CN103624966A - 一种用于特定波长热照射和处理的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于特定波长热照射和处理的方法和系统。该系统为了大范围加工的目的将选择的窄带宽热红外(IR)辐射或能量直接射入制品中的系统。根据目标实体的特定吸收带特性选择照射波长以产生所希望的热传输效率。本发明的应用可以包括加热、提高或保持制品的温度，或者在不同的工业、医疗、消费或商业环境的范围内激发目标物。该系统尤其可应用于需要或者受益于能够以具体选择的中红外波长照射或者使辐射产生脉冲或注入的操作。当该系统以较高的速度并在与目标无接触的环境中运行时是特别有利的。

Description

一种用于特定波长热照射和处理的方法和系统

本申请是原申请的申请日为2008年6月9日，申请号为200880019102.0，发明名称为《一种用于特定波长热照射和处理的方法和系统》的中国专利申请的分案申请。

本申请基于并要求2007年6月8日提交的美国临时专利申请No60/933,818的优先权，通过引用将其全部引入本文。

相关申请

本申请涉及于2004年12月3日提交的题为“一种用于特定波长热照射和处理的方法和系统”的美国序列号11/003,679，于2006年2月9日提交的题为"一种用于特定波长热照射和处理的方法和系统"的美国序列号11/351,030以及于2006年6月7日提交的题为"一种用于基于激光的特定波长红外照射处理的方法和系统"的美国序列号11/448,630。

发明背景

本发明涉及为了大范围加热、加工或处理的目的将所选择的热红外（IR）波长的辐射或能量直接射入目标实体。如下所述，这些目的可以包括加热、升高或保持制品的温度，或者在不同的工业、医疗、消费或商业环境的范围内激发目标。本文所述的方法和系统尤其适用于需要或者受益于能够以特定选择的波长照射或者使照射产生脉冲或射入的操作。当目标以较高的速度并且在与目标无接触的环境中移动时，本发明是特别有利的。本发明提供高度程序可控的用于各种各样应用的选定窄波长的红外系统。该照射系统在至少一种形式下包括被设置为以匹配目标的特定吸收性质的波长照射目标的多个窄带照射源。在一种形式下，本发明教导一种新颖和新型红外照射系统，其由最优选新类型的窄波长固态辐射发射器件（RED）的工程阵列构成，在本文中稍后将具体地提及其一种变型。本文为了举例描述了这些设备以及替换或变型，但可以采取可能包括多种形式的窄带照射源例如二极管、激光二极管（或其它种类的激光器件）或其它固态发射器件的各种形式。

更具体地说，本发明涉及一种为了在某些方式下影响目标的温度将波长最适合的红外辐射射入目标的新颖且有效的方法。提到实例的小样本，供红外射入的“目标”可以来自多种物品，其范围从制造操作中的单个元件到在材料的连续式线圈上的处理区域到蒸煮过程中的食物或者到治疗环境中的病人。

虽然下文所述的本发明的具体实施方式是特别涉及塑料瓶预成型件再热操作的实例，但是其中所含的原理同样应用于许多其它被关注的情况。它还应用于一段塑料瓶吹塑操作，其中恰好在吹塑成型操作之前逐次进行注塑操作。在该应用中，例如，本发明的方法和装置提供优于已知技术的类似优点，但采用不同的传感和控制来处理在进入该工艺的再热部分的入口处初始温度的变化。

通常，理想的红外加热系统最好用最小的能耗提高目标的温度。这样的系统可以包括能够直接将其电能输入转化为针对目标具有选定的单一或窄带波长的辐射电磁能输出的器件，使包含照射的能量被该目标部分或全部吸收并转化为热。电输入转化为辐射电磁输出越高效，系统能够越高效地运行。越高效地对准辐射的电磁波仅照射目标上希望的区域，系统将越高效地完成它的工作。所选择的供使用的辐射发射器件应该具有瞬时“开”和瞬时“关”的特性，以致未照射目标时不浪费输入或输出能量。受照射的目标越高效地吸收辐射的电磁能直接将其转化为热，该系统能够越高效地运行。对于最优的系统，必须小心适当地选择，使系统输出波长匹配目标的吸收特性。对于本发明不同的目标应用，多半将不同地选择这些波长以最好地适应不同材料的不同吸收特性以及适应不同的希望结果。

相反，在本领域和工业中众所周知，对于各种各样的工艺和处理使用大量不同类型的辐射加热系统。先前可用于这样的目的的技术产生相对宽的发射的辐射电磁能谱带。它们可以被称为红外加热、处理或处理系统，然而实际上它们经常产生远超出红外光谱的辐射能。

通常将光谱的红外部分分成三个波长类别。通常将这些分类为近红外、中红外和远红外波长带。虽然对于这些一般区域没有清楚地确定精确的边界点，普遍接受的是近红外区跨越介于可见光和1.5微米之间的范围。中红外区跨越从1.5微米到5微米的范围。远红外区通常被认为在5微米和14微米以上之间。

先前已经用于工业、商业和医疗、热处理或加工设备的辐射红外源产生很少局限于一部分红外光谱的宽带波长。虽然它们的宽带输出最高可以在红外光谱的特定范围内，但是它们典型地具有完全延伸到相邻区域中的输出尾部。

例如，本领域众所周知并被用于各种加工加热操作的石英红外加热灯常产生在0.8～1微米范围内的最大输出。虽然该输出最高可以在0.8～1微米之间，但这些灯具有在从紫外线（UV）穿过可见并超出到中红外内约3.5微米的一组连续宽波长带内的实质性输出。显然，虽然石英灯的最大输出在近红外范围内，但是有在可见范围内和在中红外范围内的实质性输出。因此，对于任何给定的加热、加工或处理，应用能够选择最希望的优选波长的现有广谱红外源是不可能的。宽谱处理或加工是固有的并且已经被广泛使用，因为在开发出例如上述相关申请之前没有切实可行的替代。在许多目标中主要的温升是由于吸收了一个以上窄带波长的热IR能量。因而，浪费了大部分宽带IR输出能。

尽管如此，石英红外照明在工业中被广泛用于分散元件以及连续材料加工业。典型地采用各种方法来帮助将来自石英灯的辐射导向正在加工的包括各种反射器型的目标上。无论怎样将能量聚集在目标上，典型地连续对石英灯供能。这是真实的，无论正在加工的目标是连续生产的制品或分散的元件。其原因主要是由于石英灯典型地按秒数量级测量的较慢的热响应时间。

具体需要提高能量注入的区域涉及吹塑操作。更具体地，在拉伸吹塑成型操作之前塑料瓶拉伸吹塑成型系统热调节预成型件。该工艺的一个方面作为再热操作在本领域已知。在再热操作中，通过注塑或压塑工艺的方法已经成型的预成型件被允许热稳定到室温。然后，将预成型件送入拉伸吹塑系统，其早期将预成型件加热到其中该热塑性预塑材料处于最适宜随后的吹塑操作的温度。在将预成型件沿通往该机器吹塑部分的路径输送通过加热部分的同时满足该条件。在吹塑部分，首先将预成型件机械拉伸，然后吹成大容量的器皿或容器。

能耗成本构成采用吹塑操作制造的成品的主要成本。更具体地，迄今技术水平下在拉伸吹塑机的再热部分中将聚对苯二甲酸乙二酯（PET）预成型件从环境温度加热或热调节到105℃所需的能量是相当大的。根据所有高效制造的测量结果，从经济和环境的观点，减少与拉伸吹塑系统的热调节部分的操作相关的能量消耗速率显然是有利的。

为了进一步解释，现行办法是将容器暴露于来自构成通道的许多石英红外W-VII灯的辐射能。来自每个灯的能量是自然可变的，因而对容器不同部分的照射度的可调整性提供了微细的测量。来自灯的大量能量根本没有被容器吸收，或者被吸收到大气和机械支撑中，因而显著地降低了总效率。进行了一些努力来减轻不希望的加热；在1)冷却容器的外壳（合乎需要的）以及2)通过穿过不必要地热风的对流使更多的能量结合到容器中的努力中围绕通道吹气。

现有方法的缺点是对空气和相邻结构的不必要的加热，在容器上辐照度分布的调节性不好，需要大的物理间隔，不能有选择地加热预成型件上的具体点或带，迅速使热分布适应新要求的能力降低，例如对不同尺寸容器的许多转接，以及由此产生的随之发生的问题。例如，容器预成型件对光的不完全吸收导致用于通道的更多维护动力，从装置内部的环境中除去余热的更多维护动力，用于通道以允许更平缓和均匀加热的更多空间，对于烧坏灯泡更频繁的技术保养周期，以及由不均匀的灯泡老化的加热方面更多的可变性。

美国专利号5,322,651描述了在用于热处理热塑性预成型件的方法方面的改进。在该专利中，描述了对于塑性预成型件的热处理，采用宽带红外（IR）辐射加热的常规实践。从该专利引用正文，“与其它加热或热处理方法例如对流和传导相比，并且考虑材料的低热导率，采用红外辐射加热提供有利的输出并使产率提高。”

对该专利中所述的技术水平的特别改进涉及在IR加热预成型件期间管理发射的多余能量的方式。特别是，该专利关注其本身在加热过程中发出的能量，其最终（通过在除预成型件以外的位置吸收，传导，然后对流）导致输送的预成型件周围的炉体中气温上升。已经证实由热气流所引起的预成型件的对流加热导致预成型件的不均匀加热，因而在制造操作上有不利影响。专利5,322,651描述了一种消解在IR加热操作期间无意识加热预成型件周围的气流的影响。

正如所料，热能从现有技术水平的IR加热元件和系统转移到目标预成型件不是完全高效的过程。理想地，热调节预成型件所消耗的能量100%以热能的形式终结在预成型件内。虽然在上述参考的专利中没有具体提及，但当前技术水平的吹塑机要求在5%和10%之间范围内的典型的转化效率值（进入输送的预成型件的能量/IR加热元件消耗的能量）。对于与预成型件的红外加热有关的方法或装置的任何提高转化效率值的改进将是非常有利的，并且代表了拉伸吹塑机用户在能源成本方面的大幅削减。

有许多共同作用的因素确定用于当前技术水平吹塑机的IR加热元件和系统的能量转化效率性能。如同所提及的那样，常规的热塑性预成型件例如PET预成型件被加热到约105℃的温度。这典型地在采用市场上可买到的宽带石英红外灯的现有技术水平吹塑机中完成。在高速/高产量机器中，这些经常采取大组非常高功率的灯泡的形式。所有组的石英灯的组合能量流变为巨大的电流，在最快的机器上合计数百千瓦。与这些类型的IR加热元件有关的对整个加热系统的总能量转化效率性能有影响的两个因素是灯丝的色温和灯丝灯泡的光传输性能。

对当前技术水平吹塑机的热调节子系统的总能量转化性能具有显著影响的另一个因素是流量控制或者用于将加热元件发出的IR辐射导入被输送通过该系统的大量预成型件的透镜表（lensing measure）。在大多数现有技术水平的吹塑机中，配置一些量具将石英灯发出的IR辐射流导入大量预成型件中。特别是，金属化反射器工作良好，减少在这些系统中被浪费的所发出的IR辐射量。

对IR加热子系统的能量转化效率性能有影响的还有另一个因素是向典型地稳定的IR加热元件输入能量与移动通过加热系统的预成型件的移动同步的程度。更具体地，如果稳定的IR加热元件连续地消耗定额的输入能，甚至有时由于预成型件连续移动通过该系统在加热器附近没有预成型件时，该系统的能量转化效率性能显然不是最优化的。实际上，商用石英灯慢的物理响应时间以及现有技术水平吹塑机较快的预成型件传送速度阻碍了顺利地使灯的输入功率与分散部件的移动同步从而实现在总能量转化效率性能方面的改进的任何努力。

美国专利号5,925,710、美国专利号6,022,920和美国专利号6,503,586B1都描述了类似的方法来提高被吹塑法中所用的输送的预成型件所吸收的IR灯发出的能量的百分比。所有这些专利以不同的详细程度描述了在现有技术水平的再热吹塑机中采用石英灯作为IR加热元件的一般做法。在再热吹塑法中，恰好在吹塑操作之前，将先前已经注塑并被允许稳定到室温的预成型件再热到吹制温度。上述这些参考专利描述了通过IR吸收比可能采用的传导或对流装置能够更高效地将通常的聚合物并且特别是PET加热。在图中这些专利文献测量了作为波长的函数的PET的吸收系数。在PET中产生许多强的分子吸收带，主要在1.6微米以上的IR波长带。已知石英灯发出穿过宽谱的辐射，如普朗克定律所定义的那样，精确的发射光谱由灯丝温度所决定。

