DE4302465C1

DE4302465C1 - Appts. for producing dielectrically-hindered discharge - comprises gas-filled discharge space between two ignition voltage-admitted electrodes

Info

Publication number: DE4302465C1
Application number: DE19934302465
Authority: DE
Inventors: Willi Dr Neff; Klaus Pochner
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1993-01-29
Filing date: 1993-01-29
Publication date: 1994-03-10
Anticipated expiration: 2013-01-30

Abstract

Appts. for producing a dielectrically-hindered discharge (1) has a gas-filled discharge space (2) between two ignition voltage-admitted electrodes (3,4) from which at least one is sepd. from the space (2) by a dielectric (5). The novelty is that at least one electrode (3 is a voltage-excited plasma in a gas, whose pressure is lower than the gas pressure in the discharge space (2). USE/ADVANTAGE - To induce chemical reactions, to excite dye lasers; and to homogenise middle and high pressure plasmas in laser and on plasma-supported material deposition from the gas phase (claimed). Compact distribution of the filaments or homogenisation of the discharge in the gas-filled discharge space is achieved.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Erzeu gung einer dielektrisch behinderten Entladung, mit einem gasge füllten Entladungsraum zwischen zwei zündspannungsbeaufschlag baren Elektroden, von denen zumindest eine mit einem Dielektri kum vom Entladungsraum getrennt ist.The invention relates to a device for generating dielectric barrier discharge, with a gasge filled discharge space between two ignition voltages baren electrodes, at least one of which has a dielectric cum is separated from the discharge space.

Dielektrisch behinderte Entladungen treten während des Spannungsanstiegs in der Form stiller Entladungen auf, wenn die Zündspannung bzw. die Zündfeldstärke im Entladungsraum über schritten wird. Je nach Druckbereich und Gaszusammensetzung bildet sich ein homogenes Plasma aus, oder es entstehen kleine dünne Entladungskanäle. Diese sogenannten Filamente existieren jeweils nur für wenige Nanosekunden unter der Voraussetzung, daß zumindest eine Elektrode vom Entladungsraum durch eine di elektrische Barriere getrennt ist. Dielectric barrier discharges occur during the Voltage rise in the form of silent discharges when the Ignition voltage or the ignition field strength in the discharge space above is taken. Depending on the pressure range and gas composition a homogeneous plasma is formed or small ones are formed thin discharge channels. These so-called filaments exist only for a few nanoseconds, provided that at least one electrode from the discharge space by a di electrical barrier is disconnected.

Der Einsatz stiller Entladungen in der Technik erfolgt beispielsweise bei der Ozonerzeugung. Hohe Elektronendichten in den Filamenten machen stille Entladungen geeignet zur Stimula tion chemischer Reaktionen. Zu den bekannten Anwendungen zählt z. B. das Cracken von Abgasen und die Zerstörung von Luftschad stoffen.Silent discharges are used in technology for example in ozone generation. High electron densities in the filaments make silent discharges suitable for the stimula tion of chemical reactions. Known applications include e.g. B. the cracking of exhaust gases and the destruction of air damage fabrics.

Des weiteren ist es bekannt, dielektrisch behinderte Ent ladungen im homogenen oder filamentären Betriebsmode für UV- Hochleistungsstrahler einzusetzen. Es läßt sich ultraviolette Strahlung im Bereich von 100 bis 350 nm erzeugen. Die UV-Strah lung kann direkt genutzt werden oder mit Hilfe von Leuchtstof fen in sichtbares Licht verwandelt werden.Furthermore, it is known to dielectric barrier Ent charges in homogeneous or filamentary operating mode for UV Use high-performance spotlights. It can be ultraviolet Generate radiation in the range of 100 to 350 nm. The UV beam lung can be used directly or with the help of fluorescent can be transformed into visible light.

Aus der EP 0 254 111 A1 ist ein UV-Hochleistungsstrahler bekannt, der die eingangs genannten Merkmale aufweist. Er ist so ausgebildet, daß sowohl das Dielektrikum als auch die mit diesem vom gasgefüllten Entladungsraum getrennte Elektrode für die durch die stille elektrische Ladung im gasgefüllten Entla dungsraum erzeugte Strahlung durchlässig sind. Die Elektrode ist beispielsweise eine dünne metallische Schicht, die für die Nutzstrahlung des Entladungsraums transparent ist. Die Elektro de kann auch als Drahtnetz ausgebildet sein, deren Maschen ei nen Durchtritt der Nutzstrahlung erlaubt. Ferner ist es auch bekannt, die Elektrode als Elektrolyt auszubilden, der an das Dielektrikum angrenzt. Alle vorerwähnten Vorrichtungen haben den Nachteil, mit ihren Elektroden den Lichtdurchtritt zu be hindern. Transparente oder elektrolytische Elektroden haben im UV-Bereich in der Regel eine nicht vernachlässigbare breitban dige Absorption. Netzelektroden oder dergleichen schatten einen erheblichen Anteil der Strahlung ab. Es können bei Netzelektro den oder abschnittsweise ausgebildeten Metallelektroden Korona erscheinungen auftreten. Eine Kühlung derartiger Elektroden ist kaum möglich. Bei allen bekannten Elektroden ergibt sich ein vergleichsweise großer Abstand der Filamente.EP 0 254 111 A1 is a UV high-power lamp known that has the features mentioned. He is designed so that both the dielectric and the this electrode separated from the gas-filled discharge space for caused by the silent electrical charge in the gas-filled discharge radiation generated are permeable. The electrode is, for example, a thin metallic layer that is suitable for the Useful radiation of the discharge space is transparent. The electro de can also be designed as a wire mesh, the mesh of which is egg Permitted passage of the useful radiation. Furthermore, it is known to form the electrode as an electrolyte to the Dielectric adjoins. Have all of the above devices the disadvantage of being able to pass light with their electrodes prevent. Transparent or electrolytic electrodes have in UV range is usually a non-negligible broadband absorption. Network electrodes or the like shade you considerable portion of the radiation. With Netzelektro the or partially formed metal electrodes corona appearances occur. Such electrodes are cooled hardly possible. With all known electrodes there is a comparatively large distance between the filaments.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ei ne Vorrichtung mit den eingangs genannten Merkmalen so zu ver bessern, daß sich eine dichtere Verteilung der Filamente oder eine Homogenisierung der Entladung im gasgefüllten Entladungs raum ergibt.In contrast, the invention is based, ei ne device with the features mentioned above to ver improve that a denser distribution of the filaments or a homogenization of the discharge in the gas-filled discharge space results.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß mindestens eine Elektrode ein spannungsangeregtes Plasma in einem Gas ist, des sen Druck niedriger ist, als der Gasdruck im Entladungsraum.This object is achieved in that at least one Electrode is a voltage-excited plasma in a gas pressure is lower than the gas pressure in the discharge space.

