光导纤维照明简介

© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 光源技术 光导纤维照明简介 何宜生 (华东电子集团公司 ,南京 210028) 摘要 :该文对光纤的历史 ,光纤的制造方法和光纤技术在照明领域的应用方面作了介绍。 关键词 :光纤 ;光纤光缆 ;投光器 收稿日期 :2004 - 01 - 05 　　玻璃纤维光学系统在建筑照明和商业空间造型 领域起着日益重要的作用。在室内造型方面 ,它首 先被采用于博物馆及商店的展品 ,商品陈列柜的照 明上。其次在浴室 ,桑拿浴室以及宾馆等建筑的门 厅入口等处也得到广泛的应用 ,见图 1、图 2、图 3、图 4、图 5。这种不带电的”冷光”在这些场合的应用日 益受到人们的青睐。显然 ,这种光纤照明目前还不 能替代现存的一般照明的方式 ,但是它可以作为极 有意义的补充手段。 图 1 图 2 图 3 图 4 ·14· 2004 年 6 月 　　　　　　　　灯与照明　　　　　　　　第 28 卷第 2 期 © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 图 5 1 　光纤的历史回顾 19 世纪 70 年代 ,在英国开展了首批光导试验 , 20 世纪的 20 年代 ,美国受理了首个有关光纤技术的 专利。20 世纪 70 年代开始合理和经济地利用玻纤 光缆和光。它们首先被采用于生产线上各个单元的 控制 ,解决了大容量的数据传输而又无需极度增加 电线的敷设 ,当时的传输距离约为 20 m。随着各个 部件效率的提高 ,数据传输距离也成倍地增加。80 年代出现了首批用于医疗技术的内窥镜。90 年代初 不少光纤产品已经商品化 ,在数据技术方面 ,主要使 用混合光缆 (CUΠLWL) ,而光学技术方面采用纯玻纤 光缆 ,以及塑料光缆 (PMMA) 。 2 　光纤的制造 在各种玻纤和塑料纤维光缆制造中 ,都必须有 严格的质量指标。以玻纤光缆为例 ,其具有多级工 序的制备过程的首道工序是熔制玻璃。由高纯度的 原料按严格的熔制方法熔制 ,然后由高折射率的芯 玻璃拉制成直径为 30 mm ,长为 1000 mm 的芯棒。由 低折射率的外层玻璃制成几何尺寸十分精确的玻璃 管。在一个温度约 1000 ℃的电炉中 ,在直至 100 个 可分别调节温度的同一轴向的加热环中 ,由预制材 料拉制出首级玻璃光纤束。此处按拉制的速度 ,产 生直径由 30～100μm 的单根玻璃纤维 ,在拉制过程 之后 ,立即按所需光缆的直径 (1～8 mm)将光纤整理 成束并套上防止机械损伤的塑料保护层。在光缆的 批量生产中 ,其末端套上套管 ,经粘合或熔合。制造 的最后工序和用途直接有关 ,光纤光缆断面的加工 , 如 :切割 ,研磨以及抛光 , 按用户的而定。 3 　光纤技术的用途 光源在这种光学系统中 ,大都使用高效的光源。 由光源发出的光直接或者通过反射镜被全部馈入光 学系统。目前在实际工作中 ,在小型或中型的投光 器 ( projector)中使用功率从 20～100 W 带反光罩的 低电压卤钨灯 ;在中型或大型投光器中 ,按用途使用 直至 400 W 的金卤灯。聚光系统将整个可见光谱区 域的光馈入光纤光缆的连接面。紫外光将被光纤光 缆全部吸收 ;红外线在光学系统中被滤去。安装在 投光器中固定的或者可以转动的各色滤色片可以达 到各种引人注目的光色效果。 4 　光纤技术 正如前述 ,制造光导体所用的材料是玻璃和塑 料。在实际工作中是按用途在一根光缆中优先使用 其中的一种 ,或者两种混合使用。光缆的可见光的 最大透射率位于 400～780μm 波长范围。光纤通过 每米光缆的光损耗约 1. 5 % 。基于材料的物理性 质 ,两种材料的光导体性质的差异是很大的。塑料 光纤光缆 , 由于必要的散热而导致比玻纤光缆更大 的光损耗。两种材料的不同的透射性质在光导系统 的长度上又显示出来 ,塑料光纤光缆的导光单位长 度的光损耗自单次长度 14 m 起 ,则小于玻纤光缆的 相应参数。 然而当玻璃光纤使用由两端馈光的侧光时可以 使用较长的距离。在耐热性方面 ,玻璃光纤光缆为 200 ℃,它远高于塑料光纤的 85 ℃。对紫外线的时间 稳定性 ,玻纤光缆也高于塑料光纤光缆。 有关耐火情况。玻璃是属于不可燃的 ,塑料是 属于不易燃烧的 ,而两种光缆的外层材料应属于自 熄的和不应产生有毒气体。 光纤光缆有两类释放光的可能性 : 其一是类似于点状光源。