UA62743A

UA62743A - Multiwave electric-discharge lamp with blue-green and infrared radiation

Info

Publication number: UA62743A
Application number: UA2003054355A
Authority: UA
Inventors: Oleksandr Mykolaiovych Malynin
Original assignee: Nat Univ Uzhgorod
Priority date: 2003-05-15
Filing date: 2003-05-15
Publication date: 2003-12-15

Abstract

The proposed multiwave electric-discharge lamp with blue-green and infrared radiation contains two coaxially arranged electrodes and a discharge tube that is made from quartz glass and filled with mix of mercury diiodide and dibromide vapors and filling gas. The main working wavelengths of the lamp radiation are the wavelengths of the radiation of the molecules of mercury monoiodide and mercury monobromide at B-X junction, with the maximal intensities of radiation at wavelengths of 443 nm, 444 nm, 502 nm, and 504 nm. Additional working wavelengths of the lamp radiation are the wavelength of the radiation of the mercury atom at 7s3S1-6p3P20 junction and the wavelength of the radiation of the xenon atom at 6s[3/2]20-6p[3/2]2 junction. One of the lamp electrodes is installed inside of the discharge tube, and the other electrode is installed on the outside surface of the discharge tube.

Description

Опис винаходуDescription of the invention

Винахід відноситься до газорозрядної електроніки, світлотехніки і може використовуватись для накачки 2 твердотільних і рідинних лазерів, в біотехнології, агрофізиці та медицині.The invention relates to gas-discharge electronics, lighting technology and can be used for pumping 2 solid-state and liquid lasers, in biotechnology, agrophysics and medicine.

Відоме ексимерне джерело спонтанного випромінювання видимого діапазону на системі молекулярних смугA known excimer source of spontaneous radiation in the visible range on the system of molecular bands

НоВг" (перехід В-Х) з максимумом випромінювання на довжині хвилі А рівній 502нм, яке збуджується при фото дисоціації парів НоВго світлом неперервної ксенонової лампи, попередньо пропущеним через монохроматор (11.NoHg" (B-X transition) with a radiation maximum at wavelength A equal to 502 nm, which is excited during the photo-dissociation of NoHg vapors by the light of a continuous xenon lamp, previously passed through a monochromator (11.

Недоліком відомого джерело є те, що оптична накачка молекул моноброміду ртуті ксеноновою лампою з то використанням монохроматора ускладнює та робить громіздкою експериментальну установку.The disadvantage of the known source is that the optical pumping of mercury monobromide molecules by a xenon lamp with the use of a monochromator complicates and makes the experimental setup cumbersome.

Відоме ексимерне джерело випромінювання видимого діапазону на системі молекулярних смуг На!" (перехідA known excimer source of radiation in the visible range on the system of molecular bands Na!" (transition

В-Х) з максимумом випромінювання на довжинах хвиль 443 і 444нм, яке збуджується у плазмі на суміші парів дийодиду ртуті (На) гелію та азоту поперечного електричного розряду з фотоіонізацією при дисоціації молекул то шоB-X) with a radiation maximum at the wavelengths of 443 and 444 nm, which is excited in the plasma by a mixture of vapors of mercury diiodide (Na), helium and nitrogen of a transverse electric discharge with photoionization during the dissociation of molecules that is

Недоліком відомого джерело є те, що застосування поперечного електричного розряду з фотоіонізацією ускладнює та робить громіздким джерело. Окрім того в джерелі досягаються малі значення енергії випромінювання (ЗмДж) та ККД (6:10795),The disadvantage of the known source is that the application of transverse electric discharge with photoionization complicates and makes the source bulky. In addition, the source achieves low values of radiation energy (ZmJ) and efficiency (6:10795),

