传统意义上，光包括可见光、红外线和紫外线；广义上，光也包括X射线、γ射线。任何有温度的物体都时刻在“发光”。
光，传递给人类光明和希望。如果你只是认为光就是红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种颜色的集合的话，那对光的理解就太片面了。
其实，光是一种电磁波，人眼能够看到的光被称为可见光，可见光的波长范围极其有限，在400—760nm（nm为纳米）之间，低于或者高于这个波长范围的光，人眼就无法看到，被称为不可见光。由于在可见光中，波长最短的为紫色光，所以比紫色光波长更短的光就称为紫外线，波长范围10—400nm；同样，波长最长的可见光为红色光，比红色光波长更长的光就称为红外线，波长范围760nm—1mm（mm为毫米）。
当然，自然界中也存在比紫外线波长更短的X射线（波长范围0.01—10nm）以及比X射线波长更短的γ射线（波长小于0.01nm），同时也存在比红外线波长更长的无线电波（波长大于1mm，最长可达几十千米）。传统意义上，光包括可见光、红外线和紫外线；在广义范围内，X射线和γ射线也可以被认为是光，而无线电波则不被认为是光。
所以，可见光的波长范围在整个电磁波范围内真的窄到可以忽略不计。但就是这样一个小小范围内的电磁波，给了人类绚丽多彩的世界。
地球上光明与黑暗交替出现，但是人类对光明的追求从未止步，所以人们对于制造可见光源的努力也从未停止。在古代，人们利用火来照明，无论是燃烧火把、点蜡烛，还是烧煤油灯，燃烧过程形成的火光，在黑暗中给了人们光明。
随着电气时代的到来，人们开始探索如何用电来发光。当电流通过细长导体时，由于细长导体电阻较大，电流经过会使导体逐渐放热，当导体的温度达到2000℃以上时，就会发出明亮的白光，从而可以作为照明设备，这就是白炽灯泡的工作原理，里面的细长导体就是灯丝。
从白炽灯泡的工作原理我们知道，灯丝具有导电且耐高温的特性。
美国发明大王爱迪生首先尝试将竹丝碳化成碳丝作为灯丝来制作灯泡，虽然碳有很高的熔点（3500℃以上）且导电性能良好，但是碳很容易被氧气氧化，且碳在高温环境中容易升华，也就是“挥发”得很快，因此大大缩短了碳丝灯泡的使用寿命。为了抑制碳的升华，碳丝不能在过高的温度下使用，这使得碳丝灯泡的亮度受到极大限制。在灯泡内部填充惰性气体（氮气、氩气等）或者直接抽至真空，虽然抑制了氧化，在一定程度上延长了白炽灯泡的使用寿命，但是依然无法抑制升华，故而碳丝灯泡只有数百小时的使用寿命。但即便碳丝灯泡具有诸多缺点，它也依然让人类第一次冲破了黑夜的束缚，活动不再受到时间的限制，极大推动了人类文明向前发展。
为了延长白炽灯泡的使用寿命，就需要寻找在高温环境中不易升华的导电物质，首先人们尝试使用锇（Os）丝和钽（Ta）丝取代碳丝，但是由于这两种金属熔点较低，因而工作温度和光效也很低。最终，人们将目光聚焦在了金属钨（W）。金属钨的熔点为3410℃，熔点高，而且其最大的优点是升华速率较低，可以加热到比碳丝更高的温度，因此钨丝灯泡比碳丝灯泡更加明亮。
1903年，匈牙利科学家首次制造出钨丝灯泡，并申请了专利。随着钨丝灯泡的逐渐普及，人们发现虽然金属钨的升华速度较慢，使灯泡的使用寿命大大延长，但金属钨依然存在升华现象，灯泡的使用寿命虽然可以满足人们日常生活的照明要求，但还达不到完全令人满意的程度，直到人们发现了卤钨循环原理。
人们在普通钨丝灯泡的内部填充惰性气体的同时填充了一些卤族元素气体，例如溴蒸气（Br2）或者碘蒸气（I2）。当灯丝发热时，升华的金属钨原子会向灯泡壁扩散移动，当接近灯壁时，钨蒸气会被冷却到大约800℃，同时和卤素气体发生化学反应，生成卤化钨（溴化钨WBr2或碘化钨WI2）。新生成的卤化钨又会反向扩散回灯丝附近，由于卤化钨是一种化学性质不稳定的物质，经过高温灯丝的加热会重新分解成卤素蒸气和金属钨，并沉积在金属钨丝表面，从而补充了升华掉的灯丝。利用卤钨之间的可逆反应，灯丝的使用寿命可达到之前的四倍，让钨丝灯泡成为现今最成功的一类电气照明设备。