如现有技术水平吹塑机中所用，石英灯在3000K左右的灯丝温度下运转。在该温度下，灯具有在0.8微米左右的最高辐射发射。然而，因为该发射是黑体型发射，如同本领域众所周知的那样，石英灯丝发射从X射线到很长的IR的连续能量光谱。在3000K下，发射增加通过可见区，最高在0.8微米，然后逐渐降低，因为它开始与起始于1.6微米左右的显著的PET吸收区域重叠。

在任何这些专利中没有描述的是石英灯泡对灯的发射光谱的影响。用于制造商用石英灯灯泡的石英材料具有大约3.5微米的传输上限。超过该波长，由密封的灯丝发出的任何能量大部分被密封灯丝的石英玻璃壳所吸收，因此不能直接被预成型件加热获得。

由于上述原因，在采用石英灯再热PET预成型件到吹制温度的现有技术水平吹塑机中，吸收加热的范围发生在1微米和3.5微米之间。上述该组专利（5,925,710、6,022,920和6,503,586B1）都描述了用于改变预成型件的天然吸收性能从而提高再热工艺的总能量转化效率性能的不同方法和装置。在所有这些专利中，根据所述向PET预成型件存料中添加了外来材料，专为了提高混合物的吸收系数。这些所述方法和装置试图在从0.8微米左右的近IR到3.5微米的范围内影响材料光学吸收性能。虽然是一种提高再热工艺的总能量转化效率性能的可行装置，但在降低容器的制造成本方面如此有益的改变预成型件的吸收性能对最终容器的外观也具有不利的影响。有时被称为容器起雾的容器光学透明度降低使该一般方法不是该制造问题的最佳解决方案。

美国专利号5,206,039描述了一种由调节并将预成型件从工艺的注射阶段输送到吹制阶段的改进装置构成的单段注塑/吹塑系统。在该专利中，描述了注塑机和吹塑机的独立操作、各自向热调节该热塑性材料的工艺中加入大量的能量是浪费的。该专利教导了采用单段制造工艺降低总能量消耗率和制造成本。该能耗降低主要源自在注塑阶段后预成型件保留了使吹塑操作得以进行所需的大部分热能的事实。更具体地，在如'039专利中所述的一段工艺中，在注塑工艺后没有使预成型件稳定到室温。更确切些，预成型件从注塑阶段直接移动到热调节部分，然后移动到吹塑部分。

'039专利中所述的热调节部分具有能够添加少量热能以及使预成型件经历可控的稳定期的性能。这不同于再热吹塑机的两段工艺中热调节部分的要求，其中需要大量能量将预成型件加热到吹制温度。虽然单段注塑/吹塑机的操作在本领域是已知的，但对于这些机器存在最终容器性能的问题。这些性能问题与预成型件物流进入吹制阶段时的预成型件到预成型件的温度变化有关。尽管在'039专利中描述了进步，但是采用迄今现有技术水平的加热和温度传感装置和方法，在从注塑工艺中除去预成型件之后不久将它们热调节的工艺仍导致进入吹制阶段的预成型件的热含量改变。即将进入的预成型件的热含量改变导致最终容器的性能和质量改变。在预成型件到预成型件基础上定制调节IR加热过程能力的低效导致制造商选择采用再热吹塑法来达到所需的质量等级。因此，为了最高效的生产应用，工业上持续对再热法的依赖。此外，因为经常用商用转炉制造预成型件并卖给吹制并填充容器的最终用户，再热法继续流行。

从操作费用以及产品质量来看，一般提高吹塑机的IR加热部分的效率和/或功能的前景显然是有利的。虽然已经进行了若干努力来改进现有技术水平的IR加热子系统，但仍存在明显的不足。通过引入新颖的IR加热元件和方法，本发明的目的是克服这些不足。

在固态电子学领域中，固态发射器或LED在本领域是众所周知的。已知这类光子或流发射器（flux emitters）是市场上可买到的并且在从紫外线（UV）到近红外的各种波长下运行。由合适的N-掺杂半导体材料和P-掺杂半导体材料建造LED。适当加工的包含被设置为与同样材料的N-掺杂区直接接触的P-掺杂区的大块半导体材料被赋予二极管的类名。如本领域众所周知，二极管具有许多重要的电和光电性能。例如，本领域内众所周知，在形成的半导体二极管的N－掺杂区和P－掺杂区之间的物理界面处在材料中存在特征带隙。该带隙涉及在N－区中位于导带的电子的能级与较低的可达到的P－区轨道中电子的能级的差别。当诱发电子流经PN接合时，电子能级从N－区导电轨道到较低的P－区轨道的转移开始发生，导致对于每个这样的电子跃迁发射光子。准确的能级或者发射光子的波长与传导的电子的能量下降对应。

总之，LED作为直流－到－光子发射体运转。不象灯丝或其它黑体型发射器，在能够引出输出光子之前不需要将输入能量转化为热的中间形态。由于该直流－到－光子特性，LED具有极快起作用的性能。LED已经被用于许多需要产生极高脉冲率UV光、可见光和/或近IR光的应用。其中LED的高脉冲率性能特别有用的一种专门应用是自动化的分散部件景象传感应用，其中采用可见或近红外光形成随后在计算机中被检查的透镜聚焦图像。

不象基于灯丝的源，LED在与所用半导体材料的具体带隙对应的相对受限的波长范围上发射。LED的该性能在需要选择波长的操作例如元件照明、状态指示或光通信的应用中特别有用、近来，大量的LED已被用于大规模形式的可见光照明乃至信号灯例如汽车尾灯或交通信号灯。

发明概述

本发明提供少量或大量红外辐射器件的设备，该器件是高度地波长选择性的并且能够促进红外辐射用于历史上未实现的全部新型应用和技术。

本发明的一个目的是提供一种成型系统或其它加工系统或处理系统，其采用具有改进的IR能量转化效率性能和减少的加热时间的热IR加热法。

本发明的另一个目的是提供具有有利的结构并且实现与被加工的或作为目标的特定材料相协调的透深性能的加热系统。

本发明的另一个目的是提供一种热IR照射系统，其能够结合窄带照射源的工程混合物，包括RED和多种二极管例如激光二极管，该窄带照射源在选择对于多种应用最适宜的窄波长带产生IR辐射。

本发明的另一个目的是提供一种能够以脉冲方式驱动的IR加热系统；所述脉冲方式特别适合于当在制造过程中输送分散制造的部件时向它们提供IR加热或者便于照射目标的同步跟踪。

本发明的另一个目的是提供借助于金属化反射器元件更易导向的IR加热元件。

本发明的另一个目的是提供一种能够与预成型件温度测量系统一起工作以提供特定预成型件IR加热能力的IR加热系统。

本发明的另一个目的是提供被制造为直流－到－光子的IR固态发射器或发射辐照的二极管（RED）阵列或其它类型的窄带照射源。

本发明的又一个优势是提供一种以非常具体的单个窄波带或多个窄波带大量辐射输出的红外照射系统。

本发明的又一个优势是产生大功率的热红外辐射并且对于位置、强度、波长、开/关速率、方向性、脉冲频率和产品跟踪中的至少一个是高度程序可控的功能性。

本发明的又一个优势是与现在的宽带源相比，对于注入热能促进了更高效输入能量的方法。

本发明在加热瓶子预成型件中的又一个优势在于保持高效加热的能力而无需会降低最终容器的可见透明度和外观性能的添加剂。

本发明的又一个目的是提供一种用于各种应用的通用辐射加热系统，适于提供提高波长选择性红外辐射功能以及程序可控性和脉冲性能。

本发明的又一个优势是能够促成具有远高于稳态强度的瞬时强度的极快高强度冲击脉冲。

本发明的又一个优势是容易将余热带到需要的另一个位置或者从使用环境中带走以减少非目标的加热。

本发明的又一个优势是能够高密度地封装RED器件以产生迄今实际上无法达到的固态、热IR输出功率水平。

附图简述

图1是在本发明的一个实施方式中实施的示例性半导体器件的一部分的剖视图。

图2是在本发明的一个实施方式中实施的示例性半导体器件的缓冲层的剖视图。

图3是在本发明的一个实施方式中实施的示例性半导体器件的量子点层的剖视图。

图4是在本发明的一个实施方式中实施的包括量子点层的辐射发射二极管的剖视图，其中，A是发射器接触层、B是p型半导体（例如InGaAs）、C是p型半导体（例如InPAs）、D是NID（本征）半导体（例如InGaAs）、E是量子点（InAs）、F是NID（本征）半导体（例如InGaAs）、G是N型半导体（例如InPAs）、H是N型半导体（例如InGaAs）、I是半绝缘半导体衬底（例如InP）、J是IR反射器（例如SiO_x/Au）和K是基板接触层。图5是在本发明的一个实施方式中实施的包括量子点层的辐射发射二极管的剖视图，其中，A是发射器接触层、B是N型半导体（例如InGaAs）、C是P型半导体（例如InGaAs）、D是P型半导体（例如InPAs）、E是NID（本征）半导体（例如InGaAs）、F是量子点（InAs）、G是NID（本征）半导体（例如InGaAs）、H是N型半导体（例如InPAs）、I是N型半导体（例如InGaAs）、J是半绝缘半导体衬底（例如InP）、K是IR反射器（例如SiO_x/Au）和L是基板接触层。

图6是在本发明的一个实施方式中实施的包括量子点层的辐射发射二极管的剖视图，其中，A是发射器接触层/IR反射器、B是N型半导体（例如InGaAs）、C是P型半导体（例如InGaAs）、D是P型半导体（例如InPAs）、E是NID（本征）半导体（例如InGaAs）、F是量子点（InAs）、G是NID（本征）半导体（例如InGaAs）、H是N型半导体（例如InPAs）、I是N型半导体（例如InGaAs）、J是半绝缘半导体衬底（例如InP）和K是基板接触层。

图7是在本发明的一个实施方式中实施的包括量子点层的激光二极管的剖视图。

图8显示单一RED半导体器件的图。

图9和10显示透射穿过10密耳厚的PET部分的红外能量的相对百分比作为波长的函数。

图11a、11b和11c显示典型的同时封装到RED加热元件中的独立RED发射器的集合体。

图12a和12b显示RED加热元件在吹塑机内的优选配置。

图13显示如本发明所述用于热处理预成型件的优选方法。

图14～16显示根据本发明用于热处理热塑性预成型件的替代方法。

图17显示有利地应用于动力输送部件的RED加热元件。

图18是说明本发明的特征的图。

图19(a)～19(c)说明本发明的实施方式。

图20a～20c说明本发明的一个实施方式。

图21a和21b说明本发明的一个实施方式。

图22说明本发明的一个实施方式。

图23a～23c说明本发明的一个实施方式。

图24说明本发明的一个实施方式。

图25说明本发明的一个实施方式。

发明详述

通过查看理想的辐射加热实施例能够说明提供特定波长的照射的好处。假定通常不反射从可见范围到中红外范围的电磁波的材料需要工艺加热来支持一些制造操作。此外假定这种通常透明的材料具有窄的但位于3.0微米和3.25微米之间的显著的分子吸收带。上述实施例代表目前所述的实施方式如何应用于工业中是最有利的。如果该特定的工艺加热应用的参数决定使用辐射加热技术，当前技术水平将要求使用在大约3000K的灯丝温度下运转的石英灯。在该灯丝温度下，基本的物理计算得出结果，仅大约2.1%的石英灯总的发射辐射能落在有利的能量吸收将发生的3.0微米到3.25微米内。如本公开的内容中所述的仅产生特定波长的辐射能输出的能力保证了极大地提高各种工艺加热应用的效率。

本发明直接涉及一种新颖且新型的方法，能够直接输出选定波长的大量红外辐射，以便替代这样的宽带型器件。最有利地采用窄带照射源，例如实现窄带照射目的的下述那些及其它。

在半导体加工技术中的新发展导致可得到在高于1微米（1,000纳米）的一般中红外范围内运转的直接电子到光子固态发射器。这些固态器件类似于常用的发光二极管（LED）的运转，只不过它们没有发射可见光而是发射在较长中红外波长下的真实的热IR能量。在一种形式中，这些是利用量子点技术的全新类型的器件，该技术突破了阻碍产生可用的、经济合算的固态器件的障碍，该固态器件能够起到将电子导向输出为准单色并在中红外波长带内的光子转换体的作用。

为了将这类新的器件与常规的波长较短的器件（LED）区别开，这些器件更适当地被描述为发光或辐射发射二极管（RED）。这些器件具有发射在严格限制的波长范围内的辐射电磁能的性能。此外，通过适当的半导体加工操作，能够将RED调节至以最有利于特定辐射处理应用的特定波长来发射。RED可以采取各种形式，包括二极管形式或激光二极管形式，或者在一些情况下激光形式。应理解，可以采用实现在希望的带或范围内例如匹配目标或目标实体的吸收性能的窄带照射的任何类型的器件来实施本发明，并且为了便于本文论及，可以将其称为RED。

