Войти
Спиральная ксеноновая лампа-вспышка, испускающая серое тело в виде белого света. (Анимированная версия в конце)A flashtube, также называемая flashlamp, представляет собой электрическую дуговую лампу, разработанную для получения чрезвычайно интенсивных, некогерентных, белый свет в течение очень коротких промежутков времени.
U-образная ксеноновая лампа-вспышка Лампа содержит герметично закрытый стеклянная трубка, заполненная благородным газом, обычно ксеноном, и электроды для подачи электрического тока в газ. Кроме того, необходим источник высокого напряжения для подачи энергии на газ в качестве триггерного события. Заряженный конденсатор обычно используется для питания вспышки, чтобы обеспечить очень быструю подачу очень высокого электрического тока при срабатывании лампы.
Стеклянная оболочка обычно представляет собой тонкую трубку, часто сделанную из плавленого кварца, боросиликата или Pyrex, которые могут быть прямыми или изогнутыми в различных формах, включая спиральную, U-образную и круглую (для окружения линзы камеры для бестеневой фотографии - 'мигает кольцо '). В некоторых случаях использования ультрафиолетового света нежелательно, будь то из-за производства озона, повреждения лазерных стержней, разрушения пластика или других вредных эффектов. В этих случаях используется легированный плавленый кварц. Легирование диоксидом титана может обеспечить длину волны отсечки на ультрафиолетовой стороне, но материал страдает от соляризации ; он часто используется в медицинских и солнечных лампах, а также в некоторых нелазерных лампах. Лучшей альтернативой является кварц, лег церием ; он не подвержен соляризации и имеет более высокую эффективность, как часть поглощенного ультрафиолета переизлучается как видимое посредством флуоресценции. Его отсечка составляет около 380 нм. И наоборот, когда требуется ультрафиолет, в качестве конверта используется синтетический кварц ; это самый дорогой из материалов, но он не подвержен соляризации, и его отсечка составляет 160 нм.
Уровень мощности ламп измеряется в ваттах на площади, общая потребляемая электрическая мощность делится на внутреннюю поверхность стены. Охлаждение электродов и оболочки лампы очень важно при высоких уровнях мощности. Для более низких средних уровней мощности достаточно воздушного охлаждения. Лампы высокой мощности охлаждающей жидкой жидкостью, обычно пропускания деминерализованной воды через трубку, в которой заключена. Стекло ламп с водяным охлаждением обычно обеспечивает усадку вокруг электродов, чтобы обеспечить прямой теплопровод между ними и охлаждающей водой. Охлаждающая среда также должна течь по всей длине лампы и электродов. В дуговых лампах высокой средней мощности или в дуговых лампах непрерывного действия вода должна течь через концы лампы, а также через открытые концы электродов, поэтому деионизированная вода используется для предотвращения короткого замыкания. Требуется принудительное воздушное охлаждение мощностью более 15 Вт / см; жидкостное охлаждение в ограниченном пространстве. Жидкостное охлаждение обычно необходимо при мощности выше 30 Вт / см.
Более тонкие стенки могут выдерживать более высокие нагрузки средней из-за более низкой механической деформации по толщине материала, которая вызывается температурным градиентом между горячей плазмой и охлаждающей водой (например, легированный кварц толщиной 1 мм имеет предел 160 Вт / см, толщиной 0,5 мм предел 320 Вт / см). По этой причине более тонкое стекло часто используется для дуговых ламп непрерывного действия. Более толстые материалы обычно могут выдерживать большую энергию удара от ударной волны, которую может генерировать короткоимпульсная дуга, поэтому в конструкции импульсных трубок часто используется кварц толщиной до 1 мм. Материал оболочки обеспечивает еще один предел выходной мощности; Плавленый кварц толщиной 1 мм имеет предел 200 Вт / см, синтетический кварц той же толщины может работать до 240 Вт / см. Другие стекла, такие как боросиликатные, обычно имеют меньшую нагрузочную способность кварца. Старение ламп требует некоторого снижения характеристик из-за повышения энергии стеклом из-за соляризации и разбрызгивания.
электроды выступают на каждом конце трубки и герметично прикреплены к стеклу защитным средствам. В «ленточных уплотнениях» используются тонкие полоски молибденовой фольги, приклеенные непосредственно к стеклу, которые очень прочные, но ограничены по величине тока, который может пройти. «Паяные уплотнения» связывают стекло с электродом с помощью припоя для очень прочного механического уплотнения, но ограничиваются работой при низких температурах. Наиболее распространенным в применениих с лазерной накачкой является «уплотнение стержня», когда стержень электрода смачивается другим типом стекла, а прикрепляется непосредственно к кварцевой трубке. Это уплотнение очень прочное и способно выдерживать очень высокие температуры и токи. Уплотнение и стекло должны иметь одинаковый коэффициент расширения.