Für die Erfindung ist von Bedeutung, daß mindestens eine Elektrode ein spannungsangeregtes Plasma eines Gases ist. Gas art und Gasdruck sind so zu wählen, daß das Elektrodenplasma über die gesamte Fläche der Entladung homogen ist und eine ver gleichsweise geringe Leistungsaufnahme besitzt. Der Gasdruck der Elektrode ist in der Regel wesentlich niedriger, als der Gasdruck im Entladungsraum. Bei entsprechender Abstimmung des Aufbaus der Vorrichtung und der Zündspannung für die Plasmabil dung wird erreicht, daß die zur Verfügung stehende elektrische Leistung vor allem im gasgefüllten Entladungsraum zur Erzeugung der gewünschten dielektrisch behinderten Entladung bzw. Nutz strahlung eingesetzt wird. Je nach Druckbereich und Gasart er gibt sich eine homogene diffuse Entladung oder es ergeben sich einzelne Filamente, die vergleichsweise homogen verteilt sind. Es wurden deutlich enger und dichter liegende Filamente beob achtet als bei einer bekannten Elektrodenausbildung. Die Fuß punkte der Filamente hatten einen deutlich kleineren Durchmes ser. Als Ursachen für die Homogenisierung werden der Einfluß der Randschichtkapazität des Niederdruckplasmas und die ver gleichsweise höheren Zeitkonstanten für die Elektronen- und Ionendrift im Plasma angesehen. Beide ermöglichen im Elektro denplasma eine vergleichsweise homogene Ladungsträgervertei lung, die sich dementsprechend in einer Homogenisierung der diffusen Entladung bzw. in einer Homogenisierung der Verteilung der Filamente über die Entladungsfläche im Gasentladungsraum auswirkt. Dichter liegende Filamente, also mehr Filamente, be deuten aber auch eine verbesserte Leistungseinkopplung in die stille Entladung.It is important for the invention that at least one Electrode is a voltage-excited plasma of a gas. Gas Type and gas pressure are to be chosen so that the electrode plasma is homogeneous over the entire area of the discharge and ver has equally low power consumption. The gas pressure the electrode is usually much lower than that Gas pressure in the discharge space. With appropriate coordination of the Construction of the device and the ignition voltage for the plasma is achieved that the available electrical Power especially in the gas-filled discharge room for generation the desired dielectric barrier discharge or useful radiation is used. Depending on the pressure range and gas type there is a homogeneous diffuse discharge or it results individual filaments that are comparatively homogeneously distributed. Filaments that were significantly closer and denser were observed respects than with a known electrode design. The feet points of the filaments had a much smaller diameter ser. The influence is the cause of the homogenization the surface layer capacity of the low pressure plasma and the ver equally higher time constants for the electron and Ion drift viewed in plasma. Both enable in the electro denplasma a comparatively homogeneous charge carrier distribution accordingly, which results in a homogenization of the diffuse discharge or in a homogenization of the distribution of the filaments over the discharge area in the gas discharge space affects. Dense filaments, i.e. more filaments, be also indicate an improved power coupling into the silent discharge.

Der Druck des Elektrodenplasma bildenden Gases sollte um mindestens etwa zwei Potenzen niedriger sein, als der Gasdruck im Entladungsraum. Wird also die Hauptentladung des Entladungs raums eines UV-Strahlers bei einem Druck der Größenordnung von einem bar betrieben, so liegt der Druck des Elektroden plasma bildenden Gases wesentlich darunter, z. B. unter einem Millibar.The pressure of the electrode plasma forming gas should be around be at least about two powers lower than the gas pressure in the discharge room. So becomes the main discharge of the discharge space of a UV lamp at a pressure of the order of magnitude Operated by one bar, the pressure of the electrodes lies plasma forming gas significantly below it, e.g. B. under one Millibar.

Um einen Lichtaustritt durch die Elektrode zu ermöglichen, ist die Vorrichtung derart ausgestaltet, daß der Entladungsraum mit einem Licht emittierenden Gas oder Gasgemisch gefüllt ist, und daß das Elektrodenplasma bildende Gas in einem den Licht austritt aus dem Entladungsraum gestattenden transparenten Elektrodengehäuse untergebracht ist. Kommt es also beispiels weise auf die Emission sichtbaren Lichts an, so besteht das Elektrodengehäuse aus Glas, dessen Absorption für sichtbares Licht sehr gering ist.In order to allow light to escape through the electrode, the device is designed such that the discharge space is filled with a light-emitting gas or gas mixture, and that the electrode plasma forming gas in a light emerges from the discharge space allowing transparent Electrode housing is housed. So it happens, for example instructing on the emission of visible light, so there is Electrode housing made of glass, its absorption for visible Light is very low.

