氙燈

氙燈是一種在橢球形石英泡殼內(nèi)充有0.019~0.0266MPa高壓氙氣、極間距離小于10mm的氙燈。20世紀(jì)40年代初，聯(lián)邦德國(guó)奧斯蘭公司發(fā)展研究中心實(shí)驗(yàn)室率先研究了稀有氣體短弧光源的特性，經(jīng)多年研制和改進(jìn),于1951年正式向市場(chǎng)推出超高壓短弧氙燈。1954年,在聯(lián)邦德國(guó)科隆世界照明和電影博覽會(huì)上,蔡司-依康公司展出了第一只作為電影放映光源的氙燈。隨后荷蘭、日本、美國(guó)、英國(guó)、蘇聯(lián)和中國(guó)也相繼研制和生產(chǎn)各種規(guī)格的電影放映用氙燈。此后，超高壓短弧氙燈已在世界上大多數(shù)影院取代碳弧光源成為新的電影放映光源。 氙燈按其使用特點(diǎn)可分為自然冷卻、風(fēng)冷和水冷3種。小功率燈采用自然冷卻，功率在 3000~5000W的燈采用風(fēng)冷，更大功率的燈采用水冷。

超高壓短弧氙燈發(fā)光效率約40lm/W。直流燃點(diǎn)時(shí)，在離開陰極0.07lc(lc為極距)處，有一個(gè)稱之為陰極光斑的最亮點(diǎn)，該點(diǎn)的輻射光達(dá)燈的總輻射光通量的70%以上，這使超高壓短弧氙燈成為近乎理想的點(diǎn)光源，尤其有利于光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和使用。功率為 75~5000W的燈，其峰值亮度為 (50~650)×10^6cd/m2;2500W的大功率燈，峰值亮度可達(dá)2×10^9cd/m2。

超高壓短弧氙燈具有幾乎瞬態(tài)的光學(xué)啟動(dòng)特性──一啟動(dòng)即輻射出燈的總光通量的80%,1分鐘后達(dá)90%，2.5分鐘后達(dá)到100%。它需配備專用的啟動(dòng)器和直流電源,壽命約為500~1500h。燈可水平或垂直燃點(diǎn)。1000W以上的氙燈，水平燃點(diǎn)時(shí)需附加磁場(chǎng)穩(wěn)弧裝置。超高壓短弧氙燈因充有高壓氙氣，貯運(yùn)、保存均應(yīng)放在專用盒內(nèi)，以防爆炸。使用時(shí)應(yīng)采取必要的防爆及防紫外輻射措施。

超高壓短弧氙燈亮度高、發(fā)光區(qū)域小、顯色性好，光色接近日光且光色穩(wěn)定，廣泛用于電影放映、太陽(yáng)模擬器、電弧成像爐、D65模擬光源聚光器、印刷制版、復(fù)印機(jī)、光學(xué)儀器、人工氣候模擬等。80年代已在研制阻止臭氧發(fā)生和有防爆結(jié)構(gòu)的新品種。

利用氙(xian)氣放電而發(fā)光的電光源。由于燈內(nèi)放電物質(zhì)是惰性氣體氙氣，其激發(fā) 電位和電離電位相差較小。

1.燈絲預(yù)熱電壓、燈絲預(yù)熱電流:一般分為交流燈絲供電(如2.5V，4A;10A，0.8A)，和直流燈絲供電(如12V正負(fù)1V，0.8A)等。

測(cè)試方法:一般直接用電壓表和電流表測(cè)量(要求不高)。

2.觸發(fā)電壓:一般氙燈的觸發(fā)電壓為200~600V(直流電壓)。觸發(fā)電壓又稱啟輝電壓;國(guó)產(chǎn)氙燈新燈一般為200~400V可以觸發(fā)(原上海電光器件廠的DD2.5氙燈，最低170V可以觸發(fā));國(guó)外氙燈的觸發(fā)電壓一般為300~600V(最高可達(dá)650V)。有的氙燈在工作1000h后，500V還可以觸發(fā)。

觸發(fā)電壓的測(cè)試方法:一般用直流電壓表測(cè)試。允許1~5V的測(cè)試誤差。

3.工作電壓(管壓降):一般為75加(減)15V(即60V以下，90V以上不能正常工作)。

測(cè)試方法:一般也是用直流電壓表直接測(cè)量。

4.工作電流:一般為180~350mA能正常工作(額定工作電流300mA)。

測(cè)試方法:一般也是用萬(wàn)用表直接測(cè)量。

5.漂移:一般國(guó)產(chǎn)或進(jìn)口的氙燈，在冷態(tài)狀態(tài)下點(diǎn)燃氙燈，預(yù)熱2h后，通過(guò)單色儀，在220nm處測(cè)試，用光電倍增管作為光接收器，要求漂移<=0.5%。