另外，已经作出与接触反向掺杂区域的掺杂平面区域有关的RED技术的创新，作为随机分布的材料或量子点的小区域阵列形成该反向掺杂区域，用于产生在目标IR范围以及可能超出的范围内的光子。充分地应用这种制造技术或其它例如开发新颖的半导体化合物将产生适合于本发明的准单色、固态中红外发射器。交替半导体技术也可以在作为适于实践本发明的组合区块（buildingblocks）的中红外以及长波长红外中变得可用。

在通常被称为准单色的窄波长范围内发生如同所述这些实施方式中预期的直接电子（或电流）到光子的转化，符合该制造的二极管发射器的本征带隙以及量子点几何形态。可以预料候选的RED发射器的半功率带宽将落在20～500纳米范围内的某处。如本彻底公开的内容中所确定的那样，这种红外发射器的窄宽度将支持各种特定波长的照射应用。一类RED器件及其制造技术是2004年11月16日提交的题为"Quantum Dot Semiconductor Device"并且发明人为Samar Sinharoy和Dave Wilt的独立专利申请美国申请序列号60/628,330（代理标签号ERI.P.US0002；快件标号EL726091609US）（还作为美国专利申请序列号于2005年11月16日提交）的主题，通过引用将该申请结合到本文。

根据该"Quantum Dot Semiconductor Device"申请，在本领域已知半导体器件。它们被用于将电磁辐射转化为电流的光伏电池。还可以将这些器件用作将电能转化为电磁辐射（例如，光）的发光二极管（LED）。对于大多数半导体应用，目标是希望的带隙（电子伏特）或希望的波长（微米），按照使半导体能够满足希望的带隙范围或波长范围的方式制备它。

获得特定波长的发射或电子伏特的能量的能力不是微不足道的。确实，半导体受到特定材料的选择、它们的能隙、它们的晶格常数以及它们内在的发射性能的限制。一种已被用于加工半导体器件的技术将采用二元或三元化合物。通过改变器件的组成特征，已经设计了技术上有用的器件。

还可以控制半导体器件的设计来定制该器件的特性。在一个例子中，在半导体器件内可以包括量子点。这些点被认为是量子封闭载体并从而与同样的半导体的大块样品相比改变了光子发射的能量。例如，美国专利号6,507,042教导了包括量子点层的半导体器件。具体地，它教导了沉积在砷化铟镓（In_xGa_1-xAs）层上的砷化铟（InAs）量子点。该专利公开了通过控制量子点（即InAs）和其上沉积量子点的层（即In_xGa_1-xAs）之间的晶格失配量能够控制与量子点有关的光子的发射波长。该专利还公开了通过改变在In_xGa_1-xAs衬底中的铟的含量能够控制In_xGa_1-xAs衬底和InAs量子点之间的晶格失配的事实。当提高In_xGa_1-xAs衬底内铟的量时，失配程度降低，并且提高了与光子发射有关的波长（即，降低了能隙）。确实，该专利公开了在衬底内铟的量从约10%提高到约20%能够将相关光子的波长从约1.1μm提高到约1.3μm。

虽然在美国专利号6,507,042中公开的技术可以证明对提供能够发射或吸收波长约1.3μm的光子的器件是有用的，但提高In_xGa_1-xAs衬底内铟的量的能力受到限制。换句话说，当铟的含量增至高于20%、30%乃至40%时，在晶体结构内的不足或缺陷的程度成为限制。对于沉积在砷化镓（GaAs）衬底或晶片上的In_xGa_1-xAs衬底，这是尤其真实的。因此，采用美国专利号6,507,042中公开的技术不能获得发射或吸收较长波长（较低能隙）的光子的器件。

因此，由于发射或吸收波长大于1.3μm的光子的半导体器件是合乎需要的，仍然需要这种性质的半导体器件。

通常，RED提供包括In_xGa_1-xAs层和位于所述In_xGa_1-xAs层的量子点的半导体器件，其中x是约0.64～约0.72重量百分数铟的摩尔分数，量子点包括InAs或Al_zIn_1-zAs，其中z是少于约5重量百分数铝的摩尔分数。

本发明还包括含量子点和接触至少一部分量子点的包覆层的半导体器件，量子点包含InAs或Al_zIn_1-zAs，其中z是少于约5重量百分数铝的摩尔分数，量子点与所述包覆层的晶格常数失配至少1.8%并且少于2.4%。

半导体器件包括含有在砷化铟镓（In_xGa_1-xAs）层上的砷化铟（InAs）或砷化铝铟（Al_zIn_1-zAs，其中z等于或小于0.05）量子点的量子点层，其可以被称为In_xGa_1-xAs基质包覆层。点和In_xGa_1-xAs基质层的晶格常数失配。该晶格失配可以是至少1.8%，在其它实施方式中至少1.9%，在其它实施方式中至少2.0%，并且在其它实施方式中至少2.05%。有利地，失配可以小于3.2，在其它实施方案中小于3.0%，在其它实施方式中小于2.5%，并且在其它实施方式中小于2.2%。在一个以上实施方式中，In_xGa_1-xAs基质包覆层的晶格常数小于点的晶格常数。

在点位于In_xGa_1-xAs包覆基质上的那些实施方式中，在该包覆基质层中的铟的摩尔浓度（即，x）可以约0.55～约0.80，任选地约0.65～约0.75，任选地约0.66～约0.72，并且任选地约0.67～约0.70。

在一个以上实施方式中，将In_xGa_1-xAs包覆基质设置在与In_xGa_1-xAs包覆基质晶格匹配的砷化铟磷（InP_1-yAs_y）层上。在一个以上实施方式中，其上沉积In_xGa_1-xAs包覆层的InP_1-yAs_y层是存在于In_xGa_1-xAs包覆层以及其上支撑半导体的衬底之间的多个分级（连续或分散）InP_1-yAs_y层中的一个。在一个以上实施方式中，衬底包括磷化铟（InP）晶片。半导体还可以包括一种以上其它层，例如设置在In_xGa_1-xAs包覆层和衬底之间的In_xGa_1-xAs层。

在图1中显示一个实施方式。图1以及其它图是略图并且未按比例描绘各层和组件的厚度，或者各层之间的相对厚度或尺寸。

器件1000包括衬底1020、任选的传导层1025、缓冲结构1030、包覆层1040和点层1050。如本领域技术人员理解的那样，一些半导体器件通过将电流转化为电磁辐射或者将电磁辐射转化为电流来运转。控制这些器件中电磁辐射或电流的能力在本领域是已知的。本公开的内容不一定改变这些常规设计，其中许多在制造或设计半导体器件的领域中是已知的。

在一个实施方式中，衬底1020包括磷化铟（InP）。InP衬底1020的厚度可以大于250微米，在其它实施方式中大于300微米，以及在其它实施方式中大于350微米。有利地，该厚度可以小于700微米，在其它实施方式中小于600微米，以及在其它实施方式中小于500微米。

在一个以上实施方式中，设想的半导体器件可以任选地包括外延生长的磷化铟（InP）层。该外延生长的磷化铟层的厚度可以是约10纳米～约1微米。

在一个实施方式中，任选的传导层1025包括砷化铟镓（In_xGa_1-xAs）。在该层中铟的摩尔浓度（即，x）可以是约0.51～约0.55，任选地约0.52～约0.54，以及任选地约0.53～约0.535。在一个以上实施方式中，传导层1025与InP衬底晶格匹配。

传导层1025可以被掺杂至给定值并且具有适当的厚度以便为给定的器件提供足够的导电率。在一个以上实施方式中，厚度可以约0.05微米～约2微米，任选地约0.1微米～约1微米。

在一个以上实施方式中，缓冲层1030包括砷化铟磷（InP_1-yAs_y）。在某些实施方式中，缓冲层1030包括至少两个，任选地至少三个，任选地至少四个以及任选地至少五个InP_1-yAs_y层，各层的晶格常数随着远离衬底1020设置时上升。例如并且如图2中所绘，缓冲结构1030包括第一缓冲层1032、第二缓冲层1034和第三缓冲层1036。缓冲结构1030的底层表面1031靠近衬底1020，以及缓冲结构1030的上平面1039靠近阻挡层1040。第二层1034的晶格常数大于第一层1032，并且第三层1036的晶格常数大于第二层1034。

如本领域技术人员将理解的那样，通过改变连续层的组合能够提高缓冲结构1030的独立层的晶格常数。在一个以上实施方式中，在每个连续层中提高InP_1-yAs_y缓冲层中砷的浓度。例如，第一缓冲层1032可以包含约0.10到约0.18摩尔分数的砷（即，y），第二缓冲层1034可以包含约0.22到约0.34摩尔分数的砷，以及第三缓冲层1036可以包含约0.34到约0.40摩尔分数的砷。

在一个以上实施方式中，在相邻缓冲层之间（例如在层1032和层1034之间）砷的提高小于0.17摩尔分数。据信由于含砷量提高所产生的晶格常数的改变在连续的缓冲层之间可能导致形成的任何缺陷不会损害半导体。以这种方式使用临界组成分级的技术如专利号6,482,672所述是已知的，通过引用将其结合到本文。

在一个以上实施方式中，第一缓冲层1032的厚度可以约0.3～约1微米。在一个以上实施方式中，顶部缓冲层通常较厚以确保晶格结构完全弛豫。

在一个以上实施方式中，在缓冲结构1030的顶部1039上或附近的独立缓冲层（例如，缓冲层1036）被设计为具有约

～约

的晶格常数，任选地约

～约

在一个以上实施方式中，优选在临界组成分级技术内设计在缓冲结构1030的底部1031上或附近的独立缓冲层（例如，缓冲层1032）。换句话说，由于第一缓冲层（例如，缓冲层1032）被沉积在InP晶片上，在第一缓冲层（例如，层1032）内存在的砷的量少于17摩尔分数。

包覆层1040包含。在一个以上实施方式中，该层优选与在缓冲结构1030的顶部1039上或附近的上缓冲层的平面晶格常数晶格匹配。术语晶格匹配指的是以在彼此的百万分之500（即0.005%）以内的晶格常数为特征的连续层。

在一个以上实施方式中，包覆层1040可以具有约10埃～约5微米的厚度，任选地约50nm～约1微米，以及任选地约100nm～约0.5微米。

在一个以上实施方式中，量子点层1050包含砷化铟（InAs）。层1050优选包括润湿层1051以及量子点1052。润湿层1051的厚度可以是一个或两个单层。在一个实施方式中，点1052的厚度从层1050的底部1053和点1055的顶部起测量可以是约10nm～约200nm，任选地约20nm～约100nm，以及任选地约30nm～约150nm。此外，在一个实施方式中，点1052的平均直径可以是大于10nm，任选地大于40nm，以及任选地大于70nm。

在一个以上实施方式中，量子层1050包括多个点层。例如，如图3所示，量子点1050可以包括第一点层1052、第二点层1054、第三点层1056和第四点层1058。各层包含砷化铟InAs，并且分别包括润湿层1053、1055、1057和1059。各点层同样包括点1055。虽然包括润湿层和点的各点层的特征不必相同，但它们基本类似。

分布在点层1052、1054、1056和1058中每层之间的分别是中间包覆层1062、1064、1066和1068。这些中间包覆层包含InxGa1-xAs。在一个以上实施方式中，In_xGa_1-xAs中间包覆层与包覆层1040基本上类似或相同。换句话说，中间包覆层优选与阻挡层1040晶格匹配，该阻挡层1040优选与顶部缓冲层1036晶格匹配。在一个以上实施方式中，中间层1062、1064、1066和1068的厚度可以约3nm～约50nm，任选地约5nm～约30nm，以及任选地约10nm～约20nm。

如上所述，环绕量子点层的各种层可以被正或负掺杂以控制电流。用于控制半导体器件内的电流的技术在本领域是已知的，例如如在美国专利号6,573,527、6,482,672和6,507,042中所述，通过引用将其结合到本文。例如，在一个以上实施方式中，通过采用锌、碳、镉、铍或镁能够形成“p-型”掺杂区域或层。另一方面，通过采用硅、硫、碲、硒、锗或锡能够形成“n-型”掺杂区域或层。

通过采用本领域中已知的技术能够制备设想的半导体器件。例如，在一个以上实施方式中，通过采用有机金属气相外延（OMVPE）能够制备各种半导体层。在一个以上实施方式中，通过采用自形成技术（self-forming technique）例如Stranski-Krastanov生长模式（S-K模式）制备点层。在美国专利号6,507,042中描述了该技术，通过引用将其结合到本文。

包括量子点层的辐射发射二极管（RED）的一个实施方式显示在图4中。RED1100包括基板接触层1105、红外反射器1110、半绝缘的半导体衬底1115、n-型侧向传导层（LCL）1120、n-型缓冲层1125、包覆层1130、量子点层1135、包覆层1140、p-型层1145、p-型层1150和发射器接触层1155。基板接触层1105、红外反射器1110、半绝缘的半导体衬底1115、n-型侧向传导层（LCL）1120、n-型缓冲层1125、包覆层1130、量子点层1135和包覆层1140类似于上述那些半导体层。

