,
, ....
-монохроматические потоки випромінювання окремих ліній.
Колір випромінювання і характер спектра залежать від складу газу або пари, що наповнює джерело світла, і умов розряду. Підбираючи відповідні газ і умови розряду, отримують випромінювання в будь-якій частині спектра.
Газорозрядні лампи можуть бути безперервного або імпульсного горіння. У газорозрядних лампах безперервного горіння використовують переважно тліючий і дугового розряди.
Для тліючого розряду характерні малий тиск газу або парів металу, що заповнюють розрядний проміжок, і мала щільність струму на електродах лампи. Лампи тліючого розряду мають, як правило, форму довгих трубок. Внаслідок малих щільності струму інтенсивність випромінювання таких джерел порівняно невелика.
Дугового розряд відбувається при великій щільності струму. Цей вид розряду найбільш широко використовується в газорозрядних лампах, оскільки з його допомогою вдається створити джерела світла великої яскравості при порівняно низьких робочих напругах.
Імпульсні газорозрядні лампи використовують для створення як окремих, але потужних імпульсів, так і частих, але менш потужних. Загальна тривалість спалаху імпульсних ламп становить короткий проміжок часу. У зв'язку з цим, незважаючи на велику силу світла в імпульсі сумарна потужність імпульсів досить мала.
Під люмінесценцією розуміють здатність ряду речовин випромінювати енергію, накопичену в межах атома при переході електронів з вищих енергетичних рівнів на нижчі. Залежно від того, за рахунок якої енергії відбувається збудження атома, розрізняють фотолюмінесценцію, хемілюмінесценцію, катодолюмінесценцію і т.д.
Падаючий на речовину світло частково відбивається, а частково поглинається. Енергія поглинається світла в більшості випадків викликає лише нагрівання тел. Однак деякі тіла самі починають світитися безпосередньо під дією падаючого на нього випромінювання. Це і є фотолюмінісценція. Світло збуджує атоми речовини. Випромінюється при фотолюмінесценції світло має, як правило, більшу довжину хвилі, ніж світло, збудливий світіння. Найчастіше фотолюмінісценція використовується в лампах денного світла.
Явище фотолюмінесценції знайшло широке застосування при створенні джерел випромінювання. Сутність фотолюмінесценції складається в фото порушенні люмінофора - речовини з дефектами кристалічної решітки. Воно здатне світити як в процесі збудження, так і після - фотонами поглиненого УФ-випромінювання оптичної частини спектра.
Люмінесценція і, зокрема, фотолюмінісценція використовуються в джерелах світла, в яких УФ-промені за допомогою люмінофора перетворюються в випромінювання видимої зони спектра. Найчастіше фотолюмінісценція використовується в лампах денного світла.
Причому основну частину променевого потоку такого джерела складають випромінювання саме люмінофора.
При деяких хімічних реакціях, що йдуть з виділенням енергії, частина цієї енергії безпосередньо витрачається на випромінювання світла. Джерело світла залишається холодним. Це явище називається хемілюмінесценції. Влітку в лісі можна вночі побачити комаха світлячка. На тілі у нього "горить" маленький зелений "ліхтарик". Світиться цятка на його спинці має майже ту ж температуру, що і навколишнє повітря. Властивістю світитися володіють і інші живі організми: бактерії, комахи, багато риби, що живуть на великій глибині. Часто світяться в темряві шматочки гниючого дерева.
Створені на основі цього явища люмінесцентні джерела (лампи) представляють собою скляну трубку з відкачано повітря, всередині якої знаходяться невелика кількість ртуті і мала доза інертного газу.
Люмінесцентні лампи - другий в світі за поширеністю джерело світла, а в Японії вони займають навіть перше місце, обігнавши лампи розжарювання. Щорічно в світі виробляється більше одного мільярда люмінесцентних ламп Люмінесцентна лампа - це типовий розрядний джерело світла низького тиску, в якому розряд відбувається в суміші парів ртуті та інертного газу, найчастіше - аргону.
Рис.7. Спектр випромінювання люмінесцентної лампи
Термін служби звичайних люмінесцентних ламп визначається двома факторами: спадом світлового потоку за рахунок "отруєння" люмінофора атомами ртуті і продуктами розпилення електродів і втратою емісійної здатності електродів через повної витрати активирующего покриття. Існують лампи з захисною плівкою на люмінофорі, значно зменшила спад світлового потоку, і термін служби ламп нового покоління (Т5) визначається, в основному, вже тільки емісійною здатністю електродів. Тому створення ламп без електродів - це реальний шлях підвищення терміну служби люмінесцентних ламп.
Порошкоподібні люмінофори наносять на внутрішню поверхню трубки у вигляді тонкого рівномірного шару. Утворений при включенні електричний заряд в парах ртуті дає лінійчатий спектр, велика частина якого випромінюється в УФ-зоні на довжині хвилі 254 нм. Це короткохвильове випромінювання ртуті збуджує видиме світіння люмінесцентного покриття усередині трубки. Залежно від співвідношення люмінофорів в суміші люмінесцентна лампа дає світіння блакитного, жовтуватого або білого кольору. Крім випромінювання люмінесцентного покриття в світлі люмінесцентної лампи присутні і лінії ртутного спектра, що проникають крізь шар люмінофора рис.7).
