Електророзрядна ексиплексна лампа з випромінюванням у синьо-зеленій області спектра

Реферат: Електророзрядна ексиплексна лампа з випромінюванням у синьо-зеленій області спектра містить об'єм з робочою сумішшю, який обмежено кварцовою трубкою (1), що зварена в торцях і в якій коаксіально розміщені два електроди, причому один із електродів розташований на зовнішній поверхні трубки. Кварцова трубка (1) розміщена в кварцовій трубці (6), яка зварена в торцях, з якої видалено атмосферне повітря. Як робочу суміш використано пари диброміду ртуті з буферним газом, основними робочими хвилями якої є випромінювання молекули моноброміду ртуті HgBr* на В-Х-переході у синьо-зеленій області спектра з максимумом при довжині хвилі 502 нм. UA 98262 C2 (12) UA 98262 C2 UA 98262 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до газорозрядної електроніки, світлотехніки і може бути використаний для накачки твердотільних і рідинних лазерів в біотехнології, агрофізиці та медицині. Відоме ексиплексне джерело спонтанного випромінювання видимого діапазону на системі молекулярних смуг моноброміду ртуті HgBr* (електронно-коливний перехід В-Х) з максимумом випромінювання на довжині хвилі , рівній 502 нм, яке збуджується при фотодисоціації парів диброміду ртуті HgBr2 світлом неперервної ксенонової лампи, попередньо пропущеним через монохроматор [1]. Недоліком відомого джерела є те, що оптична накачка молекул моноброміду ртуті ксеноновою лампою з використанням монохроматора ускладнює та робить громіздкою експериментальну установку. Відоме ексимерне джерело випромінювання видимого діапазону на системі молекулярних смуг HgI* (перехід В-X) з максимумом випромінювання на довжинах хвиль 443 і 444 нм, яке збуджується у плазмі на суміші парів дийодиду ртуті HgI2, гелію та азоту поперечного електричного розряду з фотоіонізацією при дисоціації молекул HgI2 [2]. Недоліком відомого джерела є те, що застосування поперечного електричного розряду з фотоіонізацією ускладнює та робить громіздким джерело. Окрім того, в джерелі досягаються малі значення енергії -3 випромінювання (3 мДж) та ККД (610 %). Максимальна частота повторення імпульсів дорівнювала 0,1 Гц. Прототипом до запропонованої електророзрядної ексиплексної лампи є потужне джерело ультрафіолетового випромінювання, що складається з розрядного простору, яке заповнено газом наповнювачем. Розрядний простір формується двома трубчастими діелектриками, на поверхні одного діелектрика розміщено зовнішній електрод у вигляді дротяної сітки, всередині другої трубки знаходиться другий електрод у вигляді дроту. До цих електродів підключається джерело змінного струму для забезпечення накачки розряду [3]. Спільні суттєві ознаки прототипу і винаходу: потужне джерело випромінювання складається з розрядного простору, розрядний простір формується двома електродами, на поверхні одного діелектрика (трубка) розміщено зовнішній електрод у вигляді дротяної сітки, всередині другої трубки знаходиться другий електрод у вигляді дроту. До електродів підключається джерело змінного струму для забезпечення накачки розряду. Відомий пристрій має недоліки: 1. На поверхні одного діелектрика розміщено зовнішній електрод у вигляді дротяної сітки, що торкається зовнішнього середовища, в якому знаходиться пристрій. Це приводить до втрати енергії джерела накачки розряду на нагрів зовнішнього середовища і тим самим веде до зменшення енергії, що вкладається в розрядний простір, а це в свою чергу зменшує потужність і ККД пристрою. 2. як газ наповнювач розрядного простору не включено пари диброміду ртуті з буферним газом, що забезпечує випромінювання з максимумом при довжині хвилі 502 нм [3]. Задачею винаходу є збільшення енергії, що вкладається в розрядний простір, та розширення діапазону випромінювання в синьо-зелену спектральну область. Поставлена задача вирішується таким чином, що електророзрядна ексиплексна лампа з випромінюванням у синьо-зеленій області спектра, що містить об'єм з робочою сумішшю, який обмежено кварцовою трубкою, що зварена в торцях і в якій коаксіально розміщені два електроди, причому один із електродів розташований на зовнішній поверхні трубки, яка відрізняється тим, що електророзрядна ексиплексна лампа розміщена в кварцовій трубці, яка зварена в торцях і з якої видалено атмосферне повітря, а як робочу суміш використано пари диброміду ртуті з буферним газом, основними робочими хвилями якої є випромінювання молекули моноброміду ртуті HgBr* на В-Х-переході у синьо-зеленій області спектра з максимумом при довжині хвилі 502 нм. Перевагами запропонованої електророзрядної ексиплексноїлампи над прототипом є зменшення втрат енергії в зовнішнє середовище, зменшення залежності потужності випромінювання від впливу температури зовнішнього середовища, збільшення ККД та забезпечення випромінювання у синьо-зеленому спектральному діапазоні. На фіг. 1 наведена конструкція ексиплексної лампи в повздовжньому