Вспышки различных размеров для лазерной накачки. В тройку лидеров входят ксеноновые лампы-вспышки. Последняя представляет собой криптоновую дуговую лампу (показывает для сравнения). Для низкого износа электродов электроды обычно изготавливаются из вольфрама, которая имеет самую высокую точку плавления из всех металлов, чтобы справиться с термоэлектронной эмиссией электронов. Катоды часто изготавливают из пористого вольфрама, заполненного соединением бария, что дает низкую работу выхода ; структура катода должна быть адаптирована к применению. Аноды обычно изготавливаются из чистого вольфрама или когда требуется хорошая обработка, из легированного лантаном вольфрама и часто подвергаются механической обработке, чтобы обеспечить дополнительную площадь поверхности, выдерживать силовую нагрузку. Дуговые лампы постоянного тока часто имеют катод с острым концом, чтобы не допустить попадания дуги дуги в стекло и контролировать температуру. Чтобы уменьшить горячие точки и уменьшить распыление, вызванное пиковыми токами, которые могут увеличивать 1000 ампер, ламп накаливания обычно есть катод. На конструкцию электродов также влияет средняя мощность. При высоких уровнях средней мощности необходимо соблюдать осторожность, чтобы обеспечить достаточное охлаждение электродов. Хотя температура анода имеет меньшее значение, перегрев катода может значительно сократить ожидаемый срок службы лампы.
В зависимости от размера, типа и области применения лампы-вспышки, заполнение газом Давление может обсуждаться от нескольких килопаскалей до сотен килопаскалей (0,01 –4,0 атмосферы или от десятков до тысяч торр ). Как правило, чем выше давление, тем выше выходная эффективность. Ксенон используется в основном из-за его хорошей эффективности, поскольку он преобразует почти 50% электроэнергии в свет. Криптон, с другой стороны, имеет КПД только около 40%, но при низких токах лучше соответствует спектру поглощения Nd: YAG-лазеров. Основным фактором, влияющим на эффективность, является количество газа за электродами или «мертвый объем». Более высокий мертвый объем ведет к большему увеличению давления во время работы.
Воспроизвести медиа Это высокостное видео с ксеноновой фотовспышкой, записанное со скоростью более 44 000 кадров в секунду. Одиночный импульс вспышки в замедленной съемке выявляет колебания заряженного газа. Электроды лампы обычно подключены к конденсатору, который заряжен до относительно высокого напряжения (обычно от 250 до 5000 вольт) с помощью повышающего трансформатора и выпрямителя. Однако газ имеет высокое высокое сопротивление, и лампа не будет проводить электричество, пока газ не будет ионизирован. После ионизации или «срабатывания» между электродами образуется искра, позволяя конденсатору разрядиться. Внезапный выброс электрическим током быстро нагревает газ до состояния плазмы, где электрическое сопротивление становится очень низким. Есть несколько способов запуска.
Ксеноновые фотовспышки, используемые на смартфонах и камерах, обычно запускаются извне. Внешний запуск наиболее распространенным методом работы, особенно для фотографических целей. Электроды заряжаются, напряжение до, достаточно высокого, чтобы реагировать на срабатывание, но ниже порога самовспышки лампы. Импульс чрезвычайно высокого напряжения (обычно от 2000 до 150 000 вольт), «пусковой импульс» прикладывается непосредственно к стеклянной оболочке, либо очень близко к ней. (Вспышки с водяным охлаждением создает этот импульс непосредственно на охлаждающую воду, а также часто на корпус устройства, с типом системы следует проявлять осторожность.) трубки. Емкость стекла передает импульс запуска в оболочку, где он большим напряжением пробоя, окружающий один или оба электрода, образуя искровые стримеры. Стримеры распространяются через емкость вдоль стекла со скоростью 1 сантиметр за 60 наносекунд (170 км / с). (Импульс должен иметь достаточно большую длительность, чтобы достигнуть максимального достижения максимального электрода, в случае возможности запуска беспорядочный запуск) Запуск можно улучшить, приложив импульс запуска к «плоскости отсчета», которая может иметь форму металлической ленты или отражателя, прикрепленного к приложению к стеклу отсчета, токопроводящей краски или тонкой проволоки, намотанной вокруг лампы по всей длине. Если напряжение на конденсаторе больше, чем падение напряжения между катодом и анодом, когда внутренние искровые стримеры перекрывают электроды, конденсатор разряжается через ионизированный газ, нагревая ксенон до достаточно высокой температуры для эмиссионный свет.
Рубиновая лазерная головка, собранная и разобранная, обнажающая полость накачки, рубиновый стержень и две лампы-вспышки с водяным охлаждением. Последовательный запуск более распространен в мощных, лампы-вспышки с водяным охлаждением, такие как те, которые используются в лазерах. Высоковольтные выводы триггерного трансформатора подключены к лампе-вспышке последовательно (один вывод к электроду, а другой к конденсатору), так что вспышка проходит как через трансформатор, так и через лампу. Триггерный импульс образует искру внутри лампы, не подвергая триггерное напряжение снаружи лампы. Преимущества - лучшая изоляция, более надежное срабатывание и дуга, которая имеет тенденцию развиваться от далеко, но при более высокой стоимости. Трансформатор последовательного запуска также действует как индуктор . Это помогает контролировать продолжительность быстрой разрядки, но помогает использование схемы в приложениях с очень быстрой разрядкой. Запуск обычно может происходить при более низком напряжении на конденсаторе, чем требуется для внешнего запуска. Однако триггерный трансформатор становится частью схемы вспышки и связывает схему запуска с энергией вспышки. Следовательно, поскольку триггерный трансформатор имеет очень низкий импеданс, трансформатор, схема запуска и кремниевый управляемый выпрямитель (SCR) должен выдерживать очень высокие пиковые токи, часто превышающие 1500 ампер.
