DE2457815A1 - High power discharge tube with metal halide for pumping lasers - comprising long capillary discharge tube with cooling jacket - Google Patents
High power discharge tube with metal halide for pumping lasers - comprising long capillary discharge tube with cooling jacketInfo
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Abstract
Description
Hochdruckentladungslampe mit Metallhalogenid Die Erfindung betrifft eine Hochdruckentladungslampe mit Metallhalogenid. Solche Lampen sind in verschiedenen Ausführungsformen und für sehr unterschiedliche Verwendungszwecke bekannt. Die vorliegende Lampe soll vorzugsweise als Pumplichtquelle für Laser verwendet werden, d.h die von der Lampe emittierte Strahlung soll möglichst in einem bestimmte Weilenlängenbereich des Spektrums liegen, dessen Lage z.B. so gewahlt kord, daß er mit dem Bereich des größten Absorptionskoeffizienten eines Lasers zusammenfällt. Unter Pumplichtquelle wird eine Lichtquelle verstanden, die die für die induzierte Emission des Lasers erforderliche Energie liefert. Metal halide high pressure discharge lamp The invention relates to a high pressure discharge lamp with metal halide. Such lamps are in different Embodiments and known for very different uses. The present Lamp should preferably be used as a pump light source for lasers, i.e. the Radiation emitted by the lamp should as far as possible be within a certain wavelength range of the spectrum, the position of which, for example, has been chosen in such a way that it corresponds to the range of the largest absorption coefficient of a laser coincides. Under pump light source a light source is understood which is responsible for the induced emission of the laser supplies the required energy.
Es ist bekannt, für solche Zwecke Quecksilberdampfhochdruckentladungslampen zu verwenden. Auch eine Quecksilberdampfhöchstdruckentladungslampe mit Thalliumhalogenid ist bereits als Pumplichtquelle eines Rubinlasersbekanntgeworden (DT-AS 1 241 532).It is known to use high-pressure mercury vapor discharge lamps for such purposes to use. Also a high pressure mercury vapor discharge lamp with thallium halide has already become known as a pump light source for a ruby laser (DT-AS 1 241 532).
Wegen der durch große Leistungskonzentration bedingten hohen Wandbelastung müssen diese Art Lampen gekühlt werden. Die Erfindung hat eine besonders wirksame Kühlung und die Erhöhung der Strahlungsleistung der Lampe zum Ziel.Because of the high wall load caused by the high concentration of power these types of lamps need to be cooled. The invention is particularly effective Cooling and increasing the radiant power of the lamp are aimed at.
Die Hochdruckentladungslampe mit Metallhalogenid für die vorzugsweise Verwendung als Pumplichtquelle für Laser ist dadurch gekennzeichnet, H H Ol j 61/12 daß die Lampe aus einem langges'rRten Kapillare als Entladungsrohr mit je einer an den Enden eingeschmolzenen Elektrode besteht, das bis auf die Elektrodenräume von einem mit Kühlflüssigkeit durchströmten Gefäß umgeben ist und dessen Füllung neben Metallhalogenid Edelgas als Puffergas enthält.The high pressure discharge lamp with metal halide for the preferably Use as a pump light source for lasers is characterized by H H Ol j 61/12 that the lamp consists of a long capillary as a discharge tube with one on each The ends of the fused electrode, which is up to the electrode spaces of one is surrounded with the cooling liquid flowing through the vessel and its filling in addition to metal halide Contains noble gas as a buffer gas.
