JPH01161661A

JPH01161661A - 赤外線源およびその製造方法

Info

Publication number: JPH01161661A
Application number: JP63286619A
Authority: JP
Inventors: Shaul Yatsiv; シヵウル　ヤツィブ; Amnon Gabay; アムノン　ガベイ
Original assignee: Yissum Research Development Co of Hebrew University of Jerusalem
Current assignee: Yissum Research Development Co of Hebrew University of Jerusalem
Priority date: 1987-11-12
Filing date: 1988-11-11
Publication date: 1989-06-26
Also published as: DE3852813D1; IL84463A; CA1312114C; IL84463A0; EP0316189A2; DE3852813T2; ATE117462T1; EP0316189B1; EP0316189A3

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、赤外線（ＩＲ）スペクトルにおいて不連続、
非干渉の自然発光回数で赤外線を放射する、内部電極の
ない、封じ込み、分子気体放射源およびその製造方法に
関する。

（従来の技術）非密閉連続流に対するものとして、封じ込み分子気体放
射赤外線源が知られている。しかし、その赤外線源は、
一般に、作動中の赤外線発光ガスの解離および（または
）減損により寿命が短く、また、励起分子の非放射緩和
により力がない。

さらに、従来の赤外線源の入力に対する赤外線出力の比
は、低い。このような欠点を克服するために、米国特許
第３，９８４，７２７号および英国特許第１，５９１，
７０９号で開示された装置のように複雑な構造を含む解
決法が提案された。

（発明が解決しようとする課題）したがって、本発明の目的は、従来技術による装置の不
利な点を改善することにあり、また、１または複数の気
体種の分子旋光−振動推移帯の不連続の自然発光周波数
特性で狭いスペクトル線を発光することができる、簡単
な構造を有する赤外線源を提供することにある。

本発明の他の目的は、少なくとも数か月間連続的に作動
する赤外線源であワて、少なくとも数ミリワットの、選
択された周波数の出力を有し、また、この周波数での赤
外線出力が赤外線源を作動させるに要する全パワーの数
パーセントまたは１０数パーセントのオーダであるよう
なパワー効率を有する赤外線源を提供することにある。

（課題を解決するための手段）前記の目的は、壁間に封じ込み、無電極チャンバを区画
する密閉体を含む赤外線源を提供することにより達成さ
れ、首記密閉体の壁は、少なくとも１つの赤外線透過部
分を有し、また、前記チャンバは、少なくとも１つの分
子赤外線活性ガス、少なくとも１つのバッファガスおよ
び少なくとも１つの希ガスからなる混合ガスを収容する
。

本発明は、また、赤外線源の製造方法を提供するもので
あり、該製造方法は、壁間にチャンバを規定する誘電体
材料製の密閉体を用意すること、前記チャンバを洗浄剤
中にひたすこと、前記チャンバを蒸留脱イオン水で完全
にゆすぐこと、前記チャンバを乾かすこと、約２００℃
〜約３００℃の温度で前記チャンバを焼き乾かすこと、
少なくとも１つの希ガスを前記チャンバ中に導入するこ
と、前記チャンバ内で一定時間放電を行い、前記チャン
バを空にすること、前記チャンバに少なくとも１つの分
子赤外線活性ガス、少なくとも１つのバッファガスおよ
び少なくとも１つの希ガスを含む混合ガスを充填するこ
と、前記チャンバを密閉して封をすることを含む。

（実施例）第１図を参照するに、密閉体４からなる赤外線源２が示
されており、前記密閉体はその壁間に封じ込みチャンバ
６を区画する。密閉体４は、パイレックス（商品名）、
ガラスまたは石英のような１ｒＦｒ　？ｔＣ体材料から
造られ、赤外線透過性の少なくとも１つの壁８を有し、
赤外線は作動中密閉体４から矢印Ａの方向へ放射される
。チャンバ６の内部に収容されたガス分子を励起させる
ために、密閉体４は、その外側に赤外線源２に電力を供
給しかつ制御するための高周波励振器（図示せず）にケ
ーブル１３を介して接続される一対の電極１０．１２が
取り付けられている。

