自19世紀(jì)初電能開始用于照明后，電光源技術(shù)經(jīng)歷了幾次有代表性的發(fā)展，人們相繼制成了白熾燈、高壓汞燈、低壓汞燈、鹵鎢燈，近年來又制成了高壓納燈和金屬鹵化物燈等新型照明電光源，電光源的發(fā)光效率、壽命、顯色性等性能指標(biāo)不斷得到提高。
1、 第一次電光源技術(shù)革命——白熾燈
以愛迪生為代表發(fā)明的白熾燈，經(jīng)過幾代科技人員120多年的努力，白熾燈的發(fā)光效率平均每年增長(zhǎng)0.11lm/W，至今燈發(fā)光效率增加了10倍、壽命提高了500倍、價(jià)格下降了10倍，滿足了人們對(duì)400~2000lm光通量的室內(nèi)照明的需要。
（1） 普通白熾燈
普通白熾燈（簡(jiǎn)稱普通燈泡），一般內(nèi)部安裝有金屬鎢做的燈絲，內(nèi)部被抽成真空或充入少量惰性氣體，燈絲通電后，鎢絲呈熾熱狀態(tài)并輻射發(fā)光。燈絲溫度越高，輻射的可見光比例就越高，即燈將電通轉(zhuǎn)換為可見光的效率就越高。隨著白熾燈發(fā)光效率的增加，燈絲溫度的升高，鎢燈絲的蒸發(fā)速度也增加，從而使燈的壽命縮短。較大功率的白熾燈泡內(nèi)充有約80kPa氣壓的惰性氣體，可以在一定程度上抑制金屬鎢的蒸發(fā)，從而延長(zhǎng)了白熾燈的使用壽命。普通白熾燈的典型發(fā)光效率為10lm/W，使用壽命為1000h左右。
（2） 鹵鎢燈
1959年人們發(fā)明了鹵鎢循環(huán)原理的石英白熾燈，給普通白熾燈注入了新的活力，鹵鎢石英白熾燈具有體積小、燈發(fā)光效率維持率在95%以上，燈發(fā)光效率和使用壽命有了很大的提高。
“鹵”字代表元素周期表中的鹵族元素，如氟、氯、溴、碘這類元素。鹵鎢燈就是充有鹵素的鎢絲白熾燈，現(xiàn)在常用的鹵鎢燈有碘鎢燈和溴鎢燈。根據(jù)鹵鎢循環(huán)原理制造出的鹵鎢燈，給熱輻射光源注入了新的活力。這類燈的體積小，光通量維持率高（可達(dá)95%以上），燈發(fā)光效率和使用壽命明顯優(yōu)于白熾燈，鹵鎢燈的外殼一般采用耐高溫并且高強(qiáng)度的石英玻璃或硬質(zhì)玻璃，燈內(nèi)充有2~8個(gè)大氣壓的惰性氣體及少量的鹵素氣體，從而可以進(jìn)一步提高燈絲的工作溫度。
普通白熾燈燈絲上的鎢原子蒸發(fā)出去后，沉積在玻璃泡殼上，時(shí)間一長(zhǎng)，燈絲越來越細(xì)，泡殼越變?cè)胶?。?jīng)過長(zhǎng)期的努力，人們找到了鹵族元素——氟、氯、溴、碘。比如碘，它在250℃以上的溫度下和鎢很親近，會(huì)和鎢結(jié)合在一起變?yōu)榈饣u分子；而在1500℃以上的高溫下，碘化鎢又分解成碘和鎢原子。如果在白熾燈內(nèi)充上碘，燈泡壁上溫度超過250℃時(shí)，碘就會(huì)把泡殼上的鎢化合成碘化鎢蒸氣，從泡殼上將鎢拉走，向燈絲方向移動(dòng)。在燈絲附近因?yàn)闇囟雀吡?，碘化鎢分解，把鎢交還給燈絲，剩下的碘又移到溫度較低的泡殼上去拉鎢原子，這樣，人們也就不必?fù)?dān)心鎢的蒸發(fā)了。消除了燈絲鎢蒸發(fā)的問題后，就可以提高燈絲的工作溫度了。燈絲工作溫度提高，意味著通過燈絲的電流增加，也就增加了燈的功率，這樣小小體積的碘鎢燈就能比體積大很多的普通白熾燈更亮。鹵鎢燈與普通白熾燈相比，發(fā)光效率可提高到30%左右，高質(zhì)量的鹵鎢燈壽命可以提高到普通白熾燈壽命的3倍左右。