Запускаемая извне вспышка длительностью 3,5 микросекунды. Вспышка полностью разряжается до того, как дуга может отойти от стекла и заполнить трубку, что приведет к чрезмерному износу лампы. Срабатывание срабатывания теплового напряжения - названиеее распространенный метод. В этом методе напряжения конденсатора изначально не прикладывается электродам, а вместо этого между электродами поддерживается искровая коса высокого напряжения. Сильный ток от конденсатора подается на электроды с помощью тиристора или искрового разрядника . Этот тип запуска обычно используется в системах с очень быстрым временем нарастания, обычно тех, которые используются в высокоскоростной, покадровой фотографии или лазерах на красителях. Кипящая искра-стример появление дуги точно в центре лампы, значительно увеличивая срок службы. Если внешний запуск используется для очень коротких импульсов, искровые стримеры могут контактировать со стеклом, когда полная токовая нагрузка проходит через трубку, вызывая абляцию стенки или, в крайних случаях, трещины или даже взрыв лампы. Однако, поскольку для очень коротких импульсов часто требуется очень высокое напряжение и низкая емкость, некоторые микросекундные импульсные лампы запускаются просто "перенапряжением", то есть приложенное напряжение к электродам, которое намного выше промежутка. Часто используется комбинация постоянного напряжения и перенапряжения.
Очень быстрое время нарастания часто достигается с помощью метода предымпульса. Этот метод происходит путем пропускания вспышки через лампу непосредственно перед основной вспышкой. Эта вспышка имеет большую мощность, чем основная вспышка (обычно менее 10%), и, в зависимости от длительности импульса, вырабатывается несколько тысяч до нескольких долей секунды до основной вспышки. Предымпульс нагревает газ, создаваемое тусклое, непродолжительное послесвечение, которое возникает из-за свободных электронов и ионизированных частиц, которые наступают после отключения импульса. Эти частицы могут рекомбинировать, это обеспечивает хорошее количество ионизированных частиц, которые могут быть использованы основной вспышкой. Это сокращает время нарастания. Он также уменьшает ударную волну и снижает уровень шума во время работы, увеличивает срок службы лампы. Он особенно эффективен в устройствах с очень быстрым разрядом, позволяя дуге быстрее расширяться и лучше заполнять трубку. Он очень часто используется с малым напряжением и иногда с последовательным запуском, но редко используется с внешним запуском. При накачке лазеров на красителях чаще всего используются предимпульсные методы эффективности, которые значительно повышают преобразование . Однако также было показано, что он повышает эффективность лазеров с более длительным временем жизни флуоресценции (позволяет использовать более длительные импульсы), таких как Nd: YAG или титановый сапфир, за счет создания импульсов с почти квадратной формой волны .
Абляционные флэш-трубки запускаются при понижении давления. Абляционные импульсные трубки обычно конструируются с использованием кварцевых трубок и одного или обоих электродов с полыми отверстиями, что позволяет присоединять вакуумный насос для регулирования давления газа. Электроды лампы подключаются к заряженному конденсатору, а затем из лампы откачивается газ. Когда газ достигает достаточно низкого давления (часто всего несколько торр), случайно ионизированные частицы могут ускоряться до скорости, достаточной для того, чтобы начать выбрасывать электроны из катода, когда они ударяются о его поверхность, что приводит к лавине Таунсенда что приводит к самопроизвольной вспышке лампы. При таком низком давлении эффективность вспышки обычно будет очень низкой. Однако из-за низкого давления у частиц есть место для ускорения до очень высоких скоростей, и магнитные силы расширяют дугу, так что основная часть ее плазмы концентрируется на поверхности, бомбардируя стекло. Бомбардировка уносит (испаряет) большое количество кварца с внутренней стенки. Эта абляция вызывает внезапное резкое локализованное увеличение внутреннего давления лампы, повышая эффективность вспышки до очень высокого уровня. Однако абляция вызывает значительный износ лампы, ослабляя стекло, и они обычно требуют замены после очень короткого срока службы.
Абляционные импульсные трубки необходимо повторно заполнить и вакуумировать до необходимого давления для каждой вспышки. Поэтому их нельзя использовать для приложений с очень частым повторением. Кроме того, это обычно исключает использование очень дорогих газов, таких как криптон или ксенон. Наиболее распространенным газом, используемым в абляционной лампе-вспышке, является воздух, хотя иногда также используется дешевый аргон. Вспышка обычно должна быть очень короткой, чтобы предотвратить передачу слишком большого количества тепла на стекло, но вспышки часто могут быть короче, чем у обычной лампы сравнительного размера. Вспышка от одной абляционной лампы-вспышки также может быть более интенсивной, чем от нескольких ламп. По этим причинам лампы чаще всего используются для накачки лазеров на красителях.
Кроме того, биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT) можно подключить последовательно как к пусковому трансформатору, так и к лампе, что делает возможной регулируемую продолжительность вспышки. IGBT, используемый для этой цели, должен быть рассчитан на высокий импульсный ток, чтобы избежать повреждения полупроводникового перехода из-за перегрузки по току. Этот тип системы часто используется в лазерных системах с высокой средней мощностью и может генерировать импульсы от 500 микросекунд до более 20 миллисекунд. Он может использоваться с любыми методами запуска, такими как внешний и последовательный, и может генерировать прямоугольные импульсы. Его можно даже использовать с малым напряжением для получения «модулированной» непрерывной волны на выходе с частотой повторения более 300 герц. При правильном использовании лампы-вспышки с водяным охлаждением большого диаметра можно получить несколько киловатт средней выходной мощности.
