九、灿烂的明天

白炽灯还有潜力

新灯固然很好，那么老灯是否都不中用了呢？至少在不远的将来，还看不出有哪一类灯会被另一类灯淘汰掉。

新灯是在老灯的基础上发展起来的。我们的眼睛要往远处看，工作要从近处做。不少老灯还有顽强的生命力。缺点需要克服，这就需要我们去探索研究，去改进提高，去帮助它们恢复青春。

白炽灯可算是电光源里的“老前辈”了，难道还有在它身上打主意的必要吗？

是的。不光要看到白炽灯的不足，也要看到它的长处：成本低，用不着附属设备，随开随关，使用方便……这不都是它的优点吗？如果它能克服寿命短、光效低、耗电多的短处，那还真是一种挺不错的灯哩！

很多电光源工作者致力于延长普通白炽灯的寿命，已经取得了一些成效，办法是使灯丝更加结实耐用。

有人改进了白炽灯灯丝的热处理工艺，使灯丝富有弹性，不易脆断，把断丝现象减少到原来的十分之一至二十分之一。

有人在制备钨丝的过程中，加入一定量的诸如钛、锆之类的添加剂，结果显著降低钨在高温下的蒸发率，钨丝的形态和性能保持良好，灯泡的寿命自然也就延长了。

还有一些人在为提高白炽灯的发光效率而斗争。

要提高光效,就得提高灯丝的工作温度，这就要求选用熔点比钨更高的材料。

比如，有人正在研究用半导体材料作白炽灯的灯丝，一旦成功，有可能提高光效好几倍。

如果能够找到一种可耐六千度高温的灯丝材料，白炽灯的发光效率将增加到比现在的荧光灯还高。

普通白炽灯已经是百岁“老人”了，特殊白炽灯——卤钨灯还是刚满二十岁的“青年”。为了延长卤钨灯的工作寿命，人们选用多种物质往泡壳里填充，想给点着的钨丝创造一种更理想的工作环境。

有人把四碘化二磷充入灯内，灯的寿命提高到普通白炽灯的两倍。

有人改变溴钨灯里的充气成份，灯的工作时间由三千三百小时延长到六千小时。

还有人把钾、钠、铷、锂、钙、铟、铊等金属的卤化物充进灯里，制成了一类特殊的卤钨灯。它们点燃以后，不只是灯丝发光，金属卤化物的金属蒸气也发光，结果是光效很高，寿命延长到两千小时以上。

各种白炽灯都有一个致命伤——靠白炽发光。发热越多，光效越低，电能利用越差。

热就是红外线，这部分红外线不能想法利用吗？

有人已经开始这么做了。他们正在研究一种荧光:粉，可以把红外线“改造”成为可见光。还有一些人设:想利用一种特制的涂层，它能让可见光通过，而把红外线反射回去加热灯丝，从而达到节约电能的目的。

当然罗，如果我们能够找到一种新型的灯丝材料，它只是发出可见光，而不会或很少发出红外线，那就更好了，发光效率可以成倍甚至十倍地增长。

你看，谁说白炽灯没有前途呢？在可以预见的来来，它们还大有潜力可挖哩！

荧光灯的变革

低压和高压荧光灯在目前已经相当普及了。每到夜晚，在万家灯火中，有相当大的一部分是荧光灯发出的温柔可爱的白光。

不过，荧光灯发出白光可完全是荧光粉的功劳。四十年前没有荧光粉的时候，高、低压汞灯干脆是不能用来照明的。后来有了几种荧光粉，光色还是不够理想。直到现在，改进荧光灯的显色性能，仍然是很多人正在研究的课题。

在十九世纪末，人们就发现，自然界里绝大多数的彩色光都可以由红、绿、蓝三种色光合成，这叫做三基色原理。近年来，人们根据这个原理，研制成了由红、绿、蓝三种荧光粉按一定比例配合而成的三基色荧光粉，用它涂在灯管内，不仅显色性良好，而且光效也更高，已经引起许多国家的注意和重视。