无论是碳丝灯泡还是钨丝灯泡，都是通过将灯丝加热到一定温度从而使其发出光亮。那么从原子的尺度分析，产生光的深层次原因到底是什么呢？
我们已经知道，原子内部含有分布于不同能级轨道的电子，尤其以最外层电子的性质最为活泼。当物质被加热时，组成物质的原子的最外层电子就会吸收能量，从而被激发实现能级轨道的跃迁，也就是跳向能级更高的轨道。但是，被激发的电子并不稳定，会随时回归到原本的轨道上来。在回归的过程中，电子会将之前吸收的能量以光能的形式释放出来。
当物质被加热到的温度较低时，电子吸收的能量也较小，激发后回归所释放出的光的能量也较小，即光的频率较低，波长较长，一般处于红外线的波长范围。当物质被继续加热至500℃以上，电子被激发后回归所释放的能量也会进一步增大，释放的光的频率逐渐升高，波长逐渐减小至可见光的范围，我们就可以看到暗暗的红色了。当然，物质的温度再进一步升高，所释放的光会逐渐从暗红光转化为黄光，进而转化为白光，甚至会辐射出紫外线，这都是电子所吸收的能量逐渐增大的缘故。所以，任何有温度的物体，包括人体，都在时时刻刻“发光”，只不过由于我们自身温度较低，发出的光都是红外线而已。所以在夜晚，我们依然可以使用红外成像仪去观察周围的一切事物。
像灯泡这样，经过了电能转化为热能，再转化为光能的两步能量转化后，可见光的转化效率只有不到10%。大量的电能只变为了红外线，以热量的形式释放出去，从而被浪费，所以灯泡被称为热光源。
为了提升可见光的转化效率，就必须要寻找到从电能直接转化为光能的途径。(www.xing528.com)
能不能实现从电能直接向光能的转化，从而提升能量转化效率呢？当然能，不过要换一个能量转化的路径。
电，本身是一种看不见摸不着的东西。我们对电的最直观感受莫过于雷雨天气时看到的一道道闪电。闪电是云与云之间产生的放电现象，但我们为什么能够看到放电的过程呢？这是因为云之间的放电过程产生了亮度极高的可见光，这就是电能直接转化为光能的例子。
从微观角度来讲，当云产生放电现象时，云的周围就产生了很强的电场。电场迫使空气分子中原本较为惰性的外层电子变得活泼，且具有自由运动的倾向。当电场足够大时，部分空气分子的外层电子便摆脱了束缚，成为自由电子，而失去电子的空气分子则变为离子，此时空气被击穿，具有了导电的能力。当强大电流通过空气时，自由电子和空气离子高速运动，自然而然地会与其他空气分子发生碰撞，碰撞后，空气分子的外层电子便吸收了碰撞能量从而跃迁至高能级。当电子从高能级回归到原本的低能级时，便会将多余能量以光的形式释放出来，从而实现了电能向光能的转化。
基于这个原理，人们便开始设计和制造新一代的照明设备。人们在灯管中不再使用灯丝，而是放入两个电极，电极之间可以根据实际需要充入不同种类的气体。
由于不同种类的原子的外层电子所处的轨道不同，所以电子跃迁—回归所释放的能量也不同，故而不同气体被电击穿后所释放的光的颜色也不同。例如向灯管中充入钠（Na）蒸气，我们就制得了钠灯，钠灯的灯光为黄色。由于黄光透雾性强，并且在夜晚可产生较好的路面能见度，所以钠灯被广泛用于路灯以及机场、码头、车站、广场的照明。如果将钠蒸气换为稀有气体氖气（Ne），我们就得到了霓虹灯，每当夜幕降临，华灯初上，五颜六色的霓虹灯就给城市增添了无尽的都市气息。氖气的发光颜色为橙红色，为了得到其他颜色的霓虹灯，还会在灯中增添氦气（He）、氩气（Ar）、汞（Hg）蒸气等。如果向灯中充入氙气（Xe），我们就得到了高档汽车的车头大灯——氙灯。氙灯具有与日光近乎相同的光色，给驾驶者营造出安全且舒适的视觉体验。
