлоропласты, тогда как листья поглощают примерно 90% и пропускают менее 1% красного и синего света.

Так что все это значит? Когда света много, хлорофилл достигает точки насыщения и больше не может поглощать красный и синий свет. Тем не менее, зеленый свет по-прежнему может возбуждать электроны в молекулах хлорофилла, расположенных глубоко внутри листа или в хлоропластах, расположенных ниже в кроне растения. Таким образом, зеленый свет повышает эффективность фотосинтеза, потенциально повышая урожайность в условиях яркого освещения.

Кроме того, соотношение длин волн зеленого, синего и красного сигнализирует растению о положении кроны листа.Это может вызвать морфологические изменения для максимального поглощения света. Зеленый свет также играет роль в регулировании устьичной апертуры (открытие и закрытие пор растений, которые делают возможным газообмен).

Теплицы требуют меньше дополнительного зеленого света, поскольку растения получают достаточный зеленый свет от солнечной радиации. В помещении может быть больше пользы от дополнительного зеленого света, поскольку солнечного света нет.

Что такое реакция избегания тени?

В природе солнечный свет содержит почти столько же дальнего красного света (20%), сколько красного света (21%).Листья в верхней части кроны больше всего подвержены воздействию солнечного света и легко поглощают красный свет, отражая или пропуская большую часть красного света.

В результате листья, расположенные ниже в навесе, имеют меньше красного света и получают большую долю дальнего красного света. Это относительно низкое соотношение красного и дальнего красного заставляет стебли расширяться, а листья расширяться, чтобы задерживать больше солнечного света. Дополнительное светодиодное освещение может вызвать такую ​​реакцию.

Из-за растягивающейся реакции растений на дальний красный свет, гроверы, которым выгоден более компактный рост, должны осторожно добавлять дальний красный к своему режиму освещения.Обязательно учитывайте соотношение дальнего красного света к другим диапазонам волн и разнообразие культур при добавлении дальнего красного света в свой рецепт освещения.

Хотя ученые не до конца понимают, как дальний красный свет влияет на рост растений, он играет решающую роль в эффективности фотосинтеза. «Эффект Эмерсона» - это представление о том, что две фотосистемы, одна из которых наиболее чувствительна к фотонам с длиной волны 680 нм, а другая - к фотонам с длиной волны 700 нм (и дальний красный свет до 850 нм), работают вместе для оптимизации транспорта электронов и скорости фотосинтеза.Системы являются синергетическими, то есть их общий вклад в фотосинтез больше, чем сумма их индивидуальных вкладов. Дополнительные исследования могут выявить лучший способ применения дальнего красного цвета для различных типов и сортов сельскохозяйственных культур.

Как использовать световой спектр для растений?

Используя приведенные выше рекомендации, производители могут сделать разумные предположения о том, как их посевы будут реагировать при корректировке спектральных соотношений своих огней с помощью интеллектуального программного обеспечения для садового освещения.

Таким образом, мы видим, что следующие области применения светового спектра для садоводства являются общими:

  • Красный свет: Больше красного света имеет тенденцию вызывать больший рост и растяжение биомассы. Красный свет часто применяется для увеличения объема растений на ранней стадии развития или для вытягивания растений, когда желательно большее расстояние между узлами.
  • Синий свет : более высокий коэффициент синего света - мощный инструмент для улучшения качества растений. Улучшение биохимических процессов часто происходит, когда присутствует больше синего света, что приводит к лучшему питанию, цвету, развитию корней и общему качеству.Использование более высоких соотношений синего света часто означает меньшее количество PPFD для урожая, поэтому эти стратегии следует использовать стратегически и экономно.
  • Зеленый свет: Мы понимаем, что зеленый свет важен для эффективности фотосинтеза и развития растений, хотя эти процессы все еще исследуются. Добавление дополнительного зеленого света наиболее важно, когда нет солнечного света, чтобы обеспечить достаточный зеленый свет для сельскохозяйственных культур. Лучшие розовые светодиодные лампы для выращивания растений учитывают это и предлагают достаточное количество зеленого в своем розовом спектре.

