等离子体无极放电灯和组合光源制造技术

在圆柱体灯泡壳体（２）两端封有透紫外线的输出窗（１）和石英玻璃窗（５），窗外紧贴着一对金属圆环盘以作为射频电容激励电极（７），外壳（２）内同轴放置等离子体辐射激发管（４），泡内充有小于１０３帕压强的气体，等离子体辐射激发管（４）由支撑体（３）支撑并真空隔断了泡内两边，通过高频激励电容耦合激发无极放电灯产生紫外－可见光的连续光谱辐射。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种适合小型光纤耦合的等离子体无极放电灯和一种微型放电灯-钨卤素灯组合光源，更具体的说，涉及这样一种等离子体无极放电灯，即在密封的圆柱灯泡中央同轴地放置一个空心圆柱管，泡内充有氘气、氢气、惰性气体等，并且利用电容耦合方式，在高频电磁场激励下产生从紫外线到可见光谱范围内的连续光谱辐射，圆柱灯泡两端封有透紫外线的输出窗，一端接有紫外光学透镜，由光纤耦合输出。
技术介绍
与小型无极氘灯相关的外国专利有德国贺利氏仪器公司(HeaueusInstrument GmbH)的Ernst Smolka，Werner Sohwarz，PeterMaech，Klaus-Juegen Dialz等分别申请了德国专利DE4120730A1、英国专利GB2257562A、以及美国专利US2257562A.采用石英空心石英管外缠线圈的电感耦合方式激励等离子体产生紫外-可见光辐射的无极放电灯方案，这种方案中采用电感线圈会使驱动电源的高频脉冲电源波形的上升特性变坏，使脉冲峰值电流下降，并且在高速开关时由于反向电动势产生反向电涌电压，容易损坏激励电源的晶体管，而且电感线圈有较大的分布电容限定了放电特性的能量输出，因此它不适于我们选作小型无极放电灯的结构型式。德国贺利氏仪器公司还申请了三篇美国专利US.No.5801495[1]，US.No.6504319[2]和US.No.5814951[3]的采用电容耦合激励的无极氘灯设计方案都是采用膜孔在同一光轴上的膜片式结构，前两篇专利是三片式(中间加两个间隔环)，第[3]篇是单片式结构，膜片的数量和间隔以及膜片的孔径和厚度以及膜片材料成为专利的主要内容。这种片式结构在沿基轴不同位置形成的等离子体流体横截面分布不均匀，膜孔中央的截面上等离子体流密度最高，产生的光辐射效率也高，在膜间隔块中央的截面上等离子体流密度最小，产生的光辐射效率也低.另外由于插入多膜片的介质或金属片，会减少膜片间高频激励电场的场强，电容激励耦合效率因此会降低，因而还会带来无极放电灯较高且产生光辐射的启动时间较长的不足，并且与沿轴向位置等离子体流密度较高且分布均匀的较理想状态比较而言，这种膜片结构仍然不够理想。
技术实现思路
为了解决上述传统问题，因此本专利技术的一个目的就是提出了一种等离子体无极放电灯和一种微型放电灯-钨卤素灯组合光源。在本专利技术的一方面中，在等离子体无极放电灯中，在圆柱体灯泡壳体两端封有透紫外线的输出窗和石英玻璃窗，窗外紧贴着一对金属圆环盘以作为射频电容激励电极，外壳内同轴放置等离子体激发管，泡内充有小于103帕压强的气体，等离子体辐射激发管由支撑体支撑并真空隔断了泡内两边，通过高频激励电容耦合激发无极放电灯产生紫外-可见光的连续光谱辐射。根据这个方面，圆柱体灯泡壳体是由石英玻璃制成的，并且输出窗是石英玻璃窗。根据这个方面，支撑体是介质环。