双波长紫外灯的制作方法

专利名称：双波长紫外灯的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种能产生双波长紫外光谱的准分子紫外灯。
背景技术：
双波长紫外灯在工业上有独特的应用，例如用于UV油墨干燥固化时，短波长紫外辐射透入深度小，可用于固化油墨表面，长波长紫外辐射透入深度大，可用于固化深层油墨。现有技术双波长紫外灯，主要为通过填充汞获得的低压汞灯，利用汞特征谱线获得254和185 nm双波长。但此特定波长的双波长紫外灯，由于受发光原理限制，输出的紫外光强很低，一般仅为几十微瓦/厘米2，其中185 nm真空紫外输出则更低，仅占整个紫外输出的10%左右，发光效率也很低，光强度低，由此光化学反应速率极低。其次,此双波长灯两个波长相对强度呈固定不能改变，无法通过降低一个辐射输出来提高另一个辐射输出，所以难以满足不同场合(例如杀菌和有机降解)需要，使得用途范围受到限制；再就是，含汞废旧灯管汞处理难度较大，处理不好会产生汞污染。现有技术也有采用涂布光学涂层手段获得双波长，例如US5557112公开的在紫外灯管的不同物理位置涂敷不同萤光涂层，以获得紫外B和紫外A双波段辐射。此种主要通过在一支灯管不同位置涂布不同萤光涂层获得双波段，其实是通过萤光涂层遮光或增透获得双波段，由于萤光涂层设计很复杂，增加了制造难度；另外，涂层存在会降低光的辐射强度和效率。中国专利CN2206961双波长荧光分析灯，是通过并排安装有长波紫外灯管和短波紫外灯管实现双波长。采用二个不同波长灯并列组合获得双波长，实际应用中体积和成本都较大。上述不足仍有值得改进的地方。

发明内容
本发明目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种紫外辐射强度高，相对强度可调，可设计不同双波长供应用要求选择的双波长紫外灯。本发明目的实现，主要改进为灯管的密闭空间-放电区内充填需要的短波长的对应稀有气体，产生该气体的准分子，使气体放电与掺有金属杂质的介质接触，产生长波长，克服了现有技术的不足，实现本发明目的。具体说，双波长紫外灯，包括可透过紫外光的灯管，其特征在于灯管的密闭放电区中充填有所需的一个真空紫外短波长的对应稀有气体，所述的对应稀有气体是指He、Ne、Ar、Kr、Xe的一种；密闭放电区中有与真空紫外短波长对应稀有气体放电接触的介质，所述的介质含有5-200 ppm的金属杂质。这种金属杂质是指Al、Fe、L1、Na、B、K、Ca、Mg、Cu、Co、Mn、N1、Cr、Ti 的一种或组合。双波长产生机理为:充填的稀有气体在灯管放电区首先被激发，产生特定波长真空紫外辐射，然后介质中金属掺杂被该波长的真空紫外激发，形成“稀有气体-金属”和“金属-金属”两种准分子，生成的准分子很不稳定很快分解，以辐射近紫外和可见光方式释放激发能，从而得到设计波长真空紫外和近紫外两种不同波长的双波长紫外灯，主要反应过程简述如下:
X + e — X* + e (X指稀有气体He、Ne、Ar、Kr、Xe，X*代表X的激发态，e为电子)； X* + X + X — X2* + X (X2* 代表 X 的准分子)；
X2* - 2X + hv (hv为真空紫外光)；
M + hv — Μ* (Μ 指介质中的 Al、Fe、L1、Na、B、K、Ca、Mg、Cu、Co、Mn、N1、Cr、Ti 的一种或组合，M*为M的激发态)；
M* + M — M2* (M2*为金属-金属准分子)；
