CN1617292A - 短程钼箔封接的脉冲氙灯 - Google Patents

Abstract

一种短程钼箔封接脉冲氙灯，其结构是在一充有氙气的灯管的两端内各熔封一钼箔圆筒，该钼箔圆筒的内端点焊接一电极，中段嵌入充气的石英气泡，外端点焊接一引线接头，其特征在于所述的引线接头为一具有三段不同直径的实心圆柱体，其粗段点焊接在所述钼箔圆筒内，中段较长，熔封在所述灯管内，其细段用于与外接导线连接，封接区的单边长度不大于石英气泡的外径的3.6倍，所述灯管内的氙气气压为380－760托，所述石英气泡内充600－615托空气。所述的引线接头的细段较短，该细段的圆柱的侧面包覆一镍片，其末端呈尖顶的圆锥形状。本发明脉冲氙灯不仅封接区短，灯内气压高，密封性能好，而且要有理想的架灯部位，能可靠引出外导线。

Description

短程钼箔封接的脉冲氙灯

技术领域

本发明涉及脉冲氙灯，特别是一种短程钼箔封接脉冲氙灯。

背景技术

广泛应用于各个领域的小型固体激光器常以小型脉冲氙灯作为其泵浦光源。后者的作用是将存储在电容器上的电能瞬间转化为辐射能，为保证有较高的转换效率，灯内气压通常较高；它必须能够经受较大的电流密度、高达几千度的瞬间内部高温，以及高达几十个标准大气压以上的瞬间内部压力。这就要求小型脉冲氙灯的灯管及其它构件应有很高的机械强度和耐热冲击的能力，更重要的是要有很好的密封性能。与大、中型脉冲氙灯相比，小型脉冲氙灯的封接要求更高，具体表现为：在灯内气压高和封接区长度较短的情况下，必须保证有良好的气密性。此外，为方便用户使用，还要具备可靠的架灯部位。近年来，为减少泵浦光源辐射的紫外线对激光器工作物质的损伤，原先的纯石英灯管已为具有截紫外功能的掺铈石英管所取代，这样又增加了灯管承受的能量，对成品的机械强度和密封性能也提出了更高的要求。应用于航空领域的小型固体激光器的泵浦光源，不仅应具有上述高负载强度、高转换效率的特点，还应满足结构更紧凑、整体更小型化甚至趋向微型化的特殊要求，这样又增加了灯管单位面积上承受的能量，因此，对成品灯的机械强度要求也更高。这些要求反映在制灯的封接工艺上就体现为封接区更短、密封性能提高。

目前小型脉冲氙灯的封接广泛采用钼箔封接技术，其封接区纵剖面结构如图1所示，将很薄的单层长方形钼箔3卷成空心圆筒形，圆筒中心嵌有一个内充一个标准大气压的空气的石英气泡4，圆筒两端以点焊方式分别连接电极2和引线接头5，电极2为钨制电极，引线接头5是中空的圆柱钼筒，然后将点焊后的组合体熔封于灯管1内，熔封后气泡4体积膨胀，顶压钼箔3，使钼箔3机械地紧贴于灯管1的内壁，形成封接区，有效地防止灯内氙气泄露；这种封接技术的突出优点是耐高温。在氙灯工作过程中，当其内部温度达到几千度时，灯内部分热量将不可避免地传导到氙灯两端的封接区，使封接区材料升温至1000℃左右。石英和金属钼的软化温度都在1500℃以上，也就是说在1000℃时不会软化变形。由这两种材料构成的封接区在自身温度达到1000℃时仍能保持正常的形状和良好的密封能力，进而保证氙灯正常工作。因此，利用此种封接技术可以制成非水冷使用的成品灯，这是其他封接技术无法比拟的。但是现有的钼箔封接技术仍然存在以下三方面的不足：

一是钼箔封接区较长。为保证氙灯能长时间地高效工作，必须严格控制灯内氙气的微漏速率。通常实践认为，单边封接区的长度达到石英气泡外径的5-6倍时，才能保证成品灯具有较好的气密性，即将漏气速率控制在允许范围内；并且氙灯的极间距必须满足放电特性的要求，不可随意缩短。因此采用这种长程钼箔封接技术的氙灯，不能满足进一步微型化的要求。一般地说，要得到较高的电光转换效率，必须提高灯内氙气的气压，这又给确保封接区的气密性增添了困难，更需要以较大的封接区长度来弥补由灯内气压高而引起的易漏气的缺陷。这样就不能实现成品灯的微型化。

二是成品灯的机械强度不够。成品灯的引线接头与外导线连接的一端裸露于灯管之外，这个暴露于大气中的部分，容易受到水和空气的作用而氧化；引线接头与厚度仅为0.03mm的钼箔点焊连接的一端熔封于石英灯管内，熔封的长度不足以利用石英灯管很好地保护脆弱的点焊部位。通常成品的引线接头是空心圆筒形钼筒，圆筒横截面与导线焊接，这种小面积焊接不很牢固。上述钼箔点焊和导线焊接两个部位，在成品使用时容易因受到频繁的拉曳而脱落。

