光纖照明原理

摘要：在照明技術(shù)中，光纖照明是一枝獨(dú)秀的照明新技術(shù)。本文具體地闡述了光纖照明的原理和特點(diǎn)。并著重介紹了光纖照明的產(chǎn)品及應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：光導(dǎo)纖維光纖照明燈具產(chǎn)品與應(yīng)用

一、概述

在照明技術(shù)中，光纖照明是一枝獨(dú)秀的照明新技術(shù)。由于它具有光的柔性傳輸，安全可靠。所以廣泛地應(yīng)用于工業(yè)、科研、醫(yī)學(xué)及景觀設(shè)計(jì)中，并在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)中已形成各類產(chǎn)品。本文僅以個(gè)人學(xué)習(xí)和實(shí)踐中的有限知識(shí)重點(diǎn)介紹景觀設(shè)計(jì)中的光纖照明技術(shù)及產(chǎn)品和應(yīng)用以求教同行專家。

二、光纖照明的原理

光纖照明系統(tǒng)是由光源、反光鏡、濾色片及光纖組成，如圖一所示。

當(dāng)光源通過(guò)反光鏡后，形成一束近似平行光。由于濾色片的作用，又將該光束變成彩色光。當(dāng)光束進(jìn)入光纖后，彩色光就隨著光纖的路徑送到預(yù)定的地方。

由于光在途中的損耗，所以光源一般都很強(qiáng)。常用光源為150~250W左右。而且為了獲得近似平行光束，發(fā)光點(diǎn)應(yīng)盡量小，近似于點(diǎn)光源。

反光鏡是能否獲得近似平行光束的重要因素。所以一般采用非球面反光鏡。

濾色片是改變光束顏色的零件。根據(jù)需要，用調(diào)換不同顏色的濾光片就獲得了相應(yīng)的彩色光源。

光纖是光纖照明系統(tǒng)中的主體，光纖的作用是將光傳送或發(fā)射到預(yù)定地方。光纖分為端發(fā)光和體發(fā)光兩種。前者就是光束傳到端點(diǎn)后，通過(guò)尾燈進(jìn)行照明，而后者本身就是發(fā)光體，形成一根柔性光柱。

對(duì)光纖材料而論，必須是在可見光范圍內(nèi)，對(duì)光能量應(yīng)損耗最小，以確保照明質(zhì)量。但實(shí)際上不可能沒(méi)有損耗，所以光纖傳送距離約30m左右為最佳。

光纖有單股、多股和網(wǎng)狀三種。對(duì)單股光纖來(lái)說(shuō)，它的直徑為Ф6～Ф２０mm.同時(shí)又可分為體發(fā)光和端發(fā)光兩種.而對(duì)多股光纖來(lái)說(shuō)，均為端發(fā)光.多股光纖的直徑一般為Ф0.5～Ф3mm，而股數(shù)常見為幾根至上百根.

網(wǎng)狀光纖均為細(xì)直徑的體發(fā)光光纖組成.可以組成柔性光帶.

從理論上講，光線是直線傳播的.但在實(shí)際應(yīng)用中，人們都希望改變光線的傳播方向.經(jīng)過(guò)科學(xué)家數(shù)百年不懈的努力，利用透鏡和反光鏡等光學(xué)元件來(lái)無(wú)限次的改變傳播方向.而光纖照明的出現(xiàn)，正是建立在有限次的改變光線傳播方向，實(shí)現(xiàn)了光的柔性傳播.正如圓弧經(jīng)無(wú)數(shù)次的分割后成直線一樣，光纖照明正是以無(wú)限次反射后，光線就隨光纖的路徑傳送，實(shí)現(xiàn)了柔性傳播.但是光纖照明的柔性傳播，并沒(méi)有改變光線直線傳播的經(jīng)典理論.

三、光纖照明的特點(diǎn)

1、光線柔性傳播

從理論上講，光線是直線傳播的。然而因?qū)嶋H應(yīng)用的多元性，總希望能方便地改變光的傳播方向。光纖照明正是滿足了這一要求。這是光纖照明的特點(diǎn)之一。

2、光與電分離

在傳統(tǒng)照明中，都是由光源將電能轉(zhuǎn)換成光能直接得到的，光與電是分不開的。但電有一定的危險(xiǎn)性，所以很多場(chǎng)合都希望光與電分開，排除各種隱患，確保照明的安全性。所以光與電的分離是光纖照明的特點(diǎn)之二。

四、光纖照明系統(tǒng)的構(gòu)成

光纖照明系統(tǒng)經(jīng)通過(guò)長(zhǎng)期的應(yīng)用和完善，大部分已實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品化。

光纖照明系統(tǒng)一般由電源控制器、光纖和尾燈三部分組成。

1、電源控制器

電源控制器由光源、反光鏡、濾色片及風(fēng)扇等四部分組成。

光源的常用功率為150w～250w，產(chǎn)品的品牌有歐司朗、GE及賽克司光源幾種。

反光鏡是耐高溫鍍銀玻璃，常用為非球面反光鏡，

光束顏色的變化是通過(guò)變換不同顏色的濾色片來(lái)實(shí)現(xiàn)的，一般有紅、黃、綠、藍(lán)等幾種顏色。色片固定在可轉(zhuǎn)動(dòng)的色輪上，然后通過(guò)步進(jìn)電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)光束顏色的變換。

