CN108648985A - 一种应用于紫外光非视距通信的功率可调节的深紫外光源 - Google Patents

一种应用于紫外光非视距通信的功率可调节的深紫外光源 Download PDF

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Abstract

一种应用于紫外光非视距通信的功率可调节的深紫外光源，包括电子枪和荧光屏，荧光屏包括铝膜、荧光膜以及石英窗口，石英窗口上涂覆一层荧光膜，荧光膜上涂覆一层铝膜；由灯丝发射的电子，经过阴极、栅极、加速极、聚焦极和高压阳极，形成电子束，电子束穿过铝膜、轰击荧光屏产生深紫外光，该深紫外光通过石英窗口向外发射。本发明中荧光膜与电子枪之间设置有一层铝膜，铝膜形成了导电层，避免了电子束流轰击荧光屏形成电荷积累，同时荧光层向后发出的光通过铝膜的反射作用从而向前发出，从而可以提高荧光屏的发光亮度。本发明的非视距通信光源可使用寿命超过10000小时，同时不会产生对环境污染的物质。

Description

一种应用于紫外光非视距通信的功率可调节的深紫外光源
技术领域
本发明涉及电子光学领域和通信技术领域，具体涉及一种应用于紫外光非视距通信的功率可调节的深紫外光源。
背景技术
针对军事通信的保密性、全方位和可靠性的需求，开展应用于军事非视距通信中紫外光通信的新型电子束激发紫外光源的研究，克服目前紫外光源波长较大、难以调制和功率小的缺点，突破电子束流、能量优化控制、远紫外光在真空系统中的频谱和功率测试、远紫外光荧光屏制备等关键技术，研制出可应用于非视距紫外光通信光源的原型器件。
与传统的无线电通信和无线激光通信等通信手段相比，紫外光通信技术具有通信保密性高的优点，由于大气的强吸收作用，紫外光通信信号的强度按指数衰减，克服了短波、超短波、微波等通信手段有可能在极远距离被截获的缺点。且可根据通信距离的要求来调整系统的辐射功率，使其在通信范围以外的辐射功率衰减至最小。另外，基于紫外光在大气中传输过程中的散射现象，可用于非视距通信，能适应复杂的地形环境，克服其他自由空间光通信系统必须以视距通信的弱点。最后，由于工作在“日盲区”，具有背景噪声小，抗干扰性强等特点。目前紫外光光源主要有紫外气体放电灯、紫外激光器和紫外发光二极管三种。它们的特点如下：
(1)紫外气体放电灯价格相对便宜、发射功率大、激发电压高、不易高速驱动、体积大、易碎、寿命短。
(2)紫外激光器转换效率低、价格昂贵、使用寿命短、脉冲重复周期对温度敏感以及不易低压高速驱动等。
(3)紫外发光二极管体积小、效率高，但是紫外发光二极管发射功率低，并且目前国内的紫外发光二极管做到日盲区的波段比较困难。此外，采用紫外发光二极管阵列可以在一定程度上提高紫外光发射功率，但是当调制频率较大，达到MHz的时候，由于紫外LED阵列采用多颗LED串并联相结合的方式进行封装，导致结电容变大，频响随着调制速率的增大而变差，产生畸变。
采用电子枪激发紫外荧光屏产生紫外光的方式，由于电子束的优越性能，方便调制；同时，电子束功率和能量密度可方便控制，满足紫外光通信高亮度光源功率需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种应用于紫外光非视距通信的功率可调节的深紫外光源。
为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
一种应用于紫外光非视距通信的功率可调节的深紫外光源，包括电子枪和荧光屏，荧光屏包括铝膜、荧光膜以及石英窗口，石英窗口上涂覆一层荧光膜，荧光膜上涂覆一层铝膜；电子枪由灯丝、阴极、栅极、加速极、聚焦极和高压阳极组成，由灯丝发射的电子，经过阴极、栅极、加速极、聚焦极和高压阳极，形成电子束，电子束穿过铝膜、轰击荧光屏产生深紫外光，该深紫外光通过石英窗口向外发射。
本发明进一步的改进在于，灯丝最大功率为1W。
本发明进一步的改进在于，高压阳极的电压最高为20KV。
本发明进一步的改进在于，荧光膜能够通过电子束激发的方式产生位于200nm～280nm波段的深紫外光。
本发明进一步的改进在于，荧光膜的材质为紫外荧光粉。
本发明进一步的改进在于，石英窗口的材料为熔融石英。
本发明进一步的改进在于，电子枪和荧光膜设置在同一真空系统中。
本发明进一步的改进在于，真空系统的真空度为10-4Pa数量级。
