ИСТОЧНИК ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ОСНОВЕ БАРЬЕРНОГО РАЗРЯДА

Полезная модель относится к газоразрядным источникам излучения, в частности, к лампам барьерного разряда, излучающим на переходах эксимерных и эксиплексных молекул, и может быть использована, например, в фотохимии для фотополимеризации, фотоосаждения полупроводников и диэлектрических полимеров, фототравления полимеров; в экологии для низкотемпературного окисления токсичных соединений, обеззараживания воды, ограничения численности насекомых-вредителей; в медицине для лечения кожных болезней, обработки медицинских инструментов и изделий; в электрохимическом анализе, а также в различных плазменных технологиях.
Известна лампа барьерного разряда на основе конденсаторной керамики (ЖПС, т.20, №3, 1974, с.504), представляющая собой разрядную камеру, внутрь которой помещены плоские электроды, подключенные к источнику питания. Электроды расположены друг напротив друга, при этом плоскости электродов обращены друг к другу сторонами, на которые нанесены диэлектрические барьеры. Излучающим объемом является газовый промежуток, заключенный между электродами.
Недостаток данной конструкции состоит в неэффективном способе вывода излучения из газоразрядного промежутка, что приводит к значительной потере мощности оптического излучения источника.
Известен газоразрядный источник излучения на основе барьерного разряда (патент РФ №2271590, опубл. 10.10.05), представляющий собой газоразрядную колбу с разрядным промежутком, образованным двумя коаксиальными цилиндрическими трубками, изготовленными из прозрачного
на рабочей длине волны материала. К поверхностям трубок прилегают электроды, подключенные к источнику питания. Высоковольтный электрод расположен во внутренней трубке газоразрядной колбы, а заземленный - на поверхности внешней трубки. Диэлектрическими барьерами служат кварцевые стенки внешней и внутренней трубок колбы.
Недостатками конструкции являются осесимметричное распределение интенсивности излучения источника в пространстве и, как следствие, невозможность при использовании единичного излучателя такого типа достижения равномерной освещенности плоской поверхности, а также ограничение сверху на величину удельной мощности разряда, что не позволяет получить высокие плотности мощности оптического излучения из-за незначительной емкости кварцевых диэлектрических барьеров.
Задача состоит в разработке источника, позволяющего создавать значительные плотности мощности оптического излучения наряду с достижением высокой равномерности освещенности плоских поверхностей, площади которых могут варьироваться от одного до нескольких сотен квадратных сантиметров.
Технический результат заключается в увеличении плотности мощности излучения при обеспечении его равномерности.
Технический результат достигается тем, что в отличие от известного источника оптического излучения на основе барьерного разряда, содержащего газоразрядную камеру, образующие разрядный промежуток электроды, подключенные к импульсному источнику питания, причем, по крайней мере, один из электродов отделен от разрядного промежутка диэлектрическим барьером, в предлагаемом газоразрядная камера выполнена в плоской геометрии с планарным расположением электродов, материалом для диэлектрического барьера служит конденсаторная керамика.
Кроме того, газоразрядная камера может быть снабжена окном для вывода излучения, выполненным из оптически прозрачного в заданном спектральном диапазоне материала.
Высокое значение диэлектрической проницаемости материала барьера (конденсаторная керамика) определяет высокое значение электрической емкости предложенной конструкции в момент разряда. Это приводит к тому, что больший заряд переносится через газовый разрядный промежуток за время импульса напряжения. Как следствие, достигается существенное увеличение значения заряда, переносимого через газоразрядный промежуток за импульс напряжения, высокое мгновенное значение тока и, соответственно, значительная плотность мощности оптического излучения. Планарное расположение электродов позволяет исключить имеющее негативное влияние в прототипе осесимметричное распределение интенсивности излучения источника в пространстве и, в результате, создавать большие равномерно излучающие площади. Использование конденсаторной керамики в сочетании с планарным расположением электродов дает возможность обеспечивать однородную засветку облучаемых плоских поверхностей излучением с увеличенной плотностью мощности. Тип используемой рабочей среды - газовой или парогазовой смеси, заполняющей разрядный промежуток, а также в случае необходимости выбор материала окна для вывода излучения из условия оптической его прозрачности в заданном спектральном диапазоне определяются требованием к спектру излучения.
На фигуре схематично изображена лампа барьерного разряда, где 1, 2 - электроды, 3 - диэлектрический керамический барьер, 4 - окно для вывода излучения, 5 - корпус газоразрядной камеры, 6 - газовый объем (разрядный промежуток), 7 - область разряда, 8 - направление вывода излучения, 9 -импульсный источник питания.
Устройство реализовано следующим образом.
Конструкция является планарной, расположение электродов (поз.1, 2), подключенных к импульсному источнику питания (поз.9) находится в одной плоскости, напротив окна для вывода излучения (поз.4). В качестве выходного окна (поз.4) используется пластина из кварцевого стекла марки
2
КУ-1. Разрядная камера предназначена для работы со смесями инертных газов с галогеносодержащими компонентами. В качестве диэлектрического барьера (поз.3), отделяющего металлические электроды (поз.1, 2) от газового объема (поз.6) используется конденсаторная керамика с диэлектрической проницаемостью ε~250. Толщина керамического барьера составляет 6 мм, характерный размер излучающей площади 110×110 мм. Высота газового промежутка над диэлектрическим барьером составляет 10 мм. Конструкция излучателя позволяет устанавливать электроды (поз.1, 2) различной формы и подключать их к источнику питания (поз.9) в произвольной конфигурации. Импульсный источник питания (поз.9) обеспечивает подачу на электроды (поз.1, 2) последовательности поочередно положительных и отрицательных импульсов напряжения с частотой 100 кГц и длительностью регулируемой в интервале от 200 до 2000 нс.
При подаче импульсного напряжения от источника (поз.9) на электроды (поз.1, 2) в газовом объеме (поз.6), заполненном рабочей средой создается область (поз.7), в которой формируется близкий к диффузному тип разряда. Область разряда является источником оптического излучения (поз.8), которое посредством прозрачного в данном спектральном интервале окна (поз.4) выводится из разрядной камеры.
Представляемое устройство позволяет обеспечить в десятки раз большую плотность мощности оптического излучения по сравнению с прототипом, при этом неравномерность освещенности поверхности, соответствующей внешней стороне окна для вывода излучения оказывается не хуже 10% для 80% площади от площади полного освещения.