你没想过的氙灯运作原理?

发表时间:2021-09-23      点击次数:2052

氙弧灯的发光机制

氙气短弧灯有两种不同的种类:纯氙气,只含有氙气;和氙-汞,它含有氙气和少量的汞金属。稳态太阳光模拟器通常使用氙气短弧灯作为光源,因为其色温高达6500K,接近太阳光谱(5500K)。

在纯氙气灯中,大部分光是在电子流离开阴极表面的微小、针尖大小的等离子体云中产生的。发光体积呈锥形,发光强度从阴极到阳极呈指数衰减。穿过等离子云的电子撞击阳极,使其发热。因此,氙气短弧灯中的阳极要么必须比阴极大得多,要么是水冷的,以散发热量。纯氙气短弧灯的输出提供连续光谱功率分布,色温约为 6200K,CRI 接近 100。光强度范围为 20,000 至 500,000 cd/cm2。尽管即使在高压灯中,在近红外区域也有一些非常强的发射线,大约在 850-900 nm 的范围内。该光谱区域可包含总发射光的约 10%。一些应用包括光导系统,例如内窥镜和牙科技术。

在氙-汞短弧灯中,大部分的光是在位于每个电极顶端的针尖大小的等离子云中产生的。发光体的形状像两个相交的圆锥体,并且发光强度在向灯的中心移动时呈指数下降。氙-汞短弧灯有一个蓝白色的光谱和*的紫外线输出。这些灯主要用于紫外线固化应用,对物体进行消毒,并产生臭氧。

极小的弧形尺寸可以以中等精度聚焦来自灯的光。出于这个原因,较小尺寸的氙弧灯(低至10 瓦)用于光学以及显微镜和其他仪器的精密照明,尽管在现代它们已被单模激光二极管和白光超连续谱激光器所取代,这些激光器可以产生真正的衍射极限光斑。较大的灯用于产生窄光束的探照灯,或需要日光模拟的电影制作照明。

所有氙气短弧灯都会产生大量的紫外线辐射。氙气在紫外波段具有很强的谱线,这些谱线很容易穿过熔融石英灯外壳。与标准灯中使用的硼硅酸盐玻璃不同,熔融石英很容易通过紫外线辐射,除非它经过特殊掺杂。短弧灯释放的紫外线辐射会导致产生臭氧的次要问题。紫外线辐射撞击灯周围空气中的氧分子,使它们电离。一些电离分子然后重新结合为 O3,臭氧。使用短弧灯作为光源的设备必须包含紫外线辐射并防止臭氧积聚。

许多灯管在外壳上有一个短波紫外线阻隔涂层,并作为 “无臭氧 “灯出售。有些灯的外壳是由超纯的合成熔融石英(如 “透明石英“)制成的,这大约是成本的两倍,但它可以使灯发出有用的光到真空紫外线区域。这些灯通常在纯氮气氛中运行。


灯图 – 基本布局和零件图

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灯的组成部分:

氙气灯在理论上是由一个简单的结构组成的,但其装配和部件都是高度专业化的。下图只显示了基本布局,隐藏了许多细节。下面列出的是一个典型的氙气灯的简化概述:

石英外壳 – 灯的内部是厚厚的透明玻璃。石英具有很高的强度,可以承受很高的内部操作压力,同时具有非常特殊的光学特性,可以透射特定的光谱。

正极和负极 – 灯泡的末端有多种用途。厚的外端盖提供了一种将灯泡机械安装到固定装置中的方法,以及进行适当的电气连接。在这些外壳内是灯密封件。密封件是一个复杂的组件,专门设计用于密封内腔,使气体不会逸出,但允许电极引线穿过以连接端盖。两种常用的密封件是“杯"式密封件和“箔式"密封件。虽然每个在结构上都不同,但都具有相同的目的,并且每个都仅用于灯泡系列尺寸,其中它们的结构和导电性能尺寸合适。

电极-阳极和阴极是电弧或火焰流过的两个电极。较小的或阴极带负电,端点是火焰的来源。较大的或阳极带正电,并接收或降落火焰。两个电极均由纯钨制成,然后经过特殊处理以保持灯的工作特性。





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