UA62744A

UA62744A - Electric-discharge excimer lamp with radiation in the spectrum band corresponding to blue-green color

Info

Publication number: UA62744A
Application number: UA2003054356A
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 electric-discharge excimer lamp with radiation in the spectrum band corresponding to blue-green color 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. 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

НоВ!" (перехід В-Х) з максимумом випромінювання на довжині хвилі ХА рівній 502нм, яке збуджується при фотодисоціації парів НоВг; світлом неперервної ксенонової лампи, попередньо пропущеним через монохроматор (11. то Недоліком відомого джерела є те, що оптична накачка молекул моноброміду ртуті ксеноновою лампою з використанням монохроматора ускладнює та робить громіздкою експериментальну установку.NoV!" (B-X transition) with a radiation maximum at the XA wavelength of 502 nm, which is excited by the photodissociation of NoVg vapors; by the light of a continuous xenon lamp previously passed through a monochromator (11. the disadvantage of the known source is that the optical pumping of monobromide molecules mercury with a xenon lamp using 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 /5 дийодиду ртуті (Наі») гелію та азоту поперечного електричного розряду з фотоіонізацією при дисоціації молекулB-X) with a radiation maximum at wavelengths of 443 and 444 nm, which is excited in the plasma by a mixture of vapors /5 of mercury diiodide (Nai"), helium and nitrogen transverse electric discharge with photoionization during dissociation of molecules

Наї» (2).Nai" (2).

Недоліком відомого джерела 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 (6:107396).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 (6:107396).

Прототипом до запропонованої ексимерної 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). Генерація здійснювалась на р? Хо -м12 Хе в переходах молекул На! та НоВг, які утворювались з вихідних молекул На1» і НоВго в результаті фотодисоціації під дією короткохвильового УФ випромінювання. Максимум одночасного випромінювання спостерігався при довжинах хвиль » рівних 443, 444 та 502 і Бб04нм. Енергія в імпульсі « випромінювання дорівнювала 0,5-0,1Дж, тривалість імпульсу випромінювання дорівнювала 2,5-Змкс.The prototype for the proposed excimer 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). The generation was carried out on the Ho -m12 He in transitions of Na molecules! and NoHg, which were formed from the initial Na1" and NoHg molecules as a result of photodissociation under the action of short-wave UV radiation. The maximum of simultaneous radiation was observed at wavelengths equal to 443, 444 and 502 and Бб04nm. The energy in the radiation pulse was equal to 0.5-0.1J, the duration of the radiation pulse was equal to 2.5 µsec.

Максимальна частота повторення імпульсів дорівнювала 0,1ГцЦ.The maximum pulse repetition rate was equal to 0.1 Hz.

Спільні суттєві ознаки прототипу і винаходу: джерело випромінювання видимого діапазону, 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 та моноброміду ртуті (Наї) та (НоВг) на В-Х - «Е переході з максимумом при довжинах хвиль 443, 444, 502, 504нм.Common essential features of the prototype and the invention: a source of radiation in the visible range, which contains a system of electrodes, a volume with a working mixture of vapors of mercury diiodide and dibromide with a buffer gas, the main "working waves of which are the radiation of molecules of monoiodide and monobromide of mercury (Nai) and (NoVg ) at the B-X - "E transition with a maximum at wavelengths of 443, 444, 502, 504 nm.

Відомий пристрій має недолік. Максимальна частота повторення імпульсів обмежується часом відновлення - електричної міцності міжелектродного проміжку поверхневого розряду і не може перевищувати 100ГЦц |З, 41. сThe known device has a drawback. The maximum repetition frequency of pulses is limited by the recovery time of the electrical strength of the interelectrode gap of the surface discharge and cannot exceed 100 Hz |Z, 41. s

Завданням винаходу є збільшення частоти повторення розрядних імпульсів лампи та покращення 32 енергетичних характеристик в ексимерній лампі синьо-зеленого спектрального діапазону випромінювання, за ісе) рахунок застосування розрядної системи на основі розряду через діелектрик.The task of the invention is to increase the frequency of repetition of discharge pulses of the lamp and improve 32 energy characteristics in an excimer lamp of the blue-green spectral range of radiation, due to the use of a discharge system based on discharge through a dielectric.

