Netradiční světelné zdroje

Transkript

1 Ing. Jiří Kubín, Ph.D. TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI Fakulta mechatroniky, informatiky a mezioborových studií Tento materiál vznikl v rámci projektu ESF CZ.1.07/2.2.00/ , který je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR

2 Mezi netradiční zdroje patří: Led diody Laser Indukční výbojky Radioluminiscenční zdroje

3 Světlo emitující diody elektroluminiscenční diody LED (Light Emiting Diode) považováno za nejperspektivnější světelný zdroj

4 Princip činnosti prvek, který generuje světelné záření při průchodu proudu polovodičovým přechodem v propustném směru při spojení elektronu s iontem se uvolňuje určité kvantum energie, které se může vyzářit mimo krystal, nebo může být absorbováno v mříži krystalu => zvýšení teploty přechodu záření je vždy omezeno na velmi úzké spektrum => monochromatické záření

5 Princip činnosti barva diody závisí na kombinaci materiálu přechodu např. GaAs s kombinací s P dá GaAsP a při vytvoření přechodu z tohoto materiálu se získá LED s červeným zářením

6 Základní vlastnosti LED diod teoretické maximum měrného výkonu je 220 lm/w běžné je lm/w R a > 90 při teplotě chromatičnosti 4000 K předpoklad je dosáhnout 150 lm/w a životnosti h

7 Závislost světelného toku na teplotě

8 Získání bílého světla aditivním smíšením tří základních barev použití u zobrazovacích panelů řízením jasu jednotlivých složek se ovlivňuje barevný tón použije se čip modré a ještě uvnitř pouzdra se opatří vrstvou aktivní hmoty (speciální luminofory) část modrého záření se převede do oblastí jiných vlnových délek (hl. žluté) směsí modré a žluté vznikne téměř bílý barevný tón vyzařovaného světla

9 Získání bílého světla

10 Výhody a nevýhody LED diod vyzařovaný světelný tok je usměrněn v pouzdře do určitého prostorového úhlu (120 ) možno vytvářet svítidla s libovolně tvarovanými plochami Pro dosažení požadovaného výkonu je potřeba diody sdružovat do celků nelze soustředit velký výkon koncentrovaný do malého objemu

11 Indukční výbojky nízkotlaké výbojové zdroje Princip: využívá se elektromagnetické indukce k vysokofrekvenčnímu buzení výboje v bezelektrodovém prostoru baňky

12 Konstrukční uspořádání IV baňka je naplněna inertním plynem a parami kovů (např. amalgám india a vizmutu) vnitřní povrch baňky je opatřen luminoforem (na bázi vzácných zemin), převádí vzniklé UV záření do oblasti viditelného spektra

13 Funkční princip střídavý proud protékající primárním vinutím budicí cívky indukuje střídavé magnetické pole uvnitř a vně feritového jádra cívky toto střídavé mag. pole indukuje proud v sekundárním vinutím, které je představováno parami rtuti uvnitř bezelektrodového výbojového prostoru baňky indukovaný sekundární proud protéká parami kovů a rozkmitává volné elektrony ty se srážení s atomy kovů a vybuzují je vybuzené atomy se vracejí na své původní hladiny a přitom se emituje UV záření, které je pomocí luminoforu transformuje na záření viditelné

14 Základní vlastnosti IV Vlivem bezelektrodové konstrukce extrémně dlouhý život ( h) velmi dobrá stabilita světelného toku během provozu => snižují se náklady na údržbu osv. soustavy teplotní stabilita světelného toku v širokém teplotním rozsahu nutné filtry pro potlačení zpětných nepříznivých vf vlivů na napájecí síť

15 Základní parametry IV měrný výkon 65 až 70 lm/w Ra 80 doba náběhu 0,5 s pracovní frekvence 2,65 MHz teplota chromatičnosti 4000 K

16 Kvantové generátory světla (lasery) zesilovače monochromatického velmi intenzivního svazku světelných paprsků pracují na principu stimulované (indukované) emise

17 Princip činnosti laseru foton dopadlý na předem vybuzený atom aktivní látky si vynutí (aniž by sám byl pohlcen) přechod elektronu z energeticky vyšší hladiny na energeticky nižší hladinu a vyzáření dalšího fotonu se stejným kmitočtem a fází jako má původní foton v aktivní látce musí být předem dosaženo většího obsazení vyšších energetických hladin aktivní látka se umisťuje v rezonátoru, v němž je záření vzniklé stimulovanou emisí zesilováno

18 Základní vlastnosti laseru s krystalem rubínu (aktivovaný ionty chrómu) vybuzený xenonovou výbojkou napájenou z baterie kondenzátorů záření lze soustředit pomocí čoček a zrcadel na velmi malé plochy a získat tak účinné zdroje tepla pro tavení, sváření nebo vrtání laser s energií 10 J s délkou impulzu 10-3 a s rubínem o průměru 6 mm dosahuje hustoty zářivého toku asi 350 MW/m 2

19 Použití laserů v lékařství (chirurgie oka či zhoubných nádorů, stomatologie, v diagnostice apod.) v měřicí technice (měření vzdáleností, rychlostí, optická interferometrie, laserová spetroskopie)

20 Radioluminiscenční zdroje jsou založeny na využití radioaktivního záření k buzení vhodných luminoforů k buzení se používají zářiče β nejvýhodnější jsou plynné izotopy (tritium H3 a krypton Kr85 s poločasy rozpadu 12,3 roku a 10,6 roku) při náhodném rozbití zdroje se rozptýlí

21 Vlastnosti izotopu musí mít dlouhý poločas rozpadu nesmí být chemicky aktivní nesmí být jedovatý jeho záření nesmí ničit luminofor a být nebezpečný pro obsluhu

22 Vlastnosti radioluminiscenčních zdrojů měrné výkony jsou zatím malé a jasy nízké (6 7 cd.m -2 mají dlouhou životnost a nezávislost na napájecím zdroji

23 Použití radioluminiscenčních zdrojů signální světla na nepřístupných místech (námořní a říční bóje, sklady vznětlivých resp. výbušných materiálů, světelné nápisy atd.)

24 S mohutným rozvojem netradičních zdrojů a s osvojením si jejich výroby stávají se netradiční zdroje zdroji tradičními (Led diody, lasery) Naopak řada tradičních zdrojů se stává překonaná, protože mají řadu nevýhod a stávají se z nich zdroje netradiční (žárovka, některé typy výbojek