Durch die kapillare Form des Entladungsgefäßes, die sich aus dem Verwendungszweck der Lampe ergibt, und durch die hohe elektrische Leistungsaufnahme der Lampe ist die thermische Belastung der Gefäßwand sehr hoch; das Gefäßmaterial wird bis nahe an seinen Schmelzpunkt erhitzt. Die besondere Ausführungsform des Kühlgcf;ißes gemäß der Erfindung hat nun den großen-Vorteil, daß einerseits die durch die hohe Wandbelastung erzeugte Wärme von dem Entladungsrohr abgeführt wird ohne daß andererseits die erweiterten Elektrodenräume gekühlt werden. Das ist von entscheidender Bedeutung für Lampen, die Metallhalogenide enthalten, da man bei einer das ganze Entladungsgefäß umgebenden Kühlung nicht genug verdampfte Substanz an Metallhalogenid erhält, um die Lampe optimal betreiben zu können.Due to the capillary shape of the discharge vessel, which results from the intended use of the lamp, and due to the high electrical power consumption of the lamp the thermal load on the vessel wall is very high; the vascular material is up close heated to its melting point. The particular embodiment of the cooling device according to the invention now has the great advantage that on the one hand the high wall load generated heat is dissipated from the discharge tube without on the other hand the enlarged Electrode chambers are cooled. This is of vital importance for lamps which contain metal halides, since one encompasses the entire discharge vessel Cooling does not get enough vaporized substance in metal halide to power the lamp to be able to operate optimally.
Vorteilhafterweise werden Zu- und Abführungsstutzen der Kühlflüssigkeit unter einem solchen Winkel an das Kühlgefäß angesetzt, daß die Kühlflüssigkeit tangential in das Kühlgefäß eintritt und ein Kühlmittel- und damit Wärmestau gegenüber den Eintrittsstellen der Flüssigkeit entstehen kann und dementsprechend auch keine momentane Wärmeüberlastung der Gefäßwand diese zerstören kann.Advantageously, feed and discharge nozzles for the cooling liquid attached to the cooling vessel at such an angle that the cooling liquid is tangential enters the cooling vessel and a coolant and thus heat build-up compared to the Entry points of the liquid can arise and accordingly no momentary Overheating of the vessel wall can destroy it.
Die Strahlungsleistung der Lampe in einem bestimmten Spektralbereich kann noch durch die Zusammensetzung der Füllung gesteigert werden. Es hat sich z.B. für die Anwendung der Lampe zum Pumpen eines Farbstofflasers (Medium Rhodamin 6 G) Thalliumhalogenid, vorzugsweise Thalliumjodid, als Metallhalogenid als besonders geeignet erwiesen. Dabei läßt sich die Strahlungsleistung im Absorptionsbereich des Lasers gegenüber Lampen mit Quecksilber erhöhen, wenn man neben dem Thalliumhalogenid ein Edelgas höheren Druckes, vorzugsweise Xenon, verwendet. Die Strahlung von Quecksilberlampen ist wegen der hierfür ungünstigen spektralen Lage der grünen Quecsilberlinie nicht geeignet die spektrale Strahldichte von nur Xenon enthaltenden Lampen ist im Absorptionsbereich des verwendeten Lasers nicht hoch genug. Erfindungsgemäß muß der Partialdruck des als Puffergas verwendeten, also im Sichtbaren - im Gegensatz zum Quecksilber - nicht zur Strahlung angeregten Edelgases, hoch gegenüber dem des Thalliumhalogenids sein und zwar höher als 150 Torr. Durch den niedrigen Partialdruck des Thalliumhalogenids werden mehrere Vorteile gleichzeitig erreicht. Außer der im Maximum der Laserabsorption liegenden Resonanzlinie des Thalliums gibt es keine langwelligere Strahlung, wodurch Triplett-Absorption, d.h. eine Verminderung der Laserleistung, vermieden wird. Es tritt keine starke Verbreiterung der Thalliumresonanzlinie, keine starke Selbstabsorption und kein weißes Thalliumhalogenid-Molekülkontinuum auf.The radiant power of the lamp in a certain spectral range can be increased by the composition of the filling. E.g. for using the lamp to pump a dye laser (medium rhodamine 6 G) thallium halide, preferably thallium iodide, as a metal halide as particularly proved suitable. The radiation power can be in the absorption range of the laser compared to lamps with mercury increase if you add the thallium halide a noble gas of higher pressure, preferably xenon, is used. The radiation from mercury lamps is not because of the unfavorable spectral position of the green Quec silver line suitable the spectral radiance of only xenon containing Lamps is not high enough in the absorption range of the laser used. According to the invention must be the partial pressure of the buffer gas used, i.e. in the visible - in contrast to mercury - noble gas not excited to radiation, high compared to that of des Thallium halide, higher than 150 torr. Because of the low partial pressure of the thallium halide several advantages are achieved at the same time. Except the There is no resonance line of thallium lying at the maximum of the laser absorption Longer-wave radiation, causing triplet absorption, i.e. a reduction in the Laser power, is avoided. There is no strong broadening of the thallium resonance line, no strong self-absorption and no white thallium halide molecular continuum on.