Прототипом до запропонованої лампи є джерело випромінювання, яке вміщує систему електродів, об'єм з робочою сумішшю, яке збуджувалось тривалим (10-15мкс) широкосмуговим випромінюванням поверхневого розряду з лінійно стабілізованим іскровим каналом |З, 4). Генерація здійснювалась на г? Хе -м12 Хі М переходах молекул На та НоВг, які утворювались з вихідних молекул На)» і НоВго в результаті фото дисоціації під дією короткохвильового УФ випромінювання. Максимум одночасного випромінювання спостерігався при довжинах хвиль 7 рівних 443 і 444 та 502 і 504нм. Енергія в імпульсі випромінювання дорівнювала 0,5-0,1Дж, тривалість імпульсу випромінювання була рівна 2,5-Змкс. Максимальна частота повторення імпульсів « дорівнювала 0,1ГЦц.The prototype of the proposed lamp is a radiation source that contains a system of electrodes, a volume with a working mixture, which was excited by long-term (10-15 μs) broadband radiation of a surface discharge with a linearly stabilized spark channel |Z, 4). The generation was carried out in Xe -m12 Xy M transitions of Na and NoBg molecules, which were formed from the original Na)" and NoBgo molecules as a result of photo dissociation under the action of short-wave UV radiation. The maximum of simultaneous radiation was observed at wavelengths 7 equal to 443 and 444 and 502 and 504 nm. The energy in the radiation pulse was equal to 0.5-0.1 J, the duration of the radiation pulse was equal to 2.5 µsec. The maximum repetition frequency of pulses was equal to 0.1 Hz.

Спільні суттєві ознаки прототипу і винаходу: джерело випромінювання синьо-зеленого спектрального діапазону випромінювання, яке вміщує систему електродів, об'єм з робочою сумішшю парів дийодиду та диброміду ртуті з буферним газом, основними робочими хвилями якого є випромінювання молекул монойодиду ме) та моноброміду ртуті (Но) та (НоВг) на В-Х - переході з максимумом при довжинах хвиль (443, 444, 502, 504)нм. «ЕCommon essential features of the prototype and the invention: a source of radiation in the blue-green spectral range of radiation, which contains a system of electrodes, a volume with a working mixture of vapors of diiodide and mercury dibromide with a buffer gas, the main working waves of which are the radiation of molecules of monoiodide me) and monobromide of mercury ( No) and (NoVg) on the B-X transition with a maximum at wavelengths (443, 444, 502, 504) nm. "IS

Відомий пристрій має недолік Немає випромінювання в інфрачервоному спектральному діапазоні, максимальна частота повторення імпульсів обмежується часом відновлення електричної міцності - міжелектродного проміжку поверхневого розряду і не може перевищувати 100Гц ІЗ, 41. сThe known device has the disadvantage that there is no radiation in the infrared spectral range, the maximum repetition frequency of pulses is limited by the time of restoration of the electrical strength - the interelectrode gap of the surface discharge and cannot exceed 100Hz IR, 41. s

Завданням винаходу є розширення спектрального діапазону випромінювання, збільшення частотиThe task of the invention is to expand the spectral range of radiation, increase the frequency

Зо повторення розрядних імпульсів лампи та покращення енергетичних характеристик в багатохвильовій ісе) електророзрядній лампі синьо-зеленого та інфрачервоного спектральних діапазонів випромінювання за рахунок застосування розрядної системи на основі розряду через діелектрик та введення до складу суміші ще одної компоненти, а саме газу ксенону. «From repeating the discharge pulses of the lamp and improving the energy characteristics in the multi-wavelength electric discharge lamp of the blue-green and infrared spectral ranges of radiation due to the use of a discharge system based on discharge through a dielectric and the introduction of one more component into the mixture, namely xenon gas. "

