氙燈燈管是氙燈老化試驗(yàn)機(jī)的重要配件，屬于氣體放電燈中弧光放電的一類(lèi)，氙燈的放電機(jī)理是建立在氣體放電過(guò)程中的。

我們可以通過(guò)改變圖1中V0來(lái)測(cè)量不同放電電流時(shí)燈的電壓，從而得到圖2所示的伏-安特性曲線，現(xiàn)將其原理敘述如下。

由于宇宙中的射線或外界存在電磁場(chǎng)等因素，在燈管L中存在著帶電粒子，我們稱(chēng)之為剩余電離。當(dāng)燈管兩端加上一個(gè)電壓后，在電場(chǎng)的作用下，這些帶電粒子向電極運(yùn)動(dòng)形成電流，隨著電場(chǎng)的增加，電流會(huì)隨之增大，形成圖2所示的0A段。當(dāng)電場(chǎng)進(jìn)一步增強(qiáng)時(shí)，此時(shí)所有剩余電離的帶電粒子全部到達(dá)電極時(shí)，電流就飽和了，形成圖2所示的AB段。若再升高V0，則電場(chǎng)將加速初始的帶電粒子的速度，它與中性原子碰撞形成更多的帶電粒子，這一過(guò)程使電子數(shù)量雪崩似地增加，形成了BC段，此段稱(chēng)之為雪崩放電 (也稱(chēng)之為繁流放電)。由于雪崩過(guò)程使燈管的電流很快增至D點(diǎn)，此時(shí)燈電壓隨即迅速下降，同時(shí)管內(nèi)產(chǎn)生可見(jiàn)的輝光，形成DE段。我們將C點(diǎn)稱(chēng)之為氣體放電的著火點(diǎn)或破裂點(diǎn)，此時(shí)相對(duì)應(yīng)的電壓值 Vz稱(chēng)之為著火電壓。燈管點(diǎn)火時(shí)需要滿足以下條件:

γ(e ∫d0αdx - 1) =1

式中d是陰極和陽(yáng)極之間距離，α為一個(gè)電子沿著陰極到陽(yáng)極方向運(yùn)動(dòng)單位路程時(shí)與氣體原子碰撞所產(chǎn)生的電離次數(shù)，γ為一個(gè)正離子轟擊陰極表面時(shí)從陰極逸出的次級(jí)電子數(shù)。那么，上式的物理概念十分清楚，即陰極發(fā)出一個(gè)電子，這個(gè)電子在到達(dá)陽(yáng)極的過(guò)程中共產(chǎn)生(e ∫d0αdx - 1) 次電離碰撞，因而產(chǎn)生正離子，這些正離子打到陰極后將產(chǎn)生γ(e ∫d0αdx - 1) 個(gè)二次電子，而這些二次電子數(shù)目仍為1，這樣放電當(dāng)然就能自我維持，為此我們將C點(diǎn)以后的放電稱(chēng)為自持放電。EF段，不論增加V0還是減小回路電阻R，使電流增加，但管壓基本不變，我們稱(chēng)之為正常輝光放電，此時(shí)管壓不變的原因是在這個(gè)范圍內(nèi)陰極并沒(méi)有全部用于發(fā)射(用于發(fā)射的面積正比于電流)，要增加電流，擴(kuò)大陰極發(fā)射面積即可。當(dāng)整個(gè)陰極面都參與發(fā)射(對(duì)應(yīng)于F點(diǎn))之后，如果還需要繼續(xù)增大電流的話，必須增加V0造成管壓上升，這樣就進(jìn)入異常輝光放電FG段。其后如果再要放電電流增加，由于電極溫度升高，轉(zhuǎn)入熱電子發(fā)射，特性又一次發(fā)生突變，管壓大幅度降低，電流迅速增加，形成了弧光放電的GH段。

氙燈工作于氣體放電伏-安特性曲線的弧光放電段，其放電過(guò)程闡述如下:當(dāng)氙燈接于圖3所示的電路后，由于燈內(nèi)充有數(shù)個(gè)大氣壓的氙氣，其著火電壓很高，加于燈管兩端的電壓不足以使氙燈放電。當(dāng)啟動(dòng)電路上的觸發(fā)器T時(shí)，它產(chǎn)生一個(gè)高頻(3.5 ～ 5.5M Hz)、高壓(30 ～ 55KV)加于燈管兩端，使燈管內(nèi)氙氣擊穿導(dǎo)電。在陰、陽(yáng)極之間產(chǎn)生明亮的火花線，很快加熱陰極極尖，使其溫度急劇上升，產(chǎn)生熱電子發(fā)射，在此同時(shí)氙氣原子被大量的帶電粒子碰撞，產(chǎn)生激發(fā)、電離，這樣使氙燈極快進(jìn)入了弧光放電。在燈管兩端所加的電源u的維持下，氙燈正常點(diǎn)燃。

點(diǎn)燃后，大量被激發(fā)的原子從基態(tài)躍遷至激發(fā)態(tài)，從低能級(jí)的激發(fā)態(tài)躍遷至高能級(jí)的激發(fā)態(tài)，但受激原子是處于不穩(wěn)定狀態(tài)，一定要返回原子原處的能級(jí)，在返回原態(tài)時(shí)將被激發(fā)時(shí)所吸收的能量以光輻射的形式釋放，從而產(chǎn)生了如圖 4所示的特征光譜。由于上述過(guò)程中被激發(fā)的氙原子在高能級(jí)間的躍遷的比例很大，為此在可見(jiàn)區(qū)范圍內(nèi)產(chǎn)生的光譜是與日光很相似的連續(xù)光譜。