简化荧光灯的附属设备，是改进荧光灯的又一个重要内容。有了镇流器等附属设备，复杂和笨重不算，还增加了故障多、价格高、发光效率低等毛病——这些都是很讨厌的。

近来用半导体作荧光灯的启动元件，不仅比原来的镇流器效率高，而且重暈轻，体积小。携带式的晶体管荧光灯,早已在为野外勘探、巡回医疗和边防值勤等流动性工作服务了。

当然，我们的最终目标还是要实现荧光灯的无镇流器化，也就是干脆把镇流器去掉。这样的灯，现在也已经试制成功。

荧光灯是气体放电灯里的“老资格”。不过，关于延长荧光灯寿命问题的研究至今仍然十分活跃；人们都希望它能获得更强大的生命力。

延长荧光灯的寿命有很多途径：

可以从改善涂敷在电极上的电子粉下手，也可以走研制新的吸气剂的道路。事实证明，用锆铝合金作吸气剂，放到荧光灯里，消除灯管里的有害残余气体，可以使荧光灯的寿命延长一倍以上。

最近两年来，富有革新精神的电光源工作者又对荧光灯做了一次大手术:革去了荧光灯的两个电极，制成了高频无极放电灯。

无极电灯的模样完全变了，不呈管状，却像一只白炽灯泡泡壳内壁也涂敷荧光粉。它的耗电量比一般白炽灯少百分之七十，能够连续点燃十年而不烧毁，寿命远远超过了一般的灯泡，所以人们又管它叫“长寿灯泡”。长寿灯泡采用固体电子元件，代替一般荧光灯的启动器和镇流器。灯泡的底部结构是一个晶体管线路，给位于灯泡中心的电磁线圈供电。这就是说，这种没有灯丝电极的灯泡，是由泡壳、荧光粉层、高频电子组件和磁性线圈等四部分组成的。

放电管里没有电极，电子怎样在灯管里流动呢？

你已经知道了一般气体放电发光的道理：由阴极发射电子，电子与气体原子碰撞，使气体原子失去电子而电离，电离产生的大量电子继续向阳极流动，一直打到阳极上。在这个过程里，气体原子因受激发而发出光来。

如果电源是交流电，那么电灯两极的极性就会交智地变化，忽儿这头是阳极，忽儿这头是阴极。电子运动的方向也跟着不断地交替变化:忽儿奔向这一头，忽儿跑往那一端。

要是给灯的两端加上频率非常高的交流电又怎么样呢？这时，情况完全变了：阴极发射出来的电子还没有来得及跑到阳极，极性就已经改变，电子于是马上往回跑，结果就在两极之间来回振荡;来回振荡的电子碰撞气体原子，使气体原子电离和发光。这叫做高频无极放电——电极发射和接收电子的功能已经被取消。

长寿灯泡里的电磁线圈就是一个高频线圈，通电后能产生高频磁场。正是在高频磁场的作用下，气体原子发生无极放电，长寿灯泡就亮了。

长寿灯泡的寿命在理论上是无限长；只要灯泡不打破，它就不会坏。但是，实际上仍然有限制，比如荧光粉就存在着一个老化的问题，所以这种灯泡还不能真正做到“长生不老”。

荧光灯需要继续改革，以便在照明领域里发挥更大的作用。未来的荧光灯一定会更加先进，像白炽灯样小巧，光效更高，光色甚至比太阳光还要好哩！

让新灯更添异彩

六十年代诞生的钠灯可算是一种新灯了。它与汞灯是“兄弟”，发光原理一致，经常被人们放在一起比较和评论。

大功率的钠灯使用已经越来越普遍，今后倒是应该缩小它们的功率，简化附属设备，扩大式样品种，使它们的应用范围更加广泛。

国外已经研制成了从七十瓦到四百瓦的各种小功率高压钠灯。七十瓦的高压钠灯不仅可用于公路照明>而且可用于室内照明；用它代替一百瓦的汞灯，功率消耗降低百分之二十四，光输出增加百分之六十，寿命长达一万一千小时。

高压钠灯的一个主要弱点是光色金黄，显色性比较差。今后它很可能朝两个方向发展：一个是充分发挥它光效高的长处，为我们提供光效更高的光源，生产高强度放电灯;一个是宁可降低一点效率，着重改进它的光色，使它的用途更加多样。比方说，如果它的显色性能得到改进，那就可以用在探照灯中代替卤钨灯。

