Đèn cathode rỗng (HCL) là một dạng đặc biệt của nguồn phóng điện khí áp suất thấp, tập trung vào khoang cathode. Khi điện áp 200V-500V được áp dụng giữa các cực,[3] phát sáng phát ra. Dưới tác động của điện trường, các electron trên đường bay đến cực dương, va chạm với các nguyên tử mang khí và ion hóa chúng, giải phóng các electron thứ cấp, làm cho số lượng electron và ion dương tăng lên để duy trì sự phóng điện. Các ion dương nhận được động năng từ điện trường. Nếu động năng của ion dương đủ để vượt qua năng lượng mạng trên bề mặt cathode kim loại, các nguyên tử có thể bị văng ra khỏi mạng khi nó va chạm vào bề mặt cathode. Ngoài tác dụng phún xạ, cathode chịu nhiệt cũng phải dẫn đến sự bốc hơi nhiệt của các nguyên tố bề mặt cathode. Các nguyên tử bay hơi và phún xạ đi vào khoang, sau đó va chạm với electron, nguyên tử, ion và các nguyên tử khác để kích thích, phát ra bức xạ cộng hưởng đặc trưng của các nguyên tố tương ứng. Trong khi đó, các vạch quang phổ do HCL phát ra cũng chứa các vạch như inflatable bên trong, vật liệu cathode và các nguyên tố tạp chất.
Bởi vì áp suất khí lấp đầy bên trong đèn thấp, áp suất trở nên rất nhỏ; Nhiệt độ cathode thấp hơn và nhiệt trở nên rộng hơn cũng rất nhỏ; Đồng thời, vì mật độ khí thấp, tự mồi trở nên rộng hơn cũng không tồn tại. [3] HCL về cơ bản đáp ứng các yêu cầu cơ bản của một nửa chiều rộng hẹp của đường phát xạ, cường độ lớn và ổn định của đường quang phổ, nền nhỏ của đường quang phổ, dễ vận hành và bền bỉ. Và, khi sử dụng dòng đèn lớn hơn, chiều rộng nửa đường quang phổ phát ra HCL trở nên rộng hơn và cường độ đường quang phổ tăng lên, tại thời điểm này điện áp âm của máy dò giảm và đọc độ hấp thụ ổn định.