    LumiGrow Research также предоставляет некоторые из последних исследований в области растений и освещения, так что вы можете применить уже проверенные стратегии светового спектра к своему коммерческому применению.

    В восторге от возможностей, но все еще не знаете, с чего начать? Свяжитесь с нами ниже, и мы будем рады помочь!

    Источники видимого света - Введение

    Видимый свет составляет лишь крошечную часть всего спектра электромагнитного излучения, но он содержит единственную область частот, на которую будут реагировать палочки и колбочки человеческого глаза.Длины волн, которые люди обычно могут визуализировать, лежат в очень узком диапазоне примерно от 400 до 700 нанометров. Люди могут наблюдать и реагировать на раздражители, создаваемые видимым светом, потому что глаза содержат специализированные нервные окончания, чувствительные к этому диапазону частот. Однако остальная часть электромагнитного спектра невидима.

    За излучение электромагнитного излучения отвечает широкий спектр источников, которые, как правило, классифицируются в соответствии с определенным спектром длин волн, генерируемых источником.Относительно длинные радиоволны производятся электрическим током, протекающим через огромные широковещательные антенны, в то время как гораздо более короткие волны видимого света производятся колебаниями энергетического состояния отрицательно заряженных электронов внутри атомов. Самая короткая форма электромагнитного излучения, гамма-волны, возникает в результате распада ядерных компонентов в центре атома. Видимый свет, который люди могут видеть (спектр показан на Рисунке 1), обычно представляет собой смесь длин волн, меняющийся состав которых зависит от источника света.

    В повседневной жизни мы подвергаемся бомбардировке огромным спектром электромагнитного излучения, только часть которого мы действительно можем «видеть» как видимый свет. Когда вы выходите на улицу, подавляющее большинство видимого людям света испускается солнцем, которое также производит множество других частот излучения, не попадающих в видимый диапазон. Внутри мы видим видимый свет, исходящий от искусственных источников, в основном люминесцентных и ламп накаливания вольфрамовых приборов.

    Ночью естественный свет излучается небесными телами, такими как луна, планеты и звезды, в дополнение к периодическому северному сиянию (северное сияние) и случайным кометам или метеорам («падающая звезда»). Другие источники естественного света включают метеорологические молнии, вулканы, лесные пожары, а также некоторые биохимические источники видимого света ( биолюминесценция, ). Биологические источники света включают знакомых молниеносных насекомых («светлячков») и более экзотическое свечение моря, включая биолюминесцентные виды бактерий, водоросли, динофлагелляты, медузы, гребневики (гребневики) и некоторые виды рыб.

    Длина волны видимого света и воспринимаемый цвет
    Зеленый Зеленый От желтого к оранжевому
    Диапазон длин волн
    (нанометры)
    Воспринимаемый цвет
    340-400 9036 Невидимый 9036 (УФ 400-430 Фиолетовый
    430-500 Синий
    500-570
    620-670 Ярко-красный
    670-750 Темно-красный

    7 Более Более Невидимый)

    Таблица 1

    Таблица 1 содержит список видимого цвета r распределение, воспринимаемое людьми для ряда узких диапазонов длин волн в спектре видимого света.Связывание определенных цветов с областью длин волн позволяет различать разные тона, оттенки и оттенки. Многие различные спектральные распределения могут вызывать идентичные цветовые ощущения (явление, известное как метамеры ). Например, ощущение желтого цвета может быть вызвано светом с одной длиной волны, например 590 нм, или может быть результатом просмотра двух равных количеств света с отдельными длинами волн, например 580 и 600 нм.Также можно рассматривать желтый цвет как узкое распределение, охватывающее все длины волн от 580 до 600 нанометров. Что касается зрительной системы человека, то тот же аргумент справедлив для всех цветов видимого спектра. Однако недавние исследования показывают, что некоторые виды (в первую очередь птицы) могут различать цвета, воспринимаемые людьми как метамеры.

