Продолжение статьи (начало ТУТ).
Основная проблема, с которой пришлось иметь при вводе в эксплуатацию дуговых источников света заключалась в необходимости обеспечить их мощным источником питания, который мог бы выдерживать как зажигание дуги, так и поддержание её горения.
Кроме того, как мы видим, существовала проблема и выгорания стержней — а людям хотелось бы чего-то более долговечного (полное время работы дуговых источников света измерялось всего лишь часами, в ходе чего стержни сгорали в них до конца), да и свет их был избыточно ярким — что, безусловно, наверное, хорошо, для освещения площади посреди города, но уже «не совсем» для какой-нибудь уютной кухни… :-)
Как мы знаем, дальнейшие разработки привели к созданию ламп накаливания, где спираль из тугоплавкого вещества (обычно, вольфрама), раскаляется до высоких температур (2000—2800°C), излучая яркий свет и работая в среде инертного газа (азот, аргон или криптон), где такое повышенное давление уменьшает испарение вольфрамовой нити накала.
В дальнейшем эта ветка развития привела к созданию и галогеновых ламп, в которых в состав инертного газа добавлен ещё дополнительный газ — пары брома или йода, что позволило повысить температуру спирали (3000°C, соответственно выросла и яркость), одновременно с увеличением долговечности.
Справедливости ради, ещё раз кратенько вернёмся к дуговым лампам: нельзя сказать, чтобы они стали редко используемым нишевым явлением и были полностью отовсюду вытеснены лампами накаливания — наверняка, вы и сами их видели в обыденной жизни и самым известным их применением является использование… в лампах фонарных столбов!
Лампы подобного рода имеют довольно сложную систему включения, и, после подачи питания, в них начинает гореть дуга в среде инертного газа (ксенон или аргон), после чего, тепло дуги начинают раскалять внутренний керамический нагреватель, в котором находится капелька (размером примерно с несколько спичечных головок) сплава натрия с ртутью.
Тепло дуги раскаляет и испаряет каплю (3-5 минут), в результате чего, лампа наполняется этими парами и начинает излучать высокоинтенсивный оранжевый свет.
После выключения лампы, пары снова конденсируются на самых холодных частях устройства — металлических частях внутри лампы.*
*Откуда я знаю про эту лампу: в своё время, когда я собирал самодельный видеопроектор, я использовал подобную лампу ((ДНаТ) — Дуговая Натриевая Трубчатая) в качестве источника света, включая дома.
Ну что я могу сказать по этому поводу… (если кратко и цензурно :- В): это как запустить солнце в квартире! :-)))) — необычайно яркий оранжевый цвет! Кажется, ещё немного — и обои на стенах начнут дымиться…:-)))
И после этого опыта, хе хе, я, кажется, понял, почему так старались в прошлом уйти от использования дуговых ламп на дому: потому что это «слегка перебор» — если мягко сказать…:-)))
Картинка ниже даже близко не передаёт яркости:
И, раз уж мы заговорили об источниках света на парах, нельзя не упомянуть и об газоразрядных лампах, — первый эффект в этой области был обнаружен ещё в 1675 году, французским астрономом Жаном Пикаром, увидевшим, что пространство над ртутью в его ртутном барометре светилось, когда он его нёс и ртуть колебалась в процессе переноски.
Дальнейшие эксперименты в 1705 году показали, что, если вакуумировать (даже частично) стеклянную ёмкость и поместить туда небольшое количество ртути, после чего зарядить ёмкость статическим электричеством, — пустое пространство над ртутью начинает излучать яркий свет, достаточный для чтения в темноте!
*Таким образом, исследования 1705 года привели к пониманию того, что и в более поздних экспериментах и в том самом раннем опыте Жана Пикара — именно статическое электричество являлось причиной свечения: ртуть и стекло при трении друг об друга приобретали противоположный знак заряда, в результате чего, между ними возникал разряд, в том числе проходящий сквозь пустое пространство над ртутью, где сами пары ртути начинали излучать в процессе свет!
В дальнейшем, изучение этого явления привело к созданию современных «люминесцентных» ламп («ламп дневного света»), в которых при подаче напряжения питания на вольфрамовые лампы накала в концах лампы, начинается разряд в среде разряженного благородного газа (например, аргона), с добавлением паров ртути, где сам газовый разряд начинает излучать свет преимущественно в ультрафиолетовом диапазоне, который преобразуется в видимый свет, с помощью вторичного свечения люминофора, нанесённого на стенки колбы лампы:
Интересно, что на каком-то этапе, учёные додумались, что подобного типа лампы могут использоваться не только как собственно лампы — ведь, по сути, разряд внутри них представляет собой токопроводящую плазму! То есть, подобные плазменные шнуры можно использовать и в качестве антенн!
