Двохвильова електророзрядна ексимерна лампа видимого та інфрачервоного діапазону випромінювання

Винахід відноситься до газорозрядної електроніки, світлотехніки і може використовуватись для накачки твердотільних і рідинних лазерів, в біотехнології, агрофізиці та медицині. Відоме ексимерне джерело випромінювання видимого діапазону на системі молекулярних смуг HgI* (перехід В-X) з максимумом випромінювання на довжинах хвиль 443 і 444нм, яке збуджується у плазмі на суміші парів дийодиду ртуті (HgI2) гелію та азоту поперечного електричного розряду з фотоіонізацією при дисоціації молекул HgІ2 [1]. Недоліком відомого джерело є те, що застосування поперечного електричного розряду з фотоіонізацією ускладнює та робить громіздким джерело. Окрім того в джерелі досягаються малі значення: енергії випромінювання (3мДж) та коефіцієнт корисної дії (6×10-3%). Прототипом до запропонованої ексимерної лампи є джерело випромінювання, яке вміщує систему електродів, об'єм з робочою сумішшю, яке збуджувалось тривалим (10-15мкс) широкосмуговим випромінюванням поверхневого розряду з лінійно стабілізованим іскровим каналом [2]. Генерація здійснювалась на 2 + 2 + B å1 / 2 - X å 1/ 2 переходах молекул HgI, які утворювались з вихідних молекул HgІ2 в результаті фо тодисоціації під дією короткохвильового УФ випромінювання. Максимум випромінювання спостерігався при довжинах хвиль l рівних 443, 444нм. Енергія в імпульсі випромінювання дорівнювала 0,1Дж, тривалість імпульсу випромінювання дорівнювала 2,5-3мкс. Максимальна частота повторення імпульсів дорівнювала 0,1Гц. Спільні суттєві ознаки прототипу і винаходу: джерело випромінювання видимого діапазону, яке вміщує систему електродів, об'єм з робочою сумішшю парів дийодиду ртуті з буферним газом, основними робочими хвилями якого є випромінювання молекули монойодиду ртуті HgI на В-Х - переході з максимумом при довжині хвилі 444нм. Відомий пристрій має недолік. Немає випромінювання в інфрачервоному спектральному діапазоні, максимальна частота повторення імпульсів обмежується часом відновлення електричної міцності міжелектродного проміжку поверхневого розряду і не може перевищувати 100Гц [2]. Завданням винаходу є розширення спектрального діапазону випромінювання, збільшення частоти повторення розрядних імпульсів лампи та покращення енергетичних характеристик в ексимерній лампі видимого діапазону, що випромінює в синьому і інфрачервоному спектральному діапазоні, за рахунок застосування розрядної системи на основі розряду через діелектрик та введення до складу суміші ще одної компоненти, а саме інертного газу ксенону, який здатен ефективно забезпечувати передачу енергії молекулі HgI в В-стан з її більш високого енергетичного рівня (С-стан) в процесі: ( ) + HgI C2 P1 / 2 + Xe ® HgI(B 2 å1 / 2 ) + Xe + DE , де DE - різниця енергій збудження С та В-станів. Поставлена задача досягається таким чином, що двохвильова електророзрядна ексимерна лампа видимого та інфрачервоного діапазону випромінювання, що містить систему електродів, об'єм з робочою сумішшю парів дийодиду ртуті з буферним газом, основними робочими хвилями якої є випромінювання молекули монойодиду ртуті (HgI) на В-Х - переході з максимумом випромінювання при довжині хвилі 444нм в якої, згідно винаходу, робоча суміш парів дийодиду ртуті і буферного газу в якості добавки містить ксенон, а додатковою хвилею випромінювання є лінія на довжині хвилі 823нм ксенону (Хе) на переході 6s[3 / 2]0 - 6p[3 / 2]2 , а робочий об'єм 2 обмежено кварцовою трубкою, яка зварена в торцях, і в системі електродів застосовано два коаксіально розміщені електроди, причому один із них знаходиться всередині трубки, а другий на зовнішній поверхні трубки. Перевагами запропонованої двохвильової електророзрядної ексимерної лампи видимого та інфрачервоного спектрального діапазону над прототипом є одночасне випромінювання в видимому та інфрачервоному спектральному діапазоні з довжинами хвиль 444нм та 823нм, відповідно, збільшення частоти слідування розрядних імпульсів, використання розряду через діелектрик. На фіг.1, 2 наведена конструкція двохвильової електророзрядної ексимерної лампи видимого та інфрачервоного спектрального діапазону в повздовжньому та поперечному розрізі. Двохвильова електророзрядна ексимерна лампа видимого та інфрачервоного спектрального діапазону складається з кварцової трубки 1 