RU2067337C1

RU2067337C1 - Lamp producing high-power radiation in optical range of spectrum

Info

Publication number: RU2067337C1
Application number: RU94028315A
Authority: RU
Inventors: В.Ф. Тарасенко; В.С. Скакун; Е.А. Фомин; Э.А. Соснин
Original assignee: Институт сильноточной электроники СО РАН
Priority date: 1994-07-27
Filing date: 1994-07-27
Publication date: 1996-09-27
Also published as: RU94028315A

Abstract

FIELD: installations where high-power radiation is required to conduct photostimulation processes. SUBSTANCE: lamp has two coaxial cylindrical tubes made of insulating material transparent on working wavelength and two coaxial metal electrodes. One of electrode is placed on outer surface of external tube and other, on inner surface of internal tube. Pumping generator is connected to both electrodes. Intertube space is filled with gas medium. Ends of external tube are sealed and joined with internal tube by means of two annular electrode connected in pair to metal electrodes. EFFECT: improved design. 1 dwg

Description

Изобретение относится к области светотехники и может быть использовано в установках, в которых для проведения фотостимулированных процессов требуется мощное излучение в необходимом для этого спектральном диапазоне. The invention relates to the field of lighting engineering and can be used in installations in which photostimulated processes require powerful radiation in the necessary spectral range.

Известно устройство для создания УФ-излучения, используемое в установках, где требуется мощное УФ-облучение материала, содержащее корпус из непрозрачного для УФ-излучения материала, основные электроды, систему предионизации и прозрачное в УФ-области спектра выходное окно (1). Недостатками такого устройства являются его конструктивная сложность и малая частота следования импульсов облучения (до 50 Гц), что ограничивает среднюю мощность излучения. A device for creating UV radiation is known that is used in installations where powerful UV irradiation of a material is required, comprising a housing made of a material opaque to UV radiation, main electrodes, a preionization system, and an exit window transparent in the UV region of the spectrum (1). The disadvantages of this device are its structural complexity and low repetition rate of radiation pulses (up to 50 Hz), which limits the average radiation power.

Известен также высокомощный источник, который используется для осуществления фотодиссоциативных и фотолюминесцентных процессов, а также в соответствующих технических приложениях. Источник содержит коаксиальное установленные, цилиндрические трубки из диэлектрика, прозрачного на рабочих длинах волн, пространство между трубками заполнено рабочим газом, расположенный во внутренней трубке цилиндрический электрод, наружный электрод, размещенный на части окружности наружной трубки, и генератор накачки, подключенный к обоим электродам (2). Also known is a high-power source, which is used to carry out photodissociative and photoluminescent processes, as well as in relevant technical applications. The source contains coaxial mounted, cylindrical tubes made of a dielectric transparent at working wavelengths, the space between the tubes is filled with working gas, a cylindrical electrode located in the inner tube, an outer electrode placed on the circumference of the outer tube, and a pump generator connected to both electrodes (2 )

Известен также цилиндрический эксимерный источник, содержащий две коаксиально установленные, цилиндрические трубки из диэлектрика, прозрачного на рабочей длине волны, пространство между трубками заполнено газовой средой, два металлических коаксиально расположенных электрода, один из которых перфорирован и размещен на внешней поверхности наружной трубки, а второй - сплошной и расположен во внутренней трубке, генератор накачки, подключенный к обоим электродам (3). Also known is a cylindrical excimer source containing two coaxially mounted, cylindrical tubes made of a dielectric transparent at the working wavelength, the space between the tubes is filled with a gaseous medium, two metal coaxially arranged electrodes, one of which is perforated and placed on the outer surface of the outer tube, and the second continuous and located in the inner tube, a pump generator connected to both electrodes (3).