Электрические требования к лампе-вспышке могут варьироваться в зависимости от желаемых результатов. Обычный метод состоит в том, чтобы сначала определить длительность импульса, максимальное количество энергии, допустимое при этой продолжительности (энергия взрыва), и безопасное количество рабочей энергии. Затем выберите плотность тока, которая будет излучать желаемый спектр, и позвольте сопротивлению лампы определять необходимую комбинацию напряжения и емкости для его создания. Сопротивление в лампах-вспышках сильно варьируется в зависимости от давления, формы, мертвого объема, плотности тока, времени и длительности вспышки, и поэтому обычно обозначается как импеданс. Наиболее распространенный символ, используемый для импеданса лампы - Ko, который выражается в омах на квадратный корень из ампер (Ом (ампер).
Koиспользуется для расчета величины входного напряжения и емкости, необходимых для излучения желаемого спектра. K o определяется внутренним диаметром, длиной дуги и типом газа лампы и, в меньшей степени, давлением заполнения. Сопротивление в лампах-вспышках не является постоянным, но быстро падает по мере увеличения плотности тока. В 1965 году Джон Х. Гонц показал, что удельное сопротивление плазмы в лампах-вспышках обратно пропорционально квадратному корню из плотности тока. По мере развития дуги лампа испытывает период отрицательное сопротивление, вызывающее уменьшение как сопротивления, так и напряжение по мере увеличения тока. Это происходит до тех пор, пока плазма не вступит в контакт с внутренней стенкой. Когда это происходит, напряжение становится пропорциональным квадратному корню из тока, и сопротивление в плазме становится стабильным для r оставшаяся часть вспышки. Именно это значение определяется как K o. Однако по мере развития дуги газ расширяется, и при расчетах для K o объем не учитывается, что приводит к более низкому увеличению давления. Следовательно, любое вычисление K o является просто приближением импеданса лампы.
Ксенон, работающий как «неоновый свет», состоит из набора в основном спектральных линий, без части части непрерывного излучения, необходимого для хорошего цветопередачи.
Спектральная линия излучения ксеноновой лампы-вспышки. Несмотря на то, что цифровая камера невидима невооруженным глазом, она способна отображать сильные спектральные линии в ИК-диапазоне, которые выглядят как синий свет, отраженный от стола. Как и все ионизированные газы, ксеноновые лампы-вспышки излучают свет в различных спектральных диапазонах. строки. Это то же явление, которое придает неоновым вывескам характерный цвет. Однако неоновые вывески излучают красный свет из-за сверхнизкой плотности тока по сравнению с теми, которые наблюдаются в лампах-вспышках, что обеспечивает болееноволновым спектральным линиям. Чем выше плотность тока, тем больше длина волны. Свет от ксенона в неоновой вывеске тоже скорее фиолетовый. Спектр, излучаемый импульсными лампами, намного больше от плотности тока, чем от заполнения давления или типа газа. Низкие плотности излучения в узких спектральных линиях на слабом фоне непрерывного излучения. Ксенон имеет множество спектральных линий в УФ, синей, зеленой, красной и части ИК комплект. При низкой плотности тока возникает зеленовато-синяя вспышка, указывающая на отсутствие значительных желтых или оранжевых линий. При плотностях тока большая часть выхода ксенона будет направлена в невидимые спектральные линии ИК-диапазона около 820, 900 и 1000 нм. Низкие плотности тока для импульсных ламп обычно менее 1000 А / см.
Более высокие плотности тока начинают вызывать континуум эмиссию. Спектральные линии расширяются и становятся менее доминирующими по мере того, как свет излучается по всему спектру, обычно достигающий пика или «центрированный» на периодне волны. Оптимальная выходная эффективность в видимом диапазоне достигается при плотности, которая производит «излучение серого тела» (дуга, которая в основном непрерывное излучение, но все еще в основном полупрозрачна для собственного света; эффект, подобный солнечному свету, когда он проходит через облако). Для ксенона излучения серого тела определено около зеленого и дает правильную комбинацию для белого света. Излучение серого тела происходит при плотностях выше 2400 А / см.
При очень высокой плотности тока, приближающейся к 4000 А / см, предпочтение отдается излучению абсолютно черного тела. Спектральные линии почти исчезают, так как континуальное излучение доминирует, а выходной центр смещается в сторону ультрафиолета. По мере того, как плотность тока становится еще выше, визуально выходной спектр ксенона выравнивается по спектру излучения черного тела с цветовой температурой 9800 кельвинов (скорее небесно-голубой оттенок белого). За исключением случаев, когда необходим интенсивный ультрафиолетовый свет, например, при обеззараживании воды, чрезмерное излучение черного тела, обычно нежелательно, поскольку дуга становится непрозрачной, и большая часть излучения внутри дуги может поглощаться до того, как достигнет поверхности, что снижает выходную эффективность.
Благодаря своей высокой эффективности белого цвета ксенон, несмотря на высокую стоимость, широко используется в фотографических целях. В лазерах обычно отдается предпочтение излучению спектральных линий, поскольку эти линии движения лучше соответствуют линиям поглощения лазерной среды. Иногда используется криптон, хотя он еще дороже. При плотных низких частотах выходная спектральная линия криптона в ближнем ИК-диапазоне лучше профилю поглощения лазерных сред на основе неодима, чем излучение ксенона, и очень близко соответствует узкому профилю поглощения Nd: YAG. Ни одна из спектральных линий ксенона не соответствует линии поглощения Nd: YAG, поэтому при накачке Nd: YAG ксеноном необходимо использовать непрерывное излучение.
Спектральные выходы различных газов при плотности тока где визуальный выход почти равен ИК. Криптон имеет очень спектральные линии в ближнем ИК-диапазоне, поэтому большая часть энергии направляется на два основных пика. 
