Источник излучения

 

Изобретение относится к области приборостроения, а именно к технике излучения на переходах эксимерных и эксиплексных молекул в газоразрядных источниках излучения. Технический результат - увеличение ресурса работы источника и упрощение его конструкции. Источник излучения содержит колбу из прозрачного диэлектрического материала, газовую среду, электроды, плотно прилегающие к поверхности колбы, и источник импульсного напряжения, подключенный к электродам. Для достижения технического результата электроды выполнены в виде двух спиралей, навитых на колбу с шагом между витками, достаточным для того, чтобы при заданном давлении, составе оптической среды и напряжении на электродах разряд происходил только внутри колбы. 1 ил.

Изобретение относится к газоразрядным источникам излучения, в частности к лампам барьерного разряда, излучающим на переходах эксимерных и эксиплексных молекул, и может быть использовано в различных областях науки и техники, например, в фотохимии и фотобиологии.

Известные лампы барьерного разряда предназначены для облучения поверхностей в несколько десятков сантиметров и выше, а разряд в них состоит из большого количества филаментов (микроразрядов, имеющих вид двух тонких подошв, прилегающих к поверхности барьеров, и интенсивной тонкой перемычки между ними). Ресурс работы таких устройств могут варьироваться, что зависит как от давления рабочей смеси, так и от их конструктивного исполнения.

Известно, что ресурс работы источника можно поднять так, как это сделано в [1]. Для этого в колбе лампы, выполненной из прозрачного для УФ-излучения материала и заполненной рабочей смесью газов, дополнительно содержится резервуар с галогеном, который может быть высвобожден в колбу нагреванием. Достоинством метода является существенное увеличение ресурса работы источника, однако процедура его изготовления и конструкция заметно усложняются.

Известен цилиндрический источник излучения [2] на основе барьерного разряда, содержащий корпус и диэлектрическую подложку из прозрачного для УФ-излучения материала и заполненный рабочей смесью газов, электроды для получения барьерного разряда впаяны в диэлектрическую подложку и попарно подсоединены к источнику высокого переменного напряжения. На поверхности подложки при этом формируется протяженный разряд, состоящий из прилегающих к поверхности филаментов. Поскольку источник позволяет работать при повышенных давлениях рабочей смеси, ресурс его работы увеличивается. К недостатку прототипа следует отнести сложность конструкции.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому источнику излучения является выбранный в качестве прототипа источник излучения [3], содержащий корпус из прозрачного для УФ-излучения материала, заполненный смесью рабочего газа и галогена, металлические электроды, частично покрывающие внешнюю поверхность лампы и разнесенные пространственно, источник импульсного напряжения, подключенный к электродам. Данный источник отличается простотой исполнения в сравнении с [1, 2], однако типичные рабочие давления смесей в нем не превышают нескольких мм рт.ст. Это и наличие в рабочей смеси галогена ведет к двум нежелательным эффектам. Во-первых, ограничивается срок службы источника, а во-вторых, величина интенсивности излучения может заметно изменяться в процессе работы.

Таким образом, в существующих источниках излучения на основе барьерного разряда возможно либо получение относительно небольших сроков службы смесей при одновременной простоте конструкции, либо получение большого срока службы, но с усложнением конструкции.

Задачей настоящего изобретения является увеличение ресурса работы источника и упрощение его конструкции.

Технический эффект достигается тем, что в источнике излучения с возбуждением барьерным разрядом, содержащем колбу из прозрачного для излучения диэлектрического материала, газовой среды, электроды, плотно прилегающие к поверхности колбы, и источник импульсного напряжения, подключенный к электродам, согласно изобретению электроды выполнены в виде двух спиралей, навитых на колбу с шагом между витками, достаточными для того, чтобы при данном давлении и составе оптической среды внутри колбы, а также напряжении на электродах разряд происходит только внутри колбы.

На чертеже изображен источник излучения.

Источник содержит колбу 1, выполненную из диэлектрика, прозрачного на рабочей длине волны. Источник также содержит два спиральных металлических электрода 2 и 3, подключенных к источнику питания 4 и имеющих ширину и шаг между витками, достаточные для того, чтобы при данном давлении и составе оптической среды 5 внутри колбы, а также напряжении на электродах разряд происходил только внутри колбы.

Устройство работает следующим образом.

При включении источника питания 4 на электроды 2, 3 подается импульс напряжения. Происходит зарядка областей стенки колбы 1, расположенных под электродами, и пробой между этими областями. Затем в рабочей среде зажигаются филаменты. Поскольку каждый филамент горит в непосредственной близости от стенки колбы, уменьшаются потери излучения, вызванные его рассеянием в разные стороны. Поскольку филаменты зажигаются в пристеночной зоне колбы 1, оставшийся объем источника служит буферным объемом, что значительно увеличивает ресурс работы источника. Кроме того, наличие большого буферного объема увеличивает стабильность выхода излучения из-за демпфирования тепла, полученного в колбе при работе источника.

Источник излучения проще известных по конструкции и позволяет повысить срок рабочей среды.

Экспериментальные исследования заявляемого источника излучения показали, что в сравнении с устройством аналогичного назначения (прототип) [3] источник обеспечивает увеличение ресурса работы, причем более простым способом, чем в [1], и отличается простотой конструктивного исполнения в сравнении с аналогами [1] и [2]. Предложенный источник представлял собой цилиндрическую колбу с навитыми на нее спиральными электродами шириной 3 мм, с шагом 1,3 мм. Для оптимальных рабочих смесей, содержащих смесь газов Хе и Cl₂ при одинаковых частотах следования импульсов напряжения от источника 4 (100 кГц), близких энерговкладах в среду и одинаковых объемах колб, средняя мощность источника-прототипа и заявляемого источника совпадали и составляли 5 Вт. Однако срок службы источника-прототипа не превышал 700 часов, а ресурс работы заявляемого источника превысил 1600 часов.

Источники информации

1. Hofmann A., Reber S., Schilling F. Long-life high powered excimer lamp with specified halogen content, method for its manufactore and extension of its burning life. // Описание к патенту US 5889367 Mar. 30, 1999.

2. Ломаев М.И., Скакун B.C., Соснин Э.А., Тарасенко В.Ф., Щитц Д.В. Отпаянные эффективные эксилампы, возбуждаемые емкостным разрядом. // Письма в ЖТФ. 1999. Том 25. Вып.21. С.27-31.

3. Патент US 5013959, опубл. в ИСМ. 1991. №2. С.16.

Формула изобретения

Источник излучения с возбуждением барьерным разрядом, содержащий колбу из прозрачного для излучения диэлектрического материала, газовой среды, электроды, плотно прилегающие к поверхности колбы, и источник импульсного напряжения, подключенный к электродам, отличающийся тем, что электроды выполнены в виде двух спиралей, навитых на колбу с шагом между витками, достаточными для того, чтобы при данном давлении и составе оптической среды внутри колбы, а также напряжении на электродах разряд происходил только внутри колбы.

РИСУНКИ