X* + M — XM* (XM*为稀有气体-金属准分子)。双波长中短波长由充填稀有气体(产生的准分子)确定，长波长则由短波长辐射激发介质中的金属掺杂产生，因而设计双波长时，稀有气体选择为按设计双波长中的短波长所对应的稀有气体，这样可以通过在灯管中充填不同稀有气体，获得所需不同双波长组合的双波长紫外灯。通过调节介质材料中的金属掺杂量，可以改变调节真空紫外与近紫外输出的相对强度，例如金属掺杂量高，灯管真空紫外输出强度减弱，近紫外强度相对增强；反之相反。充填的稀有气体，主要是为获得短波长的真空紫外辐射，并激发介质中金属掺杂产生另一波长准分子，从而得到双波长。稀有气体可以选择设计双波长中相对短波长所对应的一种稀有气体X，X为He、Ne、Ar、Kr、Xe的一种；为了提高短波长对应的稀有气体准分子的产生率，获得更强的短波长真空紫外辐射，还可以在短波长对应的稀有气体中加入缓冲气体，所述的缓冲气体为与对应稀有气体同族但原子量小的稀有气体。对应稀有气体与缓冲气体的气压比以及混合气体总充气压力均采用准分子灯的常规技术。形成充填稀有气体的空间，可以是单层管壁构成密闭空间放电区，也可以是双层管壁之间的中空隔层构成密闭空间放电区，构成可以是任意形状密闭空间，并且能透过紫外光；兼顾放电均匀性，密闭空间较好为环形或方形；放电区的距离间隔，保证气体放电进行，其中较好为1-10 mm。灯管的材料按现有技术可以是石英或蓝宝石，还可以是能透过短波长紫外辐射的氟化镁、氟化锂、氟化钙等，其中最为常用且经济的灯管为石英玻璃管。介质中掺杂金属，其作用是受到真空紫外激发后产生“稀有气体-金属”和“金属-金属”准分子，从而产生近紫外辐射，获得真空紫外和近紫外辐射二种不同波长的双波长紫外灯。其掺杂金属为Al、Fe、L1、Na、B、K、Ca、Mg、Cu、Co、Mn和Ni的一种或组合。掺杂量决定被真空紫外激发并生成“稀有气体-金属”和“金属-金属”准分子的程度，金属杂质含量越低，经上述反应过程被真空紫外激发并生成“稀有气体-金属”和“金属-金属”准分子量则越少，近紫外输出强度相对越低，真空紫外的输出强度相对越高，直至为近单色真空紫外输出；反之，金属杂质含量越高，经上述反应过程被真空紫外激发并生成“稀有气体-金属”和“金属-金属”准分子量则越多，近紫外输出强度相对越高，真空紫外输出强度相对越低，直至为零。故可以通过调节介质中的金属杂质含量来改变真空紫外对近紫外的相对输出强度。试验发现介质材料中金属含量为5 ppm时，即具有上述功能，上限可以为200 ppm，掺杂量再增加会降低准分子产生效率，故本发明确定金属杂质含量为5-200 ppm,其中更好为5-50 ppm完全满足应用需要。调节介质中的金属杂质，可以通过现有材料掺杂和/或提纯工艺实现。此杂质含量区间仅是试验获得较好区间值，不应理解为实现本发明所必须的精确端值，少量偏差不是不可以。介质可以是与放电区接触的全部或部分灯管内壁，也可以是放于放电区内的独立构件。作为金属杂质的载体，介质可选用化学稳定性好的任何材料，其中最为常用且经济的是石英玻璃。考虑到金属杂质存在会降低真空紫外透过率，根据灯管用途不同，本发明较好选择是掺杂的介质不位于真空紫外输出的光路上。本发明双波长紫外灯，相对于现有技术，由于采用掺有金属杂质介质，在密闭放电空间充填设计双波长中短波长对应的稀有气体，形成稀有气体准分子，同时在短波长福射激发下形成“稀有气体-金属”和“金属-金属”准分子，产生较长波长的近紫外输出，获得真空紫外和近紫外光双波长紫外灯。不仅可以获得真空紫外和近紫外双波长紫外输出，而且方法简单，并且可以通过改变充填稀有气体种类，获得不同设计双波长，改变金属掺杂量，调节真空紫外与近紫外的相对辐射强度，满足不同场合需求，提高了制备双波长灯的灵活性，扩展了双波长灯的应用范围。以下结合六个具体实施例，示例性说明及帮助进一步理解本发明实质，但实施例具体细节仅是为了说明本发明，并不代表本发明构思下全部技术方案，因此不应理解为对本发明总的技术方案限定，一些在技术人员看来，不偏离本发明构思的非实质性增加和/或改动，例如以具有相同或相似技术效果的技术特征简单改变或替换，均属本发明保护范围。