Спектральная линия излучения аргоновой лампы. Текстура стола дифрагирует свет, позволяя отображать ИК-линии. Все газы производят спектральные линии, характерные для газа, наложенные на непрерывного излучения. Для всех газов низкой плотности тока дают в основном спектральные линии, самые большие выходы в ближнем ИК диапазоне между 650 и 1000 нм. Самые сильные пики криптона находятся в районе 760 и 810 нм. У аргона много сильных пиков при 670, 710, 760, 820, 860 и 920 нм. Неон имеет пики около 650, 700, 850 и 880 нм. По мере того, как плотность тока становится больше, чем больше спектральная линия, чем выходной центр будет смещаться в сторону визуального изображения. При плотности тока серого тела наблюдается лишь небольшая разница в спектре, излучаемом различными газами. При очень высоких плотностях все газы начнут работать как излучатели черного тела со спектральными выходами, напоминающими голубую гигантскую звезду с центром в УФ.
Более тяжелые газы обладают более высоким сопротивлением и, следовательно, более высокое значение для Ko. Импеданс, определяемый как сопротивление, необходимое для преобразования энергии в работу, выше для тяжелых газов, и поэтому более легкие газы намного эффективнее, чем более легкие. Гелий и неон слишком светлые, чтобы произвести эффективную вспышку. Криптон может иметь КПД до 40%, но для этого требуется увеличение давления до 70% по сравнению с ксеноном. Аргон может иметь КПД до 30%, но требует еще повышения давления. При таком высоком давлении падение напряжения между электродами, образованное искровым стримером, может быть больше, чем напряжение на конденсаторе. Этим лампам часто требуется "повышающее напряжение" во время фазы триггера, преодолеть высокий импеданс триггера.
Азот в виде воздуха использовался в лампах-лазерах в самодельных лазерах на красителях, но присутствующие азот и кислород образуют химические реакции с электродами и сами по себе, вызывая преждевременный износ и необходимость регулировки давления для каждой вспышки. спектральный выход. Влияние на выходной спектр незначительно, но влияние на эффективность велико. Добавление более легкого газа только снизит эффективность более тяжелого.
Криптоновая дуговая плазма. Темное пространство около заполнено свободными электронами, которые были отделены от нейтральных атомов, ионизируя атомы. Затем ионы ускоряются от анода, сталкиваясь с нейтральными атомами, чтобы произвести свет. Когда импульс тока проходит через трубку, он ионизирует атомы, заставляя их переходить на более высокие уровни энергии. В плазме дуги обнаружены частицы трех типов, состоящие из электронов, положительно ионизированных элементов и нейтральных элементов. В любой момент времени во время вспышки ионизированные атомы составляют менее 1% плазмы и производят весь испускаемый свет. Когда они потеряли рекомбинируют со своими электронами, они немедленно переходят обратно в более низкое энергетическое состояние, высвобождая при этом фотоны. Способы передачи энергии осуществляются разными способами, называемыми переходами «связанный», «свободный» и «свободный».
Внутри плазмы положительные ионы ускоряются к катоду, а электроны ускориться к аноду. Нейтральные атомы движутся к аноду с меньшей скоростью, заполняется некоторый локализованный перепад давления, создаваемый ионами. При нормальном давлении это движение происходит на очень коротком расстоянии, потому что частицы взаимодействуют и сталкиваются друг с другом, обмениваясь электронами и меняя направление. Таким образом, во время импульса нейтральные атомы ионизируются и рекомбинируют, каждый раз испуская фотон, передавая электроны от катода к аноду. Чем больше количество ионных переходов для каждого электрона; тем выше будет эффективность преобразования , поэтому более длинные или более высокое давление повысить эффективность лампы. Во время импульса скин-эффект заставляет свободные электроны собираться около внутренней стенки, создавая электронную оболочку вокруг плазмы. Это делает область электроотрицательной и помогает ей холодной. Скин-эффект также индуктивность за счет индукции вихревых токов в центральной плазме.
Связанные переходы происходят, когда ионы и нейтральные атомы сталкиваются, передаются электроны от атома к иону. Этот метод преобладает при низких плотностях тока и отвечает за излучение спектральных линий. Свободно связанный переходы происходит, когда ион захватывает электрон. Этот метод дает непрерывное излучение и становится более заметным при более высоких плотностях тока. Некоторая часть континуума также создается, когда электрон ускоряется по направлению к иону, это называется свободно-свободными переходами, производя тормозное излучение. Тормозное расширение усиливает функцию плотности энергии и вызывает сдвиг в сторону синего и ультрафиолетового конца продукта.
85 джоулей, 3,5 микросекунды. Хотя уровень умеренно низкий, электрическая мощность при такой короткой продолжительности составляет 24 миллиона ватт. Благодаря очень высокой плотности тока, температуре дуги 17000 К (30100 ° F) и выходной мощности, центрированной на 170 нм (в дальнем УФ-диапазоне), излучение абсолютно черного тела настолько интенсивно, что без проблем проникает в очень темный оттенок. 10, за которой находится камера. Единственное реальное электрическое ограничение того, насколько коротким может быть импульс, - это общая индуктивность системы, индуктивность конденсатора, проводов и самой лампы. Коротко-импульсные вспышки требуют минимизации всей индуктивности. Обычно для этого используются специальные конденсаторы, самые короткие из проводов или электрические провода с большой площадью поверхности, но с тонким поперечным сечением. Для очень быстрых систем можно использовать осевые выводы с низкой индуктивностью, такие как медные трубки, провода с пластмассовым сердечником или даже полые электроды, чтобы уменьшить общую индуктивность системы. Лазерам на красителях требуются очень короткие импульсы, и иногда используются осевые импульсные трубки с кольцевым поперечным сечением с большим диаметром, кольцевыми электродами и полым внутренним сердечником, что позволяет использовать как меньшую индуктивность, так и ячейку с красителем. быть размещенным как ось через центр лампы.
