激光植物工厂的现状与未来展望

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1、激光技术与应用!"#$%&$’()*+*,-./00+1’"21*)#激光植物工厂的现状与未来展望!王玉英!引言荡波长#?0)*)输出大于@(*5的蓝光光盘用类近年来!代表现代化农业的植物工厂已投入使%)-.6蓝紫色#$已实现商品化并开始批量生产%用!高技术在农业综合企业的应用研究正在探索之&’’(年日本日亚化学工业股份有限公司的科研人员中"!""#年!日本开始用发光二极管#$%&$作照开发了用于全色显示器的高亮度蓝色发光二极管*明光源!对植物栽培技术进行了研究%日本的全控&’’)年又成功研制出$*$用具有量子阱结构的型$%&植物工厂的研究现已进入实用化阶段!并又>)-.6

2、蓝紫色半导体激光器%提出了利用激光作照明光源的&激光植物工厂’的本文以激光植物工厂近&+年来的发展为核心!宏伟目标%对其外围技术及其应用研究和未来展望进行了综述%!植物栽培所必需的光地球上的动植物以各种形式利用太阳能!尤其绿色植物是通过各种光与其反应而生长%学生在高中阶段!都曾做过光合作用实验或植物栽培实验!即在暗室中!在白炽灯上!贴透红光和蓝光的滤光片!将光照射到黑藻上!然后测量所产生的二氧化碳%绿色植物在光合作用下通过生物合成!从无机物生成有机物!进而生长%光合作用是一种生物化图!峰值输出为!3045的激光二极管阵列模块学反应!即通过光合作用色素吸收光能!用ABC和高度

3、信息化的发展使半导体产业不断进步!半D,-为原料合成以碳水化合物为代表的有机化合物!导体器件的开发竞争日益激烈!半导体激光器并释放出-,%可用下式表示为($&$的输出功率已达到开发之初预想不到的高功光能率化%目前!用于激光核聚变光驱动器的’(()*类.-,/0,-(.0,-$1-,10,-(&$+,-.+/近红外半导体激光阵列模块已具有012的高在光合作用色素中!叶绿素.起最重要的作用%叶效率!峰值输出达!3045(世界最高功率$(见图绿素.为主色素!叶绿素9起辅助色素的作用!此!$%近红外固体激光器正逐渐从灯泵浦发展到半导外还有胡萝卜素)叶黄素等色素%图,示出了叶绿体激光

4、阵列泵浦的固体激光器!促进了67!8+-和素.)9的吸收光谱%实验表明!光合作用色素分别89!8+-&:;;$的迅速发展%振荡波长<0()*)输吸收其特定波长!将其能量转换为碳酸同化反应所出大于!((*5的&=&用类",-.>):红色#$及振必需的化学能%在这种需要光的光化学反应中有称光机电信息"!"#$"%&’(()激光技术与应用!"#$%&$’()*+*,-./00+1’"21*)#为光反应的光化学系统!!""完全不需要光#在些均受季节变化和昼夜长短的光周期性变化的影响$黑暗中进行的二氧化碳固定作用的被称之为暗反应$众所周知%日照时间到一定程度才能开花的是短日对各种植物

5、照射单色光%以测量光合作用速度并获植物"日照时间长到一定程度才能开花的是长日植得作用光谱%即测出何种波长的光对光合作用有效$物"与日照时间无关%当植物达到一定日期或大小图!示出了与这种波长相关的曲线图$由图可知%就出花芽的是中性植物$因此%对电照植物栽培而叶绿素!&"和绿色植物的作用光谱主要由红&蓝光言%根据栽培植物所具有的不同光周期设定光强%起作用%对红光#$%&#’%()和蓝光$*+&"#$()的波这在技术上是保密的$长比较适宜$若同时照射不同波长的光%则其光合利用光与植物反应的性质使植物工厂实用化%作用速度大于这些光单独照射所得值之和%这就是即在红光&远红光区以及蓝光

6、&近紫外光区对植物埃默森效应’,)-./0(%/12213-()照射人造光$目前%在植物工厂中有利用太阳光和完全控制太阳光两种类型%而大部分采用控制太阳光的控制型%即把人造光作为辅助光利用$在完全控制型植物工厂中%高压钠灯&金属卤灯或荧光灯在生菜和叶用莴苣的栽培中已进入实用化阶段$在空间站中进行的植物栽培会受到微小重力或密闭容器灯空间因素的影响%还因67*和)!等气体浓度及压力等各种生长环境不同%所以不能简单地与遗传学的状况相比较$!利用"#$或"%$和!"栽培植物图J叶绿素!%"的吸收光谱和绿色植物的作用光谱美国很早就有利用太阳光的植物工厂%并且有一个研究小组在空间站生活

7、$他们除了吃宇宙食品若在暗处培育绿色植物%植物则呈黄白色%茎外%还对实际栽培植物的可食用性进行了研究$早变得异常长且不出叶$在这种情况下%对其稍照一在*((*年%威斯康星大学的89:!等人利用以红光些阳光便会使其绿化%茎的异常伸长受到抑制%便##+()为发光中心的;!<:!?@=/%:1--!31’+!3-93!控制植物的生长和分化方向$绿色植物的受光体吸A!-@B!C5%这大概是世界上最早利用+,-作照明光收远红光%