附图1为本发明实施例1的结构示意图。附图2为本发明实施例3的结构示意图。附图3为本发明实施例4的结构示意图。附图4为本发明实施例5的结构示意图。附图5为本发明实施例6的结构示意图。
具体实施例方式实施例1:参见附图1，双波长紫外灯，由外层石英玻璃管12和内层石英玻璃管13构成。石英玻璃管12和13之间的环形区为密闭放电区2，其间隔距离为5 mm。石英玻璃管12外面包裹一层不锈钢金属丝网3作为电极之一，另一电极5采用紫外光反射材料镜面抛光铝片，其面向放电区的那一面进行阳极氧化处理，制成截面为圆型，如图1所示附于石英玻璃管13的内表面，用于反射一部分沿径向向内的紫外辐射，增强对外紫外辐射。两个电极与一个交变电源6相连接，输入20千赫兹I万伏高压电流。石英玻璃管13的内部空间4中为去离子水冷却液。石英玻璃管12和13分别采用合成石英管和含有约30-50 ppm量级金属杂质的石英管制成，在放电区2内填充紫外短波长对应的氙气和缓冲气体氩至0.1 MPa，经光谱检测，获得真空紫外172 nm和近紫外390 nm (介于320至460 nm宽谱的峰位)的双波长准分子紫外辐射，且它们的输出波谱幅值相近。实施例2，参考实施例1，石英玻璃管13采用含有约5-20 ppm量级金属杂质的石英管制成，在放电区2内填充紫外短波长对应的氙气和缓冲气体氩至0.1 MPa，经光谱检测，获得真空紫外172 nm和近紫外390 nm (介于320至460 nm宽谱的峰位)的双波长准分子紫外福射，但172 nm的输出波谱幅值明显比390 nm的要高。实施例3:参见附图2，外层不锈钢11围构一密闭空间，其内填充氪气和氩气(氩气为缓冲气体)至0.05 MPa,两电极是高导电率无氧铜棒，其外面套有石英玻璃管12、13，其叉形安装形成放电区2，石英玻璃管的间隔距离为I _，石英玻璃管12、13中至少一个含有60-100 ppm量级金属杂质，放电区2产生的紫外光经光学窗口 3透出不锈钢腔体外，光学窗口 3为氟化镁，氟化钙或氟化锂晶体材料。经光谱检测，获得真空紫外146 nm和近紫外390 nm (介于320至460 nm宽谱的峰位)双波长准分子紫外辐射。实施例4:参见附图3，外层不锈钢管11作为电极之一并接地，管内填充氩气至0.1MPa，另一电极为高导电率无氧铜丝绕成的螺线管，其外套有石英玻璃管12。石英玻璃管12与不锈钢管内壁间构成放电区2,放电区距离为10 mm,石英玻璃管12为含有150-200 ppm量级金属杂质的石英管。放电区2产生的紫外光经不锈钢管端部的光学窗口 3透出不锈钢管体外，光学窗口 3为氟化镁，氟化钙或氟化锂晶体材料。经光谱检测，获得真空紫外126nm和近紫外390 nm (介于320至460 nm宽谱的峰位)双波长准分子紫外福射。实施例5:参见附图4，石英玻璃灯管12两端密封，构成直径为7 mm的圆柱形放电区2，内充氖气至200 Pa，石英玻璃管12采用含有约5-50 ppm量级金属杂质的石英管制得，磁控管3产生2.45 GHz微波进入谐振腔4，激发一端插入谐振腔4的灯管12发光，微波功率0-1000 W可调。