測(cè)試方法:可以有多種測(cè)量方法?？刹捎门c噪聲測(cè)量方法相同的做法。

1、 氙燈的點(diǎn)燃位置垂直或水平均可，水平點(diǎn)燃時(shí)傾角不超過(guò)40°，垂直點(diǎn)燃時(shí)陽(yáng)極在上，陰極在下。水平點(diǎn)燃應(yīng)在燈泡殼水平方向有吸弧磁場(chǎng)穩(wěn)定電弧位置，以防電弧在上飄動(dòng)。

2、 不要沾污石英泡殼應(yīng)保持清潔，使用前應(yīng)用酒精棉花擦凈后再點(diǎn)燈。

3、 燈泡接線時(shí)必須特別注意正負(fù)不能接反，粗電極"+"端為陽(yáng)極，細(xì)電極"-"端為陰極，如果接反短短幾秒鐘內(nèi)就會(huì)將陰極燒壞。

4、 由于電流較大，燈頭和燈座之間接觸必須良好，使用中必須保證接觸點(diǎn)清潔。

5、 因燈內(nèi)充有高壓氣體，故在裝卸運(yùn)輸時(shí)，尤其在裝機(jī)時(shí)避免碰撞，工作時(shí)應(yīng)置于散熱良好的罩內(nèi)，以防爆炸及強(qiáng)光、強(qiáng)紫外線灼傷皮膚和眼睛。

6、 氙燈必須與專用的直流電源及觸發(fā)器配套使用，直流電源的波紋系數(shù)不得大于7%，點(diǎn)燃時(shí)工作電流應(yīng)在規(guī)定范圍內(nèi)。否則會(huì)影響燈的壽命，甚至毀壞。

啟動(dòng)裝置線路為升壓變壓器，T2為脈沖變壓器，C2為旁路電容器。當(dāng)電路接通后，電源電壓經(jīng)升壓變 壓器升壓后向C1充電，當(dāng)C1上電壓達(dá)到一定值時(shí)，經(jīng)火花隙G放電。此時(shí)電容器C1和T2的初級(jí)線圈構(gòu)成一個(gè)衰減式振蕩回路，其頻率值取決于C1的電容量和T2的初級(jí)線圈電感量的乘積。在該振蕩回路中，頻率升高到100千赫左右，這一高頻電壓再經(jīng)T2升高到20~30千伏，這一電壓經(jīng)C2加到氙燈燈管兩端，氙氣在高頻電壓作用下?lián)舸?，并過(guò)渡到自持的弧光放電。此時(shí)燈已點(diǎn)亮，把S1拉開，由市電網(wǎng)路直接供電。若T2次級(jí)導(dǎo)線不能承受大電流，需將S2合上，此時(shí)燈管已進(jìn)入正常工作。C2的作用是防止高頻脈沖串到市電網(wǎng)路中去。 氙氣是惰性氣體中原子序數(shù)較大的元素(也就是較重的元素)，原子半徑較大。在弧光放電中，電子與氣體發(fā)生彈性碰撞損失的能量同氣體的原子量成反比，所以與其他惰性氣體相比氙氣弧光放電時(shí)損失較小，發(fā)光效率高。同時(shí)，氙氣的電離電勢(shì)較低，放電時(shí)電極附近的電壓降小，這樣可以延長(zhǎng)電極的壽命。又由于氙原子結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，長(zhǎng)弧氙燈發(fā)出的光譜和日光非常接近，這是氙燈的最大特點(diǎn)。

熒光燈的功率是受限制的，一般都做成5~100瓦。而氙燈功率可以從1萬(wàn)瓦到幾十萬(wàn)瓦。氙燈的工作溫度很高，僅靠自然冷卻不行，需要強(qiáng)迫冷卻，或者用風(fēng)冷，或者用水冷。氙燈的發(fā)光效率較高，約24~37流明/瓦，水冷式的氙燈發(fā)光效率可達(dá)60流明/瓦，一般壽命可達(dá)3000小時(shí)。一盞5萬(wàn)瓦的氙燈所發(fā)出的光相當(dāng)于1000盞100瓦的日光燈或90盞400瓦的高壓汞燈。它適于廣場(chǎng)、公園、體育場(chǎng)、大型建筑工地、露天煤礦、機(jī)場(chǎng)等地方的大面積照明，還可以用作電影攝影，彩色照相制版，復(fù)印等方面的光源。因?yàn)樗l(fā)光接近日光，所以可用于布匹織物的顏色檢驗(yàn)，藥物、塑料的老化試驗(yàn)，植物栽培，光化學(xué)等方面充當(dāng)人工老化的光源和模擬日光。