根据这个方面，等离子体激发管是由耐高温1000度以上的电真空材料构成的，电真空材料是氧化铝瓷、透明氧化铝瓷、氧化硼瓷、石英玻璃管、或者低羟基石英玻璃管，并且泡内气体为氘气、氢气、或者惰性气体。根据这个方面，在高频电磁场作用下，激发泡内气体产生辉光放电，并在等离子体激发管(4)内放电密度被加浓D/d倍后形成等离子振荡等离子流的电子温度迅速提高，当等离子体流的浓度和强度达到足够的阈值时，等离子体流内发生分子激发跃迁，产生呈连续波谱的光谱辐射，其中D为圆柱体灯泡的内径，d为中心圆柱管的内径。产生辉光放电的条件是气体压强小于103乇电离离子0密度大于1100个/立方厘米。根据这个方面，泡内气体为氘气，并且当电子温度达到14500度(K)时，可以产生峰值为200nm的紫外-可见光的连续波谱的光谱辐射，经输出窗和会聚透镜由光纤耦合输出。根据这个方面，圆柱体灯泡内径D与等离子体激发管内径d之比为10-100，d取0.1-5.0，等离子体激发管长度1与d之比为2-50。根据这个方面，在介质环和圆柱体灯泡壳体的中央部分涂上一圈导电层，形成射频触发电极以降低无极放电灯的射频触发电压。根据这个方面，导电层为ITO氧化铟锡或导电石墨。根据这个方面，在等离子体激发管对着光纤的端口外安置反射镜，该反射镜轴向方向要达到石英输出窗的位置，其中反射镜的形状是抛物面形或者反射镜的形状是锥面形。根据这个方面，圆柱体灯泡壳体可以是陶瓷泡壳，输出窗可以是蓝宝石输出窗，石英玻璃窗采用陶瓷夹封环以可使无极放电灯能达到低于185nm的远紫外波段。在本专利技术的一方面中，该微型放电灯-钨卤素灯组合光源包括前面所描述的无极放电灯，并且在该无极放电灯的上下两端装上激励电容片，一端接上会聚透镜和输出光纤端头，另一端接入钨卤素灯。附图说明结合随后的附图，从下面的详细说明中可显而易见的得出本专利技术的上述及其他目的、特征及优点。在附图中图1给出了整体无极放电灯-钨卤素灯光纤耦合组合光源方框图；图2给出了蓝宝石窗结构的无极放电灯-钨卤素灯光纤耦合组合光源方框图；以及图3给出了微型无极氘灯输出能量的波谱图。具体实施例方式在下文中，参考附图对本专利技术的优选实施例进行详细的说明。在附图中，相同的附图标记表示相同或者相似的部分，即使它们是在不同附图中进行描述的。在下面描述中，当形成本专利技术的主题而不会造成不清楚时，省略对这里所采用的已知功能和步骤进行详细说明。图1给出了整体无极放电灯-钨卤素灯光纤耦合组合光源方框图。在图1中，1是透紫外线的人造合成石英玻璃，即输出窗；2是无极放电灯圆柱体灯泡壳体；3是支撑体，优选的是介质环；4是等离子激发管，也被称为等离子体辐射激发管；5是石英玻璃窗片；6是石英玻璃片外涂复的导电环涂层(ITO或石墨涂层)；7是电容耦合极片，也被称为射频电容激励电极；8是降低触发电压的外涂层；9是降低触发电压的内涂层；10是会聚作用的反射镜；11是能聚紫外线的光学会聚透镜；12是光纤端头；13是钨卤素灯；14是电容耦合激励电源，或者为激励电容片或外激励电源；15是无极氘灯轴线；D是无极氘灯泡壳内径；d是等离子激发管内径；L是等离子激发管长度。如图1所示，由透紫外线的人造合成石英玻璃1、无极放电灯圆柱体灯泡壳体2、以及石英玻璃窗片5构成了密闭的石英外壳。壳内有等离子激发管4以及其支撑体3。支撑体优选的是介质环。会聚作用的反射镜10套在等离子激发管4上。透紫外线的会聚透镜11、光纤端头12、以及钨卤素灯13同轴排列。