基板接触层1105可以包括许多高度导电的材料。示例性的材料包括金、金－锌合金（尤其当接近于p-区域时）、金－锗合金或金－镍合金或铬－金（尤其当接近于n-区域时）。基板接触层1105的厚度可以是约0.5～约2.0微米。可以采用钛或铬的薄层来提高金和介质材料之间的粘附。

红外反射器1110包括反射材料和任选的介质材料。例如，可以将二氧化硅用作介质材料以及将金沉积其上作为红外反射材料。反射器1110的厚度可以是约0.5～约2微米。

衬底1115包含InP。衬底1115的厚度可以是约300～约600微米。

侧向传导层1120包含与InP衬底1115晶格匹配（即在500ppm以内）的In_xGa_1-xAs。此外，在一个以上实施方式中，层1120是n-掺杂的。优选的掺杂剂是硅，并且优选的掺杂浓度可以约1～约3Ε19/cm³。侧向传导层1120的厚度可以约0.5～约2.0微米。

缓冲层1125包括符合上述那些的方式的三个InP_1-yAs_y递变层。层1125优选是n-掺杂的。优选的掺杂剂是硅，并且掺杂密度可以约0.1～约3Ε9/cm³。

包覆层1130包括与缓冲层1125的顶部（即第三级或其次层）的平面晶格常数晶格匹配（即在500ppm以内）的In_xGa_1-xAs。在一个以上实施方式中，In_xGa_1-xAs包覆层1130包括约0.60～约0.70百分比摩尔分数的铟。包覆层1130的厚度为约0.1～约2微米。

量子点层1135包括如上所述关于本发明的教导的InAs点。如同前面的实施方式一样，各点层之间的中间层包括类似于包覆层1130的In_xGa_1-xAs包覆（即，晶格匹配）。在一个以上实施方式中，在一个以上连续的中间包覆层中铟的量可以包括比包覆层1130或在前的或较低的中间层更少的铟。

包覆层1140包括与缓冲层1125的顶部（即第三级或其次迟的）晶格匹配（即在500ppm以内）的In_xGa_1-xAs。

封闭层1145包括与In_xGa_1-xAs层1140晶格匹配的InP_1-yAs_y。此外，在一个以上实施方式中，层1145是p-掺杂的。优选的掺杂剂是锌，并且掺杂浓度可以约0.1～约4Ε19/cm³。封闭层1145的厚度可以约20nm～约200nm。

接触层1150包括与封闭层1145晶格匹配的In_xGa_1-xA_s。接触层1150优选被p-掺杂（例如，掺杂锌）。掺杂浓度可以约1～约4Ε19/cm³。接触层1150的厚度为约0.5～约2微米。可以从除了底层1155之外的整个表面除去接触层1150。

发射器接触层1155可以包括任何高度导电的材料。在一个以上实施方式中，该导电材料包括金/锌合金。

另一个实施方式显示在图5中。将半导体器件1200配置为具有在p区域内的通道接合的辐射发射二极管。该设计有利地提供电阻较低的接触以及电阻较低的电流分布。半导体1200的许多方面类似于图4中所示的半导体1100。例如，接触层1205可以类似于接触层1105，反射器1210可以类似于反射器1110，衬底1215可以类似于衬底1115，侧向传导层1220可以类似于传导层1120，缓冲层1225可以类似于缓冲层1125，包覆层1230可以类似于包覆层1130，点层1235可以类似于点层1135，包覆层1240可以类似于包覆层1140，以及封闭层1245可以类似于封闭层1145。

通道接合层1247包括与封闭层1245晶格匹配的In_xGa_1-xAs。通道接合层1247的厚度为约20到约50nm。通道接合层1247优选被p-掺杂（例如，用锌），并且掺杂浓度可以是从约1到约4Ε19/cm³。通道接合层1250包括与通道接合1247晶格匹配的In_xGa_1-xAs。通道接合层1250的厚度为约20～约5,000nm。通道接合层1250优选被n-掺杂（例如，硅），并且掺杂浓度为约1～约4Ε19/cm³。

发射器接触层1255可以包含各种导电材料，但优选包含对于n-区优选的那些材料例如铬－金、金－锗合金或金－镍合金。

RED的另一个实施方式显示在图6中。以类似于图5所示RED的方式将半导体器件1300配置为辐射发射二极管，除了至少部分由于没有基板反射器（例如，没有反射器例如图5中所示的1210）能够通过半导体器件的衬底发射电磁辐射。此外，图6中所示的半导体器件1300包括发射器接触层/红外反射器1355，其是覆盖该器件整个表面（或者基本上全部表面）的“全接触”。

在所有其它方面，器件1300类似于器件1200。例如，接触层1305可以类似于接触层1205，衬底1315可以类似于衬底1215，侧向传导层1320可以类似于传导层1220，缓冲层1325可以类似于缓冲层1225，包覆层1330可以类似于包覆层1230，点层1335可以类似于点层1235，包覆层1340可以类似于包覆层1240，以及封闭层1345可以类似于封闭层1245，通道接合层1347类似于通道接合层1247，通道接合层1350类似于通道接合层1250。

设想的半导体技术还可以被用于制造激光二极管。示例性的激光显示在图7中。激光1600包括可以包含任何导电材料例如金－铬合金的接触层1605。接触层1605的厚度可以是约0.5～约2.0微米。衬底1610包括优选以约5～约10Ε18/cm³的浓度n-掺杂的磷化铟。衬底1610的厚度为约250～约600微米。

任选的外延磷化铟层1615优选以约0.24Ε19/cm³～约1Ε19/cm³的浓度n-掺杂。外延层615的厚度为约10nm～约500nm。

围起的InP_1-yAs_y层1620类似于图2中所示的围起的InP_1-yAs_y缓冲。缓冲1620优选以约1～约9Ε18/cm3的浓度被n掺杂。

层1625和1630形成波导器1627。层1625包含磷砷化镓（In_1-xGa_xAs_zP_1-z）。层1630同样包含In_1-xGa_xAs_zP_1-z。层1625和1630与层1620的顶部晶格匹配。换句话说，层1625和1630包含约0到约0.3摩尔分数的镓和0到约0.8摩尔分数的砷。层1625为约0.5到约2微米厚，并且以约1～9Ε18/cm³的浓度被n-掺杂。层1630为约500到约1,500nm，并且以约0.5到1Ε18/cm³的浓度被n-掺杂。

封闭层1635、点层1640和封闭层1645类似于上述关于另一个实施方式的点和封闭层。例如，封闭层1635类似于封闭层1040，以及点层1640类似于图3中所示的点层1050。在一个以上实施方式中，在激光器件的点区域内采用的点层数超过5个点层，任选地超过7个点层，以及任选地超过9个点层（例如，循环）。封闭层1635和1645可以具有约125～约500nm的厚度并且与波导器晶格匹配。层1635、1640和1645优选未被掺杂（即它们是本征的）。

层1650和1655形成波导器1653。以类似于层1625和1630的方式，层1650和1655包含与缓冲1620的顶部晶格匹配的In_1-xGA_xAs_zP_1-z。层1650为约500～约1,500nm，以约0.5～1Ε18/cm³的浓度被p-掺杂。层655为约1～约2微米厚并且以约1～9Ε18/cm³的浓度被p-掺杂。

在一个实施方式中，层1660是类似于缓冲层1620的缓冲层。也就是说，当各级远离量子点时砷的摩尔分数降低。层1660优选以1～9Ε18/cm³的浓度被p-掺杂。

层1665包含磷化铟（InP）。层1665的厚度为约200到约500nm厚，并且优选以约1～约4Ε19/cm³的浓度被p-掺杂。

层1670是类似于在上述实施方式中所述的其它接触层的接触层。

在其它实施方式中，层1660、1665和1670可以类似于关于其它实施方式所述的其它结构。例如，这些层可以类似于图4中所示的层1145、1150和1155。或者，类似于图5中所示的1245、1247、1250和1255的层能够被层1660、1665和1670代替。

未脱离这些器件实施方式的范围和主旨的各种改进和变化对本领域技术人员将变得明显。

当然，应理解，在一种形式中，本文的本发明包括如同所述的RED零件。然而，应理解可以采用各种其它器件技术。例如，已知在1.6微米～5.0微米范围内的试验性的中红外LEDs，但未商品化。另外，可以采用适当改进的各种半导体激光器和激光二极管。例如，可以采用具有延长的使用期限特性（例如，大于10～15,000小时的使用期限)的激光二极管或其它器件，其产生在大于大约1.2微米范围内的波长，例如在与目标的吸收特征相匹配的窄范围内。在一种形式中，这样的器件可以由磷化铟制成，已证实在较低功率的数据通信应用（例如无线电通讯）中具有100,000小时以上的使用寿命。如果适当地冷却器件，在高功率应用中的预计使用期限应当类似。当然，为了高效地产生在有利的波长内的限定带宽的照射可以开发其它启动技术。同样，为了便于提及，本文中可以（在各种时间）将所有这样的器件称为RED。

为了将本发明用于特定应用，通常需要配置许多适合的器件以便具有充足的照射波幅。同样，在一种形式中，这些器件将是RED器件。在本发明的大多数加热应用中，典型地以稍微高密度的x乘y阵列或者以多个x乘y阵列配置这样的器件，其中一些可以采取定制布置的独立RED器件的形式。取决于本发明具体实施所用的器件的类型和尺寸、所需的输出以及所需的波长，阵列可以从单个器件到更多器件阵列变化，典型地成百、成千或无数阵列。通常将RED器件安装在电路板上，该电路板如果没有专门的除热设备，至少具有散热能力。经常按很高密度/接近配置将RED器件安装在这样的电路板上。有可能利用近来在模座和电路板结构方面的创新来使密度最大化，这对大功率的应用是合乎需要的。例如，对于这样的目的采用诸如倒装芯片的技术是有利的。虽然RED器件的效率对于这类独特的二极管器件是良好的，但大多数电能输入被直接转化为局部的热。必须从半导体接合中赶走该余热以防止过热和烧毁独立器件。对于密度最高的阵列，它们或许可以采用具有主动和/或被动冷却的倒装芯片和板上芯片封装技术。为了实用以及灵活定位，经常采用多个电路板。x乘y阵列还可以包括代表在1微米到5微米范围内的至少两个不同选择波长的红外辐射的混合RED器件。

对于大多数应用，有利地以不同尺寸的阵列配置RED器件，为了较好地照射某些类型的目标，其中一些在本质上可以是三维的或非平面的。至少由于下列理由这是正确的：

1.通过组合多个的输出来提供足够的输出功率。

2.在比能够完全照射的单个器件更大的表面上提供充足的输出“传播”。

3.提供能够产生应用的一系列RED器件的程序可控性功能。

4.允许混合到由于本文所述的许多功能性原因被调至不同特定波长的器件阵列中。

5.促进输出的“几何形态”与特定的应用需要相匹配。

6.促进器件的安装位置、辐射角和经济性与应用需求相匹配。

7.促进输出与移动目标或其它“输出运动”同步。

8.向器件的驱动组提供通用控制回路。

9.提供多段加热技术。

由于二极管的典型最终用途，以通过减小接合的尺寸使成本最少的方式制造它们。因此它需要较少的与成本直接相关的半导体晶片区域。RED器件的最终用途经常需要较多光子形式的大辐射能输出。已经推论用形成大的光子产生轨迹接合区域（a large photon producing footprint junction area）的创造性方法能够制造REDs。这样一来，可能生产能够保持显著较高的中红外辐射输出的RED器件。如果可获得这样的器件，那么能够减少实施本发明所需的RED器件的绝对数量。然而，与本发明的许多应用相关的给定的大功率输出，将器件的数量减少到单一器件不是必然合乎需要或切实可行的。对于低功率的应用、单波长的应用或者如果能够制造具有足够的输出能力的RED器件，可以用单一器件实施本发明。

类似地，有可能将RED器件阵列作为集成电路来制造。在这样的实施中，REDs将被排列在单片硅或其它适合的衬底内，但具有起到芯片上光子转化照射位置的作用的多个接合。它们能够类似于采用球门阵列用于电连接性的其它集成电路封装。然后可以将这样的器件封装用作阵列，促进用于连接控制系统的希望的电连接性并受控制系统控制。同样，一个设计参数是对于现在的化学作用在损害开始发生之前控制结区温度不应被允许达到大约100℃到105℃。可以预料将来的化学化合物具有提高的耐热性，但热必须始终保持低于所用器件的临界损坏范围。由应用和经济性所决定，可以进一步将它们分别或者复合配置在电路板上，或者可以将它们排列为较高水平的器件阵列。

