好吧,我们现在来谈谈光波。


之前的文章中,我好像有把光描述成粒子状态。用这种方式比较容易说明光的性质,而且确实,光具有粒子的特性。如果观察激光发射器发出的光线,那么粒子性就更明显了。在激光束中,光粒子几乎是全部平行的。它们能够传播很远的距离,能量损耗较低,因为很少有向传播方向外的散射。相反,水族灯光的光线就像散弹枪一样,形成一个很大的照亮区域。

把光看做粒子就好像将光子比喻成散弹枪的弹丸。实际上,光的传播更像是将石头丢进池塘后的波动。它会形成不断扩散的波动,能在波动传播过程中消耗能量。光波的传播形状实际是个圆形。就像手榴弹在旷野中爆炸的效果一样。

当我们开始反射这些光线时,光线所表现的特性我们称之为“惠更斯原理”。为了把问题简单化,我们可以设想,两个波形成,相遇并有一定的夹角。波峰相遇的地方震动加强,而波峰和波谷相遇的地方出现抵消作用。这是光的干涉效果。干涉效应会对水族箱内的光线起很大影响作用。


手电筒使用的是抛物线反光板,无论灯泡的光线向哪个方向发出,都会在反光板的作用下朝向电筒照射的方向反射。如果光真的完全属于粒子性质,手电筒的光线也应该和激光一样。所有的光线都会形成一根光柱。然而这不是事实。光线从反光板反射后会以波动的形式向目标方向传播。传播过程中,光的强度降低了,当手电筒原理墙面,光斑面积扩大了,而亮度降低。

回来再说最普通的荧光灯反光板。由于灯光是圆柱形的,向所有方向发光,所以它并不是什么好的反射装置。因为光线会以各种角度照射到反光板上,因此也会以各种角度反射。当这种灯架用于水族照明时,只有一少部分光线直接照射到水族箱内,大部分都反射到其它空间去了。在照亮底砂的同时,我们也照亮了地板和墙壁。更糟糕的是,依据惠更斯定律,又有很多光波相互抵消了。

在上一次我曾说过,如果把灯管型号从T-12降低到T-5,就可以使用更有效率的反光板。通过延长每根灯管的抛物线长度,可以有效的利用每一根灯管的光,达到对光线的最佳利用。

如果我们有一个水族箱,120加仑,4英尺*2英尺*2英尺最多可以防止5个普通T-12高输出灯管灯架。光输出总功率为550瓦特,由于反射损失,只有200-250瓦的光线能够有效的照明水族箱。如果我们改用10根54瓦的高输出T-5灯管,每一根灯管配一个抛物线反射器,我知道这样的安装非常拥挤,但能够得到540瓦的全部光线照明水族箱。与T-12的设置不同,更高效的反光板可以将更多的光线反射到水里。也许水族箱只能得到300-500瓦特的光线,但这已经是一个很大的改进了。这里我们使用的是瓦特的概念,其实等同于流明的概念。

是的,各位论坛潜水者,你们已经掌握的T5强于T12的秘密。T5的照明更像是多个手电筒照明,光线更加集中,减少了光波之间相互的干涉。 忘掉T5在照射流明方面的微弱提升,以及它在高温环境中的工作优势,反光板设计小小的改变才是最关键的一步。

有人会问:“那灯管尺寸更细的PC灯(Power Compacts)呢?”问题在于灯管设计本身。它们本身发光确实比T-5亮,但其U型灯管给反光板设计带来了麻烦。由于PC灯管已破损,所以设计成U型可以加固和缩短灯管。在减少破损的同时给反光板设计带来的困惑。

明天我们讨论金卤灯。

 

金卤灯时间到了。

大家可能在想我是否忽略了金卤灯?你们错了,在RC和网上的其它论坛、社区,到处都是讨论金卤灯的话题。一部分原因是水族设备制造商中生产金卤灯的远比生产荧光灯的多,而且除了T-5荧光灯外的其它荧光灯都已被鱼友视为老古董了。

金卤灯常被比作超白灯。有人错误的认为金卤灯的灯丝是这种超白灯光的发射者。实际上,当灯泡达到亮度时,两根灯丝并不直接接触。实际上,等丝之间只是维持一种电弧,使灯泡内的填充的物质气化发出光芒。在这种意义上说,它很像荧光灯。灯泡的启动过程也很像荧光灯。灯泡内也有少量的汞。高压时启动一切的钥匙。一旦两根灯丝之间放出电弧,灯泡内的碘化钠、溴化钠、溴化钪、碘化镝、和碘化铟就被加热变成气体。当这些金属化合物达到一定温度时,就会辐射出可见光。当金卤灯刚刚开启时,并不能达到最亮。需要一段时间在灯泡内部进行升温和化合物气化。依据灯管内设置不同,需要10-20分钟不等的时间。金卤灯的另外一个特性是当你关闭灯泡后不能马上再次打开。这是因为高热的灯泡内充满了金属卤化物的蒸汽,此时通过高压,强电流进入灯泡内,会导致灯管爆裂或烧坏镇流器。金卤灯镇流器内安装有限时电路,可以防止此类问题发生。我们称之为“re-strike time”,一般为15-30分钟。


