介質(zhì)阻擋放電激發(fā)xei準(zhǔn)分子紫外光源的實驗研究

1、介質(zhì)阻擋放電激發(fā)介質(zhì)阻擋放電激發(fā)XeI準(zhǔn)分子紫外光源的實驗研究準(zhǔn)分子紫外光源的實驗研究李朝陽，陳強，代立新，林輝創(chuàng)北京印刷學(xué)院等離子體物理與材料研究室，北京，102600摘要：摘要：采用石英做介質(zhì)阻擋層，對高氣壓XeI準(zhǔn)分子紫外光源進行了實驗研究，從放電功率、放電頻率、總氣壓、氣體配比等參數(shù)分析了光源的工作特性，其最佳工作參數(shù)為總氣壓320Tr、I2分壓0.37%，電源頻率58.7kHz。在此條件下當(dāng)放電電壓4.6kV、功率66W時，在

2、距光源8.5cm處得到的紫外光輻射強度為31.2?Wcm2，結(jié)合石英管結(jié)構(gòu)參數(shù)和放電條件，經(jīng)計算獲得的光源轉(zhuǎn)化效率為2.2%。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞:介質(zhì)阻擋放電，準(zhǔn)分子光源，XeI，轉(zhuǎn)化效率中圖分類號：中圖分類號：O53文獻標(biāo)識碼：文獻標(biāo)識碼：ATheTheexperimentalexperimentalstudystudyononXeIXeIexcimerexcimerUVUVlightlightsourcesourcestimulateds

3、timulatedbybydielectricdielectricbarrierbarrierdisgedisgeLiChaoyangChenQiangDaiLixinLinHuichuangPlasmaphysicsmateriallabatyBeijingInstituteofGraphicCommunicationBeijing102600Abstract:AnexperimentalstudyonXeIexcimerUVlamp

4、stimulatedbydielectricbarrierdisge(DBD)wasinvestigated.Byusingquartzasdielectricbarrierlayerthewkingparametersofthislampwereanalyzedfromtheappliedpowerdisgefrequencytotalpressuretheratioofmixturegases.Theoptimumcondition

5、camewithtotalpressure320Tr0.37%iodineratio58.7kHz’sfrequency.Undertheappliedvoltage4.6kVpower66WanUVradiationintensityof31.2?Wcm2wasobtainedatthedistanceof8.5cmfromthequartztube.Combiningtheconfigurationinjectedpowerweca

6、lculatedtheconversionefficiencyofthelampthatwas2.2%.KeyKeywds:wds:DBD，excimerlightsourceXeIconversionefficiency1、引言、引言近年來大面積長壽命高效紫外光源的研究得到了人們的廣泛關(guān)注，新型紫外光源的開發(fā)有望在環(huán)保、能源、光固化、醫(yī)療殺菌、照明等方面獲得重要應(yīng)用，其中介質(zhì)阻擋放電（DBD）激發(fā)準(zhǔn)分子光源有著光譜單色性好，紫外發(fā)光效

7、率高，容易實現(xiàn)大面積輻射，通過調(diào)整放電氣體配比和種類可獲得特定波長的光輻射，光源壽命長等諸多優(yōu)點[13]，國內(nèi)外近來對此方面的研究報道逐年增多，研究重點主要是探索準(zhǔn)分子的激發(fā)機制，拓展輻射波長至真空紫外波段，針對光源穩(wěn)定性、轉(zhuǎn)換效率和壽命的相關(guān)研究[4，5]。國內(nèi)對DBD放電光譜分析和材料改性方面的研究很多，但DBD準(zhǔn)分子光源的研究還開展較少，同國外有一定的差距。本文利用kHz低溫等離子體電源采用雙層石英做介質(zhì)阻擋層對XeI準(zhǔn)分子光源進

8、行了實驗研究，獲得了XeI準(zhǔn)分子光源的輻射光譜，從放電功率、放電頻率、總氣壓、氣體配比等參數(shù)對XeI準(zhǔn)分子光源的輻射效率和發(fā)光強度進行了分析。采用紫外光輻照計測量了XeI準(zhǔn)分子光源的照度，結(jié)合光源具體結(jié)構(gòu)參數(shù)和放電條件，得出光源的轉(zhuǎn)化效率為2.2%，并提出了提高光源的穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)換效率的途徑和方法。XeI準(zhǔn)分子光源的特征輻射主峰波長在253nm，與低壓汞燈的原子線輻射峰254nm非常接近，是取代低壓汞燈的最佳選擇之一，是基金項目：北京市教

9、委科技面上項目(KM200710015002)和北京印刷學(xué)院青年基金(Eb20060021)支持。作者簡介：李朝陽(1973、12～)男漢，籍貫山西省臨汾市，博士，講師，主要從事等離子體光源與光譜學(xué)方面的研究。郵件：zhaoyang2050@。這是因為在碘氣路中未安裝流量控制，放電室中存在過量碘的放電所致。此外，在Xe和I2混合氣體放電中，除了有大量的XeI準(zhǔn)分子形成外，還有一定量的Xe2準(zhǔn)分子存在，圖中對應(yīng)著322.4nm356.4n

10、m，360.5nm放電峰[8]，這些Xe2準(zhǔn)分子在碰撞過程中退激發(fā)回到基態(tài)，對XeI準(zhǔn)分子的生成不利。3.23.2、總氣壓和氣體比例對、總氣壓和氣體比例對XeIXeI準(zhǔn)分子光源的影響準(zhǔn)分子光源的影響在放電電壓4.6KV，電流峰值0.37A時，測量了不同放電總氣壓下的紫外光功率密度，結(jié)果示于圖3。實驗發(fā)現(xiàn)輻射功率先是隨氣壓的增大而增加，到達某一極大值后隨之下降，在320Tr氣壓時XeI準(zhǔn)分子光源的輻射最強。這是因為在較低氣壓下，系統(tǒng)發(fā)電模

11、式為輝光放電，隨著總氣壓的升高，電子與氙之間的碰撞幾率逐漸增大，促進了亞穩(wěn)態(tài)粒子數(shù)密度的增加，從而有利于準(zhǔn)分子的形成。但當(dāng)總氣壓過高時，實驗發(fā)現(xiàn)放電模式轉(zhuǎn)變?yōu)閺浬⒔z狀放電，放電管的輻射不均勻?qū)е螺椪沼嬏筋^接收效率下降，因此測得發(fā)光功率呈下降趨勢。在固定160Pa的碘分壓下，通過改變氙氣流量，從而改變放電氣體中碘的比例，測量在相同放電功率下碘配比對準(zhǔn)分子自外光源發(fā)光強度的影響，如圖4所示。由圖可知，在0.2%0.37%比例范圍內(nèi)，UV輻射

12、強度隨I2蒸氣壓升高迅速增強，之后隨著I2分壓的增大放電強度降低，I2蒸氣壓與Xe氣壓的理想比例是0.37%。3.33.3、電源功率同光源發(fā)光強度的關(guān)系、電源功率同光源發(fā)光強度的關(guān)系在KHz正弦波電源激勵下，DBD光源可看做良好的容性元件，其上消耗的電源功率可由示波器測得的電壓、電流瞬時功率與功率因數(shù)的乘積給出，功率因數(shù)由電壓電流的相位差決定。圖5所示是在總氣壓230Tr、I2分壓160Pa下準(zhǔn)分子光源紫外發(fā)光強度隨不同注入功率的變化關(guān)