氙灯光源基础知识

更新时间：2025-12-19

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什么是氙灯光源？

氙灯光源是一种利用氙气电弧放电产生的光的人造光源。

电弧放电是指正负极之间的气体分子电离，形成等离子体状态，电流由此流过。由于其发光原理，氙灯光源的特点是比使用电灯丝的光源（例如白炽灯泡）功耗更低、寿命更长。虽然卤素灯是另一种主要的照明光源，但氙灯光源功率更大，照射范围也更小。

虽然有时也被称为氙灯，但这个术语容易与含有氙气的白炽灯泡（氙灯泡）混淆，因此本文将使用“氙光源"一词。氙灯泡通过灯丝通电发光，而氙光源则通过氙气等离子体通电发光，两者截然不同。

氙灯光源不像白炽灯泡那样需要加热灯丝，因此使用寿命相对较长。配合特殊滤光片使用时，它们能产生几乎与阳光相同的光谱，因此在需要还原自然色彩的工业和医疗环境中非常实用。

氙短弧灯在以下应用中用作高亮度点光源：

虽然LED被用作高强度光源，例如探照灯
和车头灯，但它们也被广泛用于舞台照明和手术照明，这些应用需要自然的色彩还原。此外，由于LED可以小型化，它们也被用作内窥镜的光源。

作为一款
特性与太阳光相似的太阳模拟器，它非常适合用于研究太阳能电池板的发电效率，以及进行耐久性测试，以检查材料在阳光照射下是否出现褪色和劣化。由于它可以输出宽波长范围的光，因此可用作光谱分析设备的光源，以及显示器和测量设备的测试光源。

氙短弧灯非常适合用于电影
放映机、天文馆、大型投影机以及其他需要稳定输出和高显色性的点光源应用。

氙长弧灯通常用作需要照亮大范围区域的大型光源，例如体育场的泛光灯和机场的飞机引导灯。

你最有可能看到的氙气闪光灯是摄影中使用的那种，例如摄影棚中使用的大型闪光灯和单反相机使用的闪光灯。

它还可以用作氙光治疗设备，改善皮肤血液循环，治疗（促进再生）烧伤疤痕和瘀伤，以及用作 IPL（强脉冲光）脱毛的光源。

氙灯光源的基本结构包括密封在石英玻璃管中的氙气、两个电极以及连接在玻璃管外部的照明电路。照明电路的作用是向电极施加高压脉冲，引起介质击穿，从而引发电弧放电。一旦引发电弧放电，即使降低施加的电压，电弧放电也能持续，因此大多数氙灯光源的额定电压为15至30V。

图 1 展示了阴极发射的电子如何高速碰撞氙原子并使其电离，产生的电子随后又会电离后续的氙原子（电弧放电）。一旦电弧放电开始，随着电离的电子与氙离子复合并重新形成原子，就会发射出波长范围很广的光（连续光谱）。

此外，氙原子中的一些电子在未被电离的情况下被激发，当这些被激发的电子返回基态时，会发射特定波长的光（线光谱）。因此，氙灯光源的光谱是连续光谱和线光谱的组合。

氙灯光源大致可分为以下几种类型：

短弧灯的电极间距很短，通常不足几毫米，因此与其他氙灯相比，其发光面积较小，从而能够产生高亮度的点光源。石英玻璃管内充有常温下的高压氙气（约5至10个大气压）。直流放电使氙原子发光，从而实现稳定快速的输出。

氙气被密封在细长的石英玻璃管中，压力约为1个大气压（10⁵帕）。它的特点是能产生高的光通量，额定功率通常为1千瓦或更高。有些灯的功率甚至超过50千瓦。

它们通常采用交流放电点火，电极间距为5至10厘米或更大。点火时，起动器部件会变得非常热，因此需要用水或空气进行冷却。

这是一种氙灯光源，其发光时间极短（几微秒到几毫秒）。由于发光时间短，无需冷却装置，因此可以减小整体尺寸。

它们形状各异，内部充入压力为2至10千帕的氙气。有两种类型：一种是在启动时施加脉冲电压，另一种是持续通电式，即使在灯关闭时也通过微弱电流来实现高速点亮。