金卤灯比任何荧光灯都更接近电光源。无论是安装还是发光方式。由于是电光源,反光板设计就非常简单了。你可以使用单端灯泡,悬垂灯架和反光板,几乎和手电筒没设么区别。如果你走这条路线,一定要选择一根能够垂直放置的灯泡,因为金卤灯设计与荧光灯有区别,带有使用方向。大多数是被设计成水平方向使用的,这种灯泡垂直使用会降低寿命。

使用金卤灯有效的照明一个平面是没有问题的。它们是非常好的电光源。对于金卤灯,我们要做的是分散开强烈的光,而不是将光聚集在一个焦点。如果刚才的120加仑缸例子中,我们使用250瓦的金卤灯,需要做的是将光线分布在4平方英尺的面积上。还好,这样并不难。如果你 注意观察,你会发现按照每瓦产生的流明数计算,金卤灯的设置实际要比之前T5和T12荧光灯设置提供的照明弱。水族届流行一个神话,金卤灯比荧光灯亮得多。这是一个事实,但并不是我们想象的那样。1瓦T-12 VHO能提供70-85流明的光,1瓦T-5 HO能提供85-95流明的光,而1瓦PC能提供100-110流明的光,1瓦金卤灯只能提供85-105 流明的光。确实金卤灯比T5和T12都要亮,但只是一点点而已,并没有想象的那么夸张。

正像我在之前文章中提到的,金卤灯有两种,单端(大头)的和双端的(或者说HQI)。就像T12与T5的却别,单端大头的金卤灯泡有保护罩,体型大,不利于设计精巧高效的反光板,而双端纤细的灯泡有利于设计。

灯泡的弧形部分设计很重要。有两种科技,一种是多晶氧化铝玻璃,一种是高温石英玻璃。前者的设计比较便宜,而且能忍受高温,但也有个缺点:高温的金属卤化物蒸气具有腐蚀性,会腐蚀其中的铝。结果是导致玻璃发白,降低透光性。这种情况在石英玻璃中也有发生,PCA管正在冲击市场,应该在不久后占领市场,并使金卤灯发出更耀眼的光芒。另外一个是飞溅效应,我们在荧光灯中讨论过,金属卤化物的蒸汽有时会附着在玻璃上。荧光灯主要发生在灯管两段,贴近灯丝处。金卤灯则可能发生在整个灯泡内。就像转印技术原理,这回阻止光的输出效果,甚至导致光谱输出不正确。

金卤灯的另一个问题是发光质量不好控制。填充气体内水蒸气或金属卤化物蒸气会严重改变光谱输出。应为水蒸气在高温环境下会分解成氢和氧。这使得灯泡内的气体更具腐蚀性,严重影响灯丝。好的灯泡内选择的金属卤化物都是防潮的,而且用真空技术制造。真空法能去除灯泡内多余的气体,使光谱输出更稳定。

好吧,今天就说这么多。下一讲总结一下。

 

有些人应为没有完全理解金卤灯正在抓狂吧??用锡箔把屋顶、地板和墙壁都包起来你就能理解了。要注意,这不能说明光干涉问题。

今天下午我花了一些时间思考,认为应该再说些什么才能结束金卤灯的讨论。之后,我们在探讨我个人关于水族照明的一点小小的经验。

另一个关于金卤灯的误解是它产生的热量远比荧光灯多。这个说法不完全对,灯管内的电弧区确实非常热,大约6000°K到10340°K。即使是附近的区域也比地狱火还要热,打得越1250°K到1790°F。我们说这里真的很热,而不要被所谓色温k所代表的颜色所迷惑。当灯泡点亮时,即使触摸灯泡的边缘或灯罩都可能让你收到灼伤,所以一定要小心。 A special little note here to HQI users 即使在灯泡冷却的情况下也不要去触摸灯泡,因为手上的汗液会留在灯泡外壁,在高温的作用下,汗液中含碳的成分有可能与灯泡融在一起。这不仅能阻碍光线的传播,还有可能产生污点,导致灯泡损毁。 

当金卤灯完全点亮达到最热的时候,用热量计测量相同瓦数的荧光灯,你会发现,金卤灯释放的热量不比荧光灯高多少。事实上,VHO 或 PC所释放的热量很可能要比金卤灯还高。主要问题是热量的方式。荧光灯管本身发热,加热周围的空气。少量的通风就能带走热量。金卤灯虽然灯管也发热,但灯泡还会发出辐射的热量。这些热量可以穿过空气直接进入水中和玻璃上。这就是为什么水族箱周围通风良好,在使用金卤灯时还会过热的原因。通常,如果房间内打开空调,水族箱的体积小于150加仑,热量一般不是问题。大型水族箱如果使用金卤灯,热量会散发比较慢,需要水冷机。

