Лампа для получения импульсов излучения в оптическом диапазоне спектра

 

Изобретение относится к технике импульсных источников света и может быть использовано в установках, в которых для проведения фотостимулированных процессов требуется импульсное экспонирование УФ-излучением. Техническим результатом является повышение импульсной плотности мощности излучения, увеличение диаметра выходного пучка и улучшение однородности распределения плотности мощности пучка по его поперечному сечению. Лампа содержит колбу, образованную диэлектрическими трубками, с размещенными на них цилиндрическими протяженными электродами-отражателями, выходное окно и подключенный к электродам импульсный источник питания. Диэлектрические трубки расположены коаксиально и соединены в торце внешней трубки выходным окном, а противоположный конец внутренней трубки заглушен. При этом дополнительно в разрядный промежуток введена диэлектрическая трубка, герметически соединяющая с одной стороны открытый конец внешней трубки, а с другой стороны - открытый конец внутренней трубки. Внутренняя диэлектрическая трубка в месте соединения с дополнительной трубкой может иметь выступ длиной L₁=(0,1-2)d₁, где L₁ - длина выступа, d₁ - диаметр внутренней трубки. Дополнительная диэлектрическая трубка в месте соединения с внешней трубкой может иметь выступ длиной L₂= (0,1-2)d₂, где L₂ - длина выступа, d₂ - диаметр внутренней трубки. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к технике импульсных источников света и может быть использовано в установках, в которых для проведения фотостимулированных процессов требуется импульсное экспонирование УФ-излучением.

Известен цилиндрический излучатель [1] на основе барьерного разряда, содержащий корпус из прозрачного для УФ-излучения материала, металлический электрод-отражатель, частично покрывающий внешнюю поверхность лампы, внутренний электрод, окруженный диэлектриком и помещенный в центр колбы, источник импульсного напряжения, подключенный к внутреннему электроду и металлическому электроду-отражателю. Недостатком такого устройства являются неоднородность возбуждения рабочей среды барьерным разрядом, низкие импульсные мощности излучения. Использование электрода-отражателя не позволяет получать высокие значения освещенности (удельной мощности на облучаемой лампой площадке) и увеличивает значения импульсной удельной мощности не более чем в два раза по сравнению с лампой без электрода-отражателя.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой лампе является выбранная в качестве прототипа лампа для получения высокой импульсной мощности, содержащая две цилиндрические трубки из диэлектрика, расположенные под углом 90^o, и диэлектрического окна, приваренного к месту стыка трубок и ориентированного перпендикулярно оси одной из трубок, электродов-отражателей, покрывающих поверхности диэлектрических трубок, образующие Г-образный разрядный промежуток с газовой средой. Торцы трубок, противоположные месту стыка, герметично заварены. К обоим электродам подключен источник импульсного напряжения. Создаваемое излучение выходит из диэлектрического окна лампы [2].

В известной лампе в Г-образном промежутке формируется импульсный разряд емкостного типа, причем за счет большой площади электродов удается обеспечить лучший энерговклад в среду по сравнению с [1]. Излучение сосредотачивается у диэлектрического окна, что ведет к увеличению значений импульсной освещенности лампы. Однако, при увеличении рабочего давления, что необходимо для дальнейшего повышения импульсной освещенности, разряд прижимается к внутренней поверхности трубок, к месту их соединения, и возбуждается только часть объема с газовой смесью. Это ведет к неоднородности диаграммы направленности излучения через диэлектрическое окно.

Задачей настоящего изобретения является повышение импульсной плотности мощности излучения, увеличение диаметра выходного пучка и улучшение однородности распределения плотности мощности пучка по его поперечному сечению.

Указанная задача достигается тем, что в лампе, содержащей колбу, образованную диэлектрическими трубками, с размещенными на них цилиндрическими протяженными электродами-отражателями, образующими разрядный промежуток, выходное окно и импульсный источник питания, согласно изобретению диэлектрические трубки расположены коаксиально и герметически соединены в торце внешней трубки выходным окном, а противоположный конец внутренней трубки заглушен. При этом дополнительно в разрядный промежуток введена диэлектрическая трубка герметически соединяющая с одной стороны открытый конец внешней трубки, а с другой стороны - открытый конец внутренней трубки.