Vorteilhafterweise ist die Vorrichtung für den Strahlungs austritt so ausgebildet, daß das Elektrodenplasma bildende Gas im Wellenlängenbereich der Emission des Gases oder Gasgemisches des Entladungsraums keine Absorptionslinien aufweist. Es wird dadurch erreicht, daß nicht nur im Elektrodengehäuse, sondern auch im Elektrodenplasma bildenden Gas keine Absorption der aus dem Entladungsraum herrührenden Strahlung erfolgt, wenn diese das Elektrodenplasma bildende Gas durchläuft. Das Elektroden plasma bildende Gas ist für die Nutzstrahlung des Entladungs raums transparent. Das läßt sich ohne weiteres erreichen, wenn der Entladungsraum mit einem Edelgas oder mit einem Excimergas gemisch gefüllt ist. Edelgase bzw. Excimergasgemische sind hin sichtlich ihrer Spektren bekannt, so daß in einfacher Weise Gaskombinationen mit gesicherten Ergebnissen für die Vorrich tungen zusammengestellt werden können.The device is advantageously for the radiation emerges so that the electrode plasma forming gas in the wavelength range of the emission of the gas or gas mixture of the discharge space has no absorption lines. It will achieved in that not only in the electrode housing, but also in the electrode plasma forming gas no absorption of the radiation originating in the discharge space occurs when this passes through the gas forming the electrode plasma. The electrodes Plasma forming gas is for the useful radiation of the discharge transparent. This can easily be achieved if the discharge space with an inert gas or with an excimer gas is filled. Noble gases or excimer gas mixtures are gone visibly known their spectra, so that in a simple manner Gas combinations with guaranteed results for the device can be compiled.

Ein besonderer Einfluß auf die Strahlung des Entladungs raums wird dadurch genommen, daß das Elektrodenplasma bildende Gas eine Absorption für andere Emissionslinien oder für den Ne benbandenbereich der genutzten Emission des Entladungsraums aufweist. Das Elektrodenplasma bildende Gas filtert unerwünsch te Wellenlängenanteile z. B. aus der aus dem Entladungsraum emittierten Strahlung heraus, um diese an vorbestimmte Einsatz zwecke anzupassen. A special influence on the radiation of the discharge is taken in that the electrode plasma forming Gas an absorption for other emission lines or for the Ne Benbandenbereich of the used emission of the discharge space having. The gas forming the electrode plasma filters undesirably te wavelength components z. B. from the from the discharge space emitted radiation to use this at predetermined to adapt purposes.

Darüber hinaus kann die Vorrichtung so ausgebildet werden, daß das Elektrodenplasma bildende Gas mit der Strahlung des Entladungsraums wellenlängenselektiv gepumpt ist. Es werden al so Anteile der erzeugten Strahlung des Entladungsraums genutzt, um das Elektrodenplasma bildende Gas anzuregen, so daß auf diese Weise die Strahlung in einen anderen Wellenlängenbereich konvertiert wird.In addition, the device can be designed such that the electrode plasma forming gas with the radiation of the Discharge space is pumped wavelength-selective. There are al shares of the radiation generated in the discharge space are used, to excite the gas forming the electrode plasma, so that on this Switch the radiation to a different wavelength range is converted.

Ein besonderer Vorteil kann darin gesehen werden, daß das Gas des Entladungsraums und/oder das Elektrodenplasma bildende Gas durch Gasumwälzung kühlbar ist bzw. sind. Bei Hochlei stungslasern ist es bekannt, das Gas des Entladungsraums umzu wälzen und zu kühlen. Darüber hinaus kann hier aber auch zu sätzlich das Elektrodenplasma bildende Gas umgewälzt und ge kühlt werden, oder es wird gar auf die Umwälzung und Kühlung des Gases des Entladungsraums verzichtet. Es ergeben sich sehr vorteilhafte Einflußmöglichkeiten auf die kühlungsmäßige Ausge staltung der Vorrichtung, wobei speziell bei UV-Strahlern die Temperatur der Außenwand niedrig gehalten werden kann.A particular advantage can be seen in the fact that Gas of the discharge space and / or the electrode plasma forming Gas can be cooled by gas circulation. At Hochlei Stungslasern it is known to move the gas of the discharge space wallow and cool. In addition, here too in addition, the gas forming the electrode plasma is circulated and ge be cooled, or it is even on the circulation and cooling of the gas in the discharge space. It results very much advantageous influence on the cooling Ausge design of the device, especially in the case of UV lamps Temperature of the outer wall can be kept low.

Von Nutzen ist es ferner, daß das Elektrodenplasma bilden de Gas mit einem Schaltgenerator zündspannungsbeaufschlagbar ist. Ein solcher Schaltgenerator ist z. B. in der DE 41 12 161 A1 beschrieben. Mit Hilfe des Schaltgenerators kann die Form der Zündspannung beeinflußt werden. Infolgedessen ist es möglich, den Zündvorgang zu beeinflussen, der z. B. je nach Ausgestaltung der Elektroden und/oder von der Geschwindigkeit des Spannungs anstiegs zu beeinflussen ist.It is also useful that the electrode plasma form de Gas can be supplied with ignition voltage using a switching generator is. Such a switching generator is e.g. B. in DE 41 12 161 A1 described. With the help of the switching generator, the shape of the Ignition voltage can be influenced. As a result, it is possible to influence the ignition process, the z. B. depending on the design the electrodes and / or the speed of the voltage increase is to be influenced.

