光谱灯 | RP 系列激光分析设计软件

气体放电灯发射某些标准谱线的光，主要用于光谱校准目的。这种灯被称为光谱灯或基于其作为校准灯的应用。产生的光线可以在可见、红外或紫外光谱区。

典型的发射物质包括氦(He)、氖(Ne)、氩(Ar)、氪(Kr)和氙(Xe)等惰性气体以及钠(Na)、铯(Cs)、汞(Hg)和镉(Cd)等金属蒸气。光辐射几乎总是来自于单个原子或离子，而不是来自于分子。在某些情况下，为了获得更多的谱线或通过能量转移过程来提高性能，这些物种混合在一起。每条谱线的辐射可以认为是准单色的，通常用一个波长来定义，精确到1nm的微小部分。这导致了一定程度的时间相干性(但相干长度往往远低于1厘米)，而空间相干性一般相当低。在某些应用中，人们用光学带通滤波器隔离特定的光线，通常用单色仪或某种类型的干涉滤波器。

下表列出了标准谱线的波长，并指出产生这些波长的光谱灯的种类。这些只是一些特别常见的光线；许多其他光线都有光谱灯可用。

表1:光学中常用的光谱线表，所有光谱线都可以由光谱灯产生。

光谱灯基本上总是具有低气压的气体放电灯，从而在很大程度上避免了压力展宽（基于原子或离子发射期间频繁碰撞的光谱展宽）。这样，人们通常可以在几条谱线上获得光发射。

原则上，人们可以称这种灯为弧光灯，因为它们用于连续波工作。然而，它们不与电弧放电一起工作，而是与低温辉光放电一起工作。工作电流通常在较低的毫安范围内，而大功率弧光灯通常在几安培下工作。

灯中的发射体积通常保持相对较小，因为对于许多应用来说，人们无论如何只能利用来自相对较小区域的光。这意味着电极相对靠近，并且工作电压低于长弧光灯。

通常，实际的灯壳被集成到另一个玻璃灯壳中，该玻璃灯壳通常为近似圆柱形。这有助于为用户提供额外的防触电保护，并保护灯具免受短路和触摸的伤害。以这种方式达到稍高的灯温度也可能是有帮助的。

基于波长稳定的激光器，可以制作出光功率大得多、光线宽小得多的波长标准。由于高度的空间相干性，它们的辐射亮度以及光谱辐射亮度也高出许多数量级。例如，基于这种高度复杂技术的光学频率标准用于光学时钟。

低发射体积和低功率密度意味着低输出功率和低电输入功率。然而，工作电压可能高达数百伏，对于点火来说更高。这可能会导致安全隐患，例如灯具未正确隔离。

灯具供应商通常还提供合适的插座灯电源。一些灯具甚至配有E27等标准插座，可通过内部电源电路利用线电压直接工作。

校准灯通常集成在外壳中，提供各种附加功能，例如易于安装、防电击、抑制不需要方向的光输出和保护灯具。外壳还可以包含光学过滤器用于阻止不需要的部分光谱。例如，为了避免使用防护眼镜、衣服和手套，人们可能想要阻挡紫外线。

通常，人们在某个相当大的角度范围内获得漫射光发射，但也有带有光纤输出的灯。最简单的解决方案是将单模光纤或多模光纤的末端靠近灯壳放置。利用透镜可以实现改善的光耦合。然而，由于光源的低空间相干性，耦合效率总是相当低。

首先，光谱灯必须提供所需的谱线，这可以通过使用相应的发射物质来简单地实现。波长精度通常没有规定，但通常相当高。此外，发射线宽通常相当小，但通常没有规定。

由于光谱灯的功率密度适中，直接光功率或辐射通量不是很高，特别是辐射度通常很低；如果灯具被宣传为“高亮度灯具”，那只意味着比平时更亮。然而，对于典型的应用来说，低功率和低辐射并不是一个严重的问题。

详细的辐射测量规格，例如辐射通量和辐射率，通常不可用。潜在用户可能不得不根据他们的经验粗略估计光输出是否足以达到目的。此外，不同谱线中的相对功率通常没有规定，并且可能随着操作条件（例如驱动电流）以及灯的老化而显著变化。

对于某些应用，强度噪声很重要。这种噪声可能由所用电源的缺陷引起，也可能由灯本身引起，例如由导致闪烁的气体放电的不稳定性引起。便宜的光谱灯可能表现出相当大的强度噪声，但这对于波长校准等典型应用无关紧要。

光谱灯主要用于光谱领域的波长校准。例如，人们可以使用它们来检查光谱仪是否正确显示波长线，并可能相应地重新调整设备。

在其他应用中，例如在科学中，需要单一谱线的光。典型的设置包含一个放置在单色仪输入狭缝附近的光谱灯，可能带有一些额外的光学元件以提高光通量，例如，在灯和输入狭缝之间有一个大透镜。单色仪后产生的光功率通常较小。

某些干涉仪，如Fizeau干涉仪，也需要准单色光，如果不需要高光功率，这种光可能来自经过适当空间滤波的光谱灯。