Поставлена задача досягається таким чином, що багатохвильова електророзрядна лампа синьо-зеленого та інфрачервоного спектрального діапазону випромінювання, що вміщує систему електродів, об'єм з робочою в) с сумішшю парів дийодиду та диброміду ртуті з буферним газом, основними робочими хвилями якого є "» випромінювання молекул монойодиду та моноброміду ртуті (Наї) та (НоВг) на В-Х - переході з максимумом при " довжинах хвиль (443, 444, 502, 504)нм, в якої, згідно винаходу, робоча суміші парів дийодиду ртуті та диброміду ртуті з буферним газом додатково, як добавку, містить ксенон, а додатковими робочими хвилями єThe set task is achieved in such a way that a multi-wave electric discharge lamp of the blue-green and infrared spectral range of radiation, containing a system of electrodes, a volume with a working c) with a mixture of vapors of diiodide and mercury dibromide with a buffer gas, the main working waves of which are "" radiation molecules of mercury monoiodide and monobromide (Nai) and (NoVg) at the B-X transition with a maximum at "wavelengths (443, 444, 502, 504) nm, in which, according to the invention, the working mixture of vapors of mercury diiodide and mercury dibromide with buffer gas additionally contains xenon as an additive, and additional working waves are

Ф 45 лінії на довжинах 546бнм атому ртуті на переході 7-3 в, -Бр? ве та на довжині 823нм атому ксенону (Хе) на юю переході в8|В "2|Е й врізи 2; ,а робочий об'єм обмежено кварцовою трубкою, яка зварена в торцях, а в системі -1 електродів застосовано два коаксіально розміщені електроди, причому один із них знаходиться всередині трубки, а другий на зовнішній поверхні трубки.Ф 45 lines at lengths of 546 nm of the mercury atom at the transition 7-3 in, -Br? ve and at a length of 823 nm of a xenon (Xe) atom at the southern transition in 8|B "2|E and slots 2; and the working volume is limited by a quartz tube, which is welded at the ends, and two coaxially placed electrodes are used in the -1 electrode system , and one of them is inside the tube, and the other is on the outer surface of the tube.

ЧК» 50 Перевагами запропонованої багатохвильової електророзрядної лампи синьо-зеленого та інфрачервоного со спектрального діапазону випромінювання над прототипом є збільшення частоти слідування розрядних імпульсів, одночасне випромінювання в видимому та інфрачервоному спектральному діапазоні з довжинами хвиль 44Знм, 444нм, 502нм, 504нм і 823нм, використання розряду через діелектрик.ChK" 50 The advantages of the proposed multi-wave electric discharge lamp of the blue-green and infrared spectral range of radiation over the prototype are an increase in the frequency of following discharge pulses, simultaneous radiation in the visible and infrared spectral range with wavelengths of 44 nm, 444 nm, 502 nm, 504 nm and 823 nm, the use of discharge through dielectric.

На фігла, 16 наведена конструкція лампи в повздовжньому та поперечному розрізі. Багатохвильова електророзрядна лампа синьо - зеленого та інфрачервоного спектрального діапазону випромінювання в. складається з кварцової трубки 1 довжиною 200Омм, яка зварена в торцях. Зовнішній і внутрішній діаметри трубки складає Замм і ЗОмм, відповідно. Всередині її, по осі, розміщено електрод 2 круглого перерізу діаметром 4мм.Fig. 16 shows the design of the lamp in a longitudinal and transverse section. Multi-wavelength electric discharge lamp of the blue-green and infrared spectral range of radiation in. consists of a quartz tube 1 with a length of 200 Ohm, which is welded at the ends. The outer and inner diameters of the tube are Zamm and ZOmm, respectively. Inside it, along the axis, there is an electrode 2 with a circular section with a diameter of 4 mm.

