Газоразрядный источник света

 

Использование: в производстве газоразрядных источников света. Сущность изобретения: газоразрядный источник света содержит заполненную рабочим веществом горелку в форме трубки из оптически прозрачного материала с коэффициентом преломления больше на противоположных концах которой установлены электроды. Коаксиально с горелкой расположена внешняя колба из оптически прозрачного материала, которая имеет призматические элементы. Призматические элементы образованы на наружной поверхности горелки параллельно ее продольной оси, а угол при вершине призматического элемента имеет значение в пределах от 0,66 до π-2α_β радиан, где a_b - предельный угол полного внутреннего отражения конкретной длины волны ультрафиолетовой и фиолетовой части видимого диапазонов излучения. 1 ил.

Предлагаемое изобретение относится к светотехнике и может быть использовано в производстве газоразрядных источников света.

Известны газоразрядные источники света, содержащие заполненную рабочим веществом горелку в форме трубки из оптически прозрачного материала, на противоположных концах которой герметично установлены электроды, и коаксиально с горелкой внешнюю колбу из оптически прозрачного материала (ртутные, металлогалогенные, натриевые, люминесцентные, ксеноновые и др.). Например, дуговая ртутная лампа типа ДРЛ содержит излучающую горелку в форме кварцевой трубки, по концам которой установлены герметично электроды, и внешнюю стеклянную колбу [1] Данные лампы имеют относительно низкий КПД излучения в видимой полезной части спектра, в том числе за счет потерь энергии разряда на излучение в невидимой неполезной части спектра, например, ультрафиолетового диапазона.

Одной из причин низкого КПД излучения в видимой части спектра данных ламп является отсутствие в их конструкции технического решения, способного эффективно преобразовать невидимое неполезное излучение в видимое излучение, например, посредством возврата в разряд невидимого ультрафиолетового излучения, а также излучения в синей области спектра, вышедших из положительного столба разряда горелки, обладающих, как известно, большей энергией, чем энергия видимого излучения и способных изменить энергетическое равновесие процессов, происходящих в разряде.

Техническое решение по повышению видимого КПД излучения газоразрядных ламп, описанное в [2] заключается в нанесении на внутреннюю поверхность внешней колбы газоразрядной лампы оптического покрытия в один или несколько слоев, которое отражает обратно в разряд наименее чувствительное для глаза излучение в синей области спектра, содержащее линии 404,7 нм и 435,8 нм. Возвращенное излучение 404,7 нм и 435,8 нм способствует увеличению заселенности верхних уровней энергии 7³s, электронов и усилению видимого излучения 546,1 нм и 579 нм, близкого к максимальной чувствительности глаза.

Недостатками данного технического решения являются технические трудности при нанесении многослойных оптических покрытий методом вакуумного напыления или химическим методом, заключающиеся в получении сверхтонких оптических пленок строго определенной толщины и равномерности этой толщины по внутренней поверхности внешнего баллона, невозможность получения высокого коэффициента отражения излучения конкретного диапазона длин волн и их возврата в разряд.

Кроме того, согласно приведенному техническому решению в разряд возвращается только синяя часть излучения, энергия которого относительно невелика.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является газоразрядный источник света [3] содержащий заполненную рабочим веществом трубчатую колбу из оптически прозрачного материала, на противоположных концах которой герметично установлены электроды, и коаксиальную с колбой внешнюю оболочку из оптически прозрачного материала с показателем преломления, большим (например, стекла), и имеющую на наружной поверхности оболочки параллельные ее оси треугольные призматические элементы с углом при вершине призматического элемента в пределах от 1,7 до π/4+α_β радиан, где α_β- предельный угол полного внутреннего отражения.

Это техническое решение имеет преимущество, заключающееся в возможности получения более высокой степени отражения излучения обратно в сторону горелки за счет использования эффекта полного внутреннего отражения излучения призматическими элементами, образованными на поверхности внешней колбы.

Однако это техническое решение имеет и недостатки, состоящие в том, что оно предполагает потери неполезного излучения, способного повысить световую отдачу газоразрядного источника света при выходе из горелки и его возврате в горелку, в том числе на двойное поглощение излучения поверхностью горелки при выходе и обратном входе излучения, на частичное отражение этого излучения наружной поверхностью горелки при возврате отраженного излучения от поверхности внешней колбы, где расположены призматические элементы, а также при прохождении дважды относительно удаления его от положительного столба горелки расстояния до внешней колбы с уменьшением интенсивности излучения пропорционально квадрату расстояний.