由于光源散發(fā)大量的熱能，所以必須有風(fēng)機(jī)來(lái)冷卻，以保證控制器的正常運(yùn)行。

為了使光纖照明具有更多色彩，適應(yīng)更廣泛的需求，所以由智能控制器來(lái)代替普通電源控制器。它可以將光的強(qiáng)度、光的顏色實(shí)現(xiàn)連續(xù)變化，也可閃變。在音樂(lè)噴泉中還可隨其音樂(lè)節(jié)奏而同步變化。

2、光纖

光纖已形成系列產(chǎn)品，它有端發(fā)光和體發(fā)光兩種。它們分別還有單股、多股和網(wǎng)狀之分。

常見光纖的技術(shù)參數(shù)見表一：

3、尾燈

4、于端發(fā)光的光纖來(lái)說(shuō)，一般都根據(jù)照明要求和裝飾的藝術(shù)效果來(lái)選擇尾燈。常見尾燈有水晶燈、亭園燈、地埋燈、吊燈等。

五、光纖照明的應(yīng)用

由于光纖照明的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，它已廣泛地應(yīng)用于各種場(chǎng)合，并在不斷地推廣中?，F(xiàn)將目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用情況簡(jiǎn)述如下：

1、室內(nèi)裝飾

在室內(nèi)裝飾中，用體發(fā)光光纖來(lái)構(gòu)成輪廊線條。其效果是光照均勻、顏色和順。利用光暈照明，更有立體感。

在大廳中，其頂部用水晶吊燈可模擬星空效果。忽明忽暗，使人有無(wú)限太空的遐想。

在吧臺(tái)上，裝上水晶吊燈更顯得華麗別致。

在洞房里，在席夢(mèng)思四周形成一個(gè)彩色光邊，更增添了新房的溫馨和浪漫。

2、水景照明

水景離開了照明就失去了迷人的景色。而不安全照明又給游人帶來(lái)危險(xiǎn)的隱患。由于光纖照明實(shí)現(xiàn)了光電分離，是水景中絕對(duì)安全的綠色照明。

光纖照明除了針對(duì)水體照明時(shí)，使水色更為艷麗動(dòng)人外，也可用光纖來(lái)構(gòu)成水池的輪廊線。使垂直的彩色水姿與橫向的水池輪廓，形成協(xié)調(diào)的線條美。

3、游泳池

游泳池是人體進(jìn)入水中，光纖照明應(yīng)是首選的照明設(shè)備。同時(shí)，用光纖作泳道的分界線既美觀又清楚。

4、城市建筑

在燈光工程中，用體發(fā)光光纖來(lái)構(gòu)成建筑輪廓線是最常見應(yīng)用實(shí)例。非凡是對(duì)一個(gè)城市的形象建筑，以多彩的線條把建筑輪廓在夜色中顯得更蔚蔚壯觀。同時(shí)光纖照明中，可用光色使建筑物隨季節(jié)而變化。

5、園林綠化

在園林綠化中，用端發(fā)光光纖來(lái)作亭圓燈、地埋燈，使綠地道路，在照明的同時(shí)也有色彩變化。在景觀道路上，裝上星星點(diǎn)點(diǎn)的端發(fā)光光纖，更增加了景觀的趣味性。

溶洞照明

溶洞是一種自然景觀，由于它沒(méi)有陽(yáng)光照射，全靠燈光來(lái)展現(xiàn)它的風(fēng)采。多變的光色和柔性的光纖，對(duì)無(wú)規(guī)則溶石和湖岸更顯出它的有用武之地，使溶洞的景色更迷人。而最重要的是清除了對(duì)游客的不安全隱患。

古建筑物及文物照明

在一般的燈光照射下，因紫外光的作用，使圖書文物、木結(jié)構(gòu)等建筑物加速老化。同時(shí)有電會(huì)造成大火的危險(xiǎn)。而用光纖照明，既安全又能達(dá)到理想的藝術(shù)效果。

易燃易爆場(chǎng)合

在油庫(kù)、礦區(qū)等嚴(yán)禁火種入內(nèi)的危險(xiǎn)場(chǎng)合中。應(yīng)用其他各種照明都有明火的隱患。如不小心就會(huì)釀成大禍。從安全角度看，因光與電分開，所以光纖照明應(yīng)是一種最理想的照明。

太陽(yáng)光的利用

在我們常見的太陽(yáng)能利用中，都是把太陽(yáng)光轉(zhuǎn)換為熱能或電能，而光纖可將太陽(yáng)光直接加以利用。

人是太陽(yáng)光撫育下的人，太陽(yáng)光的綜合光譜是人類難以復(fù)制的。所以能把太陽(yáng)光直接引入室內(nèi)，不但改善了原來(lái)的居室照明，而且對(duì)于地下室、隧道等永遠(yuǎn)見不到陽(yáng)光的地方能重見光明。

六、小結(jié)

光纖照明是一種新奇的照明技術(shù)，隨著產(chǎn)品的成熟及新應(yīng)用領(lǐng)域的開發(fā)，將會(huì)得到更廣泛的應(yīng)用。同時(shí)在大力普及中不斷提高，成本不斷降低，產(chǎn)品更為成熟。讓光纖照明早日走進(jìn)平常百姓家，為大眾服務(wù)。