Лазер - прилад, який є генератором вимушеного, когерентного в часі і просторі випромінювання.
Пристрій лазерів грунтується на управлінні енергетичним станом атомів і молекул речовини, з якого вони виготовлені. У розглянутих раніше теплових джерел випромінювання світла також пов'язано з переходом атомів з одного стану в інший. Однак ці переходи в теплових джерелах випромінювання хаотичні в часі, і тому що випромінюються ними світлові хвилі одночасно знаходяться в різних фазах. У лазерах процес випромінювання у всіх атомів відбувається одночасно. Тому світлові хвилі в випромінюванні лазерів абсолютно когерентні, тобто в одній і тій же фазі.
Якщо створити систему порушених активних атомів (лазерну активне середовище) і пропустити через неї випромінювання, то можливе посилення цього випромінювання. Таке посилення оптичного випромінювання, засноване на використанні вимушеного випромінювання, називається лазерним посиленням.
Для того щоб лазер-підсилювач перетворити в лазер-генератор випромінювання, вводять позитивний зворотний зв'язок. В якості ланки позитивного зворотного зв'язку використовують оптичні резонатори. Вони складаються з двох напівпрозорих дзеркал і забезпечують багаторазове проходження хвилі випромінювання через активну речовину. У загальному випадку оптичний резонатор - це система відображають, заломлюючих і інших оптичних елементів в просторі, між якими можуть порушуватися хвилі оптичного випромінювання.
Спрощену структурну схему лазера можна представити у вигляді наступних основних елементів (рис.8).
1. Джерело енергії, що забезпечує створення енергії накачування. Під накачуванням лазера мається на увазі процес збудження речовини, що приводить до виникнення лазерної активного середовища. Залежно від виду енергії, що підводиться розрізняють оптичну, електричну, електронну, хімічну накачування.
Рис.8. Спрощена структурна схема лазера
2. Випромінювач лазера, що перетворює енергію накачування в лазерне випромінювання і містить один або кілька активних елементів:
а) систему накачування - ряд елементів, призначених для перетворення енергії і передачі її від джерела енергії до лазерному активному елементу;
б) лазерний активний елемент, що містить речовину, в якому створюється активне середовище в процесі накачування;
в) оптичний резонатор.
Структурна схема лазера зазвичай буває доповнена ще низкою елементів, які забезпечують працездатність лазера або службовців для управління лазерним випромінюванням.
За типом активного елементу лазери підрозділяються на напівпровідникові, газові, твердотільні і рідинні. За характером світіння лазери діляться на імпульсні і безперервного світіння. Для поліграфії найбільший інтерес представляють газові і твердотільні лазери.
Існуючі газові лазери забезпечують генерацію в широкому діапазоні, з ультрафіолетового до далекої інфрачервоної області спектра. Активним середовищем газових лазерів є утворюється при виникненні електричного заряду газорозрядна плазма. Використовуються два типи розрядів: дугового - сильний високотемпературний розряд з високим ступенем іонізації плазми; тліючий - низькотемпературний, з низьким ступенем іонізації плазми.
Найбільш поширеним типом газоразрядного лазера є гелій-неоновий, що працює на тліючому розряді. Під дією розряду відбувається збудження атомів гелію, які при зіткненні передають енергію атомам неону, що має точно такі ж рівні збудження.
Твердотільні лазери відрізняються від газових принципово тільки характером накачування. В якості активного середовища використовується кристалічний або аморфний діелектрик, що має центри люмінесценції.
Світлотехніка - область науки і техніки, предметом якої є дослідження принципів і розробка способів генерування, просторового перерозподілу і вимірювання характеристик оптичного випромінювання, а також перетворення його енергії в інші види енергії і використання в різних цілях. Світлотехніка включає в себе також конструкторську і технологічну розробку джерел випромінювання і систем управління ними, освітлювальних, опромінювальних і світлосигнальних приладів, пристроїв і установок, нормування, проектування, монтаж та експлуатацію світлотехнічних установок.
Джерела світла, випромінювачі електромагнітної енергії у видимій (або оптичної, тобто не тільки видимої, але і ультрафіолетового й інфрачервоного) області спектра.
В кінці 19 ст. з'явилися перші практично придатні електричні джерела світла. в створення яких великий внесок внесли російські вчені П.М. Яблочков, В.Н. Чиколев, А.Н. Лодигін і ін. З початку 20 ст. електрична лампа розжарювання завдяки економічності, гігієнічності та зручності в експлуатації починає швидко і повсюдно витісняти джерела світла, засновані на спалюванні. Сучасна електрична лампа розжарювання - теплове джерело світла, в якому випромінювання створюється спіраллю з вольфрамової дроту, розжареної до високої температури (близько 3000 К) проходять через неї електричним струмом. Лампи розжарювання - найбільш масові.