Недостатками указанных устройств являются неоднородность возбуждения рабочей среды поперечным разрядом и, как следствие, небольшая степень заполнения разрядной коаксиальной полости лампы излучающей плазмой. В подобных конструкциях для достижения требуемого уровня средней мощности приходится повышать частоту следования импульсов излучения до нескольких мегагерц. Однако, того же эффекта можно достичь при меньших частотах накачки, если при этом увеличивать импульсную мощность излучения. The disadvantages of these devices are the heterogeneity of the excitation of the working medium by a transverse discharge and, as a consequence, the small degree of filling of the discharge coaxial cavity of the lamp with emitting plasma. In such designs, in order to achieve the required level of average power, it is necessary to increase the repetition rate of radiation pulses to several megahertz. However, the same effect can be achieved at lower pump frequencies, if the pulsed radiation power is increased.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой лампе является выбранная в качестве прототипа лампа для получения мощного излучения в оптическом диапазоне спектра, содержащая две коаксиально установленные, цилиндрические трубки из диэлектрика, прозрачного на рабочей длине волны, образующие кольцевой разрядный промежуток с газовой средой, торцы которого закрыты кольцевыми электродами. Один из кольцевых электродов соединен с металлическим электродом, размещенным на внутренней поверхности внутренней трубки. К обоим кольцевым электродам подключен генератор накачки (4). Closest to the technical nature of the claimed lamp is a lamp selected as a prototype to obtain powerful radiation in the optical spectrum, containing two coaxially mounted, cylindrical tubes of a dielectric transparent at the working wavelength, forming an annular discharge gap with a gaseous medium, the ends of which are closed ring electrodes. One of the ring electrodes is connected to a metal electrode placed on the inner surface of the inner tube. A pump generator (4) is connected to both ring electrodes.

В известной лампе на внешней поверхности трубки формируется поверхностный разряд, который облегчает формирование разряда между коаксиально расположенными, диэлектрическими трубками, а также позволяет увеличивать разрядный промежуток. Однако, при увеличении рабочего давления, что необходимо для повышения импульсной мощности излучения, в известной лампе разряд прижимается к поверхности внутренней трубки и возбуждается только часть объема с газовой смесью. In the known lamp, a surface discharge is formed on the outer surface of the tube, which facilitates the formation of a discharge between coaxially arranged, dielectric tubes, and also allows to increase the discharge gap. However, with increasing working pressure, which is necessary to increase the pulsed radiation power, in a known lamp, the discharge is pressed against the surface of the inner tube and only part of the volume with the gas mixture is excited.

Задачей настоящего изобретения является повышение импульсной мощности излучения лампы для получения мощного излучения в оптическом диапазоне спектра. The present invention is to increase the pulsed radiation power of the lamp to obtain powerful radiation in the optical range of the spectrum.

Указанная задача достигается тем, что в лампе для получения мощного излучения в оптическом диапазоне спектра, содержащей две коаксиально установленные цилиндрические трубки из диэлектрика, прозрачного на рабочей длине волны, образующие кольцевой разрядный промежуток с газовой средой, торцы которого закрыты кольцевыми электродами, один из которых соединен с металлическим электродом, размещенным на внутренней поверхности внутренней трубки, и генератор накачки, подключенный к обоим кольцевым электродам, согласно изобретению дополнительно введен второй металлический электрод, установленный на внешней поверхности наружной трубки и соединенный с другим кольцевым электродом. This problem is achieved by the fact that in a lamp to obtain powerful radiation in the optical range of the spectrum, containing two coaxially mounted cylindrical tubes of a dielectric transparent at the working wavelength, forming an annular discharge gap with a gas medium, the ends of which are closed by ring electrodes, one of which is connected with a metal electrode placed on the inner surface of the inner tube and a pump generator connected to both ring electrodes according to the invention no introduced second metal electrode mounted on the outer surface of the outer tube and connected to the other ring electrode.

На чертеже схематично представлена заявляемая лампа для получения мощного излучения в оптическом диапазоне спектра. The drawing schematically shows the inventive lamp to obtain powerful radiation in the optical range of the spectrum.