本発明によれば、密閉体４の内部は、下記ａ）〜Ｃ）の
ガスを含む混合ガスで満たされている。

ａ）適当に励起されたとき、既知の離散スペクトル分布
の赤外線を放射することができる、少なくとも１つの赤
外線活性ガス。

ｂ）相対的に長く活性の状態にある励起エネルギー準位
を有し、Ｖ−Ｖ　（振動−振動）衝突法によって励起割
合および赤外線活性ガスの放射を増すために、吸収され
た励起エネルギーを貯えることができる、少なくとも１
つのバッファガス。

Ｃ）混合ガスの放出の開始を助け、前記チャンバ内の自
由電子の密度を増すための少なくとも１つの希ガス。

このような混合ガスを用いて行なわれた実験は、延ばさ
れた寿命期間、強化発光、放射された赤外線の適切な変
調を示す赤外線源を得るために、次の相関パラメータが
考慮されねばならない。

ｉ）上記３種類のガスの混合ガスｉｉ）前記チャンバ内の前記混合ガスの圧力ｉｉｉ　）
前記チャンバの形状これらの相関パラメータを考慮するに、励起された赤外
線活性分子の自然な減衰時間中に、例えば数ミリ秒のオ
ーダで、分子は異なる３つの方法で、すなわち、壁消光
、衝突消光および自己消光により消光する傾向がある。

壁消光は、励起された分子がガス媒体中の所定位置から
、この分子が迅速に消光しかつ励起状態が失われる前記
密閉体の壁へ拡散することに起因する。高出力のために
最適の圧力よりも低いガス圧力で運転される赤外線源の
平均の大きさに対する平均の拡散時間は、放射寿命より
も数倍速い時間である。これは、その結果、可視領域ま
たは紫外線領域のスペクトルにおいて原子放射源に対応
する状況と比較して、放出エネルギーから赤外線強さに
変換される効率の減少を招く。衝突消光は、赤外線活性
分子と、不純物を含む混合ガスの他の組成物との間に起
こる。励起された分子が他の原子または分子と衝突する
ことによる励起状態の早められた消光は、その結果、赤
外線強さおよび赤外線源の効率の低下を招く。

特定の消光要因の性質は、規定された放出分子および励
起状態による。例えば、二酸化炭素分子の（００１）状
態から（０００）状態になるときの４．２７放射線は、
特に、水または水素分子との衝突による消光に影習され
やすい。

最後に、励起状態において特定の赤外線を放出する分子
は、同種の非励起分子との衝突により消光される。これ
は自己消光と呼ばれ、赤外線源における活性種の許容で
きる全体の圧力を著しく制限する。原子または分子のバ
ッファ種と同様の赤外線源の赤外線活性分子種は、予め
決められた値を越えないような限界圧力に維持される。

前記密閉体の壁に対する拡散は、低い圧力で速くなるか
ら、壁消光および衝突消光は、相互依存している。よっ
て、相対的に大きい寸法の赤外線源は、かなりの力変換
効率で高い放射線強さを維持することができる。

本発明に従って製造され、作動される赤外線放射源の例
は次のとおりである。

実施例番号　　　　　混合ガス　　　　　　　相対圧力
１、　　　　ＣＯ２，Ｎ２．Ｈｅ　　　　　　１：４ニ
ア２、　　　　ＣＯ２，Ｎ２．Ｈｅ、Ｘｅ　　　１：２
：２：３３、　　　　ＣＯ２，Ｎ２．Ｘｅ　　　　　　
１：２：８４、　　　　Ｃｏ、Ｎ２．Ｘｅ　　　　　　
　１：１：８チヤンバ内の全圧力は１トルから１００ト
ルまで変化可能である。

第２図は、ＣＯ２、Ｎ２　、ＸｅおよびＨｅを含みかつ
１，２，３．３の相対分圧と６〜２５トルの範囲にある
全圧とを有する赤外線放射源の放射量を示す。この放射
源は、数１００ミリワツトの平均出力および４〜７メガ
ヘルツの周波数範囲で作動する高周波発振器によって励
起された。前記放射源からの出力は１０ミリワツトのオ
ーダーにある。

第３図および第４図を参照して前記赤外線放射源の形状
の点に言及するに、ここで使用される「赤外線放射線源
」なる用語は、混合ガスを含むチャンバ６を区画する密
閉体の全体の寸法および形状の双方をその意義に包含す
る。