电容耦合激励电源14通过灯泡两端的导电环实现无极氘灯的射频放电。也就是说，支撑体3和等离子激发管4装配对中后套上零10，放入1人造合成石英玻璃和无极放电灯圆柱体灯泡壳体2封接的泡壳予组件内，再与石英玻璃窗片5的石英玻璃片封接，进行排气烘烤后充入2-100乇的氘气和一定比例的稀有气体，即组成了无极放电灯。将无极放电灯与钨卤素灯13，光学会聚透镜11，光纤端头12，加上辅助套件(未画)同轴地装配好，将电容耦合激励电源14接入电容耦合片7上就构成了组合光源。具体地说，在一个密封的圆柱体灯泡壳体内，同轴放置一个耐高温，真空性能良好的绝缘管，该绝缘管优选的是等离子体激发管，其材质为氧化铝瓷，透明氧化铝瓷，氧化硼瓷，石英玻璃管，低羟基石英玻璃管等。泡内充有小于103帕压强的气体，如氘气、氢气、以及惰性气体等。圆柱体灯泡壳体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种等离子体无极放电灯，其特征在于：在圆柱体灯泡壳体（２）两端封有透紫外线的输出窗（１）和石英玻璃窗（５），窗外紧贴着一对金属圆环盘以作为射频电容激励电极（７），外壳（２）内同轴放置等离子体激发管（４），泡内充有小于１０３帕压强的气 体，等离子体激发管（４）由支撑体（３）支撑并真空隔断了泡内两边，通过高频激励电容耦合激发无极放电灯产生紫外－可见光的连续光谱辐射。

【技术特征摘要】
1.一种等离子体无极放电灯，其特征在于在圆柱体灯泡壳体(2)两端封有透紫外线的输出窗(1)和石英玻璃窗(5)，窗外紧贴着一对金属圆环盘以作为射频电容激励电极(7)，外壳(2)内同轴放置等离子体激发管(4)，泡内充有小于103帕压强的气体，等离子体激发管(4)由支撑体(3)支撑并真空隔断了泡内两边，通过高频激励电容耦合激发无极放电灯产生紫外-可见光的连续光谱辐射。2.根据权利要求1的等离子体无极放电灯，其中圆柱体灯泡壳体(2)是由石英玻璃制成的，并且输出窗(1)是石英玻璃窗。3.根据权利要求1的等离子体无极放电灯，其中支撑体(3)是介质环。4.根据权利要求1的等离子体无极放电灯，其中等离子体激发管(4)是由耐高温1000度以上的电真空材料构成的。5.根据权利要求4的等离子体无极放电灯，其中电真空材料是氧化铝瓷、透明氧化铝瓷、氧化硼瓷、石英玻璃管、或者低羟基石英玻璃管。6.根据权利要求1的等离子体无极放电灯，其中泡内气体为氘气、氢气、或者惰性气体。7.根据权利要求1的等离子体无极放电灯，其中在高频电磁场作用下，激发泡内气体产生辉光放电，并在等离子体激发管(4)内放电密度被加浓D/d倍后形成等离子振荡等离子流的电子温度迅速提高，当等离子体流的浓度和强度达到足够的阈值时，等离子体流内发生分子激发跃迁，产生呈连续波谱的光谱辐射，其中D为圆柱体灯泡的内径，d为中心圆柱管的内径。8.根据权利要求7的等离子体无极放电灯，其中产生辉光放电的条件是气体压强小于103乇电离离子0密度大于1100个/立方厘米。9.根据权利要求6的等离子体无极放电灯，其中泡内气体为氘气...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱锦林，袁希平，韩有光，
申请(专利权)人：北京真美视听技术有限责任公司，北京普析通用仪器有限责任公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]