楊小虎

摘要： 針對(duì)實(shí)驗(yàn)室中最常用的汞燈光源，分析了影響其高精度應(yīng)用的影響因素。通過(guò)構(gòu)建實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)逐一驗(yàn)證了以上影響因素，得出了汞燈輻射譜線強(qiáng)度隨溫度降低而減小以及汞燈輻射強(qiáng)度隨時(shí)間的變化規(guī)律，從而為后續(xù)汞燈應(yīng)用提出了具體的要求。

關(guān)鍵詞： 汞燈；輻射強(qiáng)度；溫度

中圖分類號(hào)：TP706 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2015）31-0163-02

1 引言

汞燈，因其從真空紫外波段到近紅外波段都具有較高強(qiáng)度的離散線譜，該特點(diǎn)使其成為地面及在軌儀器設(shè)備波長(zhǎng)定標(biāo)的最常用設(shè)備。因此，掌握汞燈的輻射特性，并力求讓其工作在正確的使用條件下，顯得尤為重要。

2汞燈簡(jiǎn)介

汞燈，是利用汞原子被激發(fā)產(chǎn)生能級(jí)躍遷從而向外輻射汞的特征譜線，進(jìn)而達(dá)到發(fā)光目的的電光源[1]。按汞燈內(nèi)汞蒸氣氣壓可分為低壓汞燈、高壓汞燈和超高壓汞燈。實(shí)驗(yàn)室內(nèi)一般選用低壓汞燈，其輻射能量主要集中在紫外以及可見(jiàn)波段[2]。汞燈譜線很多，但能量較強(qiáng)的、可供儀器設(shè)備探測(cè)和區(qū)分的，通常有10條，如表1所示。

表1 汞燈常用特征譜線及相對(duì)強(qiáng)度

[波長(zhǎng)＼&相對(duì)強(qiáng)度＼&波長(zhǎng)＼&相對(duì)強(qiáng)度＼&253.652＼&15000＼&435.834＼&4000＼&296.728＼&1200＼&546.075＼&1100＼&365.016＼&2800＼&576.960＼&240＼&404.657＼&1800＼&579.066＼&280＼&407.784＼&150＼&671.643＼&160＼&]

3 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

為了找出汞燈發(fā)出的離散線譜強(qiáng)度隨溫度的變化關(guān)系，以及汞燈在低溫條件下的啟動(dòng)狀態(tài)，構(gòu)建一套實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。圖1中，汞燈經(jīng)光纖照明儀器入縫處的毛玻璃，儀器為一臺(tái)高精度光譜儀，帶寬為1nm。

圖1 汞燈測(cè)試示意圖

汞燈由直流穩(wěn)流電源供電，工作電流6.1mA，開(kāi)路觸發(fā)電壓約2500V，電路如圖2所示。一電壓表與汞燈電源輸出端并聯(lián)監(jiān)測(cè)汞燈工作電壓，另一電壓表通過(guò)監(jiān)測(cè)0.1歐標(biāo)準(zhǔn)電阻上的電壓監(jiān)測(cè)汞燈工作電流；將汞燈置于高低溫箱內(nèi)，其溫度受高低溫箱控制，而儀器在高低溫箱外部，溫度保持不變。

圖2 汞燈電壓及電流監(jiān)測(cè)電路原理圖

高低溫箱控制汞燈工作溫度從-20°C變化到40°C，每隔10°C等待溫度平衡后，進(jìn)行光譜掃描測(cè)量，給出紫外波段三條譜線253.652nm、296.728nm和365.016nm的譜線峰值強(qiáng)度。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)處理

汞燈三條特征譜線相對(duì)強(qiáng)度隨溫度的變化如表2所示。三離散線譜在不同溫度下的光強(qiáng)歸一化值如圖3所示。由表2及圖3可知，汞燈輸出譜線強(qiáng)度均隨溫度降低而變?nèi)酰蚨療舨荒茉跍囟群艿偷沫h(huán)境下使用。