Поставлена задача досягається таким чином, що електророзрядна ексимерна лампа синьо-зеленого спектрального діапазону випромінювання, що вміщує систему електродів, об'єм з робочою сумішшю парів « дийодиду і диброміду ртуті з буферним газом основними робочими хвилями якої є випромінювання молекул монойодиду та моноброміду ртуті (Наї) та (НоВг) на В-Х - переході з максимумом при довжинах хвиль 443, 444, в) с 502, 504нм, згідно винаходу, об'єм з робочою сумішшю обмежено кварцовою трубкою, яка зварена в торцях, а в "» системі електродів застосовано два коаксіальне розміщені електроди, причому один із них знаходиться " всередині трубки, а другий на зовнішній поверхні трубки.The set task is achieved in such a way that the electric discharge excimer lamp of the blue-green spectral range of radiation, which contains the system of electrodes, the volume with the working mixture of vapors of mercury diiodide and dibromide with a buffer gas, the main working waves of which are the radiation of mercury monoiodide and monobromide molecules (Nai ) and (NoVg) at the B-X transition with a maximum at wavelengths 443, 444, c) with 502, 504 nm, according to the invention, the volume with the working mixture is limited by a quartz tube, which is welded at the ends, and in the "" system electrodes, two coaxially placed electrodes are used, and one of them is inside the tube, and the other is on the outer surface of the tube.

Перевагами запропонованої електророзрядної ексимерної лампи синьо-зеленого спектрального діапазону випромінювання над прототипом є збільшення частоти слідування розрядних імпульсів, використання розрядуThe advantages of the proposed electric discharge excimer lamp of the blue-green spectral range of radiation over the prototype are an increase in the frequency of following discharge pulses, the use of discharge

Ме, через діелектрик.Meh, through the dielectric.

ГІ На фіг1а, 16 наведена конструкція ексимерної лампи в повздовжньому та поперечному розрізі. Ексимерна лампа для синьо-зеленої області спектру складається з кварцової трубки 1 довжиною 200мм, яка зварена в - торцях. Зовнішній і внутрішній діаметри трубки складають З4мм і ЗОмм, відповідно. Всередині її, по осі ї» 20 розміщено електрод 2 круглого перерізу діаметром 4мм. Для вводу З використано електрод ртутної лампиGI Fig. 1a, 16 shows the design of an excimer lamp in a longitudinal and transverse section. An excimer lamp for the blue-green region of the spectrum consists of a quartz tube 1 with a length of 200 mm, which is welded at the ends. The outer and inner diameters of the tube are 34mm and 30mm, respectively. Inside it, along the axis "20" there is an electrode 2 with a circular cross-section with a diameter of 4 mm. A mercury lamp electrode was used to enter C

ДРТ-240, який вварено в торцеву поверхню трубки таким чином, щоб забезпечити контакт з електродом 2. НаDRT-240, which is welded to the end surface of the tube in such a way as to ensure contact with electrode 2. On

Т» зовнішній поверхні трубки 1 закріплювалася сітка 4 з коефіцієнтом пропускання випромінювання 7290. Для відкачки і напуску газів у бокову поверхню кювети вварювався патрубок 6 із кварцового скла, всередині якого є капіляр діаметром «мм, який служить для зменшення виносу парів дийодиду ртуті із кювети в систему відкачки. 22 Товщина розрядної області 5 і довжина горіння об'ємного розряду складають 1Змм і 200мм, відповідно. в Випромінювання виводиться із газорозрядної кювети нормально до поверхні зовнішньої кварцової трубки.A grid 4 with a radiation transmission coefficient of 7290 was attached to the outer surface of tube 1. For pumping out and entering gases into the side surface of the cuvette, a pipe 6 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 pumping system. 22 The thickness of the discharge area 5 and the burning length of the volumetric discharge are 1 mm and 200 mm, respectively. c The radiation is emitted from the gas discharge cuvette normally to the surface of the outer quartz tube.

На фіг2 наведено спектр випромінювання електророзрядної ексимерної лампи синьо-зеленого спектрального діапазону випромінювання, при довжинах хвиль з максимумами 7 444нм і х 502нм, відповідно.Figure 2 shows the emission spectrum of an electric discharge excimer lamp in the blue-green spectral range of radiation, at wavelengths with maxima of 7,444 nm and x 502 nm, respectively.