Das Elektrodenplasma bildende Gas muß an den Entladungs raum für die Hauptentladung angegrenzt werden. Das kann in ein facher Weise dadurch erreicht werden, daß das Dielektrikum eine Gehäusewand des das Elektrodenplasma bildende Gas enthaltenden Elektrodengehäuses zwischen der Plasmaelektrode und dem gasge füllten Entladungsraum ist. Dadurch wird nicht nur der bauliche Aufwand minimiert, sondern es wird auch erreicht, daß die Ab sorption der Nutzstrahlung des Entladungsraums so gering wie möglich ist. The gas forming the electrode plasma must be at the discharge space for the main discharge. That can be in one can be achieved in such a way that the dielectric is a Housing wall of the gas containing the electrode plasma Electrode housing between the plasma electrode and the gasge filled discharge space. This not only makes the building Effort is minimized, but it is also achieved that the Ab sorption of the useful radiation in the discharge space is as low as is possible.

Es kann vorteilhaft sein, daß das mit Gas niedrigen Drucks gefüllte Elektrodengehäuse eine Stützstruktur aufweist. Das gilt insbesondere für großflächige Elektrodenausgestaltungen bzw. für große Druckunterschiede zwischen den beiden benachbar ten Gasräumen, damit die erforderlichen Querschnitte des Elek trodengehäuses gewahrt bleiben, so daß die Niederdruck-Gasent ladung bzw. die Ladungsträgerverteilung innerhalb des Elektro dengehäuses gewährleistet bleibt.It may be advantageous to use low pressure gas filled electrode housing has a support structure. The applies in particular to large-area electrode designs or for large pressure differences between the two adjacent gas spaces, so that the required cross-sections of the elec trode housing remain preserved, so that the low-pressure gas charge or the charge carrier distribution within the electrical system the housing remains guaranteed.

Wenn der gasgefüllte Entladungsraum mit einem Lasergas oder -gasgemisch gefüllt und von einem Rohr gebildet ist, dem die Strahlung des Entladungsraums axial entnehmbar ist, so er gibt sich ein Gaslaser mit dielektrischer Anregung. Bei Einsatz einer einzigen Plasmaelektrode kann die Gegenelektrode herkömm licher Struktur sein, auch mehrteilig. Die Vorrichtung wird weitergebildet, indem an das Rohr des Entladungsraums zwei ein ander gegenüberliegende achsparallele Plasmaelektroden unmit telbar angrenzen. Verwendet man also zwei einander gegenüber liegende achsparallele Plasmaelektroden, so erhält man einen transversal angeregten Gaslaser. Es ergibt sich eine homogeni sierende Wirkung bei Störungen der Entladung, was zu einer ent sprechend homogenen Ausgestaltung der Laserentladung führt, so daß eine gute Modenstruktur entwickelt werden kann. Das ist insbesondere bei hohen Leistungsdichten sehr wichtig. Die Vor richtung kann infolgedessen vorteilhafterweise für die Ausbil dung hochfrequenter Gaslaser eingesetzt werden, bei denen die Spannung dielektrisch, z. B. durch die Wand eines Glasrohres, mit Hilfe der Plasmaelektroden eingekoppelt wird. Das Glasrohr bildet das Dielektrikum dieser Vorrichtung.If the gas-filled discharge space with a laser gas or gas mixture is filled and formed by a tube, the the radiation from the discharge space is axially removable, he said there is a gas laser with dielectric excitation. When in use the counter electrode can be conventional for a single plasma electrode structure, also in several parts. The device will further developed by two to the tube of the discharge space other opposite axially parallel plasma electrodes adjoin telbar. So if you use two opposite each other lying axially parallel plasma electrodes, you get one transversely excited gas laser. The result is a homogeneous effect in the event of discharge disorders, which leads to a speaking homogeneous design of the laser discharge, so that a good fashion structure can be developed. This is very important especially at high power densities. The before direction can consequently be advantageous for the training high-frequency gas lasers are used, in which the Voltage dielectric, e.g. B. through the wall of a glass tube, is coupled in with the help of the plasma electrodes. The glass tube forms the dielectric of this device.

Eine baulich einfache Ausgestaltung einer Vorrichtung er gibt sich dadurch, daß ein planares Elektrodengehäuse zwischen zwei einander parallelen Gehäusewänden eine den Elektrodengas raum seitlich abschließende Metallelektrode oder dielektrisch beschichtete Elektrode aufweist. Die Fläche der Metallelektrode kann erheblich kleiner sein, als die nutzbare Fläche der Plas maelektrode. Darüber hinaus kann die Metallelektrode dielek trisch beschichtet sein oder sogar außerhalb des dielektrischen Elektrodengefäßes liegen. A structurally simple design of a device arises from the fact that a planar electrode housing between two mutually parallel housing walls one the electrode gas metal electrode or dielectric coated electrode. The area of the metal electrode can be considerably smaller than the usable area of the plas electrode. In addition, the metal electrode dielek be coated or even outside the dielectric Electrode vessel lie.

Um von planaren Elektrodengehäusen abweichende Strukturen auszubilden, ist es vorteilhaft, wenn ein zylindrisches oder teilzylindrisches Elektrodengehäuse zwischen zwei koaxialen Ge häusewänden eine ringförmige oder teilringförmige Metallelek trode oder dielektrisch beschichtete Elektrode aufweist. Es er geben sich konzentrische Strukturen, die in sich stabil sind und den Anforderungen an eine homogene Ausbildung des Elektro denplasmas bzw. der Hauptentladung im Entladungsraum besonders gut genügen.Structures deviating from planar electrode housings to train, it is advantageous if a cylindrical or Partially cylindrical electrode housing between two coaxial Ge an annular or partially ring-shaped metal elec trode or dielectric coated electrode. It he give themselves concentric structures that are stable in themselves and the requirements for a homogeneous electrical training denplasmas or the main discharge in the discharge space in particular well enough.