近来有人试制成功一种钪钠灯。钠灯里加进一点钪，增添了蓝紫色光的成份，金黄色光和蓝紫色光混合在一起，可以得到显色性更好的白光。

金属卤化物灯是年纪最轻的灯，优点很多，但是亟需“延年益寿”。

办法是抓住薄弱环节，从改进电极入手。

你看，这就是金属卤化物灯的电极:电极的根部和尖端温度不一样，存在着温度差，结果就形成了灯内的卤素循环：电极根部的游离卤素与作为电极的金属材料之间发生化学反应，生成卤化物，这种卤化物在电极尖端的高温区域分解，重新成为游离卤素和金属元素;金属元素沉积到电极尖端上，游离卤素却回到了电极根部，继续和电极金属作用，再次向电极的根部进攻。

这是什么意思呢？这就是说，卤素在这里又充当了“运输大队长”的角色，它不断地把作为电极的金属材料一点一点地由根部运到尖端。这样循环不息，电极的尖端越来越粗，而根部却越来越细，最后卤素把电极“咬断”，灯的寿命也就结束。卤素循环在卤钨灯里保护了灯丝，在这里却成了金属卤化物灯电极的“摧残者”。

应该制止卤素循环的破坏和捣乱。

有人这样做了。他们把电极材料改用熔点在二千二百度以上的高熔点合金制做，比如用碳化钽棒作电极，用钼箔封接，这样的电极就能抵抗卤素的侵蚀。一般的卤化物灯只能点燃一、二千小时,用新材料做电极的金属卤化物灯，可以点亮六千小时以上。

还有一些人走的是另一条道路，他们设法改变金属卤化物灯里的工作环境。

有人往金属卤化物灯里充进适当数量的锡，锡能消除灯在点燃过程中产生的游离状态的碘，这样就使灯的寿命一下子提高到两万小时。

光效高和显色性好是金属卤化物灯的长处，它在这方面本来已经名列前茅。不过，事物的发展永无止境，百尺竿头，还需更迸一步。

有人给某些金属卤化物灯充进氩气和碘化硅，并在管壁涂上一层荧光粉。灯点燃以后，不只是金属蒸气发光，荧光粉在紫外线的照射下也发光。这样一来，光效比过去提高了百分之十到三十五，显色性也比过去更好了。

人类的劳动和智慧帮助老灯克服缺点，同时也使新灯更添异彩。将来的灯不仅又亮、又悦目、寿命又长，而且一定不会是室内摆设的一种累赘，而将成为美化我们生活的一种发光工艺品！

熠熠生辉的发光板

讲到新灯，应该向少年朋友介绍一位初生的场致发光灯。

在我国首都北京举行的第一次亚非乒乓球友好邀请赛的竞赛场地上，有一个发光的记分器引人注目，裁判员只要按动电钮，明亮而又清晰的绿色比分，就会呈现在观众的面前。

记分器为什么能发光？是用了一种新式的灯吗？

对了，新灯的名字叫场致发光灯。

现在我们比较熟悉的电光源可以分成两大类——白炽(热辐射)灯和气体放电灯。场致发光灯是第三类电光源。

场致发光又可以分成两种：本征场致发光和注入式场致发光。

说起来，本征场致发光早在一九三六年就已被发现了。办法很简单，把发光粉均匀地分布在绝缘介质里，在交变电场的作用下，就会出现连续的发光。

与众不同，本征场致发光灯呈板状，与其把它叫做灯，不如称作“发光板”更确切。发光板的主体部分是两块薄板状的电极：一块是透明的，用电导玻璃制成，表面牢固地喷上一层氯化物；另一块是不透明的，但是有良好的反光性能，一般用很薄的表面镀有一层铝的钢片制做。两块薄板电极之间夹着发光粉和电介质的混合物：发光粉主要是纯度很高的硫化锌，加进一点铜、银或锰作激活剂，按一定的比例拌匀，在高温下焙烧而成，电介质又起胶粘剂的作用，常用的是某些合成树脂。

通电以后，灯的两极有了适当的电压，发光粉就会在电场的作用下熠熠生辉。

你可能很关心发光粉发光的颜色9那个记分器发出的光不是绿色的吗？绿色光怎么用来照明呢？

不要紧，只要改变发光粉的配比和使用不同的激活剂，就可以得到-系列从红到蓝的不同色彩的光。

本征场致发光灯的寿命长，耗电少，发光结构简

单，使用可靠方便,形状大小随便，这些都是它的长处。虽然由于亮度较小，目前还不能用作普通照明，但却是一种很好的显示光源。

仪器仪表和黑夜障碍物的指示，道路、桥梁、隧道的标志，地下室、电影院以至飞机、轮船、火车内部设施的夜间照明，都可以由亮度均匀清晰的本征场致发光灯来承担。发光板与别的一些元件相结合，还可以做成成像加强器，把弱光增强几百倍甚至上千倍。利用直接扫描场致发光，研制大屏幕电视或者雷达的定位显示屏，看来很有发展前途。