    Источники света накаливания

    Ранние люди не имели надежного источника света в течение долгих ночей, но они могли иногда находить и собирать горящие дрова от лесных пожаров, а затем поддерживать пламя в костре в течение короткого периода времени. время.По мере развития знаний человек обнаружил, что искры, а затем и огонь, могут возникать при ударе определенных камней вместе (например, кремень и железный колчедан) или при агрессивном трении дерева о дерево. Как только эти техники были освоены, человек мог разводить огонь всякий раз, когда он пожелал.

    Когда горит огонь, выделяется химическая энергия в виде тепла и света. Горящее топливо, будь то трава, дерево, масло или какой-либо другой горючий материал, испускает газы, которые нагреваются огромной химической энергией, генерируемой во время горения, заставляя атомы в газе светиться или раскаленными .Электроны в атомах газа продвигаются на более высокие уровни энергии за счет тепла, и свет высвобождается в форме фотонов, когда электроны релаксируют в свое основное состояние. Цвет пламени указывает на температуру и количество выделяемой энергии. Тускло-желтое пламя намного холоднее ярко-синего пламени, но даже самое холодное пламя все равно очень горячее (не менее 350 градусов по Цельсию).

    Хотя смола и тряпки использовались для изготовления первых факелов, первый практический шаг в борьбе с огнем произошел, когда была изобретена масляная лампа.Были обнаружены первые лампы возрастом более 15 000 лет (рис. 2), сделанные из камней и ракушек, которые сжигали животный жир и растительные масла. До изобретения газового освещения животный жир пользовался огромным спросом. Основным источником этого масла был жир , полученный путем варки жировых тканей, полученных от морских животных, таких как киты и тюлени. Масляные лампы в конечном итоге превратились в свечи, которые были сформированы путем заливки затвердевшего жира или пчелиного воска, как показано на рисунке 2. Ранние свечи генерировали довольно много дыма, но не так много света.В конце концов было обнаружено, что парафиновый воск при правильном отливке с тканевым фитилем, пропитанным пропиткой, дает относительно яркое пламя без значительного количества дыма.

    В 19 веке освещение на природном газе получило широкое распространение во многих крупных городах Европы, Азии и США. Ранние газовые фонари работали, создавая струю горящего газа (довольно опасная ситуация), в то время как более поздние модели были оснащены мантией или тонкой сеткой из химически обработанной ткани, которая рассеивает пламя и излучает гораздо более яркий свет.

    Молния: естественный конденсатор

    Изучите накопление статических электрических зарядов между грозовыми облаками и влажной землей во время грозы с помощью этого учебного курса, который имитирует разряд молнии, подобный конденсатору, - один из природных источников света.

    Ранние микроскописты полагались на свечи, масляные лампы и естественный солнечный свет для освещения относительно грубых оптических систем в своих микроскопах. Эти примитивные источники света страдали от мерцания, неравномерного освещения, бликов и часто представляли потенциальную опасность возгорания.Сегодня лампы накаливания высокой интенсивности на основе вольфрама являются основным источником света, используемым в современных микроскопах и большинстве бытовых осветительных систем.