Лампа содержит две коаксиально установленные, цилиндрические трубки: наружную 1 и внутреннюю 2. Трубки 1 и 2 выполнены из диэлектрика, прозрачного на рабочей длине волны. Пространство между трубками 1 и 2 заполнено газовой средой. Лампа так же содержит два металлических, коаксиально расположенных электрода 3 и 4. Электрод 3 размещен на внешней поверхности трубки 1, а электрод 4 на внутренней поверхности трубки 2. Электроды 3 и 4 подключены к генератору накачки 5. Торцы трубки 1 герметично закрыты и соединены с трубкой 2 двумя кольцевыми электродами 6 и 7, попарно соединенными с металлическими электродами 3 и 4. The lamp contains two coaxially mounted, cylindrical tubes: outer 1 and inner 2. Tubes 1 and 2 are made of a dielectric transparent at the operating wavelength. The space between tubes 1 and 2 is filled with a gaseous medium. The lamp also contains two metal, coaxially located electrodes 3 and 4. The electrode 3 is placed on the outer surface of the tube 1, and the electrode 4 on the inner surface of the tube 2. The electrodes 3 and 4 are connected to the pump generator 5. The ends of the tube 1 are hermetically closed and connected to tube 2 with two ring electrodes 6 and 7, pairwise connected with metal electrodes 3 and 4.

Предлагаемая лампа работает следующим образом. The proposed lamp operates as follows.

При срабатывании генератора накачки 5 импульс напряжения подается на электроды 3, 4 и на попарно соединенные с ними кольцевые электроды 6, 7. При этом электрическое поле между внутренним и внешним электродами 3 и 4 наибольшее, поэтому в промежутке между диэлектрическими трубками 1, 2 возникает объемный разряд, который при увеличении длительности импульса накачки может содержать большое количество микроканалов. Объемный разряд и микроканалы облегчают развитие между кольцевыми электродами 6, 7 объемного разряда, что повышает степень заполнения коаксиальной полости между трубками 1, 2 и электродами 6, 7 излучающей плазмой и увеличивает импульсную мощность лампы. Кроме того, при этом может увеличиваться длительность импульса излучения, так как без кольцевых электродов 6, 7 она ограничена величиной емкости между коаксиальными диэлектрическими трубками 1 и 2. When the pump generator 5 is triggered, a voltage pulse is applied to the electrodes 3, 4 and to the ring electrodes 6, 7 pairwise connected to them. In this case, the electric field between the internal and external electrodes 3 and 4 is greatest, therefore, a volumetric gap arises between the dielectric tubes 1, 2 discharge, which with an increase in the duration of the pump pulse can contain a large number of microchannels. Volume discharge and microchannels facilitate the development between the ring electrodes 6, 7 of the volume discharge, which increases the degree of filling of the coaxial cavity between the tubes 1, 2 and electrodes 6, 7 of the emitting plasma and increases the pulsed lamp power. In addition, this can increase the duration of the radiation pulse, since without ring electrodes 6, 7 it is limited by the value of the capacitance between the coaxial dielectric tubes 1 and 2.

Экспериментальные исследования заявляемой лампы для получения мощного излучения в оптическом диапазоне показали, что в сравнении с устройством аналогичного назначения (прототип) заявляемое устройство повышает импульсную мощность излучения и степень заполнения коаксиальной полости лампы с рабочим газом излучающей плазмой. Например для оптимальных рабочих смесей, содержащих буферный газ Nе, рабочий газ Kr и дополнительный газ HCl при одинаковой частоте накачки 100 Гц и одинаковых уровнях удельной энергии, запасаемой в накопительной системе генератора накачки 5, средняя мощность лампы с поперечным разрядом (прототип) составляла 6,1 мВт,в а для заявляемой лампы с поперечным и продольным разрядами 10,6 мВт. Experimental studies of the inventive lamp to obtain powerful radiation in the optical range showed that, in comparison with a device of a similar purpose (prototype), the inventive device increases the pulsed radiation power and the degree of filling of the coaxial cavity of the lamp with a working gas emitting plasma. For example, for optimal working mixtures containing buffer gas Ne, working gas Kr and additional gas HCl at the same pump frequency of 100 Hz and the same level of specific energy stored in the storage system of the pump generator 5, the average lamp power with a transverse discharge (prototype) was 6, 1 mW, and for the inventive lamp with transverse and longitudinal discharges of 10.6 mW.

Claims

A lamp for generating powerful radiation in the optical range of the spectrum, containing two coaxially mounted cylindrical tubes made of a dielectric transparent at the working wavelength, forming an annular discharge gap with a gas medium, the ends of which are closed by ring electrodes, one of which is connected to a metal electrode placed on the inside the surface of the inner tube and a pump generator connected to both ring electrodes, characterized in that a second metal electrode is additionally introduced d mounted on the outer surface of the outer tube and connected to the other ring electrode.