Um auch Strukturen ausbilden zu können, die weder ein pla nares Elektrodengehäuse noch ein zylindrisches oder teilzylin drisches Elektrodengehäuse aufweisen, wird die Vorrichtung so ausgebildet, daß mehrere radial abstrahlende Strahler in einer Ebene parallel zueinander angeordnet und auf einer Seite ihrer Anordnungsebene reflektierend abdeckbar sind. Hierdurch ergeben sich großflächig lichtabstrahlende Vorrichtungen, wie sie für die unterschiedlichsten industriellen Zwecke benötigt werden, beispielsweise für Beleuchtungszwecke.In order to be able to form structures that neither have a pla nares electrode housing still a cylindrical or partially cylin have drisches electrode housing, the device is so trained that several radially radiating emitters in one Placed parallel to each other and on one side of their Arrangement level can be covered reflectively. Resulting from this large-area light-emitting devices such as those for the most varied of industrial purposes are required for example for lighting purposes.

Von besonderem Vorteil ist die Verwendung der vorbeschrie benen Vorrichtungen zur Induzierung chemischer Reaktionen. Die an solchen Reaktionen zu beteiligenden Stoffe werden nicht di rekt den Entladungen ausgesetzt, sondern es wird die Strahlung der stillen Entladung benutzt, um chemische Reaktionen zu indu zieren. Es ist infolgedessen möglich, durch die Vorbestimmung der Strahlung den chemischen Prozeß außerhalb des der Erzeugung der Hauptentladung dienenden Entladungsraums in anderen Räumen durchzuführen, wo die Strahlung auf Flüssigkeiten und/oder Festkörper bzw. auf beliebige Oberflächen einwirken kann.The use of the previously described is particularly advantageous devices for inducing chemical reactions. The Substances to be involved in such reactions are not di directly exposed to the discharges, but it becomes the radiation the silent discharge used to induce chemical reactions adorn. As a result, it is possible through predestination radiation is the chemical process outside of production the main discharge serving discharge space in other rooms perform where the radiation on liquids and / or Solids or can act on any surfaces.

Die Verwendung einer vorbeschriebenen Vorrichtung ist sehr vorteilhaft zur Anregung von Farbstofflasern. Das Leuchten stiller Entladungen ist sehr schmalbandig, so daß sich bei ei ner guten Abstimmung der Wellenlänge der stillen Entladungen auf den Farbstoff der Farbstofflaser eine optimale Ausnutzung der durch die stillen Entladungen abgestrahlten Energie zur La seranregung ergibt. The use of a device as described above is very advantageous for the excitation of dye lasers. The glow silent discharges is very narrow-band, so that with egg A good coordination of the wavelength of the silent discharges optimal use of the dye of the dye laser the energy radiated by the silent discharges to the La excitation results.

Letztlich ist der Einsatz der vorbeschriebenen Vorrichtun gen auch vorteilhaft zur Homogenisierung von Mittel- und Hoch druckplasmen in Lasern und bei plasmaunterstützter Stoffab scheidung aus der Gasphase. Die Homogenisierung von Mittel- und Hochdruckplasmen in Lasern bedeutet eine Beeinflussung der La serentladung auch noch bei hohen Leistungsdichten. Hier wirkt sich das Elektrodenplasma besonders förderlich für die Homoge nisierung der Hauptentladung aus. Auch bei plasmaunterstützter Stoffabscheidung aus der Gasphase, der sogenannten Plasma-CVD, sind großflächige homogene Entladungen erforderlich. Durch die vorbeschriebenen Vorrichtungen werden Plasmainstabilitäten auch bei höherem Arbeitsdruck im gasgefüllten Entladungsraum vermie den, so daß dementsprechend höhere Aufwachsraten bei der Stoff abscheidung möglich sind.Ultimately, the use of the device described above is also advantageous for homogenizing medium and high pressure plasmas in lasers and plasma-assisted materials separation from the gas phase. The homogenization of middle and High-pressure plasmas in lasers affect the La discharge even at high power densities. Works here the electrode plasma is particularly conducive to homogeneity main discharge. Even with plasma-assisted Mass separation from the gas phase, the so-called plasma CVD, large, homogeneous discharges are required. Through the Devices described above also become plasma instabilities avoid at higher working pressure in the gas-filled discharge space the, so that correspondingly higher growth rates for the fabric separation are possible.

Die Erfindung wird anhand von in der Zeichnung dargestell ten Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigt:The invention is illustrated by the drawing th embodiments explained. It shows:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer planar aufgebau ten Vorrichtung zur Erzeugung einer dielektrisch be hinderten Entladung, Fig. 1 is a schematic representation of a planar aufgebau th device for producing a dielectrically hindered discharge be,

Fig. 2a bis 2e unterschiedlich aufgebaute Strukturen von Vorrichtungen zur Erzeugung einer dielektrisch be hinderten Entladung in schematischer Darstellung, Fig. 2a to 2e differently constructed structures of apparatuses for producing a dielectrically hindered discharge be in a schematic representation;

Fig. 3 einen Gaslaser mit Energieeinkopplung über Plasma elektroden, und Fig. 3 is a gas laser with energy coupling via plasma electrodes, and

Fig. 4 einen schematischen Querschnitt einer besonderen konzentrischen Ausbildung einer Vorrichtung zur Er zeugung einer dielektrisch behinderten Entladung. Fig. 4 is a schematic cross section of a special concentric design of a device for generating a dielectric barrier discharge.

