CN105047522B - 用于紫外散射通信具有光电倍增透射阴极的气汞放电灯 - Google Patents
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Abstract
用于紫外散射通信具有光电倍增透射阴极的气汞放电灯属于光电技术领域。现有可调制紫外光源信号传输速率低。本发明其特征在于，石英玻壳内腔由透射式阴极分隔为电子倍增腔和辉光放电腔；光电阴极、微通道板位于电子倍增腔，电子倍增腔为真空腔；阳极位于辉光放电腔，辉光放电腔为低压腔，充有汞蒸汽和氩气；所述透射式阴极的结构为，在圆环状铝片启辉阴极中间镶嵌阵列微孔玻板，阵列微孔玻板朝向电子倍增腔的一端镀有铝膜渡越阴极，启辉阴极与渡越阴极短路；微通道板朝向透射式阴极的一端与阳极之间的电压包括微通道板朝向透射式阴极的一端与透射式阴极之间的电压和透射式阴极与阳极之间的电压；在石英玻壳的电子倍增腔外端设置红外激光触发光源。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于紫外散射通信具有光电倍增透射阴极的气汞放电灯，属于光电技术领域。
背景技术
紫外散射通信是一种局域保密通信方式，利用日盲区(200～300nm)紫外光作为信息传输的载体，利用大气粒子对紫外光的散射实现信息传输，属于非视线(Non LineofSight)光通信。
紫外散射通信系统的光源主要是紫外气体放电灯，如汞气体放电无极灯。该无极灯由高频开关电源为电子镇流器供电，电子镇流器会产生高于1.5MHz以上工作频率的交变电流，该交变电流通过线圈后产生的交变磁场通过套在灯管外面的一对铁芯使灯管内形成感应电流，从而使低压汞和惰性气体如氩气的混合蒸汽放电，辐射出253.7nm的紫外线。用原始信号调制所述高频交变电流，所辐射的紫外线就成为承载该原始信号的通信电磁波。
尽管所述无极灯发射功率高达瓦级，能够满足紫外散射通信距离的要求。尽管在现有技术中工作频率已经提高到3.7MHz，但是，对于通信来说，所述的工作频率太低，在被原始信号调制后，这一频率还要降低，这使得最后的通信传输速率一般不会超过100Kbps。因此，这种光源不能满足高速通信的要求。
可见，在现有技术中尚缺乏一种兼具高发射功率、高传输速率特点的可调制紫外光源。
发明内容
为了获得一种兼具高发射功率、高传输速率特点的可调制紫外光源，我们发明了一种用于紫外散射通信具有光电倍增透射阴极的气汞放电灯，采用该放电灯，在保证紫外发射功率的同时，大幅提高紫外通信光源的开关速率，从而提高通信传输速率。
本发明之用于紫外散射通信具有光电倍增透射阴极的气汞放电灯在石英玻壳内腔的一端设置光电阴极，另一端设置阳极，在光电阴极与阳极之间临近光电阴极处设置微通道板，在光电阴极、微通道板、阳极之间以及微通道板两端加有方向相同的电压；其特征在于，石英玻壳内腔由透射式阴极分隔为电子倍增腔和辉光放电腔；光电阴极、微通道板位于电子倍增腔，电子倍增腔为真空腔；阳极位于辉光放电腔，辉光放电腔为低压腔，充有汞蒸汽和氩气；所述透射式阴极的结构为，在圆环状铝片启辉阴极中间镶嵌阵列微孔玻板，阵列微孔玻板朝向电子倍增腔的一端镀有铝膜渡越阴极，启辉阴极与渡越阴极短路；微通道板朝向透射式阴极的一端与阳极之间的电压包括微通道板朝向透射式阴极的一端与透射式阴极之间的电压和透射式阴极与阳极之间的电压；在石英玻壳的电子倍增腔外端设置红外激光触发光源。
本发明其技术效果在于，选用现有光通信普遍使用的红外光作为触发光，红外激光触发光源发出的触发光透过石英玻壳的电子倍增腔外端照射光电阴极，产生的光电子经微通道板增强后，穿透透射式阴极，在到达阳极的过程中激励辉光放电腔内的汞蒸汽放电，在氩气的阻滞下，产生平稳的253.7nm的紫外线，透射石英玻壳后放射到自由空间。
由原始信号通过调制电路控制红外激光触发光源的电源，进而调制触发光脉冲频率，最终放射的紫外光得到相同的调制，实现紫外散射通信信号的发射。
由于本发明属于气体放电光源，光输出功率与辉光放电腔的长度、直径以及透射式阴极的电子渡越能力直接相关，本发明完全可以根据光输出功率的需要设计辉光放电腔的长度、直径，另外，光电子经微通道板的倍增后，在高压下，如8200V，绝大多数能够渡越厚度不足1μm的渡越阴极，因此，紫外光输出功率完全能够达到瓦级。
现有红外光纤通信调制带宽能够达到甚高频量级，即30～300MHz，那么，本发明的理论通信频响带宽应该是300MHz，通信传输速率则能够达到600Mbps，远远大于现有紫外散射通信技术100Kbps的传输速率。并且，由于红外激光触发光源的电源开关速率可达到10GHz以上，光电阴极转化时间又仅为皮秒量级，微通道板的渡越时间也仅为亚纳秒量级，因此，在这些环节不会造成信号转换延迟；在辉光放电腔内虽然会发生多径时延，造成延时，但是，完全可以通过缩短辉光放电腔腔长和调整汞蒸气气压来校正频响特性。因此，本发明的实际通信传输速率也会远远高于现有技术。