①輻射光譜能量分布與日光相接近,色溫約為6000K。

②連續(xù)光譜部分的光譜分布幾乎與燈輸入功率變化無(wú)關(guān)，在壽命期內(nèi)光譜能量分布也幾乎不變。

③燈的光、電參數(shù)一致性好，工作狀態(tài)受外界條件變化的影響小。

④燈一經(jīng)燃點(diǎn)，幾乎是瞬時(shí)即可達(dá)到穩(wěn)定的光輸出;燈滅后，可瞬時(shí)再燃點(diǎn)。

⑤燈的光效較高，電位梯度較小。

是一種在管狀石英泡殼內(nèi)充有適量高純度氙氣、二端封有極距大于 100mm的釷鎢、鋇鎢或鈰鎢電極的氙燈。1963年，中國(guó)電光源專家蔡祖泉試制成功長(zhǎng)弧氙燈。長(zhǎng)弧氙燈有自然冷卻和水冷兩種。自然冷卻氙燈一般充 (2.66~26.6)×10^2Pa的氙氣，水冷氙燈充(1.33~5.32)×10^4Pa的氙氣，色溫為5500~6000°K，功率可從10^2~2×10^6KW，發(fā)光效率為24~37lm/W。水冷式長(zhǎng)弧氙燈的發(fā)光效率可達(dá)60lm/W,一般壽命達(dá)3000h。長(zhǎng)弧氙燈的功率可以做得很大,伏安特性具有正阻特性,所以只需安裝啟動(dòng)裝置，其規(guī)格有帶鎮(zhèn)流器的和不帶鎮(zhèn)流器的兩種。

長(zhǎng)弧氙燈的輻射光譜與日光接近，適于大面積照明，也可用作電影攝影、彩色照相制版、復(fù)印等方面的光源;同時(shí)，在棉織物的顏色檢驗(yàn)、藥物和塑料老化試驗(yàn)、植物栽培、光化反應(yīng)等方面，也可作模擬日光和人工老化光源。此外，大功率長(zhǎng)弧氙燈還可作為連續(xù)激光光源。

80年代由于出現(xiàn)了光色好、光效更高的光源，長(zhǎng)弧氙燈作為照明光源已基本上被取代。

短弧氙燈又稱球形氙燈，是一種具有極高亮度的點(diǎn)光源，色溫為6000K左右，光色接近太陽(yáng)光，是目前氣體放電燈中顯色性最好的一種光源，適用于電影放映、探照、火車車頭以及模擬日光等方面。

是利用貯存的電能或化學(xué)能，在極短時(shí)間內(nèi)發(fā)生高強(qiáng)度閃光的氙燈。19世紀(jì)中葉，F(xiàn).塔爾博特首次應(yīng)用火花隙放電作為高速攝影的曝光光源，這是最早的人造脈沖光源。以后出現(xiàn)了惰性氣體脈沖放電光源，才使脈沖光源真正進(jìn)入實(shí)用階段。1935~1945年，一系列脈沖光源在商業(yè)市場(chǎng)出現(xiàn)。50年代，脈沖光源進(jìn)入工業(yè)領(lǐng)域。脈沖氙燈一般由密封在玻璃或石英玻璃體內(nèi)的兩個(gè)電極組成,殼體中充以氙等惰性氣體。脈沖光源的閃光持續(xù)是指1/3峰值光強(qiáng)所對(duì)應(yīng)的時(shí)間間隔,稱為脈沖寬度。它主要由光源的結(jié)構(gòu)和點(diǎn)燈電路決定?，F(xiàn)有脈沖光源的脈沖寬度一般為10^-9~10^-2s,瞬時(shí)亮度可達(dá)10^10cd/m2，是除激光外亮度最高的人造光源，它的瞬時(shí)光通量可達(dá)10^9lm，閃光重復(fù)頻率為1~10^6次/分,工作壽命達(dá)10^6次以上，發(fā)光效率為40lm/W。 脈沖光源有以下5種:①各種管狀脈沖氙燈。峰值閃光能量可從用于醫(yī)學(xué)和照明攝影的幾個(gè)焦到用于彈道空中觀察和激光光源的上百萬(wàn)焦。除管狀外還有U形、螺旋形和圓盤形等多種形狀。②頻閃觀察儀用脈沖氙燈。頻率幾千赫，功率幾萬(wàn)瓦。③信號(hào)脈沖光源。頻率1~3Hz，功率10~500W，壽命達(dá)10^6次。④光化學(xué)反應(yīng)和電子儀器用微秒脈沖光源。⑤計(jì)算機(jī)或其他自動(dòng)裝置用的頻閃指示儀。頻率102Hz，功率數(shù)瓦。