Anhand der Fig. 1 wird der grundsätzliche Aufbau der Vor richtung zur Erzeugung einer dielektrisch behinderten Entladung erläutert. Im Entladungsraum 2 ist eine Gasfüllung, in der die Hauptentladung stattfinden soll. Diese Hauptentladung ist die dielektrisch behinderte Entladung, welche in Fig. 1 als fila mentartige Entladung 1 dargestellt ist. Sie erfolgt zwischen einer aus Metall bestehenden Elektrode 4 und einer Plasmaelek trode 3, die in einem Elektrodengehäuse 6 untergebracht ist. Dieses Elektrodengehäuse 6 besteht infolge des planaren Aufbaus der Vorrichtungen aus zwei einander parallelen Gehäusewänden 7, 7′, die mit Abstand zueinander angeordnet sind. Der infolgedes sen entstehende Elektrodengasraum ist seitlich abgeschlossen, beispielsweise durch eine Metallelektrode 10. Die beiden Elek troden 4 und 10 sind an eine Wechselspannungsquelle bzw. an ei nen Schaltgenerator angeschlossen. Damit wird die erforderliche Wechsel- oder Schaltspannung U an die Elektroden gelegt, um die Hauptentladung zu zünden. Voraussetzung hierfür ist jedoch, daß sich innerhalb des Elektrodengehäuses 6 eine diffuse Nieder druckentladung ausbildet, um den Ladungsträgertransport von der Metallelektrode 10 durch den Elektrodengasraum hindurch zu be wirken. Im Elektrodengasraum zwischen den Gehäusewänden 7, 7′ bildet sich also eine diffuse Niederdruckentladung bzw. eine Plasmaelektrode 3 aus, wobei die Gehäusewand 7 als Dielektrikum 5 ausgebildet ist, welches die Hauptentladung im Entladungsraum 2 bestimmungsgemäß behindert, also für eine homogene diffuse Hauptentladung oder eine filamentförmige Hauptentladung 1 sorgt. Die Ausbildung der Hauptentladung ergibt sich je nach Druckbereich und Gasart. Bei industriellen Anwendungen ist die Ausbildung der Hauptentladung im atmosphärischen Druckbereich anzustreben, wobei der Entladungsspalt bzw. der Abstand der Elektroden voneinander einige Millimeter beträgt. Bei einer Ausbildung der Vorrichtung gemäß Fig. 1, bei der die Gehäusewän de 7, 7′ aus Quarz bestehen, beträgt die Zündspannung typischer weise zwischen 5 und 15 kV. Es kann eine hochfrequente Wechsel spannung verwendet werden, die bis zu einigen 100 kHz aufweist. Der Druck im Elektrodengasraum ist erheblich geringer, als im Entladungsraum 2. Er beträgt einige Pascal bis einige hundert Pascal. Die räumliche Ausgestaltung der Plasmaelektrode 3 bzw. des Elektrodengehäuses 6 wird an die Erfordernisse angepaßt. Das Elektrodengehäuse 6 kann bei kleinen Abständen seiner Ge häusewände 7, 7′ sehr lang oder sehr großflächig ausgebildet werden. Abmessungen von weit über einem Meter sind möglich.With reference to FIG. 1, the basic structure will be explained before the device for generating a dielectric barrier discharge. In the discharge space 2 there is a gas filling in which the main discharge is to take place. This main discharge is the dielectric barrier discharge, which is shown in FIG. 1 as fila-like discharge 1 . It takes place between an electrode 4 made of metal and a plasma electrode 3 , which is accommodated in an electrode housing 6 . This electrode housing 6 consists due to the planar structure of the devices from two mutually parallel housing walls 7 , 7 ', which are arranged at a distance from each other. The electrode gas space which results as a result is laterally closed off, for example by a metal electrode 10 . The two electrodes 4 and 10 are connected to an AC voltage source or to a switching generator. The required AC or switching voltage U is thus applied to the electrodes in order to ignite the main discharge. The prerequisite for this, however, is that a diffuse low pressure discharge forms within the electrode housing 6 in order to act on the charge carrier transport from the metal electrode 10 through the electrode gas space. In the electrode gas space between the housing walls 7 , 7 'thus forms a diffuse low-pressure discharge or a plasma electrode 3 , the housing wall 7 being designed as a dielectric 5 which, as intended, impedes the main discharge in the discharge space 2 , that is to say for a homogeneous diffuse main discharge or a filament-shaped one Main discharge 1 ensures. The main discharge is formed depending on the pressure range and gas type. In industrial applications, the main discharge should be formed in the atmospheric pressure range, the discharge gap or the distance between the electrodes being a few millimeters. In one embodiment of the device according to Fig. 1, in which the de Gehäusewän 7, 7 are made 'of quartz, the ignition voltage is typically between 5 and 15 kV. A high-frequency AC voltage can be used, which has up to some 100 kHz. The pressure in the electrode gas space is considerably lower than in the discharge space 2 . It is a few pascals to a few hundred pascals. The spatial configuration of the plasma electrode 3 or the electrode housing 6 is adapted to the requirements. The electrode housing 6 can be made very long or very large at small intervals of its Ge housing walls 7 , 7 '. Dimensions of well over a meter are possible.