附图说明
附图是本发明之用于紫外散射通信具有光电倍增透射阴极的气汞放电灯结构示意图，该图同时作为摘要附图。
具体实施方式
本发明之用于紫外散射通信具有光电倍增透射阴极的气汞放电灯如附图所示，在石英玻壳1内腔的一端设置光电阴极2，另一端设置阳极3，在光电阴极2与阳极3之间临近光电阴极2处设置微通道板4，在光电阴极2、微通道板4、阳极3之间以及微通道板4两端加有方向相同的电压。石英玻壳1内腔由透射式阴极分隔为电子倍增腔5和辉光放电腔6。光电阴极2、微通道板4位于电子倍增腔5，电子倍增腔5为真空腔。阳极3位于辉光放电腔6，辉光放电腔6为低压腔，充有汞蒸汽和氩气。所述透射式阴极的结构为，在圆环状铝片启辉阴极7中间镶嵌阵列微孔玻板8，阵列微孔玻板8朝向电子倍增腔5的一端镀有铝膜渡越阴极9，启辉阴极7与渡越阴极9短路。微通道板4朝向透射式阴极的一端与阳极3之间的电压包括微通道板4朝向透射式阴极的一端与透射式阴极之间的电压和透射式阴极与阳极3之间的电压。在石英玻壳1的电子倍增腔5外端设置红外激光触发光源。
所述红外激光触发光源由红外半导体激光器10及扩束透镜11构成，触发光为红外光，如波长为1310nm的红外光。
所述光电阴极2为InGaAs光电阴极。
所述微通道板4为带防离子反馈膜的微通道板，微通道孔径为50μm，微通道间距为60μm，微通道板4厚度为2.5mm，微通道长径比为50，微通道板4朝向光电阴极2的端面镀有4nm厚的SiO2绝缘层。
在所述透射式阴极中，启辉阴极7厚度为5mm，启辉阴极7的电子倍增腔5一侧镀有SiO2绝缘层；阵列微孔玻板8规则分布通孔，占空比小于等于1，通孔孔径为6μm，通孔间距为8μm，阵列微孔玻板8厚度为0.3mm，通孔长径比为50；渡越阴极9厚度为0.4μm。
电子倍增腔5真空度为0.1Pa；辉光放电腔6以0.8Pa的气压充入汞蒸气，以60Pa的气压充入氩气。
光电阴极2与微通道板4之间的电压为300V；微通道板4两端的电压为1000V；微通道板4朝向透射式阴极的一端与透射式阴极之间的电压为8200V；透射式阴极与阳极3之间的启动电压为1000V，启动后透射式阴极与阳极3之间的电压为180V。
Claims (6)
1.一种用于紫外散射通信具有光电倍增透射阴极的气汞放电灯，在石英玻壳内腔的一端设置光电阴极，另一端设置阳极，在光电阴极与阳极之间临近光电阴极处设置微通道板，在光电阴极、微通道板、阳极之间以及微通道板两端加有方向相同的电压；其特征在于，石英玻壳内腔由透射式阴极分隔为电子倍增腔和辉光放电腔；光电阴极、微通道板位于电子倍增腔，电子倍增腔为真空腔；阳极位于辉光放电腔，辉光放电腔为低压腔，充有汞蒸汽和氩气；所述透射式阴极的结构为，在圆环状铝片启辉阴极中间镶嵌阵列微孔玻板，阵列微孔玻板朝向电子倍增腔的一端镀有铝膜渡越阴极，启辉阴极与渡越阴极短路；微通道板朝向透射式阴极的一端与阳极之间的电压包括微通道板朝向透射式阴极的一端与透射式阴极之间的电压和透射式阴极与阳极之间的电压；在石英玻壳的电子倍增腔外端设置红外激光触发光源。
2.根据权利要求1所述的用于紫外散射通信具有光电倍增透射阴极的气汞放电灯，其特征在于，所述红外激光触发光源由红外半导体激光器(10)及扩束透镜(11)构成。
3.根据权利要求1所述的用于紫外散射通信具有光电倍增透射阴极的气汞放电灯，其特征在于，所述光电阴极(2)为InGaAs光电阴极。
4.根据权利要求1所述的用于紫外散射通信具有光电倍增透射阴极的气汞放电灯，其特征在于，在所述透射式阴极中，启辉阴极(7)的电子倍增腔(5)一侧镀有SiO2绝缘层；阵列微孔玻板(8)规则分布通孔，占空比小于等于1，通孔长径比为50；渡越阴极(9)厚度为0.4μm。
5.根据权利要求1所述的用于紫外散射通信具有光电倍增透射阴极的气汞放电灯，其特征在于，电子倍增腔(5)真空度为0.1Pa；辉光放电腔(6)以0.8Pa的气压充入汞蒸气，以60Pa的气压充入氩气。
6.根据权利要求1所述的用于紫外散射通信具有光电倍增透射阴极的气汞放电灯，其特征在于，光电阴极(2)与微通道板(4)之间的电压为300V；微通道板(4)两端的电压为1000V；微通道板(4)朝向透射式阴极的一端与透射式阴极之间的电压为8200V；透射式阴极与阳极(3)之间的启动电压为1000V，启动后透射式阴极与阳极(3)之间的电压为180V。
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