金卤灯的优点是能够达到高色温,这里我要讲一下色温。荧光灯的色温一旦达到8000k,亮度就开始下降。如果达到20000K,光线就极其微弱了。金卤灯也会出现这种情况,但远没有这么严重。如果你必须选择蓝光,只能选择金卤灯。高色温灯光,如蓝光在水中的穿透能力强,但过蓝的灯泡会略去一部分橙色和黄色这样光合作用需要的光。

接下来,我要说一说不同的水族箱对灯光要求的不同了。我经常将我的生物在70-150加仑的水族箱之间移动,这是非常适合新手饲养的水族箱体积。我也知道有些新手不愿无所事事,可能会以250加仑或更大的水族箱起步。这个尺寸的水族箱在设置照明前,你需要有个总体想法。第一,是否有必要单独设置电路。如果使用普通电路,存在着家电工作时的过载现象,停电可不是闹着玩的。第二,电表可能要飞快的旋转了。你想研究一下所选灯光的类型和品牌吗?这里像Sanjay在金卤灯方面的比较会有所帮助。上面精心的考虑会在短时间内得到回报。

对于其他朋友,甚至是nano的拥有着,我们在下一次讨论相关的照明问题。

 

我曾受到一个消息,询问为什么金卤灯内要加那么多怪异的卤化物,为甚需要它们?这是个不错的问题,现在就开始解答。

首先,水族金卤灯不含碘化钠,它被用于“钠灯”,通常用作路灯灯泡。如果你站在路灯下,对着镜子照自己,一定会问,我怎么变黄了?碘化钠非常亮,但输出光线发黄。对于路灯的要求很符合,但用于电影放映灯和广告牌等就显得太差劲了。 

化学家们向卤化钠蒸气中添加稀有的卤化物,他们称之为添加剂,如碘化铊,能使灯光发绿,碘化铟等产生蓝光,今天大受欢迎的高色温金卤灯中会加入大量的碘化铟。

 
Sanjay
在研究测量光输出领域也是存在竞争的。Dana Riddle就是这方面的一个高手,撰写了很多文章。我在Dana的文章中收集荧光灯和金卤灯数据的比较。我们能找到原始的文本,这里有一篇文章:found here. 对不起使用了二手资料。

这些密密麻麻的曲线图需要一点解释。其中有三种,一种是VHO,一种是PC,另一种是金卤灯。反映了每种光在无反射板的情况下照射到水族箱底部的光斑。

VHO的光斑在大家意料之中,光线均匀,光线中间强,向两边逐渐减弱。

PC的光斑很相似,但它的输出好像更好。由于PC灯管的长度小,因此没有投射VHO那么大的面积。

金卤灯的光斑就完全不同了。其电光源的特性显而易见。在光斑中心,灯泡垂直下方,亮度是VHO的4倍。离开光斑中心,光强度迅速下降。在其中一个轴线上,距离中心半英尺的地方几乎没有光线,而另一个轴线上也之延伸了8英寸。

 

验中使用的是非常蓝的50K金卤灯泡,如果使用6-8 K的灯泡中心区域会亮两倍。这说明一件事,即使灯泡再蓝,穿透力并不增强多少。说明蓝光在水族箱内的穿透力并没有宣传的那么重要。

好像说远了,我猜你已经决定去购买一个正常输出的荧光灯用普通灯架放置在水族箱上了。

坚决不能用常规荧光灯作为光源吗?其实不是,对于新手,常规荧光灯是个很好的选择。很多新手的预算都比较紧张。由于资金问题,他们常会使用家里闲置的旧水族箱。


投资买几条海水鱼,不久后他们会发现还要投资300美元买些活石。总价格算起来已经没有钱投资照明了。所有的钱都投出去了,钱包瘪了。

卖个普通荧光灯把,灯管便宜,镇流器也便宜。你可以在水族箱上安装3或4个,甚至不用专用的水族箱灯管。几根5.5-6.5 K的日光灯,或者光化灯就可以。许多鱼友一开始就买鱼经费就好紧张。海水鱼和淡水鱼一样,不需要很强的光。钙藻也能在普通荧光灯照射下生长。珊瑚则需要精心摆放位置,有些珊瑚在普通荧光灯下也能活的很好。每加仑海水的光照瓦数是你唯一要考虑的。关于这个你可以在RC的交易区和E贝网店上多看看。如果日后手头宽裕,还可以用普通荧光灯照明活石处理缸、医疗缸、检疫缸或繁殖缸。别让光源的投资牵绊,其实之比淡水缸多花费那么一点点。


下一讲关注PC灯。