Die Fig. 2a bis 2c zeigen im wesentlichen flächenhafte Aus gestaltungen. Fig. 2a zeigt eine Anordnung mit zwei Plasmaelek troden 3, 3′, die zwischen sich den Gasentladungsraum 2 für die Hauptentladung einschließen. Diese Anordnung ist beidseitig emittierend, wie die Strahlungsanteile 14 der Hauptentladung im Gasentladungsraum 2 zeigen. Hierzu müssen die Gehäusewände 7, 7′ einer Plasmaelektrode jeweils strahlungstransparent ausgebildet sein, was durch die dargestellte Strichelung angedeutet wird. In Fig. 2b ist eine planare Ausbildung einer Vorrichtung darge stellt, die nur einseitig emittiert. Das wird beispielsweise dadurch erreicht, daß die Gehäusewand 7′ der Plasmaelektrode 3′ strahlungssperrend ausgebildet ist. Zweckmäßigerweise wird die Gehäusewand 7′ elektrodenseitig reflektierend ausgebildet, da mit sämtliche aus dem Entladungsraum 2 herrührende Strahlung emittiert wird. Die Fig. 2c zeigt eine planare Gruppe von asymme trischen Strahlern 12. Die Plasmaelektroden 3, 3′ sind hohlzy lindrisch ausgebildet und gleichachsig angeordnet. Sie schließen den Entladungsraum 2 zwischen sich ein. Im Inneren der Plasmaelektrode 3 ist ein Reflektor 15 vorhanden, der die ge samte zentral gerichtete Strahlung der Plasmaelektrode 3 und die Strahlung aus dem Entladungsraum 2 reflektiert. Jeder Strahler 12 gibt die Strahlungsanteile 14 ab. Infolge der ein ander parallelen Anordnung der Strahler 12 in einer Ebene 13 und wegen der Abschirmung gegen Strahlung mit einem Reflektor 16 oberhalb der Strahler 12 sind die von letzteren abgegebenen Strahlungsanteile 14 im wesentlichen nach unten gerichtet. Eine vergrößerte Darstellung eines Strahlers 12 mit radial nach außen emittierenden Strahlungsanteilen 14 zeigt Fig. 2d. Um die Strahlung nicht zu behindern, sind die Wände der Plasmaelektro den 3, 3′ außerhalb des Reflektors 15 gestrichelt dargestellt, was deren Strahlungsdurchlässigkeit symbolisiert. FIGS. 2a to 2c show configurations substantially planar corner. Fig. 2a shows an arrangement with two plasma electrodes 3 , 3 ', which include the gas discharge space 2 for the main discharge between them. This arrangement is emitting on both sides, as the radiation components 14 of the main discharge in the gas discharge space 2 show. For this purpose, the housing walls 7 , 7 'of a plasma electrode must each be radiation-transparent, which is indicated by the dashed lines shown. In Fig. 2b is a planar configuration of a device Darge provides that emits only one side. This is achieved, for example, in that the housing wall 7 'of the plasma electrode 3 ' is radiation-blocking. The housing wall 7 'is expediently designed to be reflective on the electrode side, since all radiation originating from the discharge space 2 is emitted. Fig. 2c shows a planar group of asymmetrical radiators 12th The plasma electrodes 3 , 3 'are hollow cylindrical and arranged coaxially. They enclose the discharge space 2 between them. Inside the plasma electrode 3, there is a reflector 15 which reflects the entire central radiation of the plasma electrode 3 and the radiation from the discharge space 2 . Each radiator 12 emits the radiation components 14 . As a result of another parallel arrangement of the emitters 12 in a plane 13 and because of the shielding against radiation with a reflector 16 above the emitters 12 , the radiation components 14 emitted by the latter are directed essentially downwards. An enlarged view of a radiator 12 with radially outwardly emitting radiation components 14 is Fig. 2d. In order not to hinder the radiation, the walls of the plasma electrodes 3 , 3 'outside the reflector 15 are shown in dashed lines, which symbolizes their radiation permeability.

Fig. 2e zeigt einen radial nach innen emittierenden Strah ler, der außen einen Reflektor 16 hat, von dem aus sämtliche Strahlung durch die für diese Strahlung transparenten Gehäuse wände der Plasmaelektroden 3, 3′ nach innen reflektiert wird, wo die emittierte Strahlung eingesetzt wird, z. B. zur Bestrahlung von Gasen oder Flüssigkeiten in der Photochemie. Fig. 2e shows a radially inwardly emitting Strah ler, the outside has a reflector 16 , from which all radiation through the transparent for this radiation housing walls of the plasma electrodes 3 , 3 'is reflected inwards where the emitted radiation is used, e.g. B. for the irradiation of gases or liquids in photochemistry.

Außer den dargestellten, vergleichsweise einfachen Struk turen können auch Vorrichtungen komplexerer Ausbildung mit Plasmaelektroden eingesetzt werden. Fig. 3 zeigt einen von einem zylindrischen Rohr 8 gebildeten Gasentladungsraum 2, das bei spielsweise mit einem Lasergas gefüllt ist. Das Rohr 8 ist ein Dielektrikum. Außerhalb des Rohrs 8 befinden sich zwei einander diametral gegenüberliegende Elektrodengehäuse 6, die mit den entsprechenden dielektrischen Wandabschnitten des Rohres 8 einen Elektrodengasraum bilden, in dem sich Plasmaelektroden 3, 3′ ausbilden können, wenn die Spannung U gemäß Fig. 1 angelegt wird. Infolge der Plasmaelektroden 3, 3′ entsteht bei geeigneter Wahl der elektrischen Spannung, des Gasdrucks im Entladungsraum 2 und des Gases eine Laserentladung entsprechend den elektri schen Feldlinien 17. Diese Entladung kann diffus gehalten wer den und ist auch bei hohen Leistungsdichten noch sehr homogen. Die axial entnehmbare Laserstrahlung 9 hat eine gute Moden struktur.In addition to the comparatively simple structures shown, devices of more complex training with plasma electrodes can also be used. Fig. 3 shows a gas discharge space 2 formed by a cylindrical tube 8 , which is filled with a laser gas in example. The tube 8 is a dielectric. Outside the tube 8 are two diametrically opposite electrode housings 6 , which form an electrode gas space with the corresponding dielectric wall sections of the tube 8 , in which plasma electrodes 3 , 3 'can form when the voltage U is applied as shown in FIG. 1. As a result of the plasma electrodes 3 , 3 'arises with a suitable choice of the electrical voltage, the gas pressure in the discharge space 2 and the gas, a laser discharge corresponding to the electrical field lines 17th This discharge can be kept diffuse and is still very homogeneous even at high power densities. The axially removable laser radiation 9 has a good mode structure.