    На рисунке 3 представлены кривые спектрального распределения, демонстрирующие относительное количество энергии в зависимости от длины волны для нескольких различных источников белого света (состоящего из смеси, содержащей все или большинство цветов видимого спектра). Красная кривая представляет собой относительную энергию вольфрамового света во всем видимом спектре.Как видно из рисунка, энергия вольфрамового света увеличивается с увеличением длины волны. Этот эффект существенно влияет на среднюю цветовую температуру получаемого света, особенно по сравнению с естественным солнечным светом и флуоресцентным светом (ртутная лампа). Спектр, представленный желтой кривой, представляет собой распределение видимого света из спектра естественного солнечного света, взятого в полдень. В нормальных условиях солнечный свет содержит наибольшее количество энергии, но все кривые, показанные на рисунке 3, были нормализованы к спектру вольфрама, чтобы облегчить сравнение.Темно-синяя спектральная кривая характерна для ртутной дуговой лампы и демонстрирует некоторые заметные отличия от спектров вольфрама и естественного солнечного света. В спектре газоразрядной лампы присутствует несколько энергетических пиков, которые возникают в результате наложения отдельных линейчатых спектров, происходящих от паров ртути.

    Спектр видимого света, создаваемый белым светоизлучающим диодом ( LED ), представлен зеленой кривой на рисунке 3. Светоизлучающие диоды по своей природе монохроматические устройства, цвет которых определяется шириной запрещенной зоны между различными используемыми полупроводниковыми материалами в диодной конструкции.Красные, зеленые, желтые и синие диоды являются обычными и широко используются в качестве индикаторов для компьютеров и других устройств бытовой электроники, таких как радиотюнеры, телевизионные приемники, проигрыватели компакт-дисков, видеомагнитофоны и цифровые проигрыватели видеодисков. Светодиоды белого света изготавливаются из синих диодов из нитрида галлия путем покрытия полупроводниковой матрицы люминофором, который излучает широкий диапазон видимых длин волн при возбуждении светом, излучаемым синим диодом. Спектры лазеров, получаемые от диодов или газовых лазеров, обычно очень узкие, часто включают только одну или несколько определенных длин волн.Пример показан на рисунке 3 (голубая кривая) для слаботочного полупроводникового диодного лазера, который полезен для множества приложений, включая считывание штрих-кодов и отслеживание данных на оптических дисках.

    Вольфрамовые источники света обычно называют лампами накаливания , потому что они излучают свет при нагревании электрической энергией. Нити современных лампочек (или ламп) обычно состоят из вольфрама, металла, который в некоторой степени эффективно излучает свет при резистивном нагреве электрическим током.Современные лампы накаливания произошли от угольных дуговых ламп, изобретенных сэром Хамфри Дэви, которые излучают свет за счет разрядной дуги, образованной между двумя угольными стержнями (или электродами накаливания), когда на электроды подается электрический потенциал. В конце концов, угольные дуговые лампы уступили место первым лампам, в которых использовались углеродные нити, заключенные в вакуумированный стеклянный колпак. Вольфрамовые нити, впервые примененные в 1910 году Уильямом Дэвидом Кулиджем, испаряются намного медленнее, чем углеродные волокна, полученные из хлопка, при нагревании в вакууме стеклянной оболочки.Нить накала действует как простой резистор и излучает значительное количество света в дополнение к теплу, выделяемому током.

    Светоизлучающие диоды

    Узнайте, как два разнородных легированных полупроводника можно объединить в диод и получить свет при приложении напряжения к области соединения между материалами.

    Вольфрамовые лампы накаливания - это тепловые излучатели, которые излучают непрерывный спектр света, простирающийся от примерно 300 нанометров в ультрафиолетовой области до примерно 1400 нанометров в ближней инфракрасной области.Их конструкция, конструкция и работа очень просты, и большое количество этих ламп использовалось в качестве источников света накаливания. Типичные лампы состоят из герметичной стеклянной оболочки (см. Рисунок 4), откачанной или заполненной инертным газом, и содержащей вольфрамовую проволочную нить накаливания, питаемую либо постоянным, либо переменным током. Лампы излучают огромное количество света и тепла, но на свет приходится только 5-10 процентов их общей выходной энергии.