由于鹵鎢循環(huán)（見圖1），減少了燈泡玻璃殼的黑化，鹵鎢燈的光輸出在整個(gè)壽命過程中基本可以維持不變。
正是由于鹵鎢燈的以上優(yōu)勢(shì)，使其用途日趨廣泛。低壓鹵鎢燈的工作電壓一般為12V/24V，燈功率從10~50W不等，它們的主要特點(diǎn)是：色溫為2900K，顯色指數(shù)Ra為95~100，發(fā)光效率為16~20lm/W，使用壽命為3000h，因此更加適宜色彩豐富的高檔商品照明。鹵鎢燈電光源的另一種改進(jìn)措施是采用浸涂法、真空蒸鍍法或化學(xué)蒸鍍法，在石英泡殼上采用紅外反射層技術(shù)制成的新型鹵鎢燈，讓可見光透過，而將紅外線反射回?zé)艚z，使燈的發(fā)光效率提高30%~45%，壽命可達(dá)3000h。由于可以在燈反射面上交替真空蒸鍍20層以上的高折射率物質(zhì)，它可以將75%的紅外線透射掉，這樣出射光的溫度大為降低，因而被廣泛用于如超市食品冷光照明的應(yīng)用場(chǎng)所。低壓鹵鎢燈雖然有以上很多優(yōu)點(diǎn)，但是由市電電壓轉(zhuǎn)換到低電壓時(shí)需要用變壓器，往往使用戶在設(shè)計(jì)安裝時(shí)感到不便。現(xiàn)在已生產(chǎn)出可以直接應(yīng)用于電網(wǎng)電壓為220V/110V的鹵鎢燈，體積最小可達(dá)φ14mm×h54mm，燈絲穩(wěn)定性和抗震性都很優(yōu)良，燈泡殼有透明和磨砂兩種，內(nèi)含保險(xiǎn)絲，符合IECA32-2標(biāo)準(zhǔn)，燈頭易于連接，使用與白熾燈一樣。這類涂有紅外反射膜的新型高壓鹵鎢燈的結(jié)構(gòu)逐步小型化，壽命和發(fā)光效率都比白熾燈有較大提高，從而極大地?cái)U(kuò)展了熱輻射電光源的應(yīng)用范圍。
鹵鎢燈主要用于強(qiáng)光照明，例如，用于公共建筑、交通、拍攝電影和電視節(jié)目制作等場(chǎng)合。此外，有一類碘鎢燈工作溫度稍低，能發(fā)出大量紅外線，可以作干燥器、烘箱的熱源。還有一類碘鎢燈可以用在燈光球場(chǎng)、體育場(chǎng)、游泳池等場(chǎng)合，既光亮又色彩逼真。
熱輻射電光源特別是鹵素電光源與氣體放電光源相比也具有很多優(yōu)勢(shì)：體積小、價(jià)格便宜、不需要啟動(dòng)器和鎮(zhèn)流器等附件，啟動(dòng)特性好、高顯色性、產(chǎn)品自身不含汞等。它的高顯色性和啟動(dòng)特性，特別是低溫啟動(dòng)特性，是氣體放電電光源不可比擬的。
但是白熾燈的發(fā)光效率低、使用壽命短，這是它逐步被熒光燈所取代的主要原因。但由于氣體放電電光源
由于汞具有激發(fā)電位低，在室溫下飽和蒸氣壓低而在高溫下飽和蒸氣壓高等特點(diǎn)，所以一般放電燈中都充有金屬汞。在熒光燈中，汞的蒸氣壓很低，約為1Pa左右，這說明汞的實(shí)際需要量是很少的，實(shí)際上金屬汞的含量和燈管內(nèi)氣壓的高、低與燈管的啟動(dòng)電壓等因素有關(guān)（圖2）。