本发明进一步的改进在于，铝膜的厚度为80～100nm。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果：本发明利用电子枪产生的电子束，轰击涂有特定荧光物质的荧光屏，产生荧光，荧光屏设置有一透明石英窗口，便于产生的荧光通过，通过调节阳极高压调节该深紫外光发光功率。本发明中荧光屏上荧光膜与电子枪之间设置有一层铝膜，铝膜形成了导电层，避免了电子束流轰击荧光屏形成电荷积累，同时荧光层向后发出的光通过铝膜的反射作用从而向前发出，从而可以提高荧光屏的发光亮度。本发明的非视距通信深紫外光源通过将需要传输的数字信号加在灯丝栅极上，从而实现该信号的调制，进行紫外光非视距通信中信息的发射。通过改变阳极的电压，可以改变电子束流的功率，从而实现输出紫外光功率的调节。通过改变聚焦极的聚焦极电压，可以实现电子束轰击在荧光屏上的束斑大小，从而调节输出紫外光的能量密度。同时克服了紫外发光二极管功率较小，气体放电光源调制速率较低等缺点，兼顾了紫外光功率和调制速率。本发明的非视距通信光源可使用寿命超过10000小时，同时不会产生对环境污染的物质。
附图说明
图1是该深紫外光源发光的工作原理示意图。
图2是利用该深紫外光源通信方式的示意图。
图中，1为灯丝，2为阴极，3为栅极，4为加速级，5为聚焦极，6为高压阳极，7为铝膜，8为荧光膜，9为石英窗口。
具体实施方式
为了使本应用于紫外光非视距通信的功率可调的新型深紫外光源的技术手段、实现目标便于明白了解，下面将结合图示进行进一步的阐述说明。
参考图1，阴极灯丝最大功率为1W，该新型深紫外光源包括电子枪部分和铝膜、荧光膜以及石英窗口。
其中，电子枪包括灯丝1以及阴极2；荧光屏包括铝膜7、荧光膜8以及石英窗口9，石英窗口9上涂覆一层荧光膜8，荧光膜上涂覆一层铝膜7；由灯丝1发射的电子，经过阴极2、栅极3、加速极4、聚焦极5和高压阳极6，形成电子束，高压阳极6最高可达到20KV，可以通过调节阳极电压可以有效地对电子束功率进行控制，从而达到调节发出的深紫外光功率的目的。调节栅极电压，可以产生高频脉冲信号，方便实现高频信号的调制。
电子束穿过铝膜7，轰击荧光膜8产生深紫外光，该深紫外光通过石英窗口9向外发射。铝膜7用于将荧光膜(即紫外荧光粉层)发射来的光反射回去，增大出光功率，同时使电子束轰击的部分能够导电，防止电荷在荧光屏上的积累。该铝膜7的厚度为80～100nm。
石英窗口9上涂有荧光粉层，形成荧光膜8，荧光膜受电子束激发可以产生UVC波段的深紫外光，石英窗口9的材质为熔融石英，使紫外光的透过率较大。其中，荧光膜为紫外荧光粉。
电子枪朝向荧光屏，电子束轰击荧光粉层产生深紫外荧光，其中一部分紫外荧光向前发射，一部分紫外荧光向后发射，向后发射的紫外光被铝膜反射，射向前方。
电子枪还设置有聚焦极5，通过调节聚焦极5的聚焦电压的大小可以调节电子束打在荧光屏上的束斑大小，从而控制发出紫外荧光的功率密度。
电子枪和荧光屏设置在同一真空系统中，真空系统的真空度为10-4数量级。
本发明的深紫外光源的输出功率稳定并且可达到百毫瓦级别，光谱谱线宽度由荧光物质决定，生产成本较低，使用寿命长，可达到10000小时，同时没有污染环境的物质产生。
图2是应用深紫外光源进行非视距通信的通信模型示意图，太阳紫外辐射在通过大气层时，大气层中的臭氧层对200～280nm紫外光具有强烈的吸收作用，这一波段紫外辐射在近地大气中几乎不存在，形成所谓的“日盲区”，日盲区的存在，为工作在该波段的紫外光通信系统提供了一个良好的通信背景。
由于大气中存在大量的粒子，紫外辐射在传输过程中存在较大的散射现象，这种散射特性使紫外光通信系统能以非视距方式传输信号，从而能适应复杂的地形环境，克服了其他自由空间光通信系统必须工作在可视距方式的弱点。
由于大气分子、悬浮粒子的强吸收作用，紫外光信号的强度按指数规律衰减，这种强度衰减是距离的函数，因此可根据通信距离的要求来调整系统的发射功率，使其在非通信区域的辐射功率减至最小，使敌方难以截获。这就决定了利用该深紫外光源进行非视距通信具有保密性和通信信号难以被截获的优点。
本发明中在电子束的作用下，荧光屏发出远紫外荧光，并且可以通过改变电子束的束流功率从而实现该远紫外荧光光功率的灵活调节，而电子束的束流功率可以通过加在电子束上的电压进行控制，荧光屏的发光功率可达到百毫瓦级别。此外，通过控制栅极电压可以对紫外光进行高频调制，从而实现紫外光的非视距通信。
以上描述了该应用于非视距通信的功率可调节的新型深紫外光源的基本原理和主要优点及特征，在不脱离上述应用的前特下，该深紫外光源还会有所改进，这些改进都将落入要求保护的范围内。