Напряжение, изменение входного напряжения или емкости не противодействует на время разряда, хотя они влияние на плотность тока. По мере уменьшения длительности вспышки электрическая энергия концентрируется в более коротких импульсах, плотность тока увеличивается. Компенсация этого обычно требует снижения емкости по мере уменьшения длительности импульса, а затем пропорционального увеличения напряжения для поддержания достаточно высокого уровня энергии. Однако с уменьшением длительности импульса уменьшается и «энергия взрыва» лампы, поэтому уровень энергии также должен быть уменьшен, чтобы избежать разрушения лампы.
Величина нагрузки, которую стекло может выдержать, является основным механическим пределом. Даже если количество используемой энергии (джоулей ) остается постоянным, электрическая мощность (мощность ) будет увеличиваться обратно пропорционально уменьшению времени разряда. Следовательно, энергия должна уменьшаться вместе с длительностью импульса, чтобы уровни импульсной мощности не поднимались слишком высоко. Кварцевое стекло (толщиной 1 миллиметр за 1 секунду разряда) обычно может выдерживать максимум 160 Вт на квадратный сантиметр внутренней поверхности. У других очков порог гораздо ниже. Чрезвычайно быстрые системы с индуктивностью ниже критического затухания (0,8 микрогенри) обычно требуют шунтирующего диода на конденсаторе, чтобы предотвратить реверсирование тока (звон) от разрушения лампы. Если импульс проходит через лампу, он удлиняет вспышку, поэтому диод улавливает звон, позволяя лампе выключиться в нужное время.
Ограничениями для длительных импульсов являются количество электронов, перенесенных на анод, распыление, вызванное ионной бомбардировкой катода, и температурные градиенты стекла. Слишком длинные импульсы могут испарять большое количество металла с катода, а перегрев стекла приведет к его продольному растрескиванию. Для непрерывной работы охлаждение необходимо подражать. Длительность разряда для обычных ламп деся-вспышек составляет от 0,1 микросекунды до нескольких миллисекунд и может иметь частоту повторения сотен герц. Продолжительность вспышки можно тщательно контролировать с помощью индуктора .
. Вспышка, исходящая от ксеноновой лампы-вспышки, может быть сильной, что может воспламениться горючие материалы на небольшом расстоянии от трубки. Углеродные нанотрубки особенно восприимчивы к такому самовоспламенению при воздействии света от лампы-вспышки. Подобные эффекты могут быть использованы для использования в эстетических или медицинских процедурах, известных как лечение интенсивным импульсным светом (IPL). IPL можно использовать для таких процедур, как удаление волос и уничтожение повреждений или родинок.
Срок службы лампы-вспышки зависит как от уровня энергии, используемой для лампы в пропорционально энергии взрыва и длительности импульса лампы. Отказы могут быть катастрофическими, вызывая разрушение лампы, или они могут быть безопасными, сниженные характеристики лампы ниже допустимого уровня.
Катастрофический отказ может произойти из-за двух отдельных механизмов: энергия и тепло. Когда для длительности импульса используется слишком много энергии, может произойти структурное повреждение стеклянной оболочки. Лампы-вспышки электрическую дуговую вспышку, находящуюся в стеклянной трубке. По мере развития дуги образуется сверхзвуковая ударная волна, распространяющаяся радиально от центра дуги и ударяющаяся о внутреннюю стенку трубки. Если уровень энергии достаточно низкий, будет слышен только стук по стеклу. Однако, если уровень энергии равен «энергии взрыва» лампы, ударная волна разобьет стекло, разорвав трубку. Возникающий в создатель создает громкую звуковую ударную волну и может разбить осколки стекла на несколько футов. Энергия взрыва рассчитывается путем умножения внутренней поверхности лампы между электродами на нагрузочную способность стекла. Нагрузка зависит от типа и толщины стекла, а также от используемого метода охлаждения. Мощность нагрузки измеряется в ваттах на квадратный сантиметр. Однако, поскольку уровень импульсной мощности увеличивается по мере уменьшения продолжительности вспышки, энергия взрыва должна быть изменена прямо пропорционально квадратному корню из времени разряда.
Отказ из-за тепла, обычно вызванные чрезмерно большой длительностью импульса, высокими уровнями средней мощности или несоответствующий размер электрода. Чем дольше пульс; тем больше тепла будет передано стеклу. Когда внутренняя стенка трубки становится слишком горячей, этот температурный градиент может вызвать растрескивание лампы. Точно так же, если электроды имеют слишком большое сопротивление, нагревая и термически расширяясь, они имеют слишком большое сопротивление. Если электроды нагреваются намного быстрее, чем стекло, лампа может треснуть или даже расколнуться на концах.
Катоды импульсных ламп с ранними признаками износа. Трубка слева показывает разбрызгивание, а трубка справа показывает абляцию стенки. Чем ближе лампа-вспышка работает к ее энергии взрыва, тем выше риск катастрофического отказа. При 50% энергии взрыва лампа может произвести несколько тысяч вспышек до взрыва. При 60% энергии взрыва лампа обычно выйдет из строя менее чем через сотню. Если лампа эксплуатируется при мощности ниже 30% энергии взрыва, риск катастрофического отказа становится очень низким. Методы затемнения становятся такими, которые снижают выходную и влияние на способность зажигания лампы. На них следующие процессы: распыление и абляция внутренней стенки.