例えば、実施例２の混合ガスでは、４．２７ミクロンの
放射線を生じさせる二酸化炭素（ＣＯ２）分子の（００
１）振動状態における寿命は約５ミリ秒である。赤外線
出力を最大にするために、放電領域における前記チャン
バ寸法および前記混合ガスの全圧および分圧は、壁への
拡散がこの時間よりも非常に少ない時間で起こり、また
、異なる衝突緩和プロセスが１１５ミリ秒＝２００秒−
１より高速度で起こる可能性を回避するように選択され
るべきである。しかし、もし、放射される赤外線のより
速い変調速度を得ることが望まれる場合は、前記チャン
バの寸法は前記チャンバの前記壁への分子の拡散が該分
子の減衰時間より少ない時間を要するように充分に小さ
いものであるべきである。ＣＯ２分子の減衰時間が約５
ミリ秒であるのに対し、ＣＯ（実施例４を参照）の減衰
時間は約３０ミリ秒である。

第３図に示すように、密閉体４は２つの部分、すなわち
、貯蔵部と称される大きい直径Ｄ（約４０＋ｍ）および
長さしく約５０　ｍｍ）の第１の部分と、放電部分また
は放電領域と称される小さい直径ｄ（約１５ｍｍ）およ
び長さＩＬ（約３０ｍｍ）の第２の部分とから成る。２
つの電極１０および１２が前記放電領域に接続されてい
る。励起すると、所望の気体放射線が矢印Ａの方向ヘチ
ャンバ６から出る。したがって、チャンバ６の大部分の
容量が、前記放電領域に気体分子の同じ混合ガスを絶え
ず補給するための貯蔵部として用いられることが理解さ
れよう。このタイプの放射源の形状は、放射源の寿命お
よび出力安定性を増大させる。

第３図に示す形状を有し、また、実施例２の混合ガスで
満たされた赤外線放射源で行なった試験は、連続作動の
ｉｏ、、ｏｏｏ時間を越える寿命の持続時間を達成する
ことができることを示した。実施例４の混合ガスを含む
放射源で行なった試験はｓ、ｏｏｏ時間を越える連続作
動を達成した。

実施された他の試験結果は次の表に要約される。

表工：２、　　゛　　、１　　の圧第１図の放射源形状：Ｄ＝１５ｍｍ；実施例３の混合ガスチャンバ内　　　　減衰時間　　　相対赤外線の全圧力
　　　　　（ミリ秒）　　　放射出力第１図の放射源形
状：Ｄ＝１５１ｍ；全圧力１０トル気体混合物　　　減衰時間　　　相対赤外線ＣＯ２，Ｎ
２．Ｘｅ　　　（ミリ秒）　　　放射出力１０　：　２
０　：　３０　　　　　４　　　　　　　　１　１００
１０：１：３０　　　　　　２　　　　　　　　　　　
　　４５１０：　　１：１００　　３　　　　　　　６
０１０：　　　　１：３００　　　　２．５　　　　　
　　　　　４０表■：ハ　ＩＪＩ、１１　　　の２　チ
ャンパン実施例３の混合ガス；全圧力１０トル（ｍｍ）　　　　　　　（ミリ秒）　　　放射出力１０
　　　　　　３．５　　　　　　７０再び第４図を参照
すると、２つのコンパートメント１４および１６を有す
る、変更された放射源２が示されている。コンパートメ
ント１４には本発明に従う、ある活性ガス（例えばＣ０
２）を含む混合ガスが導入されている。コンパートメン
ト１６には、混合ガスであるが追加活性ガス（例えばＮ
２０またはＮ２０に似た解離傾向を有する他の分子）を
含むものが封じ込めうわている。コンパートメント１４
で放電が起こると、前記したある活性ガスの分子から方
向Ａに向けて放射線が前記追加活性ガスを有するコンパ
ートメント１６へ入る。第２のコンパートメント１６で
は、第１の活性分子が、コンパートメント１４から出て
くる特有の放射線を吸収し、また、衝突Ｖ−Ｖプロセス
により、第２の活性分子をその振動状態に励起する。し
たがって、第２の活性ガスの方向Ｂにあける放射線は、
コンパートメント１６内での気体放電を誘発することな
しに、コンパートメント１６から放射される。