Doch erhält-man durch die Verwendung eines inerten Gases als Puffergas (keine optische Emission im Sichtbaren) mit größerer Ionisierungsspannung als Thallium trotz des niedrigen Partialdruckes von-Thallium die Vorteile einer Hochdruckentladung. Zwar führen die geringen Ramsauer-Querschnitte der leichten Edelgase bei den geringen Entladungskanal-Abmessungen zu einer raschen Entionisierung des Plasmas und dadurch erschwerter Wiederzündung, doch der große Ramsauer-Querschnitt von Quecksilber hat den weit schwerwiegenderen Nachteil, zu zu großen Brennspannungen zu führen.But you get by using an inert gas as a buffer gas (no optical emission in the visible) with a higher ionization voltage than thallium despite the low partial pressure of thallium, the advantages of a high pressure discharge. The small Ramsauer cross-sections of the light noble gases lead to the small ones Discharge channel dimensions to a rapid deionization of the plasma and thereby difficult reignition, but the large Ramsauer cross-section of mercury has the far more serious disadvantage of leading to excessive operating voltages.
Durch die erfindungsgemäße Lampe soll erstmals ein kontinuierlicher Betrieb eines Parbstofflasers mit einer inkohärenten Pumplichtquelle ermöglicht werden. Die mit der erfindungsgemäßen Lampe erzielte. Pumpleistung ist mindestens doppelt so hoch als die mit einer der bisher bekannten Lampen, ohne die besondere Ausführung der Kühlung und ohne Edelgas als Puffergas, erreichte. Die Lampe ist aber auch für andere Zwecke, wie z.B. in der Fotochemie oder für die Reprographie gut geeignet. Prinzipiell können auch andere Metallhalogenide in der erfindungsgemäßen Lampe für die jeweiligen Anwendungszwecke Verwendung finden, z.B. die Halogenide der Seltenen Erden, wie Dysprosiumhalogenid, vorzugsweise Dysprosiumjodid.The lamp according to the invention is intended for the first time to be a continuous Operation of a paraffin laser with an incoherent pump light source allows will. The achieved with the lamp according to the invention. Pump power is at least twice as high as with one of the previously known lamps, without the special one Execution of the cooling and without noble gas as buffer gas. The lamp is but also for other purposes, e.g. in photo chemistry or for reprography well suited. In principle, other metal halides can also be used in the inventive Find lamps for the respective application purposes, e.g. the halides the rare earths, such as dysprosium halide, preferably dysprosium iodide.
In-den Figuren ist ein Ausführungsbeispiel der Lampe gemäß der Erfindung wiedergegeben.In the figures is an embodiment of the lamp according to the invention reproduced.
Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Lampe, Figur 2 den Ansatz der Zufuhr- und Abfuhrstutzen an das Entladungsgefäß für die Kühlflüssigkeit.Figure 1 shows a lamp according to the invention, Figure 2 shows the approach of Inlet and outlet connections to the discharge vessel for the coolant.
Das Entladungsgefäß 1 in Figur 1 aus Quarzglas hat einen Innendurchmesser von etwa 3,5 mm, eine Wandstärke von 1 bis 2 mm, ein Volumen von etwa 3 cm3 und eine optisch brauchbare Länge der Kapillare von 200 mm. Die Gesamtlänge der Lampe beträgt ca. 380 mm.The discharge vessel 1 in FIG. 1 made of quartz glass has an inside diameter of about 3.5 mm, a wall thickness of 1 to 2 mm, a volume of about 3 cm3 and an optically usable length of the capillary of 200 mm. The total length of the lamp is approx. 380 mm.