довжиною 200мм, яка зварена в торцях. Зовнішній і внутрішній діаметри трубки складає 34мм і 30мм, відповідно. Всередині її, по осі, розміщено електрод 2 круглого перерізу діаметром 4мм. Для вводу 3 використаний електрод ртутної лампи ДРТ-240, який вварений в торцеву поверхню трубки таким чином, щоб забезпечити контакт з електродом 2. На зовнішній поверхні трубки 1 закріплювалася сітка 4 з коефіцієнтом пропускання випромінювання 72%. Для відкачки і напуску газів у бокову поверхню кювети вварювався патрубок 6 із кварцового скла, всередині якого є капіляр діаметром близько 1мм, який служить для зменшення виносу парів дийодиду ртуті із кювети в систему відкачки. Товщина розрядної області 5 і довжина горіння об'ємного розряду складають 13мм і 200мм, відповідно. Випромінювання виводиться із газорозрядної кювети нормально до поверхні зовнішньої кварцової трубки. На фіг.3 наведено спектр випромінювання двохвильової електророзрядної ексимерної лампи видимого та інфрачервоного спектрального діапазону при довжинах хвиль з максимумами l 444нм і l 823нм, відповідно. Ексимерна лампа видимого діапазону працює наступним чином: у попередньо відкачану через капіляр 6 до тиску 10-1Па розрядну трубку 1, в якій містився порошок дийодиду ртуті у кількості 60мг, напускали 1-3кПа ксенону та 100-200кПа гелію. При збудженні робочої суміші в розрядній області 5 бар'єрним розрядом імпульсна напруга величиною 15-21кВ, при частоті слідування імпульсів накачки 12кГц, прикладалася між електродом 2 і сіткою 4, висока напруга подавалась на внутрішній електрод 2 через ввід 3, а сітка 4 була заземлена. В плазмі на основі суміші HgI2/Xe/He відбувається дисоціативне збудження молекул дийодиду ртуті електронами розряду, в результаті реакції: HgI2 + e ® HgI(B) + I + e і реакції HgI2 + e ® HgI( C) + I + e . За рахунок першого процесу та другого (гасіння С-стану) молекул монойодиду ртуті атомами ксенону (HgI(C) + Xe ® HgI(B2 ) + Xe + DE ) утворюються ексимерні молекули HgI*(B-стaн), які спонтанно переходять в основний Х стан з висвічуванням системи смуг з максимумом при довжині хвилі l рівній 444нм HgI(B-X). Окрім того, в цій плазмі відбувається збудження атому ксенону електронами розряду, які випромінюють на довжині хвилі 823нм на переході 6s[3 / 2]0 - 6p[3 / 2]2 . Робочою поверхнею лампи служить та частина бічної поверхні 2 розрядної трубки, яка покрита сіткою. Збільшення парціального тиску гелію до 180кПа для суміші HgI2/Xe/He при парціальному тиску ксенону 13кПа приводить до зростання середньої потужності випромінювання на 80% порівняно із значенням при парціальному тиску гелію рівному 120кПа. Середня потужність випромінювання з усієї бічної поверхні лампи становить 98Вт при значенні коефіцієнта корисної дії по відношенню до вкладеної потужності 27%, при частоті слідування імпульсів накачки 12000Гц, імпульсній напрузі 21кВ, парціальному тиску гелію 180кПа, довжині трубки 200мм, діаметром 34мм. Ефективність винаходу визначається тим, що порівняно з прототипом забезпечено двохвильовий режим випромінювання одночасне випромінювання в синьому спектральному діапазоні на довжині хвилі 444нм (в максимумі) та інфрачервоному діапазоні на довжині хвилі 823нм, підвищена частота повторення імпульсів випромінювання в 120000 разів (від 0,1Гц до 12000Гц), підвищена середня потужність випромінювання в 9800 разів, підвищено коефіцієнт корисної дії в 27 разів. Вона може бути підвищена при збільшенні частоти повторення імпульсів накачки і напруги на електродах ексимерної лампи. Винахід може бути використаний для практичного використання у біотехнології, агрофізиці, для більш ефективного управління фотосинтезом, ростом, розвитком рослин і водоростей, при проведенні наукових досліджень з квантової електроніки, для накачки твердотільних і рідинних лазерів та в медицині. Джерела інформації: 1. Гаврилова Ю.Е., Зродников В.С., Клементов А.Д., Пососонный А.С. Эксимерный HgI* - лазер, возбуждаемый электрическим разрядом // Квантовая электроника. 1980. Т.7, №11. С.2495-2497. 2. Бажулин С.П., Бугримов С.Н., Камруков А.С., Ка шников Г.Н., Козлов Н.П., Овчинников П.А., Опекан А.Г., Орлов В.К., Протасов Ю.С. Сине-зеленые лазеры на парах галогенидов ртути с широкополосным оптическим возбуждением // Тезисы докладов XII Всесоюзной конференции по когерентной и нелинейной оптике. 1985. Ч.2. С.713-714 (прототип).