三是在非水冷使用的情况下，氙灯不易固定。引线接头裸露于灯管外的部分很短，对于非水冷的氙灯，安装时经常架不稳固。因此用户将封接区作为架灯部位，但中间空心的封接区无法承受较大的压力，架灯时用力稍大些，此处的灯管就会断裂。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于有效地改进上述现有技术的不足之处，提供一种短程钼箔封接的脉冲氙灯，该脉冲氙灯不仅封接区要短，灯内气压高，密封性能较好，而且要有理想的架灯部位，能可靠引出外导线。

本发明的技术解决方案如下：

一种短程钼箔封接脉冲氙灯，在一充有氙气的灯管的两端内各熔封一钼箔圆筒，该钼箔圆筒的内端点焊接一电极，中段嵌入充气的石英气泡，外端点焊接一引线接头，其特征在于所述的引线接头为一具有三段不同直径的实心圆柱体，其粗段点焊接在所述钼箔圆筒内，中段较长，熔封在所述灯管内，其细段用于与外接导线连接，封接区的单边长度不大于石英气泡的外径的3.6倍，所述灯管内的氙气气压为380-760托，所述石英气泡内充600-615托空气。

所述的引线接头的细段较短，该细段的圆柱的侧面包覆一镍片，其末端呈尖顶的圆锥形状。

所述的引线接头的细段插入所述的外接导线内并采用全面积锡焊连接，在该连接处的外周套一塑料套，在该塑料套和外接导线之间灌满环氧树脂。

所述的电极为铈钨电极。

所述的灯管为掺铈石英管。

所述的石英气泡由纯石英管熔制而成。

本发明短程钼箔封接的脉冲氙灯经使用证明，具有较高的电光转换效率，优良的密封性能；紧凑的内部结构和微型化的外形，十分适合在特殊领域中应用；灯两端的点焊部件和外导线连接牢固，能承受装灯时的正常拉力和扭力；圆整的架灯部位有较高的机械强度，架灯时只要两端架灯部位受力均匀，可基本杜绝断裂问题。

以下结合实施例对本发明作进一步说明。

附图说明

图1是现有技术的封接区纵剖面结构图

图2是本发明的封接区纵剖面结构图

图3是本发明与外导线连接的纵剖面结构图

图4是本发明实施例1的放电光谱图

具体实施方式

本发明短程钼箔封接脉冲氙灯主要采用钼箔封接技术，其封接区纵剖面结构如图2所示：由图可见，本发明短程钼箔封接脉冲氙灯的结构是：在一充有氙气的灯管1的两端内各熔封一钼箔圆筒3，该钼箔圆筒3的内端点焊接一电极2，中段嵌入充气的石英气泡4，外端点焊接一引线接头6，其特征在于所述的引线接头6为一具有三段不同直径的实心圆柱体，其粗段61点焊接在所述钼箔圆筒3内，中段62较长，熔封在所述灯管1内，其细段63用于与外接导线10连接，封接区的单边长度不大于石英气泡4的外径的3.6倍，所述灯管1内的氙气气压为380-760托，所述石英气泡4内充600-615托空气。

换一句话说，以卷成空心圆筒形的单层钼箔3为传导和密封部件，圆筒中心嵌有一个石英气泡4，圆筒两端分别点焊连接电极2和引线接头6，点焊后的组合体熔封在石英灯管1内。石英气泡4由纯石英管熔烧而成，灯管1为掺铈石英灯管。与现有技术相比，本发明的特点在于：

采用短程钼箔封接技术，不仅有效缩短了成品灯的总长，满足微型化的要求，而且在灯内气压较高的情况下，仍能保证优良的密封性能。与一般小型氙灯相比，本发明的电极距和管径更小，相应地，发光距离也更小，但灯内气压更高，故其电光转换效率等于、甚至大于一般小型氙灯。常用小型氙灯的灯内气压一般为250托-450托(1个标准大气压为760托)，而本发明的灯内气压提高至380托-760托。在灯内气压较高的前提下，本发明突破了在先技术中单边封接区长度不小于气泡外径的5-6倍才能保证气密性的理论禁区，本发明以单边封接区长度不大于气泡外径3.6倍的封接区，将灯内氙气的微漏速率严格控制在允许范围内。本发明之所能做到这一点，关键在于降低了石英气泡内的气压。按照现有技术，石英气泡内充有760托的空气(因为空气廉价)，在将点焊的组合体熔封于灯管1内时，很容易因为气泡局部受热的时间控制不当，使加热处泡壁软化，并被迅速膨胀的泡内气体撑开，形成花生米形状的外观，在密封形式上形成点封接，这种封接在灯内气压较高的条件下漏气速率高。而本发明将泡内气压降至0.8个标准大气压，约608托，实践证明，这个气压既能有效避免形成点封接，又能保证气泡4均匀膨胀至所需的体积，从而形成密封能力较强的线封接。