为什么本征场致发光灯的亮度就是那么小呢？多给点电不就亮了吗？

场致发光灯的亮度是随着所加电压的增加而增加的，但是增加到一定程度，亮度就不再提高了。在电压一定的情况下，灯的亮度又随频率的升高而增强，但有一个最高值，超过此值，亮度反而下降。总而言之，工作电压和频率过高，灯的亮度反而由亮变暗，甚至会在短时间内击穿电极，把灯损坏。

难怪本征场致发光灯常在低亮度或中亮度的情况下工作，发光效率不高，与普通白炽灯差不多。

这问题能不能解决呢？相信是能够解决的，不过需要时间，需要耐心和毅力去探索。

再说注入式的场致发光灯，它实际上就是一种发光二极管。

注入式场致发光灯的资格很老。五十五年前，有人在研究碳化硅晶体时，就发现它在外电场的作用下能够发光。经过多年的探索研究，才制成了这种“半导体灯”。

采用的半导体材料不同，发光的颜色也不一样:磷砷化镓发红光，碳化硅发蓝光，磷化镓能发红光黄光或绿光，等等。

半导体灯的用电很省，加上很低的电压就能发光，而亮度却相当高。有一种发光面直径等于零点四毫米的灯，在五毫安微弱的电流下，可以得到每平方米三百烛光的亮度。

需要的电流强度这么小，在一些特定的场合下可以通过电话线供电，这就使半导体灯很适合于在电池寿命十分重要的轻便设备中使用。

正因为半导体灯的体积十分小（通用的管座直径不过四点二毫米)，响应速度快，能够很好地同集成电路相匹配，所以一些需要显示器件的精密仪器:数字化仪表和微型电子计算机、高速电子计算机等非常欢迎它。

寿命长是场致发光灯的普遍优点。注入式场致发光灯的平均寿命超过十万小时，按每周点亮四十小时计算，也可以使用五十年！把它和它的兄弟——本征场致发光灯，称为初生的“老寿星”，那是当之无愧，决不过分的。

目前，半导体灯存在的主要问题是材料性能不过关，半导体灯发出的光还没有到达表面，有相当大的一部分就被消耗在“内反射”上了。这怎么能行呢？

进一步提高材料的性能，降低光能在“内反射”上的损耗率——这就是放在有志于改进半导体灯的新光源探索者们面前的新任务。

你注意没有？场致发光灯直接把电能变成光能，使固体材料发光，是与白炽灯和气体放电灯完全不同的新光源。尽管目前由于发光效率较低，成本较高，暂时还不能用作普通照明，但是它们的优点很多，潜力很大，已经在许多方面发挥了作用。

场致发光灯是电光源中的新秀，将来一定会得到蓬勃的发展。请想想吧，将来房间里只要在天花板或者墙壁上安装几粒不显眼的半导体灯，就能把整个房间照得像白昼一样明亮，那该多美哪！

崭新的冷光源

前面已经讲到过热光和冷光。

我们平常看到的发光现象都是热光，只有生物发光才是真正的冷光——发光生物只顾发光，热是一点也不肯给的。

我们是否也能找到一种不发热的冷光来照明呢？

如果只有生物才能产生冷光，那就不好办了。幸亏事实不是这样。人们发现，有些化合物在发生化学反应的过程中，也能发出冷光，这叫做化学发光。

许多灯不是可以用作光化学反应的光源吗？灯光照到化合物上，化合物吸收了能量，就能发生化学反应，这叫做光化学反应。化学发光正好与此相反，化合物发生化学反应，同时把化学能以光能的形式释放出来。

事实上，生物发光也是一种化学发光，它主要是靠发光器内特种细胞里含有的一种发光物质——萤光素，在另一种物质萤光酶的作用下，与氧化合而发出光来。有人把干燥后的海萤磨成粉末，涂在手掌上，加水稍微濡湿，在暗处就能看到手掌上一片柔和美丽的萤光。