在设计用于将RED器件配置为照射阵列的最佳结构时，不管器件的形态因子，设计师必须考虑整个范围的变量。鉴于目的应用要考虑的一些变量包括封装、便于配置、成本、电连接性、程序可控性、冷却、配置的环境、动力布线（power routing）、动力供应、线压、线几何形状、照射需求、安全性以及本领域技术人员将理解的许多其它。

用于制造产品的所有原料与它们在电磁波谱内的各种波长下的特定吸收和传输特性有关。各种材料还具有特征红外反射和发射性能，但我们不会花费任何时间讨论这些，因为本发明的实施更多地受到吸收/透射性能的推动。对于任何特定的材料可以测量在任何给定的波长下的吸收百分比，并作图。于是如本文稍后将更详细地解释和例证的那样能够在大范围的波长内图解显示。因为各种材料在不同的波长下具有特征吸收或透射性能，对于最佳的热过程优化，知道这些材料性能是很有价值的。应认识到如果某一材料在某一波长范围内是高度传输的，那么在该波长范围内试图加热该材料将是非常低效的。反之，如果该材料在某一波长下过度吸收，那么采用辐射加热将导致材料的表面加热。对于是低效热导体的材料，这通常不是均匀加热材料的最佳方法。

多年来各种材料在各种波长下具有特定的吸收或透射特性的事实在本领域已经是众所周知的。然而，因为无法获得能够被限定在特定波长或者波长的组合下的大功率红外源，此前不可能完全优化许多现有加热或加工操作。因为未实现向产品输送特定波长的红外辐射，许多制造商没有意识到最希望在该波长下加热或加工它们的特定产品。然而，本发明利用窄带照射源匹配待加热目标的吸收性能。因此，例如如下面所述，可以在容器工业中有利地采用针对PET的吸收范围（例如1.5微米到2.5微米）或吸收带（例如大约1.6微米或其它在图9和10上所示的）。对于PET预成型件，在至少一种形式中，可以有利地采用能够在超过1.2微米的范围内或者窄带照射的器件。如上所述，在至少一种形式中，这样的器件（例如利用磷化铟形成的那些）还可以具有延长的使用寿命的特性，该使用寿命可以超过100,000小时。当采用其它类型的材料例如PLA－基于玉米的塑料树脂时，可以采用类似的方法。

在塑料工业用一个例子说明这一点。参照图9和10，通过查验聚对苯二甲酸乙二酯（如在该工业中已知，PET树脂材料）的透射率曲线（其外塑料饮料容器被拉伸吹塑）能够观察到PET材料在长波区域是高度吸收的，并且在可见和近红外波长区域是高度透过的。其透射率在1微米和5微米之间显著改变。其透射率不但在该范围内显著改变，而且它经常并且突然改变，并且往往有时在0.1微米内非常显著。

例如，在2.9微米下，PET具有极强的吸收。这意味着如果在2.9微米下向PET引入红外辐射，几乎全部在材料外壳的正表面处吸收。如果希望仅加热材料的外表面，那么可以采用该波长。因为PET是极差的热导体（具有低热导率）并且因为在拉伸吹塑操作中从内部并且一直均匀地到其整体来加热PET材料更合乎需要，所以实际上这是适当加热PET的不好的波长。

考虑另一个条件，在1.0微米（1000纳米）下PET材料是高度透过的。这意味着在该波长下影响PET表面的高比例的辐射将被透射通过PET并且将在未给予任何优先加热的情况下离开，因此很大程度上被浪费。重要的是注意电磁能的透射率与所有介质材料的厚度有关按指数规律降低，因此对于给定的材料，材料厚度对最佳的波长的选择有实质性的影响。

应理解虽然这里作为例子采用了PET热塑性材料，但该原则适用于在不同工业中使用的极大范围的不同材料，以及适用于不同类型的加工。作为非常不同的例子，说明一种胶合或粘合层压系统。例如，PEN（聚萘二甲酸乙二醇酯）或PLA（聚乳酸）是可以应用这些原则的材料。在该例子中，假如在选择的红外波长下待胶合的基体材料是高度透过的。在相同的波长下将采用的热固化胶合可能是高度吸收的。通过在该特定的有利波长下照射该胶合/层压夹层，进一步优化了该工艺，因为是胶而不是邻接的基体材料受热。通过有选择地挑选这些波长的相互作用，在工业的各种各不相同类型的加工或加热应用中发现最优点。

此前在特定波长下产生较高红外辐射密度的能力还未能用于工业。因此，因为还未获得这种加热或加工的优化，大多数制造商没有预期到。可以预料获得这样的特定波长的红外辐射动力将全新的方法和工艺。本发明将使这样的新工艺切实可行并且将提供对大范围应用具有广泛的灵活性的实施技术。虽然可以预料本发明将首先应用于工业，但还应认识到同样将有在商业、医疗、消费和其它领域的许多应用。

可以预料本发明作为宽带石英红外加热灯泡或其它目前广泛使用的常规加热器件的替代将是非常有用的。这样的石英灯泡被用于包括为热成型操作做准备的加热塑料板的一些事业。本发明不但能够被用作石英红外灯或其它常规加热器件的现有功能的替代，而且能够预计添加实质性的额外功能。

相反，本发明能够产生连续激励的辐射能或者脉冲工作方式。因为基本窄带照射源例如本发明的RED或其它器件具有以微秒测量的极快的响应时间，当需要时或者当目标元件在目标区域内时能够能量更高效地开启能量，然后当元件不再在目标区域中时将其关闭。

能够脉冲激励红外源的附加功能能够导致在许多辐射加热应用的总能量效率方面的重大改进。例如，通过适当地调节独立窄带照射源例如红外辐射发射器件（RED）或窄带照射源阵列的激励时间，当独立目标移动通过大的红外阵列源时有可能追踪它们。换句话说，最接近目标器件的红外发射器件将是被激励的那些。当目标元件或区域向前移动时，“激励波”能够向下通过该阵列。

在加热将要热成型的材料的情况下，与将更谨慎地成型或者根本不成型的区域相比，向将更剧烈地成型的区域施加更多热输入可能是合乎需要的。通过适当地设计红外发射阵列的结构，不但有可能不同时激励所有的器件，而且有可能非常策略地激励它们以对应于受热区域的形状。对于连续移动的生产线，例如，编制能够与待加热的目标区域程序可控地同步移动的希望的热轮廓的特定形状区域可能是最合乎需要的。考虑如图17所示需要加热的像帧形状区域。在这种情况下，有可能在希望的辐射强度下具有相似像帧形状的器件阵列（402），程序可控地与目标热成型板（401）的移动同步下降该阵列。通过利用编码器追踪产品例如（401）热成型板的移动，可以采用众所周知的电子同步技术根据可编程控制器或计算机的指令开启希望强度下的恰当的器件。通过控制系统能够以“连续”模式或“脉冲”模式按照它们的希望的输出强度开启阵列内的器件。任一模式能够将作为时间的函数的强度调节到最合乎需要的输出条件。该控制能够具有器件组或者降至独立的RED器件。对于特定的应用，可以不必将颗粒控制（granular control）降至独立的RED器件。在这些情况下按最希望形状的串（strings）替RED器件布线。然后如应用需要所决定的那样程序控制这些串或串组。有时实用性决定按组或串驱动窄带照射器件或RED以促进最方便的电压并减少独立器件控制的成本。

通过在在开路结构中简单地供应电流可以控制REDs串或阵列，或者可以采用更复杂的控制。任何专门应用的集中评价将决定适当的红外辐射控制的量和水平。达到决定复合或精密控制的程度，控制回路能够连续地监控和调节输入电流、电压或比输出。通过直接测量红外阵列的输出或者与红外辐射的目标目的相关的一些参数能够实施对大多数希望的辐射输出或结果的监控。这可以通过从结合简单的热电偶或高温温度计直到可以采取例如红外摄影机的形式的更加精良的技术的不同技术的组合来进行。本领域技术人员将能够推荐对于本发明的特定应用经济灵敏并且合理的特定的闭环监控技术。

可以结合直接和间接法监控。例如，如果为了达到可成型的温度范围正在加热特定的材料，测量形成该材料所需的力并采用该数据作为用于调节红外辐射阵列的至少一部分反馈是合乎需要的。许多其它直接或间接的反馈方法可能促进本发明输出的优化和控制。

将清楚地理解如本文所述的本发明辐射热源的形状、强度和激励时间是高度程序可控的并有助于很高级别的程序可控的定制。在工业上经常为特定的元件设计和建造定制形状或结构的热源，将热导向该元件上的恰当位置。利用本发明的灵活的程序可控性，单一的程序可控的加热板有可能作为几乎无限数的定制板的灵活替换。工业上有多种红外炉和加工系统。这样的炉被用于各类和各种油漆、涂料、浆液的固化以及许多其它目的。它们也可被用于和热熔材料一起使用或用于胶、粘合剂、表面处理、涂料的固化的多种不同的层压线（lamination lines），或者可以被添加到层压“夹层”的各种层。

可以将其它炉用于多种干燥应用。例如，在拼合的饮料罐工业中常见的是将涂料喷雾到饮料罐内部然后用传送器将它们“大量”连续输送通过长的固化炉。未固化的内部涂料在应用时具有白漆的外观，但在固化后变得几乎透明。在利用本发明的这些各种干燥和固化应用中，有可能选择被需要干燥、处理或固化的材料最容易并且适当地吸收的波长或波长的组合。在一些应用中，不存在的波长可能比存在的波长对改进的工艺更重要。不希望的波长通过干燥、加热、改变晶粒结构或者许多其它有害的结果不利地影响材料，利用本发明在更优化的工艺中能够避免。

提高待固化或干燥的目标材料的温度而不显著影响衬底或基体材料常常是合乎需要的。基体材料完全可能受到这样的加工的损害。更合乎需要的是在仍然将热引入目标材料的同时热不被引入它。本发明促进这类选择性加热。

回顾本发明的另一个应用领域，医疗行业已经利用大范围的可见光和近红外辐射处理进行了试验。已经推论出某些波长的电磁能刺激并促进愈合，还假设某些波长的照射能够刺激产生人体内的酶、激素、抗体和其它化学物质以及刺激惰性器官中的活性。检验这样的假定的细节或处理方法或优点超出了本专利的范围。然而本发明能够提供可以促进大范围的这样的治疗形式的固态、波长可选并且程序可控的中红外辐射源。

然而，迄今医疗行业确实不具有切实可行的方法来产生大功率的在中红外波长带内的特定波长的照射。本发明允许这样的窄带特定波长的红外照射，并且它能够以容易用于医疗应用的细小、轻量、安全和便于形成的要素起这样的作用。

对于治疗，能够选择被用于照射的特定波长或波长的组合有一些非常重要的优势。正如在工业制造材料中那样，有机材料也具有特征透射/吸收光谱曲线。动物、植物或人的组织显示出能够被充分利用将优势发挥到最大的特定的吸收/透射窗口。

人体的很高的百分比基本由水组成，因此很可能水的透射/吸收曲线对于众多人的组织的粗略近似是良好的基点。通过广泛的研究有可能研究出关于人、动物和植物的所有类型的组织的精确曲线。还可能研究出可以从器官或组织中寻求的各种治愈或刺激及其与传输/吸收曲线之间的关系。通过仔细地选择波长或波长的组合，有可能研究出对大范围的病和疾病有积极效果的治疗养生法。

希望治疗的一些组织或器官非常接近表面，而其它深藏于体内。由于人的组织的吸收特性，用非侵入技术不可能达到这么深的区域。为了在目标组织附近获得照射源必需采用某种形式的侵入技术。可能设计本发明的照射阵列使它们具有适当的尺寸和/或形状用于大范围的侵入或非侵入的治疗。虽然治疗技术、药征和构型超出了本讨论的范围；但本发明首先可获得固态的波长可选择的在中红外波长带内的照射。它能够被配置用于大范围的药征和治疗类型。由于其高度灵活的波形系数和程序可控的性质，能够针对特定体格和重量来配置它以产生用于定制治疗的适当的角度、强度和波长。

红外辐射正被用于从痔疮治疗到皮肤病学的数量增长的医疗应用。目前利用宽带红外源进行的红外治疗的一个例子被称作红外凝固治疗。另外，有时用红外灯治疗处理糖尿病周围神经病变。目前同样经常采用宽带红外灯治疗网球肘和其它类似疾病。结合本发明产生特定波长辐射的能力及其产生脉冲照射的能力可以在这些治疗中提供实质性的改进。它还可以提供较好的病人耐受性和舒适性。本发明还促进制造能够由内部安全电压驱动的卫生器材。