Распыление, когда уровень энергии очень низкий, ниже 15% взрыва, или когда длительность энергии происходитса очень велика. Распыление - это испарение металла с катода, который повторно осаждается на стенках лампы, блокируя выход света. Эта катод обладает большей эмиссионной способностью, чем анод, лампа-вспышка поляризована, и неправильное подключение лампы к источнику питания быстро приведет к ее разрушению. Однако даже при правильном подключении степень разбрызгивания может изменяться от лампы к лампе. Следовательно, невозможно точно предсказать срок службы при низких уровнях энергии.
На более высоких уровнях энергии абляция стенки становится основным процессом износа. Электрическая дуга медленно разрушает внутреннюю стенку трубки, образует микроскопические трещины, которые придают стеклу матовый вид. Абляция высвобождает кислород из стекла, повышенное давление выше допустимого уровня. Это вызывает проблемы запуска, известное как «ание ». Выше 30% абляция может вызвать износ лампы, достаточный для разрушения. Однако при уровнях энергии более 15% срок службы может быть рассчитан с достаточной степенью точности.
При работе с энергией взрыва ниже 30% срок службы импульсных ламп составляет от нескольких миллионов до десятков миллионов.
6-футовые (180 см) лампы-вспышки, используемые в лазере Национальный центр зажигания, были одними из лучших в промышленном производстве, использованном при потребляемой энергии 30 кДж на импульс. 
лампа-вспышка (в центре) длиной 12,5 футов (380 см), (длина дуги 12 футов (372 см)), для отжига подложки. В длительности, излучаемой ксеноновые лампы-вспышки можно точно, контролировать и из-за высокой интенсивности света ксеноновые лампы-вспышки обычно используются в качестве фотографических стробоскопических ламп. Ксеноновые лампы-вспышки также используются в высокоскоростной или покадровой фотографии, которая была впервые применена Гарольдом Эдгертоном в 1930-х годах. Они также используются в сигнальных огнях самолетов, аварийном освещении транспортных средств, пожарах. устройства оповещения о тревоге (звуковые сигналы), авиационные маяки для предотвращения столкновений и другие приложения.
В стоматологии он используется в устройствах типа «световой короб» для световой активации отверждения различных реставрационных и вспомогательных светоотверждаемых смол (например: Megaflash mini, Uni XS и другие устройства.
Благодаря высокой интенсивности и относительной яркости на коротких длинах волн (простирающихся в ультрафиолет ) и малой длительности импульса, лампы в качестве вспышки также идеально подходят в источниках света для накачки элементы в лазере в возбужденные состояния, где они могут быть стимулированы для излучения когерентного, монохроматического света. Так и плотность имеет решающее значение, так что максимальная излучаемая выходная энергия сосредоточена в полосах, которые лучше поглощаются лазерной средой ; например Криптоновые лампы-вспышки больше подходят для накачки Nd: YAG-лазеров, чем ксеноновые лампы-вспышк и, поскольку излучение криптона в ближней инфракрасной области лучше соответствует спектру поглощения Nd: YAG.
Ксеноновые лампы-вспышки использовались для создания интенсивной вспышки белого света, часть которого поглощается неодимом: стекло, которое производит мощность лазера для термоядерного синтеза с инерционным ограничением. В общей сложности от 1 до 1,5% электроэнергии, подаваемой в лампы-вспышки, превращается в полезный лазерный свет для этого приложения.
(PL) - это метод обеззараживания поверхностей путем уничтожения микроорганизмов с использованием импульсов интенсивного широкого спектра, богатого УФ-светом. УФ-С - это часть электромагнитного, соответствующая полосе между 200 и 280 нм. Импульсный свет работает с ксеноновыми лампами, которые могут мигать несколько раз в секунду. Дезинфицирующие роботы используйте импульсный ультрафиолетовый свет.
Недавнее применение фонарей - фотонное лечение.
Это теневое изображение пули в сверхзвуковом Полет был сделан в Эджертон-центре (Строб-аллея, Массачусетский технологический институт) с использованием разряда высокоскоростной лампы-вспышки . Фотовспышка была изобретена Гарольдом Эдгертоном в 1930-х годах как средство для получения резких фотографий движущиеся объекты. Фотовспышки в основном использовались для стробоскопов в научных исследованиях, но со временем начали заменять химические и порошковые лампы-вспышки и лампы-вспышки в основной фотографии.
Потому что электрические могут быть сделаны дуги, которые были быстрее, чем выдержки с механическим затвором, ранние высокоскоростные фотографии делались с помощью электрического дугового разряда на открытом воздухе, называемого искровой фотографией, что помогало удалить размытие сущихся объектов. Обычно это делалось с закрытым затвором в темном или тускло освещенном помещении, чтобы избежать переэкспонирования пленки, и с помощью метода синхронизации вспышки с событием, которое нужно фотографировать. Самое раннее известное использование искровой фотографии началось с Генри Фокса Тэлбота примерно в 1850 году. В 1886 году Эрнст Мах использовал искру на открытом воздухе, чтобы сфотографировать летящую пулю, обнаружив ударные волны, которые она произвела на сверхзвуковые скорости. Своеобразные искровые системы на открытом воздухе были довольно легко построить, но они были очень ограниченный световой поток и производили громкие звуки, сопоставимые с шумом выстрела.
