你沒想過的氙燈運作原理?

氙弧燈的發光機制。

氙氣短弧燈有兩種不同的種類:純氙氣,只含有氙氣;和氙-汞,它含有氙氣和少量的汞金屬。穩態太陽模擬器通常使用氙氣短弧燈作為光源,因為其色溫高達6500K,接近太陽光譜(5500K)。

在純氙氣燈中,大部分光是在電子流離開陰極表面的微小、針尖大小的等離子體雲中產生的。發光體積呈錐形,發光強度從陰極到陽極呈指數衰減。穿過等離子云的電子撞擊陽極,使其發熱。因此,氙氣短弧燈中的陽極要么必須比陰極大得多,要么是水冷的,以散發熱量。純氙氣短弧燈的輸出提供連續光譜功率分佈,色溫約為 6200K,CRI 接近 100。光強度範圍為 20,000 至 500,000 cd/cm2。儘管即使在高壓燈中,在近紅外區域也有一些非常強的發射線,大約在 850-900 nm 的範圍內。該光譜區域可包含總發射光的約 10%。一些應用包括光導系統,例如內窺鏡和牙科技術。

在氙汞短弧燈中,大部分光是在位於每個電極尖端的精確大小的等離子體雲中產生的。發光體積呈兩個相交的圓錐形,發光強度向燈的中心呈指數衰減。氙汞短弧燈具有藍白色光譜和極高的紫外線輸出。這些燈主要用於紫外線固化應用、物體消毒和產生臭氧。

極小的弧形尺寸可以以中等精度聚焦來自燈的光。出於這個原因,較小尺寸的氙弧燈(低至 10 瓦)用於光學以及顯微鏡和其他儀器的精密照明,儘管在現代它們已被單模激光二極管和白光超連續譜激光器所取代,這些激光器可以產生真正的衍射極限光斑。較大的燈用於產生窄光束的探照燈,或需要日光模擬的電影製作照明。

所有氙氣短弧燈都會產生大量的紫外線輻射。氙氣在紫外波段具有很強的譜線,這些譜線很容易穿過熔融石英燈外殼。與標準燈中使用的硼矽酸鹽玻璃不同,熔融石英很容易通過紫外線輻射,除非它經過特殊摻雜。短弧燈釋放的紫外線輻射會導致產生臭氧的次要問題。紫外線輻射撞擊燈周圍空氣中的氧分子,使它們電離。一些電離分子然後重新結合為 O3,臭氧。使用短弧燈作為光源的設備必須包含紫外線輻射並防止臭氧積聚。

許多燈在外殼上具有短波紫外線阻擋塗層,並作為“無臭氧”燈出售。一些燈的外殼由超純合成熔融石英(例如“透明石英”)製成,這大約使成本增加了一倍,但允許它們將有用的光發射到真空紫外線區域。這些燈通常在純氮氣氛中工作。

燈圖 – 基本佈局和零件圖

燈的組成部分:

氙氣燈在理論上由簡單的結構組成,但組件和零件都是高度專業化的。下圖僅顯示基本佈局,隱藏了許多細節。下面列出的是典型氙氣燈的簡化概述:

石英外殼內置燈的厚透明玻璃。石英具有高強度,可以承受高的內部操作壓力,並且具有非常特殊的光學特性,可以透射特定光譜的光。

正極和負極 – 燈泡的末端有多種用途。厚的外端蓋提供了一種將燈泡機械安裝到固定裝置中的方法,以及進行適當的電氣連接。在這些外殼內是燈密封件。密封件是一個複雜的組件,專門設計用於密封內腔,使氣體不會逸出,但允許電極引線穿過以連接端蓋。兩種最常用的密封件是“杯”式密封件和“箔式”密封件。雖然每個在結構上都不同,但都具有相同的目的,並且每個都僅用於燈泡系列尺寸,其中它們的結構和導電性能尺寸合適。

電極-陽極和陰極是電弧或火焰流過的兩個電極。較小的或陰極​​帶負電,尖端是火焰的來源。較大的或陽極帶正電,並接收或降落火焰。兩個電極均由純鎢製成,然後經過特殊處理以保持燈的工作特性。

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