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原理：空心陰極燈兩個電極間加上一定電壓時，陰極燈開始輝光放電，電子從空心陰極射向陽極，并與周圍惰性氣體碰撞使之電離。帶正電荷的惰性氣體離子在電場作用下連續轟擊陰極表面，陰極表面的金屬原子發生濺射，濺射出來的金屬原子在陰極區受到高速電子及離子流的撞擊而激發，從而輻射出具有特征譜線的銳線光譜。
燈工作電流的大小直接影響燈放點的穩定性和銳線光的輸出強度。燈電流小，使能輻射的銳線光譜線窄，使測量靈敏度高。但燈電流太小時使透過光太弱，需提高光電倍增管靈敏度的增益，此時會增加噪聲，降低信噪比；若燈電流過大，會使輻射的光譜產生熱變寬和碰撞變寬，燈內自吸收增大，使輻射銳線光的強度下降，背景增大，使靈敏度下降，還會加快燈內惰性氣體的消耗，縮短燈的使用壽命。
空心陰極燈結構及材料：
陰極
大多數為純金屬或合金，對于一些貴金屬，則將其制成薄片襯在支持電極上。陰極在中間為空桶形狀，空心陰極燈因此得名。
陽極
為一焊有鉭片或鈦絲的鎢棒，因為鉭片或鈦絲具有吸氣作用，在高溫下可以吸收少量有害氣體。
屏蔽層
為防止陰陽極的擊穿，在陰陽極間設有屏蔽層。
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