1.基本原理

      利用高压惰性气体的放电现象,也可以制成气体放电光源,其中氙灯是最为常见的光源,惰性气体的共振辐射波长很短,共振辐射的效率也不高,在低气压的条件下不可能得到高的光效。但在高气压下,原子被激发到更高的能级,并有大量的电子产生,能在可见光区发射出叠加着少量线光谱的连续光谱。在这些惰性气体中,氙气放电的辐射光谱最接近日光,且光谱能量分布在灯内充人氙气压强很大的范围内变化很小,所以氙灯也是一种理想的照明光源。

 

图3.3.20典型短弧氙灯的光谱能量分布

(1)氙灯的优点

       氙灯的光谱能量分布的特点是连续光谱很强、线光谱较弱,如图3.3.20所示。在可见光部分,它与6200K的黑体辐射接近,由于其在可见光区和黑体的光谱匹配良好,因此氙灯有优异的显色性能,一般显色指数超过94。在光谱的紫外区,氙灯的辐射也是连续的,强度超过氢弧灯,因此也是很好的连续紫外辐射源。氙灯的强谱线集中在800~1000nm的近红外区,在800nm附近的强谱线光与钕激活的钇铝石榴石的吸收光谱正好吻合,所以氙灯可用作这种激光器的光泵。另外,氙灯还有如下的-些特殊优点:

①氙灯的工作状态受工作条件的影响比较小,光电参数的一致性较好;

②氙灯的启动较快,在点燃的瞬间就可有80%的光输出;

③氙灯的光谱能量分布与日光比较接近,而且光谱相当稳定

(2)氙灯的缺点

     与其他高气压放电灯相比,氙灯的光效会低一些。这主要由以下两方面的原因引起:①在红外区域和紫外区域都有很强的辐射;

②氙气放电的电场强度较低,只有相同条件下汞蒸气放电的1/3~1/5,这是因为惰性气体与电子碰撞的截面较小。

氙气放电的场强应比汞蒸气小3~5倍。因此,如果要维持单位弧长的输入功率相同氙灯的工作电流就要大得多,相应地,电极损耗就要增加很多。

2.长弧氙灯

      长弧氙灯有自然冷却和水冷却两种,后者比前者多了个水冷套。图3.3.21所示是水冷长弧氙灯结构示意,灯管用石英玻璃制成,内充适量的氙气,电极可采用钍钨、钡钨等耐离子轰击的材料。电弧受石英管壁的限制,属于管壁稳定型。在电流较小时,因为随放电电流的增加,氙气中有越来越多的中性原子被电离,管压降低,此时放电具有负特性。在放电电流增大到一定数值后,伏-安特性曲线变为上升的,这是因为氙气放电时的电离度很大,在电流密度足够大时电离达到饱和,放电具有几乎不变的电阻。因此,大功率氙灯通常工作在电离饱和状态。

长弧氙灯的有效寿命为1000h左右。影响寿命的主要原因是:

① 电极溅射,造成灯管发黑、光效下降;

②石英管长期在高温下工作时的失透:

③大电流工作时钼箔氧化。

图3.3.21 水冷长弧氙灯的结构示意图

      长弧氙灯的光谱与日光接近,俗称小太阳,适合于作为码头、广场、车站、体育场等处的大面积照明。另外,长弧氙灯还可作为布匹颜色检验,织物、药物、塑料、橡胶等的老化试验人工气候室植物培养以及光化学反应等用的光源。水冷长弧氙灯体积较小、亮度高,很大一部分红外线被水吸收,适合室内使用,可用于人工老化机、复印机和照相制版等。

3.短弧氙灯短弧氙灯是一种高亮度的光源,为了提高灯的亮度,工作时氙气气压必须在高压(8~40atm)范围内,所以短弧氙灯又称为超高压氙灯。在短弧氙灯中,氙原子的浓度高,电离度也更大,所以光谱更趋于连续。短弧氙灯的光谱能量分布与黑体辐射相接近,只要滤去近红外的抗原子线光谱,就可以作为太阳模拟光源。图3.3.22所示是3000W风冷短弧氙灯的结构示意,其结构与超高压汞灯相似,但某些工艺上的要求不如超高压汞灯那么高。例如,电极封接处,超高压汞灯不允许有空隙,否则会造成使汞凝聚的冷端。而氙灯没有这个问题,因此石英玻璃与金属电极之间的封接可以采用过渡玻璃等材料。

图3.3.22 3000W风冷短弧氙灯

为提高电弧的亮度,必须增大放电功率,而增大放电功率有两个途径:

①增大电场强度,这可通过提高充气压强来实现。短弧氙灯都是工作在超高气压的范围内,但压强过高容易爆炸,电弧也较不稳定。大功率氙灯的泡壳直径大,机械强度较差,工作气压较低(8~20 atm);小功率氙灯的泡壳小,机械强度高,工作气压可以高一些(20~40 atm)②增大放电电流,这对电极和石英的封接工艺要求比较高。由于氙灯电弧亮度分布不均匀,在阴极光斑处的亮度是平均亮度的许多倍,该处的亮度可以超过汞弧,因此它是十分理想的点光源,便于满足光学设计的要求。

      短弧氙灯是高亮度的点光源,而且其光色好、启动时间短。它的光谱在紫外和可见区都十分接近于日光,色温约为6000K,一般显色指数为94。短弧氙灯的光输出稳定时间短热启动也无需冷却即可用触发器重新启动,使用和控制都比较方便。因此,短弧氙灯在工业生产、国防和科学研究等各方面都有着广泛应用。它可以作为标准白色光源或连续紫外射源,也可以作为太阳模拟光源,还可用在红外加热成保炉中熔炼难熔的金属和材料,而更大量的则是用于电影放映光源。

产品展示

       SSC-PCX300-K21氙灯光源系统为催化、合成、降解实验提供紫外光UV、可见光Vis、近红外光NIR的仪器，主要应用于光催化、光解水产氢产氧、CO2还原、光热催化、VOCs降解、光热协同、光化学催化、光诱导合成、光降解污染物、水污染处理、生物光照，光学检测、各类模拟日光、可见光、紫外光、单色光加速实验等领域。

1. 氙灯光源灯箱采用最新的模块散热结构，提高光输出稳定性；

2. 氙灯光源灯箱可以实现与PE300灯泡更好的结合，实现快速持久恒温；

3.   PE300灯泡的采用正负中压触发，电压为原有50%，降低对电子设备的干扰；

4. 采用的PE300灯泡用户可自行快速更换；

5. 采用最新的光路结构，实现灯泡、散热、隔离、法兰等多位同轴，一体化；

6. 灯泡采用新的温控反馈系统，实时灯泡状态，确保灯泡的长寿命；

7. 标配的转向镜头可以匹配M62、M52全系滤光片，可任意多层叠加滤光片；

8. 灯箱可以选配电动升降台LMP400，实现便捷升降调节；

9. 可以选配PB60防护箱体。