“白球”變“彩球”！燈光為什么能呈現(xiàn)五彩斑斕的效果？

審核專家：周洪直 北京工業(yè)大學(xué)物理與光電工程學(xué)院高級(jí)實(shí)驗(yàn)師 碩士生導(dǎo)師

冬季到來，北京科學(xué)中心特效影院換了新裝。作為北京三環(huán)的一處地標(biāo)性建筑，北京科學(xué)中心的白色大“圓球”煥新營(yíng)造燈光氛圍，使其在夜晚更加璀璨奪目。彩色燈光點(diǎn)亮了地標(biāo)，也是對(duì)城市記憶的喚醒。抬頭觀賞不停變換的“圓球”燈光，你是否產(chǎn)生過疑問：霓虹燈為什么能呈現(xiàn)出五顏六色的燈光？為什么有的燈自己就能閃爍出五彩斑斕的顏色？

01霓虹燈是氣體做的？

霓虹燈是由英文“氖燈”，即“neon light”得來的，“霓虹”兩字實(shí)際上是“neon”的譯音。霓虹燈的主角正是以氖氣為代表的一系列惰性氣體。

氖是一種惰性氣體元素，在元素周期表上排在第10位，最后一列的第二行。所有惰性氣體元素都位于最后一列，課本上學(xué)過的“氦氖氬氪氙氡”，說的就是它們。

惰性氣體至少滿足兩個(gè)特征：一是因?yàn)樗鼈兊碾娮咏Y(jié)構(gòu)已經(jīng)非常完整，化學(xué)性質(zhì)很“懶惰”，非常難發(fā)生反應(yīng)轉(zhuǎn)化為其他物質(zhì)；二是它們常溫條件下是氣態(tài)。

02惰性氣體如何發(fā)光？在電磁波的激發(fā)之下，惰性氣體會(huì)發(fā)生電離，處于一種激發(fā)態(tài)。但由于它們的惰性，此時(shí)它們并不會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。

激發(fā)態(tài)的惰性氣體并不穩(wěn)定，還會(huì)回到原先的基態(tài)，在這個(gè)過程中它們必然會(huì)將收到的激發(fā)能量，以固有的諧振頻率釋放出來，而釋放的形式還是電磁波。

如果這種電磁波頻率剛好處于可見光的波長(zhǎng)范圍內(nèi)，人眼就能看到它們所發(fā)出的光芒。

氖燈比較特別的地方在于，它的光譜不僅處于可見光范圍，而且還是非常明亮的紅色。所以在它被發(fā)現(xiàn)不久，就被作為填充氣充入霓虹燈管中了。

如今我們把這一類發(fā)光原理的燈都統(tǒng)稱為霓虹燈，不過其他顏色的燈里填的是別的元素，例如氦氣發(fā)出橘紅色，氬氣發(fā)出藍(lán)紫光等。

03新一代的照明工具LED

LED是英文light emitting diode（發(fā)光二極管）的縮寫，這是用高亮度發(fā)光二極管做的照明燈。它的核心部分是由p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體組成的晶片。

LED的PN結(jié)的特點(diǎn)是存在一個(gè)諧振腔。當(dāng)激勵(lì)電流到達(dá)時(shí)，載流子會(huì)在這個(gè)結(jié)之間產(chǎn)生多次反射，在達(dá)到設(shè)計(jì)頻率時(shí)，能量就會(huì)以固定頻率輻射出來，形成我們看到的光。

04彩色光源的產(chǎn)生

要想知道七彩LED發(fā)光原理，首先來認(rèn)識(shí)一下紅(R)、綠(G)、藍(lán)(B)三基色。由這三種顏色經(jīng)過不同組合可以得到其他不同的顏色。

例如紅光和綠光同時(shí)點(diǎn)亮?xí)r，紅綠兩種光混合成黃色。變色燈的變色原理是通過三種基色LED分別點(diǎn)亮兩個(gè)LED時(shí)，它可以發(fā)出黃、紫、青色（如紅、藍(lán)兩LED點(diǎn)亮?xí)r發(fā)出紫色光），若紅、綠、藍(lán)三種LED同時(shí)點(diǎn)亮?xí)r，它會(huì)產(chǎn)生白光。

如果有電路能使紅、綠、藍(lán)光LED分別兩兩點(diǎn)亮、單獨(dú)點(diǎn)亮及三基色LED同時(shí)點(diǎn)亮，且各自的光強(qiáng)度發(fā)生變化時(shí)，它就能發(fā)出七種或者更多的不同顏色的光來，于是就出現(xiàn)了彩色LED燈的這種現(xiàn)象，隨著它們疊加比例的不同，則產(chǎn)生不同的色彩。

依托全新的燈光景觀，北京科學(xué)中心誠(chéng)邀大小朋友們一起見證重塑煥新的力量！我們熱忱歡迎每一位訪客親臨現(xiàn)場(chǎng)，用雙眼、用鏡頭捕捉精彩瞬間，共同參與點(diǎn)亮地標(biāo)，留下對(duì)“圓球”“北京科學(xué)中心”的全新璀璨記憶！