如果向灯管中单独充入汞蒸气，通电后我们则只能看到微弱的蓝光，是因为汞蒸气不能发光吗？其实不是，是因为汞蒸气通电后发出的光绝大部分为紫外线，所以汞灯是一种非常好的紫外线光源。如果在灯管的管壁涂覆一层荧光物质，荧光物质在吸收了紫外线后会转化为可见光释放出来，这样我们就得到了日常生活中常见的细细长长的灯棒——荧光灯，也叫作日光灯。荧光灯的紫外线转化效率为63%左右，通过荧光涂层转化为可见光后，可见光的总体转化率也可以达到30%，相比于钨丝灯不到10%的可见光转化效率已经提升到原来的三倍。但即便如此，也有近70%的能量变成热能而被浪费掉了，所以光效提升的空间依然很大。
近年来，LED灯逐渐走入了人们的日常生活，成为家庭照明的一个重要组成部分。LED灯的可见光转化效率可以达到90%以上，并且发出的光全部为可见光，不包含红外线，所以LED灯的光线不会让人有热的感觉，故而，LED灯被称为冷光源。
LED灯的电光转化是一种新的途径：LED灯的核心发光组件是一块半导体芯片，半导体芯片中会有一种特殊的电子结构，被称为PN结。PN结是由P型半导体和N型半导体拼接而成的，其中P型半导体存在大量的电子空穴，而N型半导体则存在大量的自由电子。当PN结正向通电后，自由电子便会从N型半导体向P型半导体流动，当自由电子流动进入电子空穴时，由于电子自身能量降低，能量便会以光的形式释放出来，这就是LED灯的发光原理。关于半导体和PN结的知识，我们会在第四章《金属与非金属的边界》给大家做详细讲述。
这里有一个重要问题需要跟小朋友们进一步解释：LED灯作为不发射红外线的冷光源，那工作的时候还会自身放热吗？其实也会的。
首先，LED灯依然有10%左右的能量转化成了热量；其次，剩余90%的电能虽然全部转化成了可见光，但是由于LED灯结构和封装的原因，很大一部分可见光并没有真正地释放出来，而是被困在了灯体内部，最终也变为热量损耗掉了，而这部分因为无法释放而损耗的可见光能量居然占到了所有可见光能量的一半以上，使得人们能够实际利用的可见光比例大大降低，不得不说，这种可见光的浪费真的十分可惜。
所以LED灯的灯体依然是会发热的，但是LED灯的确是冷光源。因此我们就明白了一个道理：冷光源是不发射红外线的光源，而不是不发热的光源。
无论是红外线、可见光还是紫外线，都是通过原子外层电子的能级跃迁，在返回原能级的过程中将能量以光的形式释放出来而形成的。但是想要得到能量更高的光，例如X射线或者γ射线，原子外层的能级轨道之间的能量差就不够了。
想要得到X射线，需要原子的外层电子向内层跃迁。如果用加速后的电子来轰击金属钯，在撞击过程中，由于高速电子携带的能量很大，会将金属原子的内层电子撞出，从而形成内层电子空穴，此时外层电子便会跃迁回内层填补空穴，同时以光的形式将多余能量释放出来。由于外层电子轨道与内层电子轨道的能级差距较大，故而电子向内层跃迁时释放的能量也较大，我们就会得到X射线。
而γ射线的能量比X射线还要大，电子能级跃迁所释放的能量已经无法满足释放γ射线所需的能量。其实，除了电子具有能级以外，原子核也存在能级，当原子核发生衰变或者核反应时，原子核的能级则会发生变化，原子核的能量降低时便有可能释放γ射线。
X射线和γ射线能量很高，都具有非常好的穿透性。X射线被用作人体的透视检查，而γ射线对人体伤害性大，一般在工业中被用来进行金属产品的探伤，检查金属内部是否存在缺陷。
γ射线是宇宙中最强的射线，也就是说，没有比γ射线能量更强的光了。
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