照射能量的脉动经证明是与许多治疗应用相关的关键方面。连续照射可能导致组织过热，而脉冲照射经证明提供充足的刺激而无过热、不适或组织损伤的有害影响。器件/阵列能够随着开启时间以微秒或更快测量的极高的速率脉冲的确切事实提供另一个有用的性能。可以预料如果将阵列激活极短的负荷循环，可以容许极高强度的脉冲辐射而不损害该阵列，因为这么短的脉冲时间来不及发生半导体接合过热。这将允许能够促进穿透更多组织的较大的总瞬时强度。

产生脉冲的频率经证明也是重要的。在文献中已知某些频率的对人的照射可能具有治愈或者有害的影响。例如，某些调幅频率或者可见光频率的组合可能导致人恶心，以及还有其它调幅频率或者频率的组合可能导致癫痫发作。当进行了进一步的医疗研究时，确实可以确定脉冲频率、波形或频率的组合与选择的波长或波长的组合一起对各种辐射治疗的成果有极大的影响。很可能将利用本发明的许多治疗药征尚未被理解或实现，因为研究人员或从业者还没有获得本发明。

本发明的另一个应用在于食品的制备加工或分级（staging）。当然在整个人类历史上极大范围的不同类型的炉和加热系统已被用于食品的制备。因为它们中的大多数是众所周知的，描述全范围的这样的炉和加热系统超出了本专利申请的范围。除了利用非红外/非热源烹调技术的著名的微波烹饪外，实际上所有其它烹调技术利用各种类型的宽带热源。用于这样的炉的红外热源和元件是宽带源。它们不具备产生对特定的烹调场所或烹调产品最有利的特定波长的红外能的能力。

如前对其它材料讨论的那样，植物和动物产品具有特定的吸收光谱曲线。这些特定的吸收曲线涉及特定的食品成品在特定波长下如何吸收或传输。通过选择照射对象食品的特定波长或一些精选的波长有可能改进或优化希望的烹调特性。最有效地利用辐射能能够降低加热或烹调的成本。

例如，如果最希望加热或使特定食品成品的外表面变褐色，本发明将考虑选择特定的食品成品高度吸收的波长。结果将是当在选择的波长下照射时非常接近于表面吸收全部红外能，从而导致希望的加热和/或变褐色正好在该表面处发生。反之，如果希望表面不过热，而是从食品极深的内部烹调它，那么可能选择特定的食品更多传输的波长或选定波长的组合，以致能够获得希望的烹调结果。从而当辐射能穿透到希望的深度时它将被逐渐地吸收。

重要的是注意对于穿过非金属材料的电磁波，该波I(t)如下列等式所述作为穿过距离t的函数降低：

I(t)=I₀(e^-αt)

在该等式中，I₀是光束的初始强度，以及α是该材料的比吸收系数。当时间t增加时，光束的强度经受由基质材料所吸收的原光束内的辐射能所导致的指数式衰减。因此，采用红外辐射加热获得最佳的烹调结果需要食品厚度、施加的红外辐射强度、照射波长和材料吸收系数之间的复杂相互作用。

通过混合在不同波长下照射的RED元件，有可能进一步优化烹调结果。在这样的多波长阵列中，将在辐射能吸收低的波长下选择单元件型，从而产生深的热穿透。辐射能吸收高将选择双元件型，从而促进产生表面加热。使该阵列完备，可以考虑在介于这两种吸收的极端条件之间的波长下选择三RED元件型。通过控制在这样的阵列中所含的三种RED发射器的相对辐射输出水平，有可能优化所制备的食品的重要性能。

通过将颜色、温度和可能视觉传感器连接到控制系统有可能闭合该回路并进一步优化希望的烹调结果。在这种情况下，有可能通过以最希望的适当的波长、强度和方向发出辐射来检查可能成为问题的准确的参数并允许控制系统响应。通过运用并结合视觉传感器，有可能实际查看待烹调的食品的位置和尺寸，然后如上所述相应地优化炉的输出。当与湿度传感器组合使用时，有可能作出保持希望的含湿量的组合的反应。因此，有可能理解本发明结合适当的传感器和控制器“智能”如何能够真实地促进未来的聪明炉。当然有可能将本发明与包括对流加热炉和微波炉的常规烹调技术组合来获得这些技术中的每一种所提供的最好组合。可以设计聪明控制系统以最好地优化本发明技术与常规的烹调技术的结合。

通过选择将被一种食品吸收而不被第二食品高度吸收的波长还可能高度选择在食品的混合板中产生的热的量。因而能够理解通过改变各种可选择的波长的组合和变换以及强度，人们能够获得大范围的特定设计的烹调结果。

对于本发明的任何应用，有可能采用各种透镜或光束导向器件来获得希望的照射能量的方向。这能够采取从独立的透镜RED器件到紧邻该器件安装的微透镜阵列的大量不同实施的形式。必须适当地选择所选的光束导向器件以在被导向或指引的辐射波长下起作用。通过利用用于衍射、折射和反射的充分理解的技术有可能将能量从RED器件阵列的不同部分导向希望的方向。通过程序可控地控制被开启的特定器件并通过调节它们的强度有可能获得大范围的照射选择性。通过选择稳态或脉冲模式并通过进一步编排在何时使器件产生脉冲，甚至有可能进一步提升功能。

虽然本公开的内容讨论了应用的辐射能主要在1.0到3.5微米的范围内，对本领域技术人员显而易见的是在包括在红外内的较长波长或向下通过可见区的较短波长的其它操作波长下能够获得类似的材料加热效果。本公开的发明的主旨包括为了辐射加热应用直接电子－到－光子固态发射器，其中可想象该发射器从可见到远红外是可运转的。对于某些类型的应用，将其它波长可选择的器件结合到在超出中红外范围的其它波长下照射的本发明中可能是合乎需要的。

图8给出单个RED元件10的图解表示。RED10包括叠层20。叠层20可以采取各种结构，例如结合图1～7说明的半导体层的堆叠等。在至少一种形式中，RED10的接触40（对应于例如接触1105、1205和1305）通过线80连接到叠层20。当电流60流过接合线80和叠层20时，发射具有符合叠层20的结构的特征能量或波长的光子70。

因为在制造LEDs中学到的许多半导体教训可以应用于REDs，提及可以帮助新的RED器件的发展的并联是有用的。自从将LEDs引入一般市场以来在LEDs的能量转化效率（光能出/电能进）方面已经产生了剧烈的改进。在市场上可买到的在光谱的可见光和近IR部分运转的LEDs中已经获得了高于10%的能量转化效率。本发明预期在1微米到3.5微米范围内某处运转的新的REDs被用作在各种加热系统中的主要红外加热元件。本申请描述了在吹塑系统中的具体实施。

图9和10显示在10密耳厚的PET部分内透射穿过的IR能量的相对百分比作为波长的函数。在石英透射范围（直到3.5微米）内，在包括大约1.6微米、1.9微米、2.1微米、2.3微米、2.4微米、2.8微米和3.4微米的几个波长下强吸收带（实质上的或者无透射的波长带）的存在是明显的。与本发明有关的基本概念是将被设计和选择为在1微米到3.5微米范围内的所选波长下运转的RED元件用作例如吹塑机的热调节部分中的基本加热元件。

应理解根据应用的需要可以改变输送能量的方法以及波长的选择。在一种形式中，可以将选择的窄波长范围具体调节到用于制造特定的目标元件（或者目标实体）的材料所需的热量。虽然理论上可能制造单色或近单色波长特性的窄带照射器件例如二极管，但制造如此窄的高输出器件不是切实可行的。通常如果将波长恰当地集中在吸收谱带中，加或减14或者甚至50纳米可以是正好的。一些不寻常的应用由于吸收带窄或接近吸收带可能需要具有非常窄的波长容限。选择使用的选定波长可以是在从1.0到5.0微米范围内的任一处，或者例如更实际地对于PET可以选自1.5到3.5微米的较窄范围。或者1.2微米或更大的例证范围可以是希望的。因为可以制造在较短波长下更“wall-plugefficient”的二极管或固态器件，如有可能，在该范围的较短端选择最有用的波段范围。材料在不同波长下的吸收率特性是一个要素。如果涉及多于一个吸收体，“门窗（door and window）”评价可能是适当的，假设例如一个材料受热而另一个不是。人们将需要决定是否能够选择波长使一个材料是弱吸收体，同时在相同的波长下另一个是强吸收体。这些相互作用是本发明的有价值的方面。通过关注吸收和/或相互作用能够实现系统优化。对于特定材料可以根据或者优化希望的加热深度、加热位置、加热速度或受热厚度来选择吸收带。另外，本文预期的激光二极管（或其它器件）可被用于激励其它振荡元件以获得希望的波长。

图11a、11b和11c显示了同时封装到适合的RED加热元件100中的独立RED发射器10的例证集合体。在本发明的该实施方式中，物理安装REDs10使N－掺杂区直接连接到阴极汇流条120。该阴极汇流条120理想地由材料例如铜或金制成，二者都是电流以及热的良导体。借助于接合线80将REDs10的相应区域连接到阳极汇流条110。理想地，阳极汇流条将具有与阴极汇流条相同的热和电性能。例如在170所示，外部产生的输入电压穿过2个汇流棒，引起电流（I）在REDs10中流动，导致发射IR光子或辐射能。在优选的实施方式采用反射器130将辐射能导入离开RED加热元件100的优选方向。REDs10的小物理块使更容易地指引发射到优选方向的辐射能170成为可能。该叙述被比较应用于大得多的螺旋形灯丝的情况；在发射器的实际尺寸和利用常规透镜装置指引得到的辐射流的能力之间的这样的关系在本领域是众所周知的。

采用散热器140引导在产生IR辐射能170的过程中产生的余热离开RED加热元件100。采用行业内已知的各种方法能够实现散热器140。这些方法包括被动散热、利用对流空气冷却的主动散热和利用水或液体冷却的主动散热。例如通过液冷套的液体冷却具有能够带走大量由未转化的辐射光子的电能产生的热。通过液体介质，能够将该热导向外部位置或者导向需要热的另一个区域。如果将热从工厂或装置带走或者导向另一个位置，那么空气调节/冷却能量能够被显著地降低或用于不同的方法。

另外，最好在本发明的该实施方式中使用灯泡150。如这里所用的灯泡150的基本功能是保护REDs10和接合线80不受损害。由于石英的透射范围从可见光延伸到3.5微米，优选灯泡150由其构成。然而，还可以采用其它光学材料，包括具有延伸超过REDs10运转波长的透射范围的玻璃。

在图12a和12b中描绘了在吹塑机中RED加热元件100的一种配置。在该系统中，预成型件240经传输系统220进入热监控和调节系统210。已经在早些时候预先注塑的预成型件240可以在室温下进入热监控系统210。或者，预成型件240可以如在单段注塑/吹塑系统中所做的那样直接来自注塑工艺。或者，可以通过几种其它工艺中的一种制造预成型件。无论制造预成型件的形态和时间，进入该方式，预成型件240将具有包含在它们中的变化量的潜热。

一旦通过传输系统220出现，预成型件240借助于传送器250被输送通过热监控系统210，这样的传送器在行业中是众所周知的。当预成型件240穿过热监控系统210时，它们经受由一系列RED加热元件100发射的辐射IR能量170。由这些RED加热元件100发射的IR能量170直接被制备中进入吹塑系统230的预成型件240所吸收。应理解该能量可以是连续的或脉冲的，与供应或驱动电流和/或其它设计目标有关。在一种形式中控制系统－这样的控制系统280控制该功能。作为一种选择，操作控制系统使该系统在显著大于推荐的稳态电流水平的电流水平下产生脉冲，在脉冲操作中获得较高的瞬时发射强度并响应来自相关传感器性能的输入信号以确定脉冲操作的时间。

如上所述，可以布置窄带照射加热元件阵列使不同波长的元件能够在该系统中实施。在更具体的例子中，波长变化的元件可被用于调节具有多层的预成型件。具有多层的瓶子被用于各种不同的应用，例如提供氧、CO₂或紫外光阻断（ultraviolet light blocking）等。各分隔层可以具有不同的材料或具有区别一层与另一层的涂料。结果，在预成型件中的各种层可以各自具有不同的吸收性能。情况既然这样，可以布置并实施阵列使一种波长的窄带照射元件发出辐射并加热多层预成型件的第一层，同时第二阵列的窄带照射发出辐射并加热多层预成型件的第二层。当然，应理解这可以按各种方式来完成。例如，能够同时或连续地加热这些层。此外，可以在分段预成型件中依序或同时加热这些层。在还有另外的选择中，可以在工艺中在不同的以及分隔的时间加热这些层。应理解与不同层的材料相反，设法用于加热工艺的具有不同吸收峰的一层材料也可以应用这种布置。

在利用本发明所述的方法和装置运转的吹塑机的优选实施方式中，还优选配置对流冷却系统260。该系统从空气以及接近正在加工的预成型件240的技工处除去余热。也可以采用传导冷却器件来做这些。在本领域已知通过对流和/或传导加热预成型件对整个热调节工艺有害。这是因为PET是非常差的热导体，并且加热预成型件的外面导致不均匀的穿透加热，具有过冷的中心和过暖的外壳。