上記のように、本発明の本質的な特徴は、自己制御され
た長寿命の連続放射の赤外線源にあり、これは、なかで
も、異なる消光プロセスと、混合ガス中の赤外線ガスを
消耗させる他の原因とを可能な限り無効にすることによ
り達成される。この努力において、密閉体４の中を、こ
れへの混合ガスの導入に先立って、以下のように前処理
をすることが提案される。

ａ）チャンバ６を化学品にひたす。たとえば、３０％硝
酸水溶液または硫酸と１％ナトリウム過硫酸塩または硫
化クロム酸、もしくはアルコノックス（商品名）、マイ
クロ（商品名）または、クロミックス（商品名）のよう
な他の同様のクリーニング剤に−・夜ひたす。

ｂ）二重蒸留された脱イオン水で完全にゆすぐ。

Ｃ）チャンバをたとえばエタノールで乾かす。

ｄ）バキュームオーブン内において２８０℃で焼き乾か
す。

ｅ）希ガスたとえばキセノン（Ｘｅ）をチャンバに導入
し、短時間チャンバ内において放電を生じさせ、チャン
バを空にする。

ｆ）赤外線源に使用すべき混合ガスに本質的に等しい混
合ガスをチャンバに導入し、放電を短時間たとえば数分
間生じさせ、ガスを空にする。

チャンバを焼き゛乾かし、排気し、使用された最終的な
混合ガスの放電を生じさせると、上記のように、選択さ
ｈたガスが計算された割合および圧力でチャンバに導入
され、チャンバはその後気密的に封じられる。

通常赤外線活性分子に対し高い緩和傾向を有する密閉体
材料は、この傾向を減じる材料、たとえばフッ化バリウ
ムまたは碧石英で被覆することができる。

これの代りに、チャンバ内に放射する間、点火を容易に
するために密閉体内の混合ガスを予め良好な状態にする
補助的な放射性物質で密閉体の壁材料を造ることができ
る。同じ効果は、原子量が８５のクリプトン（８５Ｋｒ
）のような放射性ガスのトラックを付加することにより
達成することができる。

また、赤外線活性ガス分子を好ましいレベルに維持する
ために、ある場合には、赤外線活性ガスの濃度を維持す
る混合ガス分子に加えることが教示される。赤外線活性
分子がＣＩ９の場合、たとえばＨ２を加えてもよい。

上記の説明は赤外線活性分子の制限された例であるが、
実験では多くの他の赤外線活性分子がまた非常に有益で
ある。これらの中には、稀薄な同位体を含む以下のガス
分子がある。

ＨＦ　　　　　Ｈ２Ｏ１６ＨＤＳ　　　　　ＳＯ□０１
　　　Ｎｌ５Ｈ３ＤＦ　　　　　Ｈ２Ｏ１８Ｄ２Ｓ　　
　　　５ｅ０２　　　　ＰＨ３ＨＣＩ　　　　ＨＤＯＩ
６　　Ｈ２Ｓｅ　　　　Ｃ＋２０２　　　ＰＤ３Ｄ”Ｃ
Ｉ　　　Ｏ２０”　　　ＨＤＳｅ　　　　Ｃｌ３０２　
　　ＡｓＨ３Ｄ”ＣＩ　　　Ｏ２０１８Ｏ２Ｓｅ　　　
　Ｃ１４０２ＡｓＤ３ＨＢ２　　　　ＴＨＯＯ３Ｃ３２
５ｂＨ３ＤＢ２　　　　ＴＤＯＮ”０２　　　　Ｃ３ｅ
２　　５ｂＤ３ＨＩ　　　　　Ｔ２ＯＳ０２　　　　　
ＮＨ３ＤＩ　　　　　Ｈ２Ｓ　　　　５ｏ１６０１８　
　ＮＤ３