Кроме того, в лампе внутренняя диэлектрическая трубка в месте соединения с дополнительной трубкой имеет выступ длиной L₁=(0,1-2)d₁, где L₁ - длина выступа, a d₁ - диаметр внутренней трубки. При превышении указанного значения L₁ область плазмы разряда становится слишком удаленной от выходного окна, что снижает значения импульсной плотности мощности излучения. Другой пример исполнения состоит в том, что в лампе дополнительная диэлектрическая трубка в месте соединения с внешней трубкой имеет выступ длиной L₂=(0,1-2)d₂, где L₂ - длина выступа, a d₂ - диаметр внутренней трубки. Дальнейшее увеличение значения L₂ нецелесообразно, поскольку ведет к уменьшению площади внешнего электрода-отражателя и уменьшает энерговклад с газовую среду лампы.

На фиг. 1 схематически изображена предлагаемая импульсная лампа. Лампа содержит три цилиндрические трубки: внутреннюю 1 с закрытым торцом и внешнюю 2, соединенные диэлектрической дополнительной трубкой 3. Трубка 2 герметично заглушается диэлектрическим окном 4, выполненным из материала, прозрачного на рабочей длине волны. Пространство между элементами 1, 2, 3, 4 заполнено газовой средой 5. Лампа также содержит два металлических электрода 6 и 7 из отражающего материала. Электрод 6 размещен на внешней поверхности трубки 2, а электрод 7 размещен на внешней поверхности трубки 1 и может покрывать ее торец. Кроме того, лампа содержит кольцевой выступ 8 или 9 и высоковольтный источник питания 10.

Предлагаемая лампа работает следующим образом.

При срабатывании источника питания 10 импульс напряжения подается на электроды 6 и 7. При этом электрическое поле в промежутке между трубкой 1 и трубкой 2 максимально, поэтому в промежутке между трубками 1 и 2 развивается объемный разряд, который концентрируется вблизи выходного окна 4 и обеспечивает максимальный выход излучения. При увеличении давления максимум светимости дает зона плазмы, сформированной в области соединения дополнительной трубки, внутренней трубки и диэлектрического выступа, что позволяет существенно увеличить значения импульсной плотности мощности излучения на выходе лампы, увеличить диаметр выходного пучка и улучшить однородность распределения плотности мощности пучка по его поперечному сечению. Применение электродов-отражателей позволяет собрать излучение плазмы из удаленных областей лампы и вывести через диэлектрическое выходное окно.

Экспериментальные исследования заявляемой лампы для получения высокой импульсной мощности излучения показали, что в сравнении с устройством аналогичного назначения (прототип) заявляемое устройство повышает импульсную мощность излучения и степень однородности плазмы в несколько раз. Этого удается достичь еще и потому, что становится возможной работа при общих давлениях смеси, в несколько раз превышающих давления, характерные для Г-образных ламп. Например, для оптимальных рабочих смесей, содержащих смесь газов Кr и Cl₂, при одинаковой частоте следования импульсов напряжения от источника питания (1 Гц) и близких уровнях удельной энергии, запасаемой в накопительной системе импульсного источника питания 10, импульсная плотность мощности Г-образной лампы составляла 0,09 кВт/см², а для заявляемой лампы 0,3 кВт/см².

Источники информации 1. Kogelschatz U. Излучатель большой мощности // Изобретения стран мира, 1993, 1, с.51 (описание к патенту US 5013959).

2. Sosnin E.A., Erofeev M.V. Experimental results on small pulse duration discharge excited KrCl-excilamp. // The Proc. of the 5-th Russian-Chinese Symposium on Laser Physics and Technologies. Tomsk: Tomsk State University, 2000, 296 p (р. 137-139).

Формула изобретения

1. Лампа, содержащая колбу, образованную диэлектрическими трубками, с размещенными на них цилиндрическими протяженными электродами-отражателями, образующими разрядный промежуток, выходное окно и импульсный источник питания, отличающаяся тем, что диэлектрические трубки расположены коаксиально и герметически соединены в торце внешней трубки выходным окном, а противоположный конец внутренней трубки заглушен, при этом дополнительно в разрядный промежуток введена диэлектрическая трубка, герметически соединяющая с одной стороны открытый конец внешней трубки, а с другой стороны - открытый конец внутренней трубки.

2. Лампа по п. 1, отличающаяся тем, что внутренняя диэлектрическая трубка в месте соединения с дополнительной трубкой имеет выступ длиной L₁= (0,1-2)d₁, где L₁ - длина выступа, d₁ - диаметр внутренней трубки.

3. Лампа по п. 1, отличающаяся тем, что в лампе дополнительная диэлектрическая трубка в месте соединения с внешней трубкой имеет выступ длиной L₂= (0,1-2)d₂, где L₂ - длина выступа, d₂ - диаметр внутренней трубки.

РИСУНКИ

Рисунок 1