Fig. 4 zeigt eine Vorrichtung zur Erzeugung dielektrisch behinderter Entladungen, bei dem das Elektrodengehäuse 6 mit seiner dem Entladungsraum 2 benachbarten Innenwand 7′ das Di elektrikum 5 und zugleich die Außenwand des Gehäuses 18 für den Innenraum 2 bildet. Das Gehäuse 18 ist thermobehälterartig aus gebildet. Es ist von dem Elektrodengehäuse 6 nur in seinem hohlzylindrischen Bereich außen koaxial umgeben. Der Innenbe reich des Gehäuses 18 ist von einer gekühlten Metallelektrode 4 ausgefüllt, so daß sich zwischen dieser und der Plasmaelektrode 3 radial stehende filamentförmige oder homogene Entladungen 1 entwickeln können. Die von diesen abgegebene Strahlung wird von der Elektrode 4 reflektiert und mit den direkten Strahlungsan teilen 14 radial emittiert. Zur Anregung des Gases im Elektro dengehäuse 6 bzw. zur Ausbildung der hohlzylindrischen Plasma elektrode 3 dient eine Metallelektrode 11, die hier ringförmig ausgebildet ist, und von der aus das Gas im Gehäuse 6 zum Transport von Ladungsträgern ionisiert wird, sobald die Zünd spannung überschritten ist. Fig. 4 shows a device for generating dielectric barrier discharges in which the electrode housing 6 with its adjacent to the discharge space 2 inside wall 7 'the di elektrikum 5 and at the same time the outer wall of the housing 18 forms the inner space 2. The housing 18 is formed like a thermal container. It is surrounded coaxially on the outside by the electrode housing 6 only in its hollow cylindrical region. The Innenbe rich of the housing 18 is filled by a cooled metal electrode 4 , so that radially standing filament-shaped or homogeneous discharges 1 can develop between this and the plasma electrode 3 . The radiation emitted by these is reflected by the electrode 4 and radially emitted with the direct radiation parts 14 . To excite the gas in the electric dengehäuse 6 or to form the hollow cylindrical plasma electrode 3 is a metal electrode 11 , which is ring-shaped here, and from which the gas in the housing 6 is ionized for the transport of charge carriers as soon as the ignition voltage is exceeded .

Claims

1. Device for generating a dielectric barrier discharge ( 1 ), with a gas-filled discharge space ( 2 ) between two electrodes ( 3 , 4 ) that can be subjected to ignition voltage, at least one of which is separated from the discharge space ( 2 ) with a dielectric ( 5 ), thereby characterized records that at least one electrode ( 3 ) is a voltage-excited plasma in a gas, the pressure of which is never less than the gas pressure in the discharge space ( 2 ).

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the discharge space ( 2 ) is filled with a light-emitting gas or gas mixture, and that the electrode plasma-forming gas in a transparent electrode housing ( 6 ) allowing the light to emerge from the discharge space ( 2 ) is housed.

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the electrode plasma-forming gas in the len length range of the emission of the gas or gas mixture of the discharge space ( 2 ) has no absorption lines.

4. The device according to one or more of claims 1 to 3, characterized in that the discharge space ( 2 ) is filled with a noble gas or an excimer gas mixture.

5. Apparatus according to claim 2 or 4, characterized in that the electrode plasma-forming gas has a sorption from other emission lines or for the Nebenban den range of the used emission of the discharge space ( 2 ).

6. The device according to one or more of claims 1 to 5, characterized in that the electrode plasma-forming gas with the radiation of the discharge space ( 2 ) is pumped wavelength-selectively.

7. The device according to one or more of claims 1 to 6, characterized in that the gas of the discharge space ( 2 ) and / or the gas forming the electrode plasma can be cooled by gas circulation.

8. The device according to one or more of claims 1 to 7, characterized in that the electrode plasma forming gas with a switching generator firing voltage is beatable.

9. The device according to one or more of claims 1 to 8, characterized in that the dielectric ( 5 ) ei ne housing wall ( 7 ) of the electrode plasma-forming gas-containing electrode housing ( 6 ) between the plasma electrode ( 3 ) and the gas-filled discharge space ( 2 ) is.

10. The device according to one or more of claims 1 to 9, characterized in that the electrode housing ( 6 ) filled with low pressure gas has a support structure.

11. The device according to one or more of claims 1 to 10, characterized in that the gas-filled discharge space ( 2 ) is filled with a laser gas or gas mixture and is formed by a tube ( 8 ) to which the radiation ( 9 ) of the discharge space ( 2 ) can be removed axially.

12. The apparatus according to claim 11, characterized in that the tube ( 8 ) of the discharge space ( 2 ) directly opposite two axially parallel plasma electrodes ( 3 , 3 ').

13. The device according to one or more of claims 1 to 10, characterized in that a planar electrical dengehäuse ( 6 ) between two mutually parallel housing walls ( 7 , 7 ') one of the electrode gas space laterally closing metal electrode or dielectric coated electrode ( 10 ) having.

14. The device according to one or more of claims 1 to 10, characterized in that a cylindrical or partially cylindrical electrode housing ( 6 ) between two coaxial housing walls ( 7 , 7 ') has an annular or partially annular metal electrode or dielectric coated electrode ( 11 ) .

15. The device according to one or more of claims 1 to 14, characterized in that a plurality of radially abstrah loin radiator (12) in a plane (13) parallel zueinan disposed and are reflective can be covered on one side of its plane of arrangement (13).

16. Use of devices according to one or more of the preceding claims 1 to 15 for inducing chemi reactions.

17. Use of devices according to one or more of the preceding claims 1 to 15 for the excitation of color fabric lasers.

18. Use of devices according to one or more of the preceding claims 1 to 15 for homogenization of medium and high pressure plasmas in lasers and plasma supported separation of substances from the gas phase.