    Вольфрамовые лампы имеют несколько недостатков, таких как снижение интенсивности с течением времени и почернение внутренней поверхности оболочки, поскольку испаренный вольфрам медленно осаждается на стекле.Цветовая температура и яркость вольфрамовых ламп меняются в зависимости от приложенного напряжения, но средние значения цветовой температуры находятся в диапазоне примерно от 2200 K до 3400 K. Температура поверхности активной вольфрамовой нити очень высока, обычно в среднем составляет 2550 градусов Цельсия для стандартных 100 градусов. -ваттная коммерческая лампочка. В некоторых случаях оболочки вольфрамовых ламп заполнены благородными газами криптоном или ксеноном (инертный газ , заполняющий ) в качестве альтернативы созданию вакуума для защиты горячей вольфрамовой нити.Эти газы повышают эффективность ламп накаливания, поскольку они уменьшают количество испаренного вольфрама, который осаждается на внутренней части окружающего стеклянного сосуда.

    Галогенные лампы, высокоэффективная версия вольфрамовой лампы накаливания, обычно содержат следы йода или брома в заполняющем газе, которые возвращают испарившийся вольфрам в нить накала гораздо более эффективно, чем лампы, изготовленные с использованием других газов. Вольфрамово-галогенные лампы, впервые разработанные General Electric в 1950-х годах для освещения кончиков сверхзвуковых реактивных крыльев, способны производить очень однородный яркий свет на протяжении всего срока службы лампы.Кроме того, галогенные лампы намного меньше и эффективнее вольфрамовых ламп сопоставимой мощности. Срок службы вольфрамово-галогенной лампы в идеальных условиях может достигать 10 лет.

    Нити накаливания вольфрамово-галогенных ламп часто представляют собой очень компактные спиральные сборки, помещенные в оболочку из боросиликатно-галогенидного стекла (часто называемого плавленым кварцем , ). Высокие рабочие температуры ограничивают использование вольфрамово-галогенных ламп только хорошо вентилируемыми лампами с веерообразными радиаторами, которые устраняют огромное количество тепла, выделяемого этими лампами.Многие бытовые лампы оборудованы для работы с вольфрамово-галогенными лампами мощностью 300-500 Вт и излучают значительное количество света, который заполняет комнату намного лучше, чем их вольфрамовые аналоги с более слабым излучением. В сочетании с волоконно-оптическими световодами и абсорбционными или дихроматическими фильтрами вольфрамово-галогенные лампы обеспечивают освещение высокой интенсивности для широкого спектра применений в оптической микроскопии, но, как главный недостаток, выделяют значительное количество инфракрасного света в виде лучистого тепла, которое может легко разрушить образец.

    Флуоресцентные источники света

    Существует большое количество источников видимого света без накаливания, которые используются для внутреннего и наружного освещения, в дополнение к важным приложениям в оптической микроскопии. Большинство этих источников света основаны на электрическом разряде через газ, такой как ртуть, или благородные газы - неон, аргон и ксенон. Генерация видимого света в газоразрядных лампах основана на столкновениях между атомами и ионами в газе с электрическим током, который проходит между парой электродов, размещенных на концах оболочки колбы.

    Стеклянная трубка обычной люминесцентной лампы покрыта люминофором на внутренней поверхности стекла, а трубка заполнена парами ртути под очень низким давлением (см. Рисунок 5). Электрический ток подается между электродами на концах трубки, создавая поток электронов, который течет от одного электрода к другому. Когда электроны из потока сталкиваются с атомами ртути, они переводят электроны внутри атомов в более высокое энергетическое состояние. Эта энергия высвобождается в виде ультрафиолетового излучения, когда электроны в атомах ртути возвращаются в основное состояние.Ультрафиолетовое излучение впоследствии возбуждает внутреннее люминофорное покрытие, заставляя его излучать яркий белый свет, который мы наблюдаем от люминесцентных ламп. Люминесцентные лампы примерно в два-четыре раза эффективнее излучают видимый свет, производят меньше отходящего тепла и обычно служат в десять-двадцать раз дольше, чем лампы накаливания.

