氣體放電燈發射某些標準譜線的光，主要用于光譜校準目的。這種燈被稱為光譜燈或基于其作為校準燈的應用。產生的光線可以在可見、紅外或紫外光譜區。

典型的發射物質包括氦(He)、氖(Ne)、氬(Ar)、氪(Kr)和氙(Xe)等惰性氣體以及鈉(Na)、銫(Cs)、汞(Hg)和鎘(Cd)等金屬蒸氣。光輻射幾乎總是來自于單個原子或離子，而不是來自于分子。在某些情況下，為了獲得更多的譜線或通過能量轉移過程來提高性能，這些物種混合在一起。每條譜線的輻射可以認為是準單色的，通常用一個波長來定義，精確到1nm的微小部分。這導致了一定程度的時間相干性(但相干長度往往遠低于1厘米)，而空間相干性一般相當低。在某些應用中，人們用光學帶通濾波器隔離特定的光線，通常用單色儀或某種類型的干涉濾波器。

下表列出了標準譜線的波長，并指出產生這些波長的光譜燈的種類。這些只是一些特別常見的光線；許多其他光線都有光譜燈可用。

 

 

表1:光學中常用的光譜線表，所有光譜線都可以由光譜燈產生。

 

操作原理

 

光譜燈基本上總是具有低氣壓的氣體放電燈，從而在很大程度上避免了壓力展寬（基于原子或離子發射期間頻繁碰撞的光譜展寬）。這樣，人們通常可以在幾條譜線上獲得光發射。

原則上，人們可以稱這種燈為弧光燈，因為它們用于連續波工作。然而，它們不與電弧放電一起工作，而是與低溫輝光放電一起工作。工作電流通常在較低的毫安范圍內，而大功率弧光燈通常在幾安培下工作。

燈中的發射體積通常保持相對較小，因為對于許多應用來說，人們無論如何只能利用來自相對較小區域的光。這意味著電極相對靠近，并且工作電壓低于長弧光燈。

通常，實際的燈殼被集成到另一個玻璃燈殼中，該玻璃燈殼通常為近似圓柱形。這有助于為用戶提供額外的防觸電保護，并保護燈具免受短路和觸摸的傷害。以這種方式達到稍高的燈溫度也可能是有幫助的。

基于波長穩定的激光器，可以制作出光功率大得多、光線寬小得多的波長標準。由于高度的空間相干性，它們的輻射亮度以及光譜輻射亮度也高出許多數量級。例如，基于這種高度復雜技術的光學頻率標準用于光學時鐘。

 

電氣方面

  

低發射體積和低功率密度意味著低輸出功率和低電輸入功率。然而，工作電壓可能高達數百伏，對于點火來說更高。這可能會導致安全隱患，例如燈具未正確隔離。

燈具供應商通常還提供合適的插座燈電源。一些燈具甚至配有E27等標準插座，可通過內部電源電路利用線電壓直接工作。

 

燈罩

  

校準燈通常集成在外殼中，提供各種附加功能，例如易于安裝、防電擊、抑制不需要方向的光輸出和保護燈具。外殼還可以包含光學過濾器用于阻止不需要的部分光譜。例如，為了避免使用防護眼鏡、衣服和手套，人們可能想要阻擋紫外線。

通常，人們在某個相當大的角度范圍內獲得漫射光發射，但也有帶有光纖輸出的燈。最簡單的解決方案是將單模光纖或多模光纖的末端靠近燈殼放置。利用透鏡可以實現改善的光耦合。然而，由于光源的低空間相干性，耦合效率總是相當低。

 

性能參數

  

首先，光譜燈必須提供所需的譜線，這可以通過使用相應的發射物質來簡單地實現。波長精度通常沒有規定，但通常相當高。此外，發射線寬通常相當小，但通常沒有規定。

由于光譜燈的功率密度適中，直接光功率或輻射通量不是很高，特別是輻射度通常很低；如果燈具被宣傳為“高亮度燈具”，那只意味著比平時更亮。然而，對于典型的應用來說，低功率和低輻射并不是一個嚴重的問題。

詳細的輻射測量規格，例如輻射通量和輻射率，通常不可用。潛在用戶可能不得不根據他們的經驗粗略估計光輸出是否足以達到目的。此外，不同譜線中的相對功率通常沒有規定，并且可能隨著操作條件（例如驅動電流）以及燈的老化而顯著變化。

對于某些應用，強度噪聲很重要。這種噪聲可能由所用電源的缺陷引起，也可能由燈本身引起，例如由導致閃爍的氣體放電的不穩定性引起。便宜的光譜燈可能表現出相當大的強度噪聲，但這對于波長校準等典型應用無關緊要。

 

光譜燈的應用

  

光譜燈主要用于光譜領域的波長校準。例如，人們可以使用它們來檢查光譜儀是否正確顯示波長線，并可能相應地重新調整設備。

在其他應用中，例如在科學中，需要單一譜線的光。典型的設置包含一個放置在單色儀輸入狹縫附近的光譜燈，可能帶有一些額外的光學元件以提高光通量，例如，在燈和輸入狹縫之間有一個大透鏡。單色儀后產生的光功率通常較小。

某些干涉儀，如Fizeau干涉儀，也需要準單色光，如果不需要高光功率，這種光可能來自經過適當空間濾波的光譜燈。