经光谱检测，获得真空紫外80-90 nm和近紫外390 nm (介于320至460 nm宽谱的峰位)双波长准分子紫外辐射。实施例6:参见附图5，如实施例5，其中灯管12为合成石英玻璃，内充氦气至250Pa,放电区2内置含有约20-50 ppm量级金属杂质的石英片、管或棒5,可通过烧结固定于放电区2内。经光谱检测，获得真空紫外60-100 nm和近紫外390 nm (介于320至460 nm宽谱的峰位)双波长准分子紫外辐射。对于本领域技术人员来说，在本专利构思及具体实施例启示下，能够从本专利公开内容及常识直接导出或联想到的一些变形，本领域普通技术人员将意识到也可采用其他方法，或现有技术中常用公知技术的替代，以及特征间的相互不同组合，例如根据设计双波长，选择相应充填稀有气体，掺杂金属元素改变，等等的非实质性改动，同样可以被应用，都能实现本专利描述功能和效果，不再一一举例展开细说，均属于本专利保护范围。本实施例中所指的金属杂质是Al、Fe、L1、Na、B、K、Ca、Mg、Cu、Co、Mn、N1、Cr、Ti的一种或组合。本发明中稀有气体，为在气体放电中能够生成准分子并产生真空紫外波长辐射的稀有气体，He、Ne、Ar、Kr和Xe，如表一所示。本发明所说双波长，是指真空紫外和近紫外辐射。表1:不同稀有气体产生的准分子真空紫外波长
权利要求
1.波长紫外灯，包括可透过紫外光的灯管，其特征在于灯管的密闭放电区中充填有所需的一个真空紫外短波长的对应稀有气体，所述的对应稀有气体是指He、Ne、Ar、Kr、Xe的一种；密闭放电区中有与真空紫外短波长对应稀有气体放电接触的介质，所述的介质含有5-200 ppm的金属杂质。
2.根据权利要求1所述的双波长紫外灯，其特征在于介质中的金属杂质含量为5-50ppmD
3.根据权利要求1或2所述的双波长紫外灯，其特征在于金属杂质是指Al、Fe、L1、Na、B、K、Ca、Mg、Cu、Co、Mn、N1、Cr、Ti 的一种或组合。
4.根据权利要求1、2、3之一所述的双波长紫外灯，其特征在于短波长的对应稀有气体中加入有缓冲气体，所述的缓冲气体为与对应稀有气体同族但原子量小的稀有气体。
5.根据权利要求1所述的双波长紫外灯，其特征在于灯管的密闭放电区，是单层管壁构成的密闭空间放电区或者是双层管壁之间的中空隔层构成的密闭空间放电区。
6.根据权利要求5所述的双波长紫外灯，其特征在于密闭空间放电区的形状为环形或方形。
7.根据权利要求5或6所述的双波长紫外灯，其特征在于密闭空间放电区的距离间隔为 1-10 mmη
8.根据权利要求1所述的双波长紫外灯，其特征在于介质是与放电区接触的全部或部分灯管壁，或者是放于放电区内的独立构件。
9.根据权利要求8所述的双波长紫外灯，其特征在于介质不位于真空紫外输出的光路上。
全文摘要
双波长紫外灯，涉及一种能产生双波长紫外光谱的准分子紫外灯，包括可透过紫外光的灯管，灯管的密闭放电区中充填有所需的一个真空紫外短波长的对应稀有气体，所述的对应稀有气体是指He、Ne、Ar、Kr、Xe的一种；密闭放电区中有与真空紫外短波长对应稀有气体放电接触的介质，所述的介质含有5-200ppm的金属杂质，不仅可以获得真空紫外和近紫外双波长紫外输出，而且方法简单，并且可以通过改变充填稀有气体种类，获得不同设计双波长，改变金属掺杂量，调节真空紫外与近紫外的相对辐射强度，满足不同场合需求，提高了制备双波长灯的灵活性，扩展了双波长灯的应用范围。
文档编号H01J61/16GK103094057SQ201310043840
公开日2013年5月8日 申请日期2013年2月1日 优先权日2013年2月1日
发明者余建军 申请人:余建军