Claims (9)

1.一种应用于紫外光非视距通信的功率可调节的深紫外光源，其特征在于，包括电子枪和荧光屏，荧光屏包括铝膜(7)、荧光膜(8)以及石英窗口(9)，石英窗口(9)上涂覆一层荧光膜(8)，荧光膜(8)上涂覆一层铝膜(7)；电子枪由灯丝(1)、阴极(2)、栅极(3)、加速极(4)、聚焦极(5)和高压阳极(6)组成，由灯丝(1)发射的电子，经过阴极(2)、栅极(3)、加速极(4)、聚焦极(5)和高压阳极(6)，形成电子束，电子束穿过铝膜(7)，轰击荧光膜(8)产生深紫外光，该深紫外光通过石英窗口(9)向外发射。
2.根据权利要求1所述的一种应用于紫外光非视距通信的功率可调节的深紫外光源，其特征在于，灯丝(1)最大功率为1W。
3.根据权利要求1所述的一种应用于紫外光非视距通信的功率可调节的深紫外光源，其特征在于，高压阳极(6)的电压最高为20KV。
4.根据权利要求1所述的一种应用于紫外光非视距通信的功率可调节的深紫外光源，其特征在于，荧光膜(8)能够通过电子束激发的方式产生位于200nm～280nm波段的深紫外光。
5.根据权利要求1或4所述的一种应用于紫外光非视距通信的功率可调节的深紫外光源，其特征在于，荧光膜(8)的材质为紫外荧光粉。
6.根据权利要求1所述的一种应用于紫外光非视距通信的功率可调节的深紫外光源，其特征在于，石英窗口(9)的材料为熔融石英。
7.根据权利要求1所述的一种应用于紫外光非视距通信的功率可调节的深紫外光源，其特征在于，电子枪和荧光屏设置在同一真空系统中。
8.根据权利要求7所述的一种应用于紫外光非视距通信的功率可调节的深紫外光源，其特征在于，真空系统的真空度为10-4Pa数量级。
9.根据权利要求1所述的一种应用于紫外光非视距通信的功率可调节的深紫外光源，其特征在于，铝膜(7)的厚度为80～100nm。
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