Для вводу З використано електрод ртутної лампи ДРТ-240, який вварено в торцеву поверхню трубки таким чином, щоб забезпечити контакт з електродом 2. На зовнішній поверхні трубки 1 закріплювалася сітка 4 з бо коефіцієнтом пропускання випромінювання 7295. Для відкачки і напуску газів у бокову поверхню кювети вварювався патрубок б із кварцового скла, всередині якого є капіляр діаметром «мм, який служить для зменшення виносу парів дийодиду ртуті із кювети в систему відкачки. Товщина розрядної області 5 і довжина горіння об'ємного розряду складають 1Змм і 200мм, відповідно. Випромінювання виводиться із газорозрядної кювети нормально до поверхні зовнішньої кварцової трубки. бо На фіг.2 наведено спектр випромінювання багатохвильової електророзрядної лампи синьо-зеленого та інфрачервоного спектрального діапазону випромінювання при довжинах хвиль 44Знм, 444нм, 502нм, 504нм і 823нм.For input C, the DRT-240 mercury lamp electrode was used, which was welded to the end surface of the tube in such a way as to ensure contact with electrode 2. On the outer surface of tube 1, a grid 4 with a radiation transmission coefficient of 7295 was fixed. For pumping out and letting gases into the side surface into the cuvette, a pipe b made of quartz glass was welded, inside which there is a capillary with a diameter of "mm, which serves to reduce the removal of mercury diiodide vapors from the cuvette into the pumping system. The thickness of the discharge area 5 and the burning length of the bulk discharge are 1 mm and 200 mm, respectively. The radiation is emitted from the gas discharge cuvette normally to the surface of the outer quartz tube. because Fig. 2 shows the emission spectrum of a multi-wavelength electric discharge lamp in the blue-green and infrared spectral range of radiation at wavelengths of 44 nm, 444 nm, 502 nm, 504 nm, and 823 nm.

Багатохвильова електророзрядна лампа синьо-зеленого та інфрачервоного спектрального діапазону випромінювання працює наступним чином: у попередньо відкачану через капіляр б до тиску 10 7Па розрядну трубку 1, в якій містився порошок дийодиду та диброміду ртуті, в кількості по бОмг кожного, напускали ксенон до парціального тиску 1-3КПа та гелій до парціального тиску 100-200кПа. При збудженні робочої суміші в розрядній області 5 бар'єрним розрядом імпульсна напруга величиною ЗОКВ, при частоті слідування імпульсів накачки 5кГц, прикладалася між електродом 2 і сіткою 4, висока напруга подавалась на внутрішній електрод 2 70 Через ввід З, а сітка 4 була заземлена.The multi-wave electric discharge lamp of the blue-green and infrared spectral range of radiation works as follows: in the discharge tube 1, previously pumped through capillary b to a pressure of 10 7 Pa, which contained mercury diiodide and mercury dibromide powder, in the amount of bOmg each, xenon was injected to a partial pressure of 1 -3KPa and helium up to a partial pressure of 100-200kPa. When the working mixture was excited in the discharge area 5 by a barrier discharge, a pulse voltage of ZOKV, with a follow-up frequency of the pump pulses of 5kHz, was applied between electrode 2 and grid 4, high voltage was applied to the internal electrode 2 70 through input Z, and grid 4 was grounded.

В плазмі на основі суміші На/І»/НоВго/Хе/Не відбувається дисоціативне збудження дийодиду та диброміду ртуті електронами розряду, в результаті реакції На; -е-- НакВ)жіжне ; утворюються ексимерні молекулиDissociative excitation of mercury diiodide and mercury dibromide by discharge electrons occurs in the plasma based on the mixture Na/I»/NoBho/Xe/He, as a result of the Na reaction; -e-- NakV) hot; excimer molecules are formed