В 1927 году Гарольд Эдгертон построил свою первую вспышку, находясь в Массачусетский технологический институт. Желая сфотографировать движение двигателя с яркими деталями, без размытия, Эджертон решил улучшить процесс искровой фотографии, используя ртутно-дуговый выпрямитель вместо разряда на открытом воздухе для получения света.. Он смог длительности вспышки в 10 микросекунд и смог сфотографировать движущийся двигатель, как он «застыл во времени».
Интерес его коллеги к новой вспышке вскоре спровоцировал Эдгертона на улучшение конструкции. Эффективность ртутной лампы ограничивалась самой холодной частью лампы, поэтому она лучше работала в очень горячем состоянии и хуже - в холодном. Эдгертон решил вместо этого попробовать благородный газ, чувствуя, что он не будет так сильно зависеть от температуры, как ртуть, и в 1930 году он нанял компанию General Electric для создания некоторых ламп с использованием использования некоторых ламп с использованием нанял компании аргон вместо этого. Трубки с аргоном были намного эффективнее, намного меньше и их можно было установить рядом с отражателем, концентрируя их выход. Постепенно дизайнеры фотоаппаратов обратили внимание на новую технологию и начали ее принимать. Эдгертон получил свой первый крупный заказ на стробоскопы от компании Kodak в 1940 году. Позже он обнаружил, что ксенон был наиболее эффективным из благородных газов, производя этот спектр, очень близкий к. дневного света, а ксеноновые вспышки стали стандартом для больших съемок. Только в 1970-х годах стробоскопы стали достаточно портативными, чтобы их можно было использовать в обычных камерах.
В 1960 году, после того, как Теодор Майман изобрел рубиновый лазер, появилась новая потребность. для ламп-вспышек начали использовать в лазерах, и новый интерес был проявлен к изучению ламп.
Этот конденсатор на 525 джоулей является одним из пары, адаптированной для использования в рубиновом лазере, и несет предупреждение о его смертельной емкости. Между клеммами подключается резистор, чтобы предотвратить накопление опасного заряда конденсатором, когда он не работает. Лампы Flash работают при высоких напряжениях, с токами, достаточно высокими, чтобы быть смертельными. Сообщается, что при определенных условиях удары мощностью всего 1 джоуль могут привести к летальному исходу. Энергия, в конденсаторе, может оставаться на удивление долгое время после отключения питания. Лампа-вспышка обычно отключается до того, как конденсатор полностью разрядится, и она может восстановить часть своего заряда посредством процесса, называемого «диэлектрическое поглощение ». Кроме того, некоторые типы систем зарядки сами по себе могут быть смертельно опасными. Напряжение срабатывания триггера может вызвать болезненный шок, обычно недостаточный, чтобы вызвать поражение человека, чтобы он натолкнулся или коснулся чего-то более опасного. Когда человек заряжается до высокого напряжения, искра может прыгнуть, создавая большой ток конденсатора, фактически ничего не касаясь.
Вспышки работают при высоком давлении, как известно, взрываются, создаются сильные ударные волны. «Энергия взрыва» лампы-вспышки (количество энергии, которое разрушит ее всего за несколько вспышек) хорошо определена, и, чтобы избежать катастрофического отказа, рекомендуется использовать не более 30% энергии взрыва. Вспышки должны быть защищены за стеклом или в полости отражателя. В случае следует надеть средства защиты глаз и ушей.
Вспышки вспышки производят очень интенсивные вспышки, часто быстрее, чем может заметить глаз, как они есть. Кварцевое стекло пропускает почти все длинноволновое и коротковолновое УФ-излучение, включая серьезную опасность для глаз и кожи. Это ультрафиолетовое излучение также может большие количества озона, который может быть вредным для людей, животных и оборудования.
Многие камеры заряжают конденсатор вспышки сразу после включения питания, а некоторые даже просто вставив батарейки. Простая установка батареи в камеру может привести к тому, что конденсатор станет опасным или по крайней мере, неприятным на до нескольких дней. Затраченная энергия также довольно значительна; Конденсатор емкостью 330 мкФ, заряженный до 300 вольт (общие приблизительные значения для фотоаппаратов), хранит почти 15 джоулей энергии.
В книге 1969 года Штамм Андромеды и в фильме 1971 года для сжигания использовалось облучение ксеноновой вспышкой. с внешними эпителями других слоев кожи человека в качестве антисептической меры, чтобы исключить все возможные бактериальные проникновения для людей, работающих в экстремальных, сверхчистых условиях. (В книге использовался термин «ультравспышка»; в алгоритме идентифицирован как «ксеноновая вспышка».)
Срабатывает спиральная ксеноновая лампа-вспышка Кадр 1: Трубка темная.
Кадр 2: запускающий импульсизирует газ. Образуются искровые ленты.
Кадр 3: Искровые стримеры соединяются и удаляются от стекла, образует плазменный туннель, позволяющий скачку тока.
Кадр 4: Конденсаторный ток начинает убывать, нагревая окружающий ксенон.
Кадр 5: По мере уменьшения сопротивления напряжение падает и ток заполняет трубку, нагревая ксенон до плазменного состояния.
Кадр 6: Полностью нагретый, сопротивление и напряжение стабилизируются, образуя дугу, и полная токовая нагрузка проходит через трубку, заставляя ксенон излучать вспышку света.
Остаточное свечение обусловлено фосфоресценцией кварца после интенсивного УФ-облучения.