此外包含在优选系统实施方式中的是温度传感器270（可能采取智能传感器或者在除了单点测温传感器有能力的那些之外能够在至少一个方面监控目标的形式）以及温度控制系统280。优选的吹塑机设计的这些方面特别可应用于单段吹塑系统的属性。在单段吹塑系统中，预成型件240进入包含在注塑阶段获得的潜热能量的热监控和调节系统210。通过监控温度从而监控即将进入的预成型件240（或这样的运行的特定分段）的焓，温度监控系统280有可能产生特定的预成型件（或特定的分段）加热要求，然后以激励信号的形式将这些要求传递到独立的窄带照射或RED加热元件100。窄带照射或RED发射器10的固态性质以及相关的快速响应时间使它们特别适合于调节作为时间或预成型件移动的函数的供电电流或工作时间。此外，如同将会理解的那样可以控制RED阵列的分段。

被用于规定这样的输出控制的温度控制系统280可以作为定制的嵌入式逻辑或工业可编程序逻辑控制器（PLC）的工业PC来实施，三者的性质和操作在行业内是众所周知的。控制系统例如作为280所示可以被设置为满足本文目的的各种方法。然而，作为一些例子，该系统可以控制开/关状态、电流流量以及对于各个波长在RED阵列中激活的器件的位置。

图13～16说明根据本发明的方法。应理解可以利用适合的软件以及硬件组合和技术实施这些方法。例如，通过由温度控制系统280储存和执行的软件程序可以控制指示的硬件元件。

现在参照图13，显示用于热处理热塑性预成型件的优选方法300，概述操作的基本步骤。借助于传送器250将预成型件240输送通过热监控系统210（步骤305）。当然，应理解，虽然所有实施方式显示输送，但可以采用有或者没有输送定位制品供曝光的简单装置。采用包含在热监控系统210中的窄带照射或RED加热元件100照射预成型件240（步骤310）。应理解，在该工艺期间可以使该窄带照射加热元件产生脉冲或连续激活特定的时间量。在一个实施方式中，将理解恰好在吹塑之前可以在少于3秒内将预成型件充分加热。在一些形式中，可以在较少的时间内加热预成型件，例如少于2秒、少于1秒或少于二分之一秒。在其它实施方式中，可以在大约5秒以下或者大约10秒以下完成加热。该短的加热时间代表超过例如采用石英灯的常规加热方法的显著进步。现有的基于石英灯的炉典型地加热12到15秒外加相等的散布阶段。为了获得这样的短时间，可以设置加热元件阵列在明显更封闭的物理空间内向预成型件提供足够的热。如果希望在1～3秒内获得加热预成型件所需的能量可以过激励窄带照射元件。有利的是确保二极管或固态器件阵列保持连续并且一致的冷却，这样它们不会过早损坏。采用本文所述包括结合图14～25的那些任何实施方式可以获得该辐射的短时间。此外，在加热期间可以改变转数或转速。典型地，采用6转加热预成型件，但可以采用更少或更多来改变加热。此外，可以改变转速或照射量来使加热过程开始或结尾的加热分布图平滑。还应当理解本文预期获得该短的加热时间的器件在至少一种形式中包括具有延长的使用期限的器件，例如上述基于磷化铟的器件。这些器件也可以在各种范围内运转以产生希望的带。例如，对于PET预成型件，可以要求选择大于1.2微米的波长带。此外，该系统可以包括在大于1.2微米的带或范围内发射的元件以及在小于1.2微米的带或范围内发射的元件。采用对流冷却系统260从热监控系统210内的空气和机械构件中除去余热（步骤315）。

在图14中概述用于处理热塑性预成型件的另一种方法301。在方法301中用步骤320替代用RED加热元件100照射预成型件240的工艺（步骤310）。在方法301的步骤320期间，预成型件240在它们移动通过热监控和调节系统210时被同步脉冲照射。该同步的脉冲照射提供大的额外能量效率，因为靠近预成型件的窄带照射或RED器件是唯一的在任何给定的瞬间被开启的器件。在一种形式中，使脉冲能量的最大输出与独立目标的输送同步。

在图15中概述用于处理热塑性预成型件的又一种方法302。在该方法302中，采用温度传感器270测量即将进入的预成型件240的温度。执行这一步以测量预成型件240进入系统时它们的潜热能量（步骤325）。

应理解可以按各种方式来实施感温。在一个实施例中，测量预成型件的内部以及外部温度以致预成型件的最终加热能够适合于适当调节系统的加热目的。此外，应理解采用许多已知技术能够完成预成型件内及外表面温度的测量。例如，在2005年3月7日提交的题为"An Apparatus and Method for ProvidingSnapshot Action Thermal Infrared Imaging Within Automated Process ControlArticle Inspection Applications,"的美国序列号10/526,799（2006年10月19日公开的美国公开号2006-0232674-A1）以及2004年1月7日提交的题为"AMethod and Apparatus for the Measurement and Control of Both the Inside andOutside Surface Temperature of Thermoplastic Preforms During Stretch BlowMolding Operations,"的美国序列号10/753,014（2005年7月7日公开的美国公开号2005-0146065-A1－现在美国专利号7,220,378B2）中公开的快动作技术（snap action technology）可被用于实现该目的，通过引用将二者结合到本文。

在任何情况下，例如，如果发现预成型件的内部温度低于预成型件的外部温度，并且希望均匀加热，可以实施在较高速率下加热预成型件内部的技术以产生均匀加热。对于一些应用，可能希望不均匀加热。那么可以完成预成型件内部及外部温度的测量以及执行适当的加热周期。

一种在预成型件的外表面和内表面之间实现不均匀加热的技术是利用所用特定材料的吸收曲线的原理。在这方面，现在参照图18显示吸收曲线1700。如所示，确定了第一吸收带1701。为了获得穿过预成型件厚度的均匀加热，已经发现选择在该带的中心线即线1702处的波长是有利的。然而，还发现选择在吸收带的一端（例如W2）或另一端（例如W3）处的波长，例如线1704或1706，提供从预成型件的外表面到内表面的不均匀加热。应注意包括在照射源的带宽中的不同透射率或吸收系数的范围越宽，穿过材料厚度的加热越不均匀。于是遵循W2或W3将倾向于比W1具有穿过被加热的材料厚度的更不一致的热。

此外已经确定该现象本质上是局部的。因此参照图17中的吸收带1707，通过选择对应于中心线1708的波长完成预成型件的均匀加热。

即使较窄的吸收带实际上在较大的吸收带1707中，因为在它的范围内它具备较小范围的吸收倾向，因此在这种情况下希望选择较窄的吸收带1709。在这方面，采用例如20纳米以下的非常窄的带的照射能够有利于将大部分能量集中在局部的吸收部件。应理解采用各种技术能够实现这些技术的实施以及波长例如W1、W2、W3或W4的选择。此外，通过选择带1709能够实现较好的一致性，因为就%透光率或在该图上y方向而言，该范围的宽度比可能在倾角1720附近选择的类似范围覆盖了较少的变化。

按此方式，应理解由于能够选择照射带来获得希望的结果，了解目标的吸收曲线是有利的。因此，在一些应用中可能希望在W1附近的窄带以及W4附近的窄带照射目标。也可能希望如上所述在一个带中均匀加热而在另一个带中不均匀地加热。这可以导致目标在任何给定区域的总曝光为在不同带照射的总和。因此，

总曝光＝xW1＋yW4

对于给定的应用，x和y代表在W1和W4附近给定的波长带目标的曝光量。

然后借助于传送器250将预成型件240输送通过热监控系统210（步骤305）。温度控制系统280利用由温度传感器270提供的温度信息产生被用于窄带照射或RED加热元件100的优选的控制信号（步骤330）。然后将优选的控制信号从温度控制系统280传递到加热元件100（步骤335）。然后采用包含在热监控系统210中的窄带照射或RED加热元件100照射预成型件240（步骤310）。然后采用对流冷却系统260从空气以及在热监控系统210内的机械构件中除去余热（步骤315）。

在图16中概述处理热塑性预成型件的还有另一种方法303。在方法303中用步骤320替代步骤310－用RED加热元件100照射预成型件240的步骤。在方法303的步骤320期间，预成型件240在它们移动通过热监控和调节系统210时被同步脉冲照射。

在替代的实施方式中，窄带照射阵列可以采取各种不同的形式。这些形式中，将元件分布在与各自通过的预成型件一起以旋转方式、线性方式或其它程控的路径移动的部位（station）上来增强加热过程。在这方面，应理解仅作为例子提供下列实施方式，并且可以按各种不同的方式来实施。

应理解通过预成型件自转，照射加热效果能够绕旋转轴更一致均匀。虽然具有各个预成型件的作为到颈环（抛光的螺纹端）的距离的函数的不同温度分布图可能是合乎需要的，但非典型地对于圆瓶需要绕旋转轴的不同温度分布图。已承认它是非典型的，有一整类瓶子，其具有在预成型件周围的不均匀加热分布图是非常合乎需要的。利用本发明能够极快地关闭和开启辐射或者与目标同步地调节照射的能力将有助于加热到任何希望的热分布图。如果将照射作为预成型件高度位置及其旋转位置的函数来程控改变，该分布图可能非常复杂。这样的专门加热在PET瓶行业中常被称为选择性加热，但从未具有本发明提供的非常程序可控的灵活性。

现在参照图19(a)显示系统300的侧视图。应理解系统300将作为图12中提供的阵列210的替换。为了便于参照，未显示该系统在图12中说明的所有组件；然而，本领域技术人员将理解系统300在那里如果实施。此外，为了便于说明仅显示了系统300（以及下面将更详细地描述的系统400）的一侧。

如同所示，系统300包括具有设置在其一侧的发射装置（在窄带发射）312的窄带照射阵列310，该阵列可以采取具有发射器的线性阵列或者沿其长度定位的发射器阵列的形式。如同所示，窄带辐射器件或REDs312对可以通过该系统的示例性的预成型件240起作用。此外在幻影中所示是轴320，阵列310绕其旋转。在图19(b)中，沿一段传送器线设置多个阵列来调节几个预成型件240。图19(c)说明阵列310的实施方式，其中多个具有发射器（例如发射器313）的阵列311沿阵列310的长度以x乘y的方式设置。当然阵列和发射器的数量将改变。该结构也可以用于本文所述的所有实施方式。

现在参照图20(a)～20(c)说明阵列310的基本操作。如图20(a)中所示，当预成型件240进入靠近线性310的区域时，阵列310旋转以发射适合的辐射到预成型件240上。如图20(b)中所示，当预成型件240经过阵列310时，阵列310随着预成型件旋转或移动以持续向其上发射辐射。图20(c)说明阵列310绕轴320的另外的旋转，连续照射在预成型件240上。

应理解阵列310作为可旋转的元件可以在该系统中以许多方式实施。在一种形式中，可以仅提供单一的阵列310，于是该单一阵列310对穿过该系统被加工的每个预成型件起作用。在替代的实施方式中，当预成型件通过该系统时多个阵列310将对每个单一的预成型件起作用。

当然，在该系统上还将安装适合的检测器、启动器和传感器，使阵列的旋转与预成型件的传送同步。有许多方法影响来自阵列的照射的同步运动，其包括伺服机构、机械联动、电流计或凸轮作用。

在更进一步的实施方式中，现在参照图21(a)～21(b)，可以实施系统400。在图21(a)中显示与预成型件240有关的一般线性阵列410。应理解至少在一种形式中该预成型件旋转或被指引绕其轴旋转。如本文所述，可以有选择地激活和减活阵列410或元件（或发射器阵列）412来加热预成型件240。此外图21(a)所示是传送器元件420。

现在参照图21(b)，系统400的俯视图显示各照射阵列410与穿过加热区的预成型件240的进程同步，然后在传送器上旋转作用于另外的预成型件。象图19和20中说明的实施方式，应理解图21的实施方式可以采取各种不同于被说明的形态。然而，在每一种这些形式中，阵列410将以一些方式追随预成型件240的路径向预成型件240提供辐射处理。作为替换，代替使用回路例如由传送器420提供的那样，操作可以是严格线性的－借此该组阵列沿轨道或导轨跟随各自的预成型件预定的距离，然后倒转或返回，与另一组预成型件同步。这样的系统可以包括线性导轨和/或轨道系统，借此无需复杂的传动带的转动。这样的系统的转动可以仅包括啮合导轨或轨道凸轮的齿轮，或者它可以被能够提供更程序可控的同步方法的伺服电机传动系统驱动。