對(duì)圖2可以給出氣體碰撞電離的如下解釋：當(dāng)燈管內(nèi)的壓力很高時(shí)，氣體原子之間的平均距離很小，以至于在氣體帶負(fù)電離子和帶正電離子被加速到足以電離一個(gè)中性氣體原子之前，由于和其他原子的碰撞偏轉(zhuǎn)而被減速，隨著管內(nèi)氣壓的減小，氣體正、負(fù)離子之間的平均距離增加，因而在它們被碰撞減速之前可以運(yùn)行的距離增加，氣體正、負(fù)離子得到較大的加速，使這些氣體正、負(fù)離子有較大的能量參與氣體原子的碰撞，產(chǎn)生足夠的氣體電離，從而產(chǎn)生氣體放電現(xiàn)象。
3、 第三次電光源技術(shù)革命——高強(qiáng)度氣體放電電光源
高強(qiáng)度放電燈（HID：High Intensity Discharge Lamp）通常指汞燈(Mercury Vapor Lamp)、高壓鈉燈(High Pressure Sodium Lamp)、金屬鹵化物燈(Metal Halide Lamp)等。它們的發(fā)光效率都遠(yuǎn)比白熾燈高，按白熾燈、汞燈、金屬鹵化物燈、高壓鈉燈發(fā)光效率的上限值排序分別為：25lm/W、60lm/W、120lm/W、140lm/W，高強(qiáng)度氣體放電燈（HID）的工作氣體壓強(qiáng)一般超過10個(gè)大氣壓。
由于高強(qiáng)度氣體放電燈的發(fā)光效率較高、功率大、壽命長(zhǎng)（可達(dá)以10000h左右），高強(qiáng)度氣體放電燈（HID）在大面積照明和室外照明等場(chǎng)合有著很好的應(yīng)用。目前，高壓汞燈的發(fā)光效率可達(dá)50lm/W，顯色指數(shù)Ra超過65，色溫為4000~6000K，壽命也達(dá)到了10000h，功率范圍為35~3500W，并形成產(chǎn)品的系列化。
20世紀(jì)30年代初與低壓鈉燈同時(shí)出現(xiàn)的高壓汞燈，發(fā)出的是藍(lán)紫光顏色，缺少紅光波長(zhǎng)，燈的發(fā)光效率比白熾燈高出2.5倍，約32lm/W。高壓汞燈是高強(qiáng)度放電燈中使用最早的，它可以分為兩大類：標(biāo)準(zhǔn)型高壓汞燈和自鎮(zhèn)流型高壓汞燈，根據(jù)外泡殼是否涂粉以及迷途知返粉種類不同又派生出許多新的類別。由于高壓汞燈的光色差，這種燈除了用于道路照明之外，還推廣到工廠、碼頭、車站、廣場(chǎng)等照明場(chǎng)合應(yīng)用。到了20世紀(jì)50年代，高壓汞燈的電弧管由玻璃改為石英，提高了汞蒸氣的壓力和燈的功率。同時(shí)使電弧管發(fā)出365.0nm的紫外線去激發(fā)涂在外泡殼內(nèi)壁的熒光粉，增加紅色光譜以改善高壓汞燈的光色，燈的發(fā)光效率達(dá)到50lm/W，顯色指數(shù)40以上，壽命超過10000h。由于汞燈光色中藍(lán)光較重，已逐漸被光色質(zhì)量好、發(fā)光效率更高的高壓鈉燈和金屬鹵化物燈取代。通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在高壓汞燈的電弧管內(nèi)填充金屬鹵化物，碘化物分子進(jìn)入高溫電弧管內(nèi)將分解為金屬原子和碘，金屬原子被電離并激發(fā)，會(huì)發(fā)出有特徑的光譜線，當(dāng)金屬原子擴(kuò)散返回管壁時(shí)，在靠近管壁的較冷區(qū)域與碘原子相遇，重新結(jié)合成碘化物分子。