На!ї", які спонтанно переходять в основний Х стан з висвічуванням системи смуг з максимумом при довжині хвилі к рівній 44Знм, 444нм (В-Х перехід), а також в результаті реакції Набе не -хНавиВ)-Вг же утворюються ексимерні молекули НоВг", які спонтанно переходять в основний Х стан з висвічуванням системи смуг з максимумом при довжині хвилі х рівній 502-504нм (В-Х перехід). Відбувається дисоціативне збудження атомів ртуті (Но) та спостерігається випромінювання на довжині хвилі 7, рівній 54бнм (перехід те18, -Вр3ро ) за рахунок дисоціації електронами розряду молекул монойодиду та моноброміду ртуті. Окрім того, в цій плазмі відбувається збудження атомів ксенону електронами розряду, які випромінюють на довжині хвилі А рівній 82Знм, переході 688 "2|Е й врів»2, - Робочою поверхнею лампи служить та частина бічної поверхні розрядної трубки, яка покрита сіткою.Na!i", which spontaneously transition to the main X state with the emission of a system of bands with a maximum at a wavelength of 44 nm, 444 nm (B-X transition), and also as a result of the Nabe reaction (xNavyB)-Hg, excimer molecules of NoVg are formed ", which spontaneously transition to the main X state with the emission of a system of bands with a maximum at a wavelength of x equal to 502-504 nm (B-X transition). Dissociative excitation of mercury atoms (No) occurs and radiation at wavelength 7 equal to 54 nm (transition te18, -Br3ro) is observed due to the dissociation of discharge electrons of mercury monoiodide and monobromide molecules. In addition, xenon atoms are excited in this plasma by discharge electrons, which emit at a wavelength A equal to 82 nm, the transition 688 "2|E and vriv"2, - The working surface of the lamp is that part of the side surface of the discharge tube, which is covered with a grid.

Збільшення парціального тиску гелію до 180кПа в суміші НаІ»/НоВго/Хе/Не приводить до зростання середньої потужності випромінювання на 8090 порівняно із значенням при парціальному тиску гелію рівному 120кПа.An increase in the partial pressure of helium up to 180 kPa in the NaI/Nov/Xe/He mixture leads to an increase in the average radiation power by 8090 compared to the value at a helium partial pressure equal to 120 kPa.

Середня потужність випромінювання з усієї бічної поверхні лампи становить 45Вт при значенні коефіцієнта « корисної дії по відношенню до вкладеної потужності 3095, при частоті слідування імпульсів накачки 5000ГцЦ, імпульсній напрузі ЗОКВ, парціальному тиску гелію 180кПа, довжині трубки 200мм, діаметром З4мм.The average radiation power from the entire side surface of the lamp is 45W with a value of the coefficient of "useful action in relation to the input power of 3095, with a follow-up frequency of the pump pulses of 5000 Hz, a pulse voltage of ZOKV, a partial pressure of helium of 180 kPa, a tube length of 200 mm, a diameter of Ж4 mm.

Ефективність винаходу визначається тим, що порівняно з прототипом підвищено частоту повторення імпульсів випромінювання в 5000 разів (від 0,1Гц до 5000Гц), підвищено середню потужність випромінювання в о дБОО0 разів, підвищено коефіцієнт корисної дії в ЗО разів. Вона може бути підвищена при збільшенні частоти «фФ повторення імпульсів накачки і напруги на електродах лампи.The effectiveness of the invention is determined by the fact that, compared to the prototype, the repetition frequency of radiation pulses is increased by 5000 times (from 0.1Hz to 5000Hz), the average radiation power is increased by about dBOO0 times, and the efficiency factor is increased by 30 times. It can be increased by increasing the frequency of repetition of pumping pulses and the voltage on the lamp electrodes.

Винахід може бути використаний для практичного використання у біотехнології, агрофізиці, для більш - ефективного управління фотосинтезом, ростом, розвитком рослин і водоростей, при проведенні наукових Га досліджень з квантової електроніки, для накачки твердотільних і рідинних лазерів та в медицині.The invention can be used for practical use in biotechnology, agrophysics, for more effective control of photosynthesis, growth, development of plants and algae, when conducting scientific research on quantum electronics, for pumping solid-state and liquid lasers, and in medicine.

