汞灯喊“同学们该回家给显微镜换灯泡啦”LED就笑了

关于LED显微光源的原理和应用

现在各行各业，都争先恐后地把各种照明光源换成了LED，因为在节能环保的大旗下LED优势明显。前不久，把家里的灯泡也陆陆续续都换成了LED灯泡，亮度确有提高、功耗也降低不少。希望使用寿命能够达到LED标称值，因为实在受不了抽屉里放着一堆灯泡，还经常把坏灯泡错拿出来给装上了。

另一个需要经常换灯泡的场所就是生物实验室。过去的几十年，卤素灯泡、汞灯灯泡是光学显微镜的常用光源。下图从左至右依次为卤素碗灯、汞灯、卤素灯、氙灯的灯泡，每个实验室总有那么几个。

我们以荧光光源为例：汞灯灯泡的寿命一般在200至300小时。不排除有实验室号称用到2000小时的，但是亮度都已经很低，而且有爆炸的风险。有实际案例，超寿命使用的汞灯发生了爆炸，把灯室里的反光镜炸坏必须更换，更后怕的是爆炸之后的汞挥发到整个实验室空间里了。金属卤素灯，或称金属卤化灯或有同学称长寿命汞灯，使用寿命则可以达到2000小时，减少了灯泡的更换频率。

如上图，LED荧光光源的诸多优势之一，就是超长的使用寿命，一般的标称值是20000小时至30000小时。生物实验室可以用上四五年都没问题，而且使用过程中，可以随时开关，不像汞灯开关之后都需要漫长的等待时间。

LED全名是light-emitting diode即发光二极管，下图是各种形状颜色的LED，一般来说我们所看到的外型颜色也就是LED发光的颜色。

从二极管工作电流与电压关系图上可以看出，在LED整个工作区内电压基本保持不变，改变电流可改变LED亮度。

白光LED光源一般使用脉冲宽度调制(Pulse width modulation, PWM)，通过改变脉冲的占空比可以改变流经LED的平均电流，从而控制LED的亮度。这样控制的好处是，通电时电流没有改变也就不会改变LED色温，所以在调节不同亮度的时候白光LED的色温是没有变化的。对于经常使用显微镜的同学，肯定有体会：卤素灯在不同光强下色温是有明显变化的，亮度越低则光线越黄。

上面提到，可以用非常高的脉冲频率去调制LED光源的开关。在生命科学的荧光成像中，也有不少实验应用比如长时程活细胞、神经科学光遗传，需要用TTL脉冲信号去调制LED光源，调制频率或许低于100Hz。传统上，用汞灯光源就需要搭配较贵的高速机械光闸，来实现类似的功能。采用LED荧光光源可以节省这笔费用。

在荧光显微镜上观察多种荧光标记，对于单波长的LED确实是一个挑战。经典的做法是，从光学上耦合四个或者更多的单波长LED，然后接到显微镜上，来满足多通道荧光成像的需求。

这样的优势是每个波长的LED功率比较高，缺点是单波长LED需要选择特定的荧光滤光片，而且后续增加其他波长较为麻烦。全光谱LED光源由于光谱曲线接近汞灯或者金属卤素灯，对于滤光片的要求不高，而且后续需要更多波长的话只要增加滤光片就可以了。

全光谱白光LED光源早期由于功率的限制，亮度不能和汞灯或其他荧光光源相比，近几年亮度有很大提高，能满足实验室的荧光成像需求。的高亮度LED荧光光源产品，可以包含六个独立的LED波长，可同时全部打开变白光、也可单独切换六个波长，对于高速多通道荧光的显微成像实验非常有帮助。

在长寿命金属卤素灯时代的X-Cite品牌，现有各种LED光源光源的解决方案，在国内也有诸多实验室已经使用并有不错的反响。如需更多产品信息，可以联系 info