氙燈是一種發(fā)光功率大，接近日光的燈，分為長(zhǎng)弧氙燈、短弧氙燈和脈沖氙燈三類。

長(zhǎng)弧氙燈都做成管狀，燈管采用耐高溫，熱膨脹系數(shù)小的全透明石英管，兩端封接有二個(gè)釷鎢(或鋇鎢)電極，電極間距離一般大于100毫米，管內(nèi)充有高純度的氙氣。水冷長(zhǎng)弧氙燈結(jié)構(gòu)如圖5-20所示。

長(zhǎng)弧氙燈的弧光放電需依靠高頻高壓脈沖擊穿來(lái)啟動(dòng)。在高壓脈沖作用下，起初燈管中形成火花放電的通道，由此產(chǎn)生的電子、離子，在電場(chǎng)作用下使中性氣體分子和原子繼續(xù)電離，發(fā)生雪崩過(guò)程。在離子的撞擊下使電極加熱成為熱發(fā)射體，發(fā)射大量熱電子，而產(chǎn)生較大的電流，繼而形成穩(wěn)定的弧光放電。由于是高氣壓的氣體放電，其放電的電流通常是高溫等離子體。

使用時(shí)可不用鎮(zhèn)流器，而直接接入市電網(wǎng)路，這樣可提高功率因數(shù)，減少電路損失。

啟動(dòng)裝置線路如圖5-21所示。圖中T1為升壓變壓器，T2為脈沖變壓器，C2為旁路電容器。當(dāng)電路接通后，電源電壓經(jīng)升壓變壓器升壓后向C1充電，當(dāng)C1上電壓達(dá)到一定值時(shí)，經(jīng)火花隙G放電。此時(shí)電容器C1和T2的初級(jí)線圈構(gòu)成一個(gè)衰減式振蕩回路，其頻率值取決于C1的電容量和T2的初級(jí)線圈電感量的乘積。在該振蕩回路中，頻率升高到100千赫左右，這一高頻電壓再經(jīng)T2升高到20~30千伏，這一電壓經(jīng)C2加到氙燈燈管兩端，氙氣在高頻電壓作用下?lián)舸?，并過(guò)渡到自持的弧光放電。此時(shí)燈已點(diǎn)亮，把S1拉開，由市電網(wǎng)路直接供電。若T2次級(jí)導(dǎo)線不能承受大電流，需將S2合上，此時(shí)燈管已進(jìn)入正常工作。C2的作用是防止高頻脈沖串到市電網(wǎng)路中去。

氙氣是惰性氣體中原子序數(shù)較大的元素(也就是較重的元素)，原子半徑較大。在弧光放電中，電子與氣體發(fā)生彈性碰撞損失的能量同氣體的原子量成反比，所以與其他惰性氣體相比氙氣弧光放電時(shí)損失較小，發(fā)光效率高。同時(shí)，氙氣的電離電勢(shì)較低，放電時(shí)電極附近的電壓降小，這樣可以延長(zhǎng)電極的壽命。又由于氙原子結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，長(zhǎng)弧氙燈發(fā)出的光譜和日光非常接近，這是氙燈的最大特點(diǎn)。

熒光燈的功率是受限制的，一般做成5~100瓦。而氙燈功率可以從1萬(wàn)瓦到幾十萬(wàn)瓦。氙燈的工作溫度很高，僅靠自然冷卻不行，需要強(qiáng)迫冷卻，或者用風(fēng)冷，或者用水冷。氖燈的發(fā)光效率較高，約24~37流/瓦，水冷式的氙燈發(fā)光效率可達(dá)60流/瓦，一般壽命可達(dá)3000小時(shí)。一盞5萬(wàn)瓦的氙燈所發(fā)出的光相當(dāng)于1000盞100瓦的日光燈或90盞400瓦的高壓汞燈。它適于廣場(chǎng)、公園、體育場(chǎng)、大型建筑工地、露天煤礦、機(jī)場(chǎng)等地方的大面積照明，還可以用作電影攝影，彩色照相制版，復(fù)印等方面的光源。因?yàn)樗l(fā)光接近日光，所以可用于布匹織物的顏色檢驗(yàn)，藥物、塑料的老化試驗(yàn)，植物栽培，光化學(xué)等方面充當(dāng)人工老化的光源和模擬日光。

氙燈作為激光設(shè)備一個(gè)常用光源，通常被人們也叫做激光氙燈、脈沖氙燈。氙燈是一種填充氙氣的光電管或閃光電燈。氙氣化學(xué)性質(zhì)不活潑，不能燃燒，也不助燃。是天然的稀有氣體中分子量最大、密度最高的。氙氣高壓燈輻射發(fā)出很強(qiáng)的紫外線，可用于醫(yī)療，制作光譜儀光譜以及各種工業(yè)激光設(shè)備中。