Очевидными плюсами таких антенн является абсолютная невидимость для радаров противника (когда такая антенна выключена — так как в ней практически нет металла), и, кроме того, невозможность критических повреждений из-за наведения высоких токов от мощного внешнего электромагнитного импульса (например, ядерного взрыва) — в таком плазменном шнуре газ уже находится в максимально ионизированном состоянии и невозможно с помощью внешнего электромагнитного импульса наводить в таком шнуре бесконечные по силе токи:
Как бы там ни было, но история идёт своим чередом и век XIX сменился веком XX-м, который, не успев начаться, сразу же принёс и интересное новшество (кроме некоторых перечисленных выше, и, которое можно назвать одним из ярких символов XX-XXI веков (по крайней мере, на данный момент, однако поглядим, что будет дальше… ;-) ): британский экспериментатор Генри Раунд, начав экспериментировать с пропусканием тока через пару металл-карбид кремния обнаружил возникновение свечения жёлтого зелёного и оранжевого цветов, что в дальнейшем, было повторено советским учёным О.В.Лосевым — эти первые попытки можно назвать началом большого пути, который, затем, приведёт учёных к созданию широкого спектра полупроводниковых светоизлучателей, от видимого до ультрафиолетового и даже инфракрасного диапазонов:
В дальнейшем, этот путь разработок привёл к созданию и лазерных светодиодов на гетероструктурах, за которые российский физик Жорес Алферов получил нобелевскую премию по физике в 2000 году:
В настоящий момент, трудно назвать область, в которой отсутствуют светодиоды — кажется, они проникли практически везде и, даже в те области, которые, ещё недавно казались прерогативой сугубо ламп более классических типов — прожектора, фонари разного рода — мощности светодиодных источников света растут и это даёт новые возможности…
Кажется, на этом можно было бы и закончить? Ведь на первый взгляд, ничего более удивительного на данный момент ещё не разработано?
А вот и нет! ;-) потому что прямо сейчас в области освещения разворачивается одна очень интересная технологическая революция, которая, тем не менее, пока остаётся вне поля зрения широкой публики… ;-)
Итак, о чём идёт речь?
Предположительно (точную дату не нашёл) в середине 2000-х годов учёные обнаружили, что можно излучать очень яркий белый свет, накачивая люминофор жёлтого цвета (искусственный гранат, легированный церием — Yag:Ce; дополнительная информация есть здесь) лазером синего цвета (он весьма мощный и относительно дешёв в производстве).
В результате, можно добиться поразительного результата: так как лазер, после прохождения собирающей оптики представляет собой точку весьма малого размера (доли миллиметра) — то, было обнаружено, что такой, практически точечный источник света, отлично собирается стандартными, например, односторонне выпуклыми линзами, формируя практически параллельные лучи (что само по себе, на первый взгляд, выглядит как нонсенс для белого цвета!), с очень малой расходимостью:
Эту идею сразу же подхватили две абсолютно не связанные друг с другом индустрии: производства видеопроекторов и автомобильная индустрия — по абсолютно разным причинам:
Производители видеопроекторов искали способ создать яркий источник белого света, который затем, с помощью вращающегося светового колеса мог бы окрашиваться в нужные цвета и, который был бы более долговечен, чем стандартные на тот момент лампы проекторов;
Автопроизводителей зацепила идея создавать автомобильные фары, луч которых мог бы распространяться на большие расстояния, почти без расхождения, а сам он при этом был бы очень концентрированным и ярким.
В результате, переход между 2000-ми и 2010-ми годами (2008-2013 примерно) стал богат на выпуск устройств подобного рода — например, компания Casio выпустила линейку знаменитых лазерных проекторов Xj*, ряд автопроизводителей продемонстрировал автомобили, с лазерными фарами.
*У меня у самого с тех времён верой и правдой служит видеопроектор Casio — давно, по идее, надо поменять, но прикипел я к нему душой, да и цвета у него очень приятные; только, насколько мне известно, именно в нём используется не ярко-белый свет, а раздельное смешивание цветов, и получение зелёного света с помощью облучения синим лазером зелёного люминофора на световом колесе (а не светофильтра, как у обычных видеопроекторов) — но технология, по сути, та же.
С того момента прошло уже относительно много времени, и, в настоящий момент, похоже, что технология окончательно «зашла» народу, начав «спускаться вниз» — например, стали появляться ручные фонари, излучающие поразительно яркий белый свет.
Причём, что интересно (белым светом после Led нас особо не удивишь) — интенсивность света в луче настолько велика, что луч такого фонаря отлично виден сбоку, если смотреть на него под 90° (обычно такое раньше было свойственно только лазерам высокой интенсивности).
И, самое главное: как вам понравится ручной фонарь, яркого белого света, луч которого бьёт на 2,5 км (видел такое в тестах), с минимальным расхождением?!
Ничего удивительного — если это фонарь на базе LEP (Laser-Excited Phosphor, «Люминофор С Лазерной Накачкой») технологии.
Суммарная яркость у таких фонарей меньше, чем у Led, однако, за счёт меньшей расходимости луча, они могут создавать очень яркое пятно на больших расстояниях, а благодаря использованию экономичного по потреблению синего лазера, легко могут работать часами.
Кроме того, из-за отсутствия необходимости использовать массивы Led источников света (как делается в некоторых Led фонарях) или светодиоды большого размера (если использована схема единого светоизлучателя) — LEP обычно обладают гораздо меньшими габаритами, буквально «наладонного» формата, несмотря на яркость луча!
Впрочем, хватит слов, выглядит это всё примерно вот так:
Напоследок, можно отметить, что в этом рассказе мы наглядно увидели, насколько в жизни человечества всегда был важен свет, и человечество уделяло этому существенное внимание.
Прошли годы, было разработано очень много интересных конструкций, и, казалось бы, придумано уже «всё возможное и невозможное», однако, ход истории всё равно не устаёт удивлять, как это можно наглядно наблюдать, на примере тех же самых LEP-фонарей!
Размещайте облачную инфраструктуру и масштабируйте сервисы с надежным облачным провайдером Beget.
Эксклюзивно для читателей Хабра мы даем бонус 10% при первом пополнении.