Зо Джерела інформації: о 1. Бажулин С.П., Басов Н.Г., Зуев В.С., Леонов Ю.С., Стойлов Ю.Ю. Генерация на ХА - 502 нм при длительной световой накачке паров НоВг» // Квантовая злектроника. 1978. Т.5, Мо3. С.684-686. 2. Гаврилова Ю.Е., Зродников В.С., Клементов А.Д., Пососонньй А.С. Зксимерньй На" - лазер, « дю возбуждаемьй злектрическим разрядом // Квантовая злектроника. 1980. Т.7, Мо11. С.2495-2497. -Sources of information: o 1. Bazhulin S.P., Basov N.G., Zuev V.S., Leonov Yu.S., Stoilov Yu.Yu. Generation at XA - 502 nm during long-term light pumping of NoHg vapors" // Quantum electronics. 1978. T.5, Mo3. P.684-686. 2. Gavrilova Yu.E., Zrodnikov V.S., Klementov A.D., Pososonnyi A.S. "Zximernyi Na" - a laser "excited by an electric discharge // Quantum electronics. 1980. Vol.7, Mo11. P.2495-2497. -

З. Бажулин С.П., Бугримов С.Н., Камруков А.С., Кашников Г.Н., Козлов Н.П., Овчинников П.А., Опекай А.Г., с Орлов В.К., Протасов Ю.С. Сине-зеленье лазерь! на парах галогенидов ртути с широкополосньім оптическим :з» возбуждением // Тезись! докладов ХІЇ Всесоюзной конференции по когерентной и нелинейной оптике. 1985. Ч.2.Z. Bazhulin S.P., Bugrymov S.N., Kamrukov A.S., Kashnikov G.N., Kozlov N.P., Ovchinnikov P.A., Opekai A.G., Orlov V.K. , Yu.S. Protasov Blue-green laser! on vapors of mercury halides with broadband optical excitation // Tezys! reports of the KhII All-Union Conference on Coherent and Nonlinear Optics. 1985. Part 2.

С.713-714 (прототип). 4. Бажулин С.П., Басов Н.Г., Бугримов С.Н., Зуев В.С., Камруков А.С., Кашников Г.Н., Козлов Н.П., б 15 Овчинников П.А., Опекай А.Г., Протасов Ю.С. Трехцветньій молекулярньіїй лазер видимого диапазона на парах ртути с широкополосной оптической накачкой // Квантовая злектроника. 1986. Т.13, Мо7. С.1515-1517 (прототип). іме) -іP.713-714 (prototype). 4. Bazhulin S.P., Basov N.G., Bugrymov S.N., Zuev V.S., Kamrukov A.S., Kashnikov G.N., Kozlov N.P., b 15 Ovchinnikov P.A ., Opekai A.G., Protasov Yu.S. Three-color visible-range molecular laser on mercury vapor with wide-band optical pumping // Kvantovaya zlektronika. 1986. T.13, Mo7. P.1515-1517 (prototype). name) -i

Claims

Formula of the invention iz 50 Multi-wave electric discharge lamp of blue-green and infrared spectral range of radiation containing a system of electrodes, a volume with a working mixture of mercury diiodide and mercury dibromide vapors with a buffer gas, the main working waves of which are the radiation of Nai monoiodide and mercury monobromide molecules and NoVg on B-X - a transition with a maximum at wavelengths of 443, 444, 502, 504 nm, which differs in that the working mixture of vapors of mercury diiodide and mercury dibromide with a buffer gas additionally, as an additive, contains P xenon, and additional working the waves are lines at lengths of 546 nm of a mercury atom at the 75 zvi-brirP2 transition and at a length of 823 nm of a xenon (Xe) atom at the v5I3/212-briZ/21 transition, and the working volume is limited by a quartz tube that is welded at the ends, and two coaxially placed electrodes are used in the electrode system, and one of

60 of them are inside the tube, and the second one is on the outer surface of the tube.

b5