光在投光器 (亦称光 发生器)中。经光学系统汇聚后 ,馈入光导管经集束 后的公共端面。然后再由每根光导管从另一端将光 导出。每根光导管可以有相同的或不同的直径 ,在 它们各自的输出端可以配备多种光学元件。 第二类应用是用其侧光。类似于前述情况 ,集 束的光导管可以由公共端面馈入光。然而馈入光的 方式另有三种变异情况可供选择。第二种变异情况 是用两个投光器从两端馈入光。第三种变异情况是 两端用同一个光发生器馈光。第四种变异情况是用 多个投光器而光导管呈环状逐个和投光器连接 ,使 每根光导管两端都和投光器相连。光导管照亮的长 度和光导管的直径尺寸及材料种类有关 ,如用玻璃 纤维在第一种变异中长度为 10 m , 在第二至第四种 变异中 ,长度可达 20 m ;如用塑料光纤光缆 ,则相应 的长度约为 15. 0 m 和 30. 0 m。 5 　投光器 投光器 ( projector ) 国外的制造厂可以提供按不 ·24· 2004 年 6 月 　　　　　　　　灯与照明　　　　　　　　第 28 卷第 2 期 © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 同用途的各种尺寸大小的投光器 ,从轻便掌式的黑 匣直至 465. 5 mm(19 英寸) 的抽柜式的投光器设备。 每个投光器都配备光源和相应的配套电器或电子器 件 ,相应通风冷却系统 ,光学系统和光色的调控系统 及相应的附件。 塑料光纤光缆比玻纤光缆要易于加工和安装。 相反玻纤光缆的应用必须由制造厂按用户的设计方 案提供。当然用户按照明要求所作的精确设计 依然是性因素 ,而制造厂也应提供必要的技术 信息和技术资料 ,诸如 :有关光缆可允许的弯曲半 径 ,整个照明系统的光效等等。 据国外报道 ,光纤光缆最早采用于汽车制造工 业 ,其用途是作为定向照明。目前光纤光缆由于其 独特的技术基础 ,在建筑照明方面也有着重要作用 , 首先是其光源 (指投光器)和光输出端在空间上的分 隔使得使用和维护这种照明系统极为方便和在照明 上有很高的舒适性。例如 :可以对其它光源无法设 置和进入的边缘尖角等位置用光纤光缆进行照明。 此外对建筑立面的照明装饰和某个生产场合用光线 加以圈定 ,都可用作有效的手段 ,光纤光缆的照明可 以为设计者提供众多的造型和技术上的可能性。发 光的直线元素可以方便地用作突出和强调建筑学特 点的造型语言。也可以用发光的光纤光缆在建筑立 面上制作各种图案和广告文字之类。此外和经典的 灯光照明相比较 ,在投资费用上它们往往也要经济 得多 ,安装众多的光源 (灯泡之类) 往往要耗费大量 的连接导线 ,无论是使用光纤光缆的侧光或是输出 端的点状光 ,多个投光器和调控装置大都集中放置 于一处 ,这样就为检修提供了极大的方便。 6 　结束语 使用光纤光缆可以较方便地解决水和电之间的 矛盾 ,光纤光缆可以安装于城市广场的喷泉中 ,对喷 泉作多变的彩色光照明 ,以活跃气氛。它也特别适 用于比较潮湿的场合如 : 浴池、浴室、桑拿浴室、泳 池等地点。 目前 ,在光纤光缆和与之匹配的光源方面正在 作更大的改进 ,采用这种照明系统的费用将大为降 低 , 从而有可能为更多用户所欢迎和接受。据国外 报道 ,在装饰照明领域开发了一种光纤光学系统 ,其 光源是采用高效的LED 模块 ,而此种高效的 LED 模 块的寿命长达 100 000 h 因此就根本无需考虑光源 寿命问题。其中的优越之处是不言而喻的。 网上找设备　方便又快捷 美彩特 (远东)公司 , Metrotex Far East Ltd。聚集了一群来自 Philips、GE、FALMA 和日立的 师 ,工艺师 ,组成一个制灯行业的智囊团。我们依据丰富的经验和广泛的人脉关系 ,收集 并不断更新制灯设备市场的最新资料公布于网页。这里不仅有新机器 , 更有许多二手机 , 翻 新机而且兼顾相关的零件生产和玻壳制造机械 ,条理分明 , 一目了然。对于行业内广大技术 人员进行新建 ,扩建 ,技术改造和设备维修方面都有参考价值。也可籍此互通有无或者把闲 置的设备出让。 欢迎浏览网页 : metrolamptech. com , 我们的通讯地址是香港沙田邮局信箱 272 号 电话 (852) 2697 9011 , 传真 (852) 2697 9981 , 电邮 rmachong @yahoo. com ·34· 2004 年 6 月 　　　　　　　　灯与照明　　　　　　　　第 28 卷第 2 期