发光本质一致，发光效率却大不一样。研究结果告诉我们:萤火虫的发光效率接近百分之百，而一般化学发光，却只能把百分之十到万分之一的化学能变成光能。这怎么能行呢？

通过不断的探索有了结果。近十几年来，有人从几百种化学发光物质中找到了一些能发出比较亮的光的物质，比如鲁米诺、光泽精、洛粉碱等等，发青白色或带绿的青白色光。

已经得到实际应用的一种化学发光物质，是由草酸酯和过氧化氢以及荧光体组成的化学发光体系，叫做草酸酯体系。草酸酯体系发生化学反应，产生的能量给了荧光体，使荧光体从稳定的低能态激发到高能态，当它从高能态自发地回落到原来的低能态时，就发出一定波长的光来。

用草酸酯体系制成的化学发光灯，简单极了，就是两个盛放不同液体的容器，容器做成什么样，灯具也就是什么样。“点灯”的时候，两种液体以一定的比例混合，就能发出光来。荧光体的结构不同，发出冷光的颜色也不一样。这样一来，无论是灯具的式样大小，还是灯光的色彩，就都可以根据我们的需要进行选择。

从应用的观点来看，化学发光灯的发光强度和持续时间有限，用作普通照明有困难，但是它仍然有许多引人注目的地方。

化学发光灯发的是冷光,几乎不产生热量，在易燃易爆物质的环境（煤矿、油井、油库等）里使用很安全，是一种理想的没有火焰的光源。

化学发光灯不需要电源，不需要氧气，可以减少使用上的限制，可以像萤火虫那样随身携带。做成钢笔形状的化学发光灯，是指挥员在战场上夜间查看地图的照明工具。

化学发光灯不怕风吹雨淋，不怕震动摇晃，又能改变光色，甚至可以用到水里，所以受到水下、野外、机场等处作业人员的欢迎。潜水员在海底作业时，用化学发光灯照明最方便。把化学发光灯用到渔业生产上，可以根据需要做成不同的形状，可以随同渔具直接放到水里，可以调节得到不同的光色。有了这样绝妙的诱鱼灯，就能更好地保证渔业得丰收。

化学发光，前途无量！

从古到今,灯已经度过了漫长的岁月，走过了不寻常的路程。

在古代，灯的发展是缓慢的；在近代，灯的前进也很艰难。只有到了现代，照明技术才有惊人的发展，先进的现代科学技术，培育出了朵朵新灯之花。

科学技术的发展永无止境，照明技术的发展也永无止境。人类用自己的劳动和智慧改造着旧灯，创造着新灯。新灯不会从天外飞来，也不会突然自平地崛起。新灯是由旧灯脱胎而来的，它是科学技术发展的产物，是许许多多电光源工作者辛勤劳动的结晶。

老灯在焕发青春，新灯更增添异彩,萌芽初生的照明设备正苗壮成长,迅速成材。回顾灯的过去，看看灯的现在，就能推知照明技术的未来。

那么，未来的灯又会是什么样子呢？

不消说，未来的灯一定会比现在的灯好得多，一定会出现许多我们现在连想都没有想到的灯，为我们高水平的生产和科学研究服务，并且有力地美化我们的文明生活。

也许，将来的灯同我们现代的灯根本不一样。未来的灯，会不会也是一个月亮——人造的月亮，让很多很多的人来共享这盏人造“天灯”的光明呢？有人已经提出了这种设想。随着现代科学技术、特别是空间科学技术的发展，这种设想已经有可能变成现实。

比方说，在离地三万六千公里的赤道圆形轨道上，发射一个巨大的反光镜，与地球同步，把太阳光反射到地面上，这就成了一个固定的人造“天灯”。

发射和安装这种人造“天灯”当然需要付出很大的代价。但是，认真一想，这还是很合算的，因为这样的人造月亮可以保证百分之百的“全月”，可以节省大量的电能和照明电网所需要的大量金属，还可以成倍地加速农作物的播种和收割，这样一来，使用几十年后就可以全部回收所花的资金。

事实上，不用想得很远，待到我国实现四个现代化之时，我们的灯就一定会无愧于我们伟大的时代，变得更加光华夺目，绚丽多彩！