    Уникальной особенностью флуоресцентных источников света является то, что они генерируют серию длин волн, которые часто концентрируются в узких полосах, называемых линейными спектрами .Как следствие, эти источники не создают непрерывного спектра освещения, характерного для источников накаливания. Хорошим примером (почти исключительно) одночастотного источника видимого света без накаливания являются натриевые лампы, обычно используемые в уличном освещении. Эти лампы излучают очень интенсивный желтый свет, при этом более 95 процентов излучения состоит из 589-нанометрового света, и практически никакие другие длины волн на выходе практически отсутствуют. Можно разработать газоразрядные лампы, которые будут излучать почти непрерывный спектр в дополнение к линейчатым спектрам, присущим большинству этих ламп.Наиболее распространенный метод - покрытие внутренней поверхности трубки частицами люминофора, которые будут поглощать излучение, испускаемое светящимся газом, и преобразовывать его в широкий спектр видимого света от синего до красного.

    В нормальных условиях большинство людей не в состоянии различить разницу между линейчатым спектром и спектром непрерывных длин волн. Однако некоторые объекты отражают необычные цвета в свете прерывистого источника, особенно при флуоресцентном освещении.Вот почему одежда или другие ярко окрашенные предметы, приобретенные в магазине при освещении флуоресцентным светом, часто имеют немного другой цвет при естественном солнечном свете или постоянном вольфрамовом освещении.

    Цветовая температура

    Узнайте, как медленно нагревание виртуального излучателя черного тела смещает цветовой спектр света, излучаемого излучателем, с более длинных на более короткие средние длины волн при повышении температуры.

    В стереомикроскопии отраженного света, особенно при исследовании термочувствительных образцов, люминесцентные лампы предпочтительнее вольфрамовых ламп из-за их высокой эффективности и низкого тепловыделения.Современные люминесцентные лампы могут быть сконфигурированы для линейных ламповых или кольцевых осветителей, чтобы обеспечить микроскописта интенсивным рассеянным светом. Этот источник искусственного белого света не уступает солнечному свету (без сопутствующего тепла) по цветовой температуре и устраняет характеристики мерцания, типичные для люминесцентных ламп потребительского уровня. По сравнению с вольфрамовыми, вольфрамово-галогенными или дуговыми лампами осветители микроскопов с люминесцентными лампами могут обеспечить относительно длительные периоды (примерно 7000 часов) высококачественного обслуживания.В качестве источника рассеянного света люминесцентные лампы создают равномерно освещенное поле зрения без раздражающих горячих точек или бликов. Новейшая технология освещения с холодным катодом является многообещающей в качестве специализированного источника света в оптической микроскопии, особенно для короткоживущих событий, усиленных возбуждением флуоресценции, и для приложений, где избыточное тепло или время нагрева в источнике света могут мешать образцу или наблюдаемое событие.

    Специализированный метод фотографирования движущихся образцов, особенно полезный при освещении темнопольной микроскопии, был разработан с использованием электронных систем фотовспышки.Электронные вспышки работают за счет ионизации в заполненной ксеноновым газом стеклянной оболочке, приводимой в действие разрядом большого конденсатора. Короткоживущий высоковольтный импульс от трансформатора вызывает ионизацию газообразного ксенона, позволяя конденсатору разряжаться через проводящий теперь газ. Излучается внезапная вспышка яркого света, после чего газообразный ксенон быстро возвращается в непроводящее состояние, и конденсатор перезаряжается. Фотовспышки обеспечивают мгновенное освещение 5500 К, что позволяет уловить значительное количество деталей объекта для получения впечатляющих результатов в фотографии, цифровой обработке изображений и микрофотографии.