表2 汞燈三條特征譜線相對(duì)強(qiáng)度隨溫度的變化

[溫度（℃）＼&40＼&30＼&20＼&10＼&0＼&-10＼&-20＼&253.652nm＼&1＼&89.6＼&49.6＼&48.68＼&20.48＼&11.28＼&5＼&1.684＼&2＼&78.8＼&50.9＼&37.34＼&23.84＼&12.94＼&7.598＼&1.76＼&3＼&88.9＼&57.54＼&37.86＼&23.74＼&12.06＼&7.242＼&1.972＼&AVE253.652＼&85.767＼&52.68＼&41.293＼&22.687＼&12.093＼&6.613＼&1.805＼&歸一化＼&1＼&0.614＼&0.481＼&0.265＼&0.141＼&0.077＼&0.021＼&296.728nm＼&1＼&0.936＼&0.543＼&0.434＼&0.266＼&0.168＼&/＼&/＼&2＼&0.692＼&0.589＼&0.463＼&0.256＼&0.14＼&/＼&/＼&3＼&0.684＼&0.588＼&0.418＼&0.25＼&0.143＼&/＼&/＼&AVE296.728＼&0.771＼&0.573＼&0.438＼&0.257＼&0.15＼&/＼&/＼&歸一化＼&1＼&0.744＼&0.569＼&0.333＼&0.195＼&/＼&/＼&365.016nm＼&1＼&23.5＼&14.12＼&12.16＼&6.122＼&3.908＼&2.19＼&/＼&2＼&19.5＼&15.96＼&13.14＼&6.736＼&3.396＼&2.552＼&/＼&3＼&21＼&16.14＼&11.62＼&5.884＼&4.156＼&2.641＼&/＼&AVE365.016＼&21.333＼&15.407＼&12.307＼&6.247＼&3.82＼&2.461＼&/＼&歸一化＼&1＼&0.722＼&0.577＼&0.293＼&0.179＼&0.115＼&/＼&]

圖3 汞燈三條離散譜強(qiáng)度隨溫度的變化歸一圖

此外，由電壓表監(jiān)測(cè)的汞燈工作電壓隨溫度的變化曲線如圖4?？梢?jiàn)，在-10℃以上，溫度越低，汞燈工作電壓越大，當(dāng)溫度低于-10℃時(shí)，汞燈工作電壓驟然下降，汞燈較弱的譜線已不能探測(cè)。

圖4 汞燈工作電壓隨溫度的變化曲線

圖5給出了汞燈在-20℃低溫下253.652nm隨時(shí)間的變化趨勢(shì)，可見(jiàn)，在固定溫度下，汞燈譜線強(qiáng)度先隨時(shí)間增加而增強(qiáng)，經(jīng)過(guò)3～5分鐘左右其輸出譜線強(qiáng)度逐漸趨于平衡，因而汞燈在用于定標(biāo)時(shí)最好先經(jīng)過(guò)5～10分鐘預(yù)熱。

圖5 汞燈-20℃低溫下253.652nm譜線隨時(shí)間的變化趨勢(shì)

5 結(jié)論

本文針對(duì)汞燈的幾條特征譜線隨溫度的變化關(guān)系，得出了汞燈工作的基本規(guī)律。汞燈輸出譜線隨溫度的降低，其強(qiáng)度也變小，因而低溫下汞燈譜線會(huì)變?nèi)踝兩?。此外，汞燈在某一固定溫度下工作，輸出譜線強(qiáng)度明顯有一個(gè)不穩(wěn)定狀態(tài)，需要5～10分鐘左右的預(yù)熱。汞燈輻射特性的研究也為后續(xù)汞燈的正確使用提出了參考。

參考文獻(xiàn)：

[1] 低壓汞燈的原理，中國(guó)百科網(wǎng)，www.chinabaike.com

[2] 賈紅輝，尹紅偉，邵錚錚，等. 低壓汞燈輻射禁錮效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究[J]. 太學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，2008，21，（9）：69-71.

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