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による赤外線源の、一部を断面で示す
概略図である。第２図は、赤外線源の不連続発光スペクトルを示す図で
ある。第３図は、本発明による他の赤外線源を示す概略図であ
る。第４図は、２つのチャンノ（を有する赤外線源を示す概
略図である。２・・・赤外線源、４・・・密閉体、６・・・チャンバ、１０．１２・・・電極、１４．１６・・・コンパートメント。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）封じ込み、無電極チャンバを壁間に区画する密閉
体を含み、前記壁は赤外線を透過する少なくとも１つの
部分を有し、前記チャンバは少なくとも１つの、分子の
、赤外線活性ガスと、少なくとも１つのバッファガスと
、少なくとも１つの希ガスとの混合ガスを収容している
、赤外線源。
（２）前記赤外線活性ガスは、炭酸ガスおよび一酸化炭
素のグループから選ばれる、請求項（１）に記載の赤外
線源。
（３）前記赤外線活性ガスの分子は、少なくとも１つの
希アイソトープを含む、請求項（１）に記載の赤外線源
。
（４）前記バッファガスは、窒素、一酸化炭素またはそ
の混合ガスを含むグループから選ばれる、請求項（１）
に記載の赤外線源。
（５）前記希ガスは、ヘリウムまたはキセノンである、
請求項（１）に記載の赤外線源。
（６）一定の容積と形状の前記チャンバ内の前記混合ガ
スは全圧を与え、その全圧で、前記チャンバの壁までの
平均ランダム推進時間は放射出力パワーを最高にするよ
うに約５ｍｓｅｃを越える、請求項（１）に記載の赤外
線源。
（７）一定の容積と形状の前記チャンバ内の消光ガス粒
子の分圧は、衝突消光割合が放射出力パワーを最高にす
るために毎秒約２００を越えないようなものである、請
求項（１）に記載の赤外線源。
（８）一定の容積と形状の前記チャンバ内の前記混合ガ
スは全圧を与え、その全圧で、前記チャンバの壁までの
平均ランダム推進時間は、より早い放射変調割合を得る
ように約５ｍｓｅｃより少ない、請求項（１）に記載の
赤外線源。
（９）一定の容積と形状との前記チャンバ内の消光ガス
粒子の分圧は、より早い出力放射変調割合を得るため、
衝突消光割合が毎秒約２００を越えるようなものである
、請求項（１）に記載の赤外線源。
（１０）前記密閉体は、貯蔵部を区画する第１の大きな
部分と、放出ゾーンを区画する第２の小寸法の部分との
２つの部分を備える、請求項（１）に記載の赤外線源。
（１１）前記密閉体は、赤外線を透過する仕切によって
２つのコンパートメントに分けられている、請求項（１
）に記載の赤外線源。
（１２）前記２つのコンパートメントの第１のものは前
記混合ガスで満たされ、前記２つのコンパートメントの
第２のものは、前記混合ガスおよび一酸化二窒素分子の
解離傾向と同様な解離傾向を有する付加的な活性ガス分
子で満たされている、請求項（１１）に記載の赤外線源
。
（１３）前記チャンバの前記壁は、衝突励起された赤外
線分子を緩和する傾向を減らす物質で被覆されている、
請求項（１）に記載の赤外線源。
（１４）赤外線源を製造する方法であって、壁間にチャ
ンバを区画する誘電体材料で造られた密閉体を用意し、
前記チャンバを洗浄剤にひたし、前記チャンバを蒸留し
た脱イオン水で十分にすすぎ、前記チャンバを乾燥し、
前記チャンバを約２００℃〜約３００℃の温度で焼き乾
かし、前記チャンバに少なくとも１つの希ガスを導き、
該チャンバ内において一定の時間放電して前記チャンバ
を空にし、前記チャンバを少なくとも１つの、分子の、
赤外線活性ガス、少なくとも１つのバッファガスおよび
少なくとも１つの希ガスを含む混合ガスで満たし、前記
チャンバを気密に封じ込めることを含む、赤外線源の製
造方法。
（１５）さらに、前記チャンバを混合ガスで満たして前
記チャンバを封じ込めるに先立って、前記チャンバに少
なくとも１つの、分子の、赤外線活性ガスおよび少なく
とも１つのバッファガスと少なくとも１つの希ガスを含
む混合ガスを導いて前記チャンバ内において一定の時間
放電して前記チャンバを空にすることを含む、請求項（
１４）に記載の赤外線源の製造方法。