Die Elektroden 2 und 3 aus Wolfram mit Zusatz von Thoriumoxid sind über je eine Folieneinschmelzung 4 und 5 mit den Außenstromzuführungen 6 und 7 verbunden. Um die Entladungsstrecke ist das Kühlgefäß 8 angeordnet, das die erweiterten Elektrodenräume 9, 10 frei läßt und an den Enden mit dem Entladungsgefäß 1 dicht verschmolzen ist. Das Kühlgefäß 8 hat einen Außendurchmesser von etwa 11 mm. Als Kühlflüssigkeit wird entkalktes Wasser mit einem Strömungsfluß von etwa 8 1/min verwendet, das über den Stutzen 11 dem Kühlgefäß 8 zugeführt und über den Stutzen 12 abgeführt wird. Durch Zusätze kann die Kühlflüssigkeit auch als Strahlenfilter wirken.The electrodes 2 and 3 are made of tungsten with the addition of thorium oxide Connected to the external power supply lines 6 and 7 via a foil seal 4 and 5 each. The cooling vessel 8, which has the expanded electrode spaces, is arranged around the discharge path 9, 10 leaves free and is fused tightly to the discharge vessel 1 at the ends. The cooling vessel 8 has an outside diameter of approximately 11 mm. As a coolant is decalcified water with a flow rate of about 8 1 / min used, which over the Connection 11 is fed to the cooling vessel 8 and discharged via the connection 12. By With additives, the coolant can also act as a radiation filter.
Die Stutzen 11 und 12 sind entsprechend der Figur 2 jeweils unter einer solchen Krümmung an das Kühlgefäß 8 angesetzt, daß ein zum Umfang des Entladungsgefäßes 1 tangentialer Eintritt des Kühlwassers in das Kühlgefäß 8 und damit eine Kühlflüssigkeitsrotation um die Bogenachse erfolgt und kein Staupunkt im Kühlmittelkanal gegenüber den Ansatzstellen auftritt.The nozzles 11 and 12 are each below according to FIG such a curvature attached to the cooling vessel 8 that one to the circumference of the discharge vessel 1 tangential entry of the cooling water into the cooling vessel 8 and thus a rotation of the cooling liquid takes place around the arc axis and no stagnation point in the coolant channel opposite the attachment points occurs.
Die Lampe enthält als Füllung Xenon mit einem Kaltfülldruck von 200 bis 400 Torr, vorzugsweise 300 Torr, und 5 bis 40 mg, vorzugsweise 20 mg, thalliumjodid. Die Wandbelastung des Entladungsgefäßes 1 beträgt innen 150 bis 300 W/cm2. Bei einer Stromstärke von 14 bis 18 A und einer Brennspannung von 450 V ~ beträgt die Versorgungsspannung etwa 600 V Wechselspannung. Die Strom-Spannungs-Charakteristik ist stark steigend. Die Lampe wird über eine Regeldrossel betrieben und mit einem HF-Zündgerät gezündet. Die Emission bei 535 nm, in dem für Pumplichtquellen wichtigen Gebiet, erreicht etwa 10% der elektrischen Leistung. Zusätzlich zur Strahlung im grünen'Spektralbere,ich liefert die Lampe im langwelligen Ultravioletten (351,9 + 352,9 + 377,5 nm) einen Strahlungsanteil in ähnlicher Größe.The lamp contains xenon as a filling with a cold filling pressure of 200 to 400 torr, preferably 300 torr, and 5 to 40 mg, preferably 20 mg, thallium iodide. The internal wall load of the discharge vessel 1 is 150 to 300 W / cm2. At a The supply voltage is a current of 14 to 18 A and an operating voltage of 450 V ~ about 600 V AC. The current-voltage characteristic is increasing sharply. The lamp is operated via a regulating throttle and ignited with an HF igniter. The emission reached at 535 nm, in the area important for pump light sources about 10% of the electrical power. In addition to the radiation in the green spectrum, i the lamp delivers in the long-wave ultraviolet (351.9 + 352.9 + 377.5 nm) Radiation component of a similar size.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8141 | Disposal/no request for examination |