Lámpara Fluorescente Compacta (CFL) • Básicamente son fluorescentes en los que: – Se han utilizado fósforos modernos (aluminatos de tierras raras) que aguantan más temperatura y permiten hacer tubos muy estrechos. – Se ha doblado/arrollado el tubo: U-shape, espiral, y otras (Compacta) – Se han adaptado las conexiones al formato de un casquillo convencional – Se ha configurado el circuito para que el arranque sea rápido y estable (cambiando el balasto magnético por uno electrónico: se enciende inmediatamente y no pega fogonazos antes de arrancar) • Formas variadas, gran crecimiento (Ej: Australia)
Lámpara de Sodio a alta presión (HPS) • Es una variación de las lámparas tipo “glow”, en la que las colisiones del gas producen el ensanchamiento de la emisión de los átomos de Na excitados: – Hay autoabsorción de la línea principal del Na (589nm). [Trapping] – La emisión es intensa porque la alta densidad proporciona gran cantidad de luz por u. de área – La eficiencia lm/W es altísima (1.- conversión eléctrica a radiación; 2.-Emisión Vis amarilla) – Es la iluminación más frecuente en calles, túneles, etc. – La descarga arranca con una descarga de arco de gas de Xe que calienta el tubo El Na se introduce en forma de amalgama de Hg, y al calentarse pasa a fase vapor – El Na es corrosivo y más a alta presión. El tubo es de una cerámica de alúmina traslúcida. – El espectro amarillento produce sensibilidad al color por su anchura y por las líneas de Hg
Diodos de luz blanca • Gran desarrollo y expansión en todos los ámbitos. Son la fuente “de moda”. – Espectro ensanchado (respecto de la forma tradicional del diodo) gracias a los fósforos de revestimiento (El pico azul de 460nm es debido al diodo semiconductor Nitruro de Galio. El ancho pico amarillo es debido al fósforo de recubrimiento. La distribución resultante da el aspecto blanquecino final. – Gran eficiencia de conversión. – Potencias aún modestas, del orden de la candela (pero en claro crecimiento) – Evolución de las aplicaciones (paso del LED-Indicador al LED-Iluminador – Aplicaciones: Señalización, Iluminación en microscopios – Modulación: En LEDs normales: hasta el ns. P. ¿Serán estos igual de rápidos? (Gp:) Pantalla de Diodos + Grande del mundo – 2007 (Las Vegas)
ESPECTRO DISCRETO: Lámparas de descarga (‘glow’) • Similar a una lámpara de arco pero: – Glow: ? Intervienen las cargas del electrodo (su geometría es importante). ? El gas se excita, pero no se ioniza. Espectro de emisión con líneas. ? Menores corrientes eléctricas entre electrodos – Poca concentración de la emisión de luz (mayor volumen de desexcitación) – Normalmente mayor distancia entre electrodos que en las lampara de arco • Ejemplos comerciales: (Gp:) Neon glow
(Gp:) Argon glow
Fines estéticos
Fines científicos (después)
(Gp:) Cadmio Osram
ESPECTRO DISCRETO: Lámparas “espectrales” • Son ante todo lámparas de laboratorio estables, que sólo emiten las frecuencias asociadas a determinadas transiciones. Históricamente: El material deseado se echaba (en forma salina) sobre una llama Se fabricaba un electrodo de ese material y se formaba un arco Desde 1940’s: Una descarga con el material en forma gaseosa (eficiente y estable) • Ejemplos: (Gp:) Cadmio Philips (Gp:) Cadmio
(Gp:) Hg Osram (Gp:) Mercurio
(Gp:) Hg Philips
(Gp:) Zn Osram (Gp:) Zinc
(Gp:) Helio Philips (Gp:) Helio
(Gp:) Kr Philips (Gp:) Kripton
(Gp:) Ne Philips (Gp:) Neon
(Gp:) K Osram (Gp:) Potasio
(Gp:) Neon
(Gp:) Kripton
(Gp:) Rb Osram (Gp:) Rubidio
(Gp:) Rubidio
(Gp:) Sodio Philips (Gp:) Sodio
(Gp:) Sodio (Gp:) Sodio Osram
Lámparas de cátodo hueco-HCL (tipo ‘glow’) • Son lámparas en las que la forma del cátodo (en forma de copa) permite un volumen interior en el que se produce una descarga glow muy homogénea y estable – La particularidad es que el gas observado está producido por los átomos desprendidos del material del propio electrodo (o de un material colocado en él) cuando golpean los átomos de Ar+ o Ne+ que han sido ionizados por e- acelerados en el tubo. • Gran ventaja: – Proporciona una fuente monocromática con una anchura espectral tan baja como 5·10-3nm (menor de lo que un monocromador convencional puede conseguir) – Se observa (cerca del cátodo) la emisión de átomos del cátodo en fase gaseosa y excitados por colisiones – El ánodo no está en el otro extremo del tubo, sino junto al cátodo. En la dirección del tubo se coloca una simple ventana de vidrio (o cuarzo) para que salga la luz -Utiliza fuentes de corriente continua de baja potencia.