перерізі та на фіг. 2 в поперечному перерізі. Ексиплексна лампа з випромінюванням в синьо-зеленій області спектра складається з кварцової трубки (1) довжиною 30 мм, яка зварена в торцях. Зовнішній і внутрішній діаметри трубки складають 9 мм і 7 мм відповідно. Всередині трубки по осі розміщено електрод (2) круглого перерізу діаметром 0,9 мм, що знаходиться у кварцовій трубці 3 з внутрішнім і зовнішнім діаметрами 1 мм і 3 мм відповідно. На зовнішній поверхні трубки (1) закріплюється сітка (4) з коефіцієнтом пропускання випромінювання 50 %. Кварцова трубка (1) розміщена в кварцовій трубці (6), яка зварена в торцях, довжина її складає 40 мм, внутрішній і зовнішній діаметри 14 мм і 18 мм відповідно. З об'єму (7) між ексиплексною лампою та 1 UA 98262 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 кварцовою трубкою 6 видалено атмосферне повітря. Товщина розрядної області (5) і довжина горіння коаксіального об'ємного розряду складають 2 мм і 30 мм відповідно. Випромінювання виводиться із газорозрядної кювети нормально до поверхні зовнішньої кварцової трубки (6). Ексиплексна лампа з випромінюванням у синьо-зеленій області спектра працює наступним чином: у розрядну трубку 1 розміщують порошок диброміду ртуті у кількості 20 мг, відкачують -3 атмосферне повітря до тиску не більше 10 мм рт. ст. і напускають 120 кПа гелію. При збудженні робочої суміші в розрядній області 5 бартерним розрядом імпульсами напруги з амплітудою 2,3 кВ і частотою слідування імпульсів накачки 6 кГц, що прикладалася між електродом 2 і сіткою 4, висока напруга подавалась на внутрішній електрод 2, а сітка 4 була заземлена. В плазмі на основі суміші HgBr2/He відбувається дисоціативне збудження диброміду ртуті електронами розряду, в результаті реакції HgBr2 + е  HgBr(B) + Br +е утворюються ексиплексні молекули HgBr*, які спонтанно переходять в основний X стан з висвічуванням системи смуг з максимумом при довжині хвилі , рівній 502 нм (В-Х-перехід). Парціальний тиск парів диброміду ртуті створювався за рахунок нагріву робочої суміші при дисипації енергії імпульсно-періодичного розряду. Застосування в конструкції лампи зовнішньої трубки 6 і простору 7, з якого видалено атмосферне повітря, приводить до збільшення температури розрядної трубки 1 на 40 %, і тим самим збільшується концентрація парів диброміду ртуті і відповідно збільшується потужність випромінювання моноброміду ртуті HgBr* на В-Х-переході у синьо-зеленій області спектра з максимумом на довжині хвилі 502 нм. На фігурі 3 наведено залежності потужності випромінювання від довжин хвиль. Застосування зовнішньої рубки 6, з якої видалено атмосферне повітря, приводить до зростання середньої потужності випромінювання на 40 % (фіг. 3а) порівняно із значенням потужності без зовнішньої трубки (фіг. 3б). 3 Середня потужність випромінювання з одиниці об'єму лампи (1 см ) становить 98 мВт, значення коефіцієнта корисної дії по відношенню до вкладеної потужності 10 %, при частоті слідування імпульсів накачки 6 кГц, амплітуді імпульсів напруги 2,3 кВ, парціальному тиску гелію 120 кПа. Ефективність винаходу визначається тим, що порівняно з прототипом зменшились втрати енергії в зовнішнє середовище, зменшилась залежність потужності випромінювання від температури зовнішнього середовища, збільшено ККД та розширено діапазон випромінювання у синьо-зелену спектральну область. Винахід може бути використаний для практичного використання в біотехнології. агрофізиці в індикаторній панелі, в наукових дослідженнях з квантової електроніки, для накачки твердотільних і рідинних лазерів та в медицині. Джерела інформації: 1. Бажулин С. П., Басов Н. Г., Зуев B. C., Леонов Ю. С., Стойлов Ю. Ю. Генерация на  = 502 нм при длительной световой накачке паров HgBr2 // Квантовая электроника. 1978. - Т. 5. - № 3. С. 684-686. 2. Бажулин С. П., Бугримов С. Н., Камруков А. С, Кашников Г. Н., Козлов Н. П., Овчинников П. А., Опекай 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. 4.2. - С. 713-714. 3. Kogelschatz Ulrich. High Power Radiator. United States Patent 5.013.959. Date of Patent May 7, 1991 (прототип). ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 50 55 Електророзрядна ексиплексна лампа з випромінюванням у синьо-зеленій області спектра, що містить об'єм з робочою сумішшю, який обмежено кварцовою трубкою (1), що зварена в торцях і в якій коаксіально розміщені два електроди, причому один із електродів розташований на зовнішній поверхні трубки, яка відрізняється тим, що зовні кварцової трубки (1) розміщено додаткову кварцову трубку (6), яка зварена в торцях і з якої видалено атмосферне повітря, а як робочу суміш використано пари диброміду ртуті з буферним газом, основними робочими хвилями якої є випромінювання молекули моноброміду ртуті HgBr* на В-Х-переході у синьозеленій області спектра з максимумом при довжині хвилі 502 нм. 2 UA 98262 C2 Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3