介質阻擋放電激發(fā)xei準分子紫外光源的實驗研究

1、介質阻擋放電激發(fā)介質阻擋放電激發(fā)XeI準分子紫外光源的實驗研究準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：采用石英做介質阻擋層，對高氣壓XeI準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、氣體配比等參數分析了光源的工作特性，其最佳工作參數為總氣壓320Tr、I2分壓0.37%，電源頻率58.7kHz。在此條件下當放電電壓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，結合石英管結構參數和放電條件，經計算獲得的光源轉化效率為2.2%。關鍵詞關鍵詞:介質阻擋放電，準分子光源，XeI，轉化效率中圖分類號：中圖分類號：O53文獻標識碼：文獻標識碼：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用，其中介質阻擋放電（DBD）激發(fā)準分子光源有著光譜單色性好，紫外發(fā)光效

7、率高，容易實現大面積輻射，通過調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、轉換效率和壽命的相關研究[4，5]。國內對DBD放電光譜分析和材料改性方面的研究很多，但DBD準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阻擋層對XeI準分子光源進

8、行了實驗研究，獲得了XeI準分子光源的輻射光譜，從放電功率、放電頻率、總氣壓、氣體配比等參數對XeI準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準分子光源的照度，結合光源具體結構參數和放電條件，得出光源的轉化效率為2.2%，并提出了提高光源的穩(wěn)定性和轉換效率的途徑和方法。XeI準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準分子形成外，還有一定量的Xe2準分子存在，圖中對應著322.4nm356.4n

10、m，360.5nm放電峰[8]，這些Xe2準分子在碰撞過程中退激發(fā)回到基態(tài)，對XeI準分子的生成不利。3.23.2、總氣壓和氣體比例對、總氣壓和氣體比例對XeIXeI準分子光源的影響準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，結果示于圖3。實驗發(fā)現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)粒子數密度的增加，從而有利于準分子的形成。但當總氣壓過高時，實驗發(fā)現放電模式轉變?yōu)閺浬⒔z狀放電，放電管的輻射不均勻導致輻照計探頭接收效率下降，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，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)光強度的關系、電源功率同光源發(fā)光強度的關系在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的乘積給出，功率因數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下準分子光源紫外發(fā)光強度隨不同注入功率的變化關