将引线接头6加工成粗细不均的实心异型钼杆，引线接头6及其与外导线连接的纵剖面结构如图3所示，粗段61用于点焊连接钼箔3，中段62较长且完全包裹于石英灯管1内；细段63较短，其末端呈尖顶的圆锥形状，用于连接导线10，连接处外套塑料套8。粗段61与中段62的长度之和占该异型钼杆绝大部分长度，这粗段61与中段62两部分都熔封于灯管1内，不仅避免了引线接头6的大面积氧化，而且高硬度的石英灯管1可以很好地保护点焊部位，大大提高了点焊部位抗拉、抗扭的机械强度。细段63圆柱侧面点焊镍片9，利用末端呈尖顶的圆锥体可快速地插入导线10中心，然后将细段63全面积与导线10焊锡连接，焊接面积比相同管径的在先技术成品的更大；连接处外周套上塑料套8，套内灌以环氧树脂7，这样，外导线10与灯管1的连接更牢固，能承受装灯时的频繁拉曳。

在非水冷使用的情况下，成品灯的安装方便、可靠。按比例，本发明的引线接头6的长度比在先技术的引线接头有所增加，且为实心杆，粗段61与中段62包裹于灯管1内，熔封时十分注重保持灯管外观的圆整性。这样，中段62与灯管1熔封的部位具有较大抗压强度，是用户架灯的理想部位。

实施例1

本实施例是利用本发明的全部封接工艺制成的小型高气压、高强度封接的脉冲氙灯，石英灯管外径为5mm，电极间距60mm，成品灯总长124mm；石英气泡外径为2.8mm，单边封接区长度不大于10mm，二者比例约为1∶3.57；灯管内氙气气压为760托，气泡内空气气压为600托。本实施例的封接区纵剖面结构图如图2所示，其中电极2由铈钨制成，其余部件同前文对图2的描述。本实施例的导线连接纵剖面结构图如图3所示，前文已对图3作详细说明，此处不再赘述。

本实施例已成功用作激光雷达的泵浦光源，储能电容60μF工作电压930V，通过的电流峰值230A，放电脉宽140μS，可以2-85Hz频率重复工作，在实际使用中获得满意结果。本实施例的放电光谱见图4。

实施例2

本实施例已成功用于激光雷达配置的泵浦光源。灯管外径为7mm，电极间距75mm，成品灯总长178mm；灯内氙气气压为380托，气泡内空气气压为608托。其中电极2为铈钨电极，在实际应用中，储能电容100μF，工作电压1.2KV，通过的电流峰值756A，放电脉宽150μS，可以2-57Hz频率重复工作。本实施例的脉冲氙灯电光转换效率和密封性能俱佳。

实施例3

本实施例是具有本发明可靠的架灯部位的风冷小型脉冲氙灯。灯管1外径为6mm，电极间距50mm，成品总长108mm；灯内氙气气压为600托，气泡内空气气压为615托。其中电极2为铈钨电极。本实施例可用于无水冷条件的小型激光器，成品灯安装时，用户可利用实心钼杆中段62的位置架灯，只要使灯两端的这个部位受力均匀、同步，架灯部位不会断裂。

Claims (6)

1、一种短程钼箔封接脉冲氙灯，一充有氙气的灯管(1)的两端内各熔封一钼箔圆筒(3)，该钼箔圆筒(3)的内端点焊接一电极(2)，中段嵌入充气的石英气泡(4)，外端点焊接一引线接头(6)，其特征在于所述的引线接头(6)为一具有三段不同直径的实心圆柱体，其粗段(61)点焊接在所述钼箔圆筒(3)内，中段(62)较长，熔封在所述灯管(1)内，其细段(63)用于与外接导线(10)连接，封接区的单边长度不大于石英气泡(4)的外径的3.6倍，所述灯管(1)内的氙气气压为380-760托，所述石英气泡(4)内充600-615托空气。

2、根据权利要求1所述的短程钼箔封接脉冲氙灯，其特征在于所述的引线接头(6)的细段(63)较短，该细段(63)的圆柱的侧面包覆一镍片(9)，其末端呈尖顶的圆锥形状。

3、根据权利要求2所述的短程钼箔封接脉冲氙灯，其特征在于所述的引线接头(6)细段(63)插入所述的外接导线(10)内并采用全面积锡焊连接，在该连接处的外周套一塑料套(8)，在该塑料套(8)和外接导线(10)之间灌满环氧树脂(7)。

4、根据权利要求1所述的短程钼箔封接脉冲氙灯，其特征在于所述的电极(2)为铈钨电极。

5、根据权利要求1所述的短程钼箔封接脉冲氙灯，其特征在于所述的灯管(1)为石英灯管，或掺铈石英灯管。

6、根据权利要求1所述的短程钼箔封接脉冲氙灯，其特征在于所述的石英气泡(4)由纯石英管熔烧而成。

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