Кроме того, в указанных пределах угла при вершине призматического элемента от 1,7 до π/4+ α_βрадиан отражается и возвращается обратно излучение в оптическом диапазоне от 245 до 700 нм, т.е. наряду с ультрафиолетовым возвращается назад и частично теряется также и видимое излучение (400-760 нм), существенно снижая видимый КПД источника света. Для повышения видимого КПД источника света его излучение в видимом диапазоне спектра следует максимально пропускать, т. е. оболочка горелки или внешней колбы должна иметь минимально возможный коэффициент отражения данному излучению.

Цель изобретения повышение видимого КПД газоразрядного источника света.

Поставленная цель достигается тем, что газоразрядный источник света, содержащий заполненную рабочим веществом горелку с герметично расположенными на противоположных концах электродами и установленную коаксиально с ней внешнюю колбу, выполненные из оптически прозрачного материала, и треугольные призматические элементы, расположенные параллельно оси горелки и имеющие коэффициент преломления, превышающий π/4+α_β указанные элементы образованы на наружной поверхности горелки с углом при вершине, лежащем в пределах от 0,66 до π-2α_β радиан, где α_β- предельный угол полного внутреннего отражения конкретной длины волны ультрафиолетового или фиолетовой части видимого диапазонов излучения.

На чертеже изображен предлагаемый газоразрядный источник света, разрез.

Он состоит из кварцевой горелки 1 с призматическими элементами 2 на наружной поверхности трубки, впаянных по оси горелки электродов 3, рабочей средой горелки 4, внешней колбы 5.

Газоразрядный источник света работает следующим образом. После зажигания разряда в рабочей среде между электродами 3 образуется положительный столб (дуга). Ультрафиолетовое излучение дуги, а также примыкающая к ультрафиолетовому диапазону фиолетовая часть видимого спектра, попадая в призматические элементы 2, образованные на поверхности горелки, претерпевает полное внутреннее отражение с возвратом этого излучения в положительный столб (дугу).

В то же время наиболее эффективное излучение видимого диапазона выходит наружу из горелки 1, не испытывая полного внутреннего отражения, которое обеспечивается величиной угла α_β, соответствующего предельному углу полного внутреннего отражения конкретной длины волны ультрафиолетового или фиолетовой части видимого диапазонов излучения и не соответствующего предельному углу полного внутреннего отражения наиболее эффективного излучения видимого диапазона.

В зависимости от спектрального состава излучения различных газоразрядных источников света и потребности повышения видимого КПД в большей или меньшей степени значение угла при вершине призматического элемента регулируется выбранным предельным углом полного внутреннего отражения α_β для конкретной длины волны.

Возвращенное назад ультрафиолетовое излучение или фиолетовая часть видимого излучения в результате повторного поглощения атомами рабочей среды горелки передают им дополнительную энергию и переизлучаются в видимое излучение, что способствует повышению видимого КПД газоразрядного источника света и более устойчивому горению дуги. Расположенные на поверхности горелки, а не на внешней колбе, призматические элементы исключают потери ультрафиолетового и фиолетового излучения на дополнительное поглощение и отражение, что неизбежно происходит в случае расположения призматических элементов на внешней колбе.

Формула изобретения

ГАЗОРАЗРЯДНЫЙ ИСТОЧНИК СВЕТА, содержащий заполненную рабочим веществом горелку с герметично расположенными на противоположных концах электродами и установленную коаксиально с ней внешнюю колбу, выполненные из оптически прозрачного материала, и треугольные призматические элементы, расположенные параллельно оси горелки и имеющие коэффициент преломления, превышающий отличающийся тем, что указанные элементы выполнены на наружной поверхности горелки с углом при вершине, лежащем в пределах от 0,66 до π-2α_β, где α_β- предельный угол полного внутреннего отражения конкретной длины волны ультрафиолетового или фиолетовой части видимого диапазонов излучения.

РИСУНКИ

Рисунок 1