Diodos emisores de luz (LED) • LED: Unión p-n por la que se hace circular corriente (e- en dirección n?p). Los e- de la banda de valencia de n se recombinan con los huecos de p. Se emite luz, cuya l depende del gap. – La energía de transición de los materiales determina la emisión. Durante mucho tiempo los diodos fueron rojos, luego llegaron los amarillos, verdes, azules y UV (y ya vimos el de luz blanca, una variante del azul). – La emisión de luz se puede hacer desde el borde o desde toda la superficie de unión (varias configuraciones). – La potencia de los diodos ha aumentado muchísimo (arrays, barras, pila de arrays o stacks >103 W cw !!) – El proceso de recombinación compite con otros procesos (producción de fonones). La eficiencia ha evolucionado muchísimo. – Las aplicaciones incluyen: indicadores, iluminadores, medio activo de los láseres de diodo… – La anchura espectral es considerable, pero se reduce mucho si se utiliza como medio activo y cavidad resonante de un laser (diodos láser)
Diodos emisores de luz (LED) • Direccionalidad: – Los LEDs indicadores suelen ser bastante direccionales. Por eso a veces consiguen un valor alto de candelas [= lumen/strad]. (Por ejemplo 50% de la energía en un cono de 8º) – Los LEDs iluminadores emiten en un gran ángulo sólido ? Pocas candelas ¡pero aumentando! (Gp:) 10 cd
(Gp:) 4 cd
(Gp:) 3 cd
(Gp:) 1 cd
• Ejemplo: Chunfa Optoelectricity, Shenzhen, China. – Diodos direccionales: – Diodo iluminador (blanco) (Distribución Lambertiana) (Gp:) 60 cd
(Gp:) 3 cd (¡mucho!) (Gp:) Superhighbrightness LED CFL-518YW4CBP 3,2V ; 25mA [-20ºC ; +75ºC]
(Gp:) (similar)
(Gp:) P. ¿Qué fuente escogerías para realizar cada uno de los siguientes experimentos? (Gp:) 1. Una fuente para un espectrofotómetro UV – Vis (Gp:) 2. Fuentes para realizar medidas interferenciales por cuenta de franjas de Fizeau (Gp:) 3. Un fuente para estudiar estructura fina de niveles atómicos (Gp:) 4. Búsqueda de resonancias de scattering en el rango IR – Vis (Gp:) 5. Estudio de decaimientos para fluorescencia de moléculas (de ms) (Gp:) 6. Fuente para iluminar vegetales en crecimiento
(Gp:) Observación con espectroscopio manual (Gp:) 1. Lámparas incandescentes (Gp:) 2. Lámparas fluorescentes (Gp:) 3. Lámparas espectrales (Gp:) 4. Lámparas de arco alta presión (Gp:) 5. Diodos indicadores (Gp:) 6. Pantalla monitor
· Lámpara de arco de Xenon – Spot más localizado que la Hg (Gp:) (posibilidad de un punto de luz externo)
– Espectro con menos picos que Hg (Gp:) Espectro del Xe frente al diurno
· Lámpara de arco de Deuterio – Espectro continuo de luz en el UV [160-400nm] – Espectro en UV producido por la desexcitación de la molécula D2 (los niveles de excitación, junto con la densidad de estados vibracionales es el origen del continuo. – Pequeña ventana de emisión: fuentes muy puntuales (1mm o menos) – V bajos (típico <10V), pero con V de ruptura alto (>100V). I moderados (típico 1A)
Menos filamento ? Más Resistencia ? Más Temp ? Distribución más azulada Más Temp ? Más Evaporación del filamento ? Más R ? Más Temp ? Funde · Potencia consumida y envejecimiento de la lámpara: – Lámpara estabilizada en voltaje: -Lámpara estabilizada en corriente: – Lámpara vieja ? R ? ?Distinto consumo en V cte (el más normal) y en I cte. Ejemplo: Lava
Algunos espectros de fluorescente Osram Philips Sylvania Perfiles de los espectros de emisión: Bombilla, Fluorescente, luz diurna
· El fluorescente clásico, que está cayendo en desuso, tiene un mecanismo de arranque especial. Arranque de un fluorescente 1.-Un circuito AC se puede cerrar bien a través del gas, bien a través de un cable que incluye un interruptor llamado “starter”. 2.-Al conectar el circuito la corriente va por el starter, que está cerrado. 3.-Este circuito paralelo no incluye el gas, pero sí los dos electrodos (filamentos) extremos, que al pasar la corriente se calientan, emitiendo e- en el tubo de descarga. 4.-A su paso por el starter la corriente crea un pequeño arco (ya que el starter contiene en sí mismo un pequeño arco corto). Este arco calienta el electrodo del starter, que es especial (bimetálico) y se “estira” produciendo el contacto con el otro arco. Entonces la corriente pasa por es starter sin arco (que producía el calor), el electrodo se enfría y vuelve a separarse de su vecino, abriendo el circuito. Para entonces las cosas no son como al principio: tenemos cargas en el tubo fluorescente (mezcladas con el vapor de Hg).
Arranque de un fluorescente 5.-Con el circuito del starter abierto, la corriente tiene la oportunidad de circular por el gas ionizado, para lo cual sólo tiene que salvar la corriente de ruptura que precede al paso de corriente por el tubo principal. 6.-El pico de corriente necesario se consigue con un “balasto”, una autoinducción que genera un pico de corriente en el momento en que se corta la corriente bruscamente. 7.-El pico de corriente, si está correctamente ajustado, permite arrancar la descarga en el tubo principal, que presenta ahora menos resistencia que el circuito paralelo del starter. 8.-La corriente y los impactos de los iones mantendrán los electrodos calientes y la desexcitación del gas de mercurio producirá emisión de luz. El proceso completo dura unos segundos. Hoy día este arranque se sustituye por otros más robustos que utilizan un balasto electrónico (no una autoinducción magnética) y el resultado es un arranque instantáneo. 9.-Sin el starter la luz da flashes, pero no se hace estable. Además, una vez arrancada la lámpara, el balasto hace de limitador (no se forma un arco entre los electrodos).
Eficiencia de la lámpara HPS : Comparativa (Gp:) Fluorescente
(Gp:) Lámpara Na de Alta Presión
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