    Дуговые газоразрядные лампы, наполненные такими газами, как пары ртути и ксенон, являются предпочтительными источниками освещения для некоторых специализированных форм флуоресцентной микроскопии. Типичная дуговая лампа в 10-100 раз ярче, чем аналоги на основе вольфрама, и может обеспечить яркое монохроматическое освещение в сочетании со специально покрытым дихроматическим интерференционным фильтром . В отличие от вольфрамовых и вольфрамово-галогенных ламп, дуговые лампы не содержат нити накала, а, скорее, зависят от ионизации газообразного пара посредством дугового разряда высокой энергии между двумя электродами для получения интенсивного света.Обычно дуговые лампы имеют средний срок службы около 100-200 часов, и большинство внешних источников питания оснащены таймером, который позволяет микроскописту отслеживать, сколько времени прошло. Ртутные дуговые лампы (часто называемые горелками ; см. Ртутные и ксеноновые лампы, показанные на рисунке 6) имеют мощность от 50 до 200 Вт и обычно состоят из двух электродов, герметизированных под высоким давлением паров ртути в корпусе из кварцевого стекла.

    Ртутные и ксеноновые дуговые лампы не обеспечивают равномерной освещенности во всем спектре длин волн от ближнего ультрафиолетового до инфракрасного.Большая часть интенсивности ртутной дуговой лампы расходуется в ближнем ультрафиолетовом и синем спектре, причем большинство пиков высокой интенсивности приходится на диапазон 300-450 нанометров, за исключением нескольких пиков с более высокой длиной волны в зеленой области спектра. . Напротив, ксеноновые дуговые лампы имеют более широкий и более равномерный выход по интенсивности в видимом спектре и не демонстрируют пиков очень высокой спектральной интенсивности, характерных для ртутных ламп. Однако ксеноновым лампам не хватает ультрафиолета, и они расходуют большую часть своей интенсивности в инфракрасном диапазоне, что требует осторожности при контроле и устранении избыточного тепла при использовании этих ламп.

    Эра использования светодиодов в качестве практического источника освещения наступила в двадцать первом веке, и диод является идеальным дополнением к объединению полупроводниковой технологии и оптической микроскопии. Относительно низкое энергопотребление (от 1 до 3 вольт при 10-100 миллиампер) и длительный срок службы светодиодов делают эти устройства идеальными источниками света, когда требуются уровни белого света от низкой до средней. Микроскопы, подключенные к компьютерам, подключенным через порт универсальной последовательной шины ( USB ) или работающие от батарей, могут использовать светодиод в качестве небольшого, малотемпературного, маломощного и недорогого внутреннего источника света для визуального наблюдения и цифрового захват изображения.В некоторых учебных и исследовательских микроскопах начального уровня в настоящее время используется внутренний высокоинтенсивный белый светоизлучающий диод, который служит основным источником света.

    Хотя характеристики проецирования света эпоксидной оболочкой все еще исследуются, светоизлучающие диоды в настоящее время тестируются и продаются для широкого спектра применений, таких как светофоры, знаки, фонарики и внешние кольцевые осветители для микроскопии. Свет, излучаемый белыми светодиодами, имеет спектр цветовой температуры, аналогичный спектру ртутной лампы, которая относится к категории дневного освещения .Изучая спектр излучения белого светодиода, представленный на рисунке 3, пик пропускания при 460 нм обусловлен синим светом, излучаемым полупроводниковым диодом из нитрида галлия, в то время как широкий диапазон высокого пропускания, расположенный между 550 и 650 нм, является результатом вторичного света, излучаемого люминофорное покрытие внутри полимерной оболочки. Комбинация длин волн дает «белый» свет с относительно высокой цветовой температурой, который является подходящим диапазоном длин волн для визуализации и наблюдения в оптической микроскопии.