20世紀(jì)60年代初根據(jù)這一原理，美國(guó)首先制成了第一個(gè)金屬鹵化物燈——“鈧鈉燈”之后，荷蘭、英國(guó)、德國(guó)和日本相繼開發(fā)出鈉鉈銦體系、鏑鉈體系及氯化錫分子體系。金屬鹵化物燈的基本特性已被認(rèn)識(shí)，發(fā)光效率比高壓汞燈提高40%以上，顯色指數(shù)Ra超過65，色溫4000~6000K，壽命也達(dá)到10000h，光的性能指標(biāo)超過高壓汞燈。金屬鹵化物燈開始推廣時(shí)發(fā)現(xiàn)在壽命期間，出現(xiàn)顏色的分層和電弧的漂移。到了20世紀(jì)70年代，在不斷改進(jìn)和提高后，這些問題都得到了解決，使金屬鹵化物燈顯示出高發(fā)光效率、高功率、高顯色性、高色溫、體積小、長(zhǎng)壽命的特點(diǎn)，在室內(nèi)外照明中占有重要的地位。特別對(duì)體育場(chǎng)館、機(jī)場(chǎng)、廣場(chǎng)和大規(guī)模的施工現(xiàn)場(chǎng)和高大建筑的泛光照明，電影外景的拍攝，燈光捕魚等均具有極大的優(yōu)勢(shì)。
有50多種金屬鹵化物滿足相關(guān)要求。如果從其中選擇幾種進(jìn)行組合，可以制成成千上萬種金鹵燈。但是，實(shí)際的燈并不是這樣任意組合，而是根據(jù)所要求的燈的光譜特性，進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪x擇。
而陶瓷金屬鹵化物燈由于采用陶瓷材料作內(nèi)管壁避免了燈內(nèi)金屬材料的損失，并且電弧管尺寸可以控制得非常精確，所以具有光電性能一致性好，允許更高電弧溫度，可以使燈的發(fā)光效率較普通金屬鹵化物燈提高10%~20%，光色和工作穩(wěn)定性更好，發(fā)光體積小，亮度高，適用作投影電光源的特點(diǎn)。
因此HID燈一般指高壓鈉燈和金屬鹵化物燈。高壓鈉燈是20世紀(jì)60年代與金屬鹵化物燈同步發(fā)展起來的一種高強(qiáng)度氣體放電燈，該燈是在低壓鈉燈的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。當(dāng)時(shí)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，增強(qiáng)鈉的蒸氣壓力，D線會(huì)明顯加寬，產(chǎn)生自吸收，可以改善鈉燈的光色。1962年美國(guó)首先解決了鈉在高溫、高壓時(shí)的抗腐蝕、半透明多晶氧化鋁管材料，又突破了封接工藝，制成第一支高壓鈉燈，高壓鈉燈的發(fā)光效率為90lm/W，顯色指數(shù)Ra為25，壽命為5000h，發(fā)出的光是金黃色，節(jié)能效果很好，很快在道路、港口、車站、工廠、橋梁、廣場(chǎng)等照明場(chǎng)合應(yīng)用。經(jīng)過數(shù)十年的應(yīng)用，高壓鈉燈的性能也在不斷得到改進(jìn)和提高，現(xiàn)在高壓鈉燈的發(fā)光效率為120lm/W，壽命達(dá)到24000h，品種系列化（30~1000W），同時(shí)還開發(fā)出高顯色性的高壓鈉燈，顯色指數(shù)Ra在80左右，發(fā)光效率為80lm/W，壽