Ексимерна лампа синьо-зеленого спектрального діапазону випромінювання працює наступним чином: у 60 попередньо відкачану через капіляр 6 до тиску 107"Па розрядну трубку 1, в якій містився порошок дийодиду та диброміду ртуті, в кількості по бОмг кожного, напускали 100-200кПа гелію. 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 через ввід З, а сітка 4 була заземлена. бо В плазмі на основі суміші НаІ»/НоВго/Не відбувається дисоціативне збудження дийодиду диброміду ртуті електронами розряду, в результаті реакції На; ке -з Нав) не утворюються ексимерні молекули На", які спонтанно переходять в основний Х стан з висвічуванням системи смуг з максимумом при довжині хвилі Х рівній 443, 444нм (8-Х перехід), а також в результаті реакції Нобь же -х НовВ) Ве утворюються ексимерні молекули НОВІ", які спонтанно переходять в основний Х стан з висвічуванням системи смуг з максимумом при довжині хвилі Х. рівній 502-504нм (В-Х перехід). Робочою поверхнею лампи служить та частина бічної поверхні розрядної трубки, яка покрита сіткою.An excimer lamp of the blue-green spectral range of radiation works as follows: 100-200 kPa of helium was injected into the 60 discharge tube 1 previously pumped through capillary 6 to a pressure of 107"Pa, which contained mercury diiodide and mercury dibromide powder, in the amount of bOmg each. upon excitation of the working mixture in the discharge region 5 by a barrier discharge, a pulse voltage of the magnitude of ZOKV, at a frequency of 5kHz pump pulse tracking, was applied between electrode 2 and grid 4, a high voltage was applied to the internal electrode 2 through input Z, and grid 4 was grounded. in a plasma based on a NaI"/NoBho/Ne mixture, dissociative excitation of mercury diiodide by discharge electrons takes place, as a result of the reaction Na; ke - with Nav) excimer Na" molecules are not formed, which spontaneously transition to the ground X state with the emission of a system of bands with a maximum at X wavelength is equal to 443, 444 nm (8-X transition), as well as as a result of the reaction of Nob and NovV) Be excimer molecules NOVI" are formed, which spontaneously nno pass into the main X state with the emission of a system of bands with a maximum at the X wavelength equal to 502-504 nm (B-X transition). The working surface of the lamp is that part of the side surface of the discharge tube that is covered with a grid.

Збільшення тиску гелію до 180кПа для суміші Наї 5/НаоВго/Не приводить до зростання середньої потужності випромінювання на 8095 порівняно із значенням при тиску гелію рівному 120кПа. 70 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.Increasing the helium pressure to 180 kPa for the Nai 5/NaoVgo/He mixture leads to an increase in the average radiation power by 8095 compared to the value at a helium pressure equal to 120 kPa. 70 The average power of radiation from the entire side surface of the lamp is 45W at a value of the coefficient of useful action in relation to the invested power of 3095, at a frequency of following pump pulses of 5000Hz, pulse voltage ЗОКВ, partial pressure of helium 180kPa, tube length 200mm, diameter З4mm.

Ефективність винаходу визначається тим, що порівняно з прототипом підвищена частота повторення імпульсів випромінювання в 50000 разів (від О,1Гц до 5000Гц), підвищена середня потужність випромінювання в 75 4500 разів, підвищено ККД в 30 разів. Вона може бути підвищена при збільшенні частоти повторення імпульсів накачки і напруги на електродах ексимерної 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 50,000 times (from 0.1Hz to 5,000Hz), the average radiation power is increased by 75,4500 times, and the efficiency is increased by 30 times. It can be increased by increasing the frequency of repetition of pump pulses and the voltage on the electrodes of the excimer lamp.

Винахід може бути використаний для практичного використання у біотехнології, агрофізиці, для більш ефективного управління фотосинтезом, ростом, розвитком рослин і водоростей, при проведенні наукових 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, in conducting scientific research on quantum electronics, for pumping solid-state and liquid lasers, and in medicine.

Джерела інформації 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 НоВго// 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, возбуждаемьй злектрическим разрядом // Квантовая злектроника. 1980. Т.7, Мо11. С.2495-2497.Sources of information 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 NoVgo 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, Mo. 11. 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., «Z. Bazhulin S.P., Bugrymov S.N., Kamrukov A.S., Kashnikov G.N., Kozlov N.P., Ovchinnikov P.A., Opekai A.G., "

Орлов В.К., Протасов Ю.С. Сине-зеленье лазерь! на парах галогенидов ртути с широкополосньім оптическим возбуждением // Тезись! докладов ХІЇ Всесоюзной конференции по когерентной и нелинейной оптике. 1985. Ч.2.Orlov V.K., Protasov Yu.S. 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).P.713-714 (prototype).

Claims

"

The formula of the invention is an electric discharge excimer lamp of the blue-green spectral range of radiation, containing a system of electrodes, a volume with a working mixture of diiodide and mercury dibromide vapors with a buffer gas, the main working waves of which are the radiation of monoiodide and mercury monobromide molecules No! and NoVg at the V-X - (Ce) transition with a maximum at wavelengths of 443, 444, 502, 504 nm, which is distinguished by the fact that the volume with the working mixture is limited by a quartz tube, which is welded at the ends, and the electrode system uses two coaxially placed electrodes, and one of them is inside the tube, and the other is on the outer surface of the tube. - with ;"

(22) ime) -I ride 50 s»

R

60 b5