Licht in signaleringstechnologie

Lichtgevende diodes zijn opgebouwd uit bepaalde halfgeleiders. Vreemde atomen worden in de halfgeleider ingebouwd met het doel de geleidbaarheid te optimaliseren. De helft van de halfgeleider (het n-gebied) is gedoteerd met vreemde atomen die één bindingselektron meer bevatten dan het halfgeleideratoom. Dit overtollige atoom kan vrij bewegen en verhoogt de geleidbaarheid.

De andere helft (p-gebied) is gedoteerd met vreemde atomen die één elektron minder bevatten dan de halfgeleider. Wanneer de LED wordt ingeschakeld, vullen deze defecten ("gaten") zich met vrije elektronen (recombinatie). Hierbij komt energie in de vorm van stralingsfotonen vrij. De energie en dus de kleur van het uitgestraalde licht wordt bepaald door het materiaal waarvan de halfgeleider is gemaakt; GaAsP (Gallium Arsenic Phosphide) resulteert bijvoorbeeld in rood licht.

Een wolfraam gloeidraad wordt verhit tot een hoge temperatuur, waardoor energie wordt uitgestraald over een brede golflengte. Dit wordt waargenomen als licht, vergelijkbaar met zonlicht. De wolfraamdraad verdampt na verloop van tijd. Wanneer het wolfraamgehalte onder een bepaald niveau daalt, is de maximale levensduur van de lamp bereikt. Aangezien wolfraam snel oxideert en wordt vernietigd wanneer het in contact komt met lucht, moet de gloeidraad worden bewaard in een niet-oxiderende atmosfeer, zoals vacuüm. Dit leidt ons tot de bekende gloeilamp met zijn verzegelde glazen behuizing.

Dit zijn gloeilampen waarin de wolfraamdraad is ingesloten door een kleine hoeveelheid halogeen. De resulterende chemische reactie heeft tot gevolg dat de levensduur van het wolfraam wordt verlengd en de lichtopbrengst gedurende de gehele levensduur van de lamp wordt gestabiliseerd.

Xenonflitsbuizen worden veel gebruikt in de signaleringstechniek. Zij bestaan uit een glazen buis gevuld met het inerte gas xenon. Een voldoende hoge spanning leidt tot een ontlading van energie met een vonkbrug en een flits van hoge intensiteit.

Op het gebied van verlichting en signaleringstechniek wordt onderscheid gemaakt tussen fundamentele eenheden om het licht zelf te definiëren.
De belangrijkste daarvan zijn de eenheden Lumen, Candela en Lux.

• Lumen (eenheid lm)
  Lichtstroom wordt gemeten in Lumen; dit is de eenheid voor de gehele zichtbare lichtopbrengst van een lichtemitterende bron.
  De lichtstroom wordt gedefinieerd door de volgende formule die bekend staat als de helderheidskarakteristiek:

  
  
  Lichtstroom φ [in lm] = stralingsvermogen x helderheidskarakteristiek V(λ)
  
  De helderheidsindruk op het menselijk oog is gebaseerd op een gevoeligheidscurve V(λ) die de sensatie weergeeft die door het oog wordt gevoeld in verhouding tot de golflengte. Het maximumpunt op deze curve ligt bij ongeveer 555 nm; wij zien het best bij deze golflengte; V(555 nm) = 1.

• Candela (unit cd)

In de signaaltechniek is alleen het deel van de lichtstroom dat in een bepaalde richting wordt uitgestraald van belang. Deze lichtsterkte wordt gemeten in Candela. Zij wordt gedefinieerd door de lichtstroom van een lamp en de steradiaalmaat

Lichtintensiteit [in cd] = Lichtstroom φ/ Steratiemaat Ω

Een volledige bol heeft een dihedraalhoek van Ω = 4 π sr. sr staat voor de steradiaal en is de eenheid voor de dihedraalhoek.
Voorbeeld: een huishoudkaars die een lichtsterkte van 12,566 lumen uitstraalt, heeft een lichtsterkte ten opzichte van de steradiaalmaat 12,566 lm / 4π sr ≈1cd.

Dit verklaart de naam: candela is het Latijnse woord voor kaars.

• Lux (eenheid lx)

  De verlichtingsdichtheid is een belangrijke eenheid in verlichtingsinstallaties. Het is de maat voor de helderheid waarmee een gebied wordt verlicht. Terwijl de lichtintensiteit (in cd) een eigenschap van een lichtbron is, wordt de verlichtingsdichtheid berekend met betrekking tot het te verlichten gebied. Wanneer de uitgestraalde lichtstroom constant is, is de volgende formule van toepassing:

  Lichtdichtheid E [in Lux] = Lichtstroom φ / Oppervlak A