在还有另外的实施方式中，参照图22，可以在位于加热站（heating station）的预成型件周围设置阵列以发射需要的辐射。在这种情况下，可以旋转预成型件或者可以使阵列绕预成型件旋转。如同所示，系统500包括分布在预成型件240周围的多个阵列510。同样，可以沿例如由箭头520所示的方向旋转预成型件。或者，可以沿例如方向522的方向通过已知的技术旋转一般线性阵列510的圆形结构。当然，应理解可以旋转阵列和预成型件。还应当理解可以按各种方式将预成型件设置在系统500中。例如，可以将预成型件传送到在阵列510之间的该系统中。或者，系统500可以相对于预成型件纵向移动，以致系统500能够向下移动来加热预成型件，然后向上移动以允许预成型件通过。

此外在图22所示的是被遮蔽的反射镜512，因为它能够如同所示任选地被设置。图22显示八个（8）已被设置为照射预成型件240的照射头510。照射头的数量能够从一个到任何合乎需要数量N改变，其配合所设计的系统的几何形状。非常合乎需要的是具有放射状地设置的照射头510以致它们不直接将能量对准通过预成型件的另一个。可以将反射镜512设计成填充照射头之间的任何空白空间，并且如果在给定的区域没有照射头，还能够用于代替。如果例如仅有一个照射预成型件240的照射头510，那么反射镜可以是减去发生照射的空间的完整的圈。当照射能量从照射头510发出时，它典型地形成发散光束向预成型件240移动。当照射能量射线穿过预成型件时，它们遭遇高达四个不同的界面。当它碰撞预成型件240的外壁时有一个空气－到－塑料的界面，当它离开预成型件240的外壁并在预成型件240的“内部空间”中移动时有一个。然后第三界面是当它撞击预成型件240的内壁时，以及与空气的第四界面是当能量射线离开预成型件240的外壁时。先前在本专利申请已经教导了根据良好理解的数学公式并根据特定的目标材料的特定吸收曲线，光子被目标材料按指数律地吸收。当能量射线通过预成型件240的第一侧壁然后第二侧壁时，它持续损失光子，光子被目标材料吸收并转化为热。对于壁非常厚的预成型件240，在能量能够离开第一侧壁并向第二侧壁前进之前能够可能完全消亡。这取决于选择用于照射的波长以及在该波长下目标材料的吸收。因此如果照射能量在第一侧壁中没有被完全吸收，根据预成型件240的几何形状已经通过衍射稍微弯曲的任何残留的能量将继续沿着该路径并向第二侧壁前进。当该能量射线进入预成型件240的第二侧壁时，它再次面对材料的改变并且当它进入第二侧壁时其方向矢量将根据入射角和预成型件240的几何形状弯曲。同样，假如在照射光束中仍有在第二侧壁中未被吸收的能量，光子519延续并将撞击反射镜512并被反射向预成型件240。然后它再次开始通过预成型件的每个壁的路径。如果为PET预成型件厚度很好地选择波长，在射线517往返通过预成型件之后没有遗留的能量离开第二壁。通过采用该反射镜技术有可能设计该系统利用特定的波长处理较大范围的预成型件。设计目标是100%消除在首次通过预成型件240中通过吸收的照射，但因为典型地将系统设计成处理一系列预成型件240的厚度和几何形状，反射镜将抢救并返回否则可能被浪费的大百分比的能量。

在图23(a)、23(b)、23(c)和24中说明还有另外的实施方式。如图23(a)～(c)所示，系统600促进在加热区602中分段加热预成型件240。由可从加热区外的第一位置（图23(b)）移动到加热区内的第二位置（图23(a)和23(b)）的台架系统604支撑预成型件240。台架系统604包括电机设备606和柱塞设备608。电机设备606用于将柱塞设备608如上所述从第一位置移动到第二位置。电机设备606还可用于旋转柱塞设备608。当然，该功能促进以包括上述那些的有利的方式加热预成型件（例如特定长度的时间如3秒以下）。加热区602由阵列或头610和反射镜612限定。将理解阵列或头610以选择的波长发射辐射，该辐射被预成型件吸收或被反射镜反射。

阵列610可以采取各种形式。在一种形式中，如上所述阵列610包括一系列线性设置的窄带照射元件或发射器阵列。阵列610还可以包括模块化的多个阵列或块以适应目标或预成型件的变化的尺寸。在这样的形式中，元件613可以涉及用于阵列的动力供应和控制线。如同所示，在另一种形式中，头包括一系列通过使用线613与窄带照射器件（例如激光二极管）联系的透镜或开口，该线可以采取光纤线的形式。块或阵列可以以各种方式实施。例如，在块边缘上的纤维（或发射器件）可以散开或改变尺寸以补偿块边缘的物理特性。这将促进更均匀的发射和热在目标上的应用。还可以改变发射器或纤维或块的间隔以获得更均匀的加热。同样，反射镜612可以采取实现本文所述的实施方式的目的的各种形式。

图24显示系统600的俯视图。注意将加热区602设置为圆形布置。为各加热区提供上述附属的硬件设备。当然，将预成型件带入加热区的准确方式可以根据应用改变；然而，结构的圆形状态将有助于各种便利的方法，包括沿大致平行于炉底座的旋转轴的方向垂直向上或向下移动到加热区或腔中。

本文所述的图23(a)～(c)的实施方式及其它可以在各种环境中实施。在图25中说明一种这样的环境。如同所示，系统700包括炉702、传送轴760、762和吹塑机780。应理解为了便于参考仅象征性地显示吹塑机。此外象征性地显示的是用于控制可旋转的炉702和/或控制温度（以及其它参数）传感或以任何各种方式的照射器件的控制器790。例如，在采用大量较高功率的器件以在一种形式中利用电源动力供应获得48伏的激励电平的情况下，控制电流可能是有利的。控制器可以采取各种形式并且可以采用各种软件程序以及硬件配置。同样可以将该系统中传感器结合到控制系统中。本领域技术人员将懂得其基本操作。另外，还可以实施其它组件（未具体显示）例如冷却设备、转动机构、电机……等。

传送轴760用于将预成型件从导轨704传送到炉702。应理解导轨704终止于传动齿轮706。传送轴760具有将预成型件从传动齿轮传送到炉的台架装置720的传送臂764。台架装置720接收预成型件并使它们绕炉702移动并通过炉。在这方面，使预成型件向下移动到炉的加热腔层710。这可以按各种方式来完成，但在一种形式中采用当台架装置720绕炉702旋转时迫使该台架装置720朝向加热腔层710的凸轮712。加热腔层710包括多个加热腔730。各加热腔由阵列或头例如三个头732以及形成圆柱形腔的反射镜734或者照射站或密封容器限定，确定大小以容纳预成型件。在这种形式中，炉702还包括含多个辐射源742的辐射源层740。如同所示，辐射源包括如本文所述的多个辐射发射阵列。经光纤线736将来自这些阵列的发射辐射传递到头732。当然，应理解使用光纤仅是可以实施的一种结构。应理解还可以将辐射发射阵列设置在头的位置以便将来自阵列的发射导向预成型件。这将不需要辐射源层。

炉702还包括动力源层750。动力源层750包括被设置为向炉内的辐射源层和其它组件提供动力的多个动力源。操作中，使预成型件沿导轨704移动到传送轴760。传送轴760将预成型件传送到炉704的台架装置。台架装置720被炉并绕炉旋转到加热腔层710，预成型件被接收到加热腔内并进一步绕炉旋转。在加热腔中时，旋转预成型件以致能够获得特定的加热分布图。例如，预成型件可以按不同的速度在加热过程的开始和/或结尾旋转以获得更均匀的加热并减少例如由伺服电机或步进电机以及适当地接口控制器的实施引起的“启/停”线的影响。如上所述可以预成型件的加热可以进行3秒以下。一旦预成型件正在其中被加热的腔显著地绕炉旋转，则以将预成型件放置于腔中的大致相同的方式例如通过凸轮712从该腔中移除预成型件。然后通过传送轴抓取预成型件并旋转到吹塑机780供加工。如同所示，然后传送轴762从吹塑机中取回吹塑瓶。

应理解本文所述的实施方式（例如结合图18～25描述的那些以及其它）将最有利地结合控制、检测和反馈功能（以及其它功能如冷却）允许该系统闭路操作。因此，控制该系统以促进独立预成型件的加热来获得对于特定的预成型件的恰当的热分布图。该分布图可以包括在其长度上或者关于预成型件在其长轴的旋转圆周的周围的分布图。本文所述的一些实施方式为了便于应用没有显示用于实现控制、检测和反馈的特定模块（例如图12的模块280或图25的控制器790）；然而，应理解可以按与更详细地讨论这样的功能的那些实施方式相类似的方式将这样的模块结合到其中。应理解通过各种装置还可以实施冷却功能。例如，冷却功能可被用于将余热移至另一个希望的位置（可以在装置或系统的内部或外部）。例如在图25中，通过在例如入口791和出口793处将液体冷却管道移入和移出系统可以实现冷却。可以向加热腔提供适当的冷却支路（未显示）。可以将出口793连接到适合的结构从该区域或系统中除去余热。

按此方式，应理解取决于应用，包括图22～25的旋转式实施方式的本发明的实施方式可以包括下列特征：

－可旋转的安装装置是旋转炉结构，其中照射站或加热腔与炉中在任何给定的时间下被加热的各个目标相对应，并且炉中在所述任何给定的时间下被加热的各个目标可以被相应的照射站加热。

－该结构包括多于一个的照射站或加热腔，并且各照射站能够被控制器（例如控制器790）和/或用于供应电流的装置分别控制来加热相应的目标。

－该结构通过例如控制器790，包括检测目标热参数并控制用于供应电流的装置来相应地控制各照射站或加热腔。

－通过例如控制器790检测目标热参数，包括检测各独立目标实体的目标热或目标热分布图中的一种，根据检测信息确定各独立的目标实体所需的照射热注入，向用于为至少一个窄带照射元件供应电流的装置发送控制信号，相应地照射目标实体。

－该系统包括在相应的照射站的照射场内旋转各目标实体的机械装置。

－被注入辐射能的目标实体是准备在其后的操作中被吹制成瓶子的塑料瓶预成型件。

－将每个照射站设计为能够将目标实体插入其中供照射的容器，使插入的运动方向显著地平行于主炉的旋转轴。

－通过旋转连接供给电源或冷却液中的至少一种用于炉的可旋转部分。

－安装装置包括多个至少一种窄带照射元件的线性阵列。

－可沿目标的路径传送该线性阵列。

－该系统包括用于将照射导入选择的加热区的至少一种光学元件。

上述描述仅提供本发明的特定实施方式的公开，并不是为了限制于此。因而，本发明不被限制于仅上述应用或实施方式。本公开的内容广泛地提出本发明的许多应用以及一个具体应用实施方式。公认本领域技术人员能够想到属于本发明范围的替代应用和具体实施方式。

Claims (10)

1.一种用于在成型或加工操作中非接触热处理预成型件的系统，该系统包含：

用于输送预成型件的导轨；

具有多个台架装置和相应的加热腔的炉，利用窄带发射元件，所述加热腔提供预成型件的照射，所述窄带发射元件用于发射在窄波长带内的辐射热以与所述预成型件的所希望的吸收特性相匹配；和

用于将预成型件从所述导轨传送到所述台架装置的传送轴，所述台架装置用于进行旋转以将所述预成型件放入和取出所述加热腔，所述传送轴用于进一步将所述预成型件传送到吹塑机。

2.如权利要求1所述的系统，其中在10秒以下完成所述预成型件的照射。

3.如权利要求1所述的系统，进一步包括用于在该系统中执行冷却功能的入口和出口。

4.一种用于将窄带辐射热选择性地注入目标的系统，该系统包含：

至少一个固态窄带照射元件，所述至少一个窄带照射元件用于发射在窄波长带内的辐射热输出用于所述目标的相关应用，选择所述波长以符合相关目标材料的特定吸收特性；

安装装置，定位所述至少一个窄带照射元件使得由此而来的照射对准所述目标，该安装装置被设置为限定至少一个加热区并且选择性地接收在加热区中来自所述至少一个窄带照射元件的辐射热被注入其中的目标实体，该装置具有将目标实体送入和送出所述至少一个加热区的可旋转元件；

用于将照射导入选择性加热区的至少一个光学元件；和

用于向所述至少一个窄带照射元件供应电流的装置。

5.如权利要求4所述的系统，其中所述加热区进一步被至少一个反射镜限定。

6.如权利要求4所述的系统，其中所述至少一个窄带照射元件包括阵列。

7.如权利要求6所述的系统，其中所述安装装置包括限定被设置为相对于彼此以一般圆形布置的多个加热区的多个阵列。

8.如权利要求4所述的系统，其中所述安装装置使应用光纤传送并且将辐射对准所述目标材料更便利。

9.如权利要求8所述的系统，其中所述光纤可以在所选择的区域成扇形散开以获得均匀的加热。

10.如权利要求4所述的系统，其中所述目标实体包括将在随后的操作中被吹制成瓶子的塑料瓶预成型件。

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