    Источники лазерного света

    Еще одним источником видимого света, который становится все более важным в нашей повседневной жизни, является лазерное освещение. Аббревиатура LASER является аббревиатурой от L ight A , усиление миссии S Timulated E от R . Одной из уникальных особенностей лазеров является то, что они излучают непрерывный луч света, состоящий из одной дискретной длины волны (или иногда нескольких длин волн), который выходит из устройства в одной выровненной фазе, обычно называемой когерентным светом .Длина волны света, излучаемого лазером, зависит от материала, из которого состоит лазерный кристалл, диод или газ. Лазеры производятся самых разных форм и размеров, от крошечных диодных лазеров, достаточно маленьких, чтобы пройти сквозь игольное ушко, до огромных военных и исследовательских инструментов, заполняющих все здание.

    Лазеры используются в качестве источников света в ряде приложений, от считывателей компакт-дисков до измерительных инструментов и хирургических инструментов. Знакомый красный свет гелий-неонового лазера (часто сокращенно He-Ne ) сканирует покупки потребителей с помощью оптических штрих-кодов, но также играет важную роль во многих системах лазерной сканирующей конфокальной микроскопии.Применение лазеров в оптической микроскопии также приобретает все большее значение, как в качестве единственного источника света, так и в сочетании с флуоресцентными и / или лампами накаливания. Несмотря на относительно высокую стоимость, лазеры находят особенно широкое применение во флуоресценции, монохроматическом светлом поле и в быстрорастущих областях конфокального лазерного сканирования, полного внутреннего отражения, резонансного переноса энергии флуоресценции и многофотонной микроскопии.

    Газовые аргонно-ионные лазеры

    Изучите, как газоразрядная трубка аргон-ионного лазера работает с ионизированным газом, генерируя непрерывную волну световой энергии через выходное зеркало.В учебном пособии показано медленное накопление световой энергии внутри трубки до установления устойчивого состояния лазерного разряда.

    Лазеры на ионах аргона (рис. 8) производят мощное спектральное излучение на 488 и 514 нм, тогда как газовые лазеры на криптоне демонстрируют большие пики на длинах волн 647,1 и 752,5 нм. Оба этих лазера часто используются в качестве источников возбуждения в лазерной сканирующей конфокальной микроскопии. Импульсные лазеры с синхронизацией мод на легированном титаном сапфировом кристалле используются в качестве источников для многофотонного возбуждения из-за их высокой пиковой интенсивности, но они также обладают низкой средней мощностью и короткими рабочими циклами.В качестве предпочтительных источников света для многофотонной микроскопии импульсные лазеры значительно дороже и сложнее в эксплуатации, чем небольшие лазеры с воздушным охлаждением, используемые в конфокальной микроскопии.

    В новой лазерной технологии используются лазерные диоды на основе полупроводников и отдельные лазеры на кристалле, которые уменьшают размер и требования к мощности для источников света. Лазерные диоды, такие как неодим: фторид иттрия-лития (Nd: YLF) и неодим: ванадат иттрия (Nd: YVO (4)), обычно намного быстрее реагируют, чем светодиоды, но также относительно малы и потребляют мало энергии.К недостаткам использования лазеров в микроскопии относятся дополнительные затраты на источник света, риск дорогостоящего повреждения оптики, увеличение затрат, связанных с покрытием линз и зеркал, разрушение образцов и возможное повреждение сетчатки глаза микроскописта, если не соблюдаются безопасные методы обращения и работы .

    Из этого обсуждения очевидно, что, хотя существует большое количество доступных источников освещения, в повседневной жизни мы обычно полагаемся только на некоторые из них.В дневное время солнце служит нашим основным источником освещения на открытом воздухе, в то время как в помещении и в вечерние часы мы обычно полагаемся на флуоресцентное и вольфрамовое освещение. Как обсуждалось выше, все эти три основных источника освещения имеют разные свойства и спектральные характеристики, но их максимальная интенсивность попадает в диапазон видимого света. Человеческий мозг автоматически приспосабливается к различным источникам света, и мы интерпретируем цвета большинства объектов вокруг нас как почти не меняющиеся, когда они рассматриваются в различных условиях освещения.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *