無極汞燈的製作方法

2023-12-10 05:20:51 1

本發明涉及無極燈領域。更具體地，涉及一種無極汞燈。

背景技術：

為滿足衛星導航、空間探測及特殊場所時頻應用的迫切需求，對時間精度、穩定度提出了越來越高的要求，原子鐘採用原子譜線躍遷頻率作為時間標準具有高精度、高穩定度等特點廣泛應用於時頻領域。傳統的原子鐘有氫鍾和銣鍾，然而氫鐘體積大而指標高，銣鐘體積小指標低於氫鍾，基於汞離子的微波鍾可以達到氫鐘的高精度，高可靠性而體積與銣鐘相仿，在未來的時頻應用中具有顯著優勢。

汞離子微波鍾採用無極汞燈作為泵浦光源，輻射194nm譜線激發199Hg+躍遷，替代體積龐大，複雜的深紫外雷射系統，使得汞離子微波鐘體積大大減小。由於無極燈內沒有電極，突破了傳統的發光機理，具有許多優勢，包括高光效、長壽命、光衰小、功率因數高等。

傳統的無極燈以躍遷譜線253.7nm為主，大多用於照明，體積較大，如QL無極燈的泡殼直徑為100mm和85mm兩種，採用內置式鐵芯耦合無極燈，Osral的無極汞燈為圓環形，直徑為230mm，採用外置式線圈耦合激發無極燈發光，少數輻射185nm譜線作為紫外消毒燈，其體積也較為龐大。採用汞離子躍遷譜線194.2nm的無極汞燈在市場上依舊空白，而且上述市場上的汞燈體積較大遠不能滿足項目體積小、指標高的要求。傳統無極汞燈中大多採用固汞汞齊，含其他雜質輻射譜線較雜，以輻射汞原子的躍遷譜線為主的無極汞燈汞離子的輻射譜線較弱，均不能滿足汞離子微波頻標中的輻射194nm汞燈需求。

國外對汞離子微波頻標中使用的無極汞燈技術嚴格保密，因此研製輻射194nm的汞燈是必須突破的關鍵技術之一。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題是提供一種小尺寸，輻射194nm譜線的無極汞燈，該無極汞燈發光效果好，譜線純度高，可通過透鏡組控制發光的聚焦位置，特別適用於汞離子微波頻標，作為泵浦源激勵工作物質躍遷。

為解決上述技術問題，本發明採用下述技術方案：

一種無極汞燈包括：透鏡組、汞泡、激勵源和溫控裝置，所述汞泡包括相互連通的發光部和冷端部，發光部為圓柱形，冷端部為圓柱形或長方體形，發光部與冷端部的連接處的直徑小於發光部的直徑，所述汞泡內填充有純汞或同位素Hg202；

所述激勵源包括激勵盒和線圈以及套接在所述發光部的聚四氟乙烯套筒，激勵盒為金屬製成，內部設有三點式振蕩電路，所述線圈纏繞在汞泡的發光部外側，一端通過電容與所述三點式振蕩電路連接，另一端進入激勵盒內部接地；

所述溫控裝置包括套接在冷端部的金屬套筒、將聚四氟乙烯套筒與金屬套筒分隔開的絕熱支架和用於連接金屬套筒與無極汞燈外殼的導熱支架；

所述透鏡組包括用於將發光部端面發出的光聚焦到工作物質上的聚焦透鏡和對發光部端面發出的光進行過濾的濾光片，所述聚焦透鏡設置在能夠前後調節位置的滑軌上。

優選地，所述聚焦透鏡為紫外熔融石英，在譜線194nm處的透過率大於90％。

優選地，所述濾波片的中心波長為190nm，帶寬為10nm，波長194nm光的透過率為80％以上。

優選地，所述線圈纏繞在發光部的圈數為3～8圈。

優選地，所述冷端部與金屬套筒之間進一步設置有金屬銦。

優選地，純汞或同位素Hg202填充在所述冷端部內。

優選地，所述發光部的直徑為5～15mm，長度為15～50mm。

優選地，所述三點式振蕩電路的輸出功率為30～100W、頻率為100～500MHz。

優選地，所述激勵盒採用鋁製外殼。

優選地，所述聚焦透鏡前後位移的範圍為10～30mm。

本發明的有益效果如下：

本發明的汞泡採用雙泡結構將發光和貯存汞的泡體功能分離，同時發光部與冷端部之間通過小直徑的連接部連通，其中發光部耦合外置線圈發光，冷端部儲存汞並連接控溫裝置，上述結構使液態的汞不易流入發光部中，減弱了汞滲入發光部的泡壁損耗成霧狀的現象的發生。此外，通常的冷端多為細長型極為短小，本發明的冷端部與發光部的尺寸幾乎相同，與溫控裝置的接觸面積大，易於散熱控制溫度。

附圖說明

下面結合附圖對本發明的具體實施方式作進一步詳細的說明。

圖1示出本發明的結構示意圖。

具體實施方式

為了更清楚地說明本發明，下面結合優選實施例和附圖對本發明做進一步的說明。附圖中相似的部件以相同的附圖標記進行表示。本領域技術人員應當理解，下面所具體描述的內容是說明性的而非限制性的，不應以此限制本發明的保護範圍。

如圖1所示，一種無極汞燈包括透鏡組、汞泡、激勵源和溫控裝置，汞泡包括均為圓柱形狀的發光部10和冷端部11，發光部10和冷端部11通過細口徑連接部12連通，汞泡採用紫外熔融石英製成，譜線194nm光的透過率大於90％，發光部10的直徑為5～15mm、長度為15～50mm。冷端部11用於貯存液汞，因細口徑連接部12的直徑遠小於發光部10的直徑，液汞不易流入發光部10中，減小了對發出的光的影響。汞泡內填充純汞或同位素Hg202，替代了傳統無極汞燈中的汞齊，避免了因汞齊中含有其它雜質引起譜線的展寬和移動。冷端部11可採用與發光部10相同的圓柱形或長方體形，冷端部11的大小與發光部10的大小尺寸相近，易於散熱控制溫度。本發明的汞泡採用雙泡結構，可以有效分離發光部分和儲存汞部分，對冷端部11進行控溫，降低汞的損耗，減少汞對光的透射。

激勵源包括由鋁製成的激勵盒20、線圈21和聚四氟乙烯套筒22，激勵盒20內設有三點式振蕩電路，由高頻三極體、電感、電阻和電容等組成，輸出功率30W-100W，頻率100MHz-500MHz。激勵盒20採用鋁製外殼可防止外部電磁輻射的幹擾。線圈21纏繞在發光部10的外壁上，纏繞3～8圈，線圈21的一端通過電容23與三點式振蕩電路連接，另一端進入激勵盒20內接地。線圈21激勵汞泡發光。聚四氟乙烯套筒22套接在發光部10的外側。

傳統無極燈多用於照明其最重要的參量為發光亮度，而離子微波頻標中需要選擇汞燈的特定波長作用於工作物質。離子微波頻標中的無極燈採用的是汞離子的輻射譜線194nm，相比汞原子發光，激發汞離子輻射需要更高的能量。激勵盒20輸出高頻率、高功率的三點式振蕩電路。相比於傳統無極燈電源系統，本發明的無極汞燈輸出頻率和功率更大，耦合在發光泡上的激發能更高。

溫控裝置包括金屬套筒30、導熱支架31、絕熱支架32，金屬套筒30採用鋁製外殼，比冷端部11的直徑大1～2mm，金屬套筒30套接在冷端部11的外側，在冷端部11與金屬套筒30之間設置金屬銦，使得冷端部11的外側纏繞銦，金屬銦的導熱效率高，將冷端部11產生的熱量迅速傳導給金屬套筒30。金屬套筒30的一端通過螺栓與導熱支架31連接，導熱支架31與無極汞燈的外殼固定連接，導熱支架31採用可調節高度的結構。絕熱支架32採用真空隔熱板製成，與無極汞燈的外殼固定連接，金屬套筒30的另一端通過螺栓與絕熱支架32連接。

安裝時，首先將冷端部11纏繞金屬銦，插入金屬套筒30中。然後，將絕熱支架32通過螺栓與金屬套筒30相連接。將帶有金屬套筒的汞泡嵌入絕熱支架32中，調節導熱支架31的高度到合適的位置並用螺栓與金屬套筒30固定。

透鏡組包括聚焦透鏡40、濾波片41和滑軌42，聚焦透鏡40設置在滑軌42上，可在滑軌42上移動，從而調節發光部10和聚焦透鏡40的距離，滑軌42通過螺栓與無極汞燈的底座相連接。濾波片41為深紫外濾波片，位於透鏡組正前方，嵌套在外殼的通光口處，濾波片41的尺寸大於透鏡聚焦面積，作為無極汞燈的透光窗口。與傳統無極汞燈相比，本發明的無極汞燈用於激發泵浦工作物質躍遷，僅當無極汞燈發出的光聚焦在工作物質上才能發揮作用，透鏡組的作用是將汞燈發出的光聚焦在特定的位置，即工作物質上。濾波片41的中心波長為190nm，帶寬為10nm，在譜線194nm附近的透過率最高，透過率大於80％，從而大大減弱其他譜線的透過率，有效提高了泵浦效率，提高離子微波頻標的信噪比。

聚焦透鏡40採用紫外熔融石英，在譜線194nm處透過率超過90％。聚焦透鏡40連接在滑軌42上，通過調節聚焦透鏡40在滑軌42上的位置，調節聚焦透鏡40和發光部10的端面的位置，調節範圍為10-30mm，將發光部10發出的光聚焦在特定範圍內。濾波片41安裝在無極汞燈外殼的透光口上。濾波片41透過波長為的194nm的光，而濾除其他譜線，提高無極汞燈作用於工作物質時的泵浦效率，提高譜線測量的信噪比，可提升離子鐘的整鍾性能。

顯然，本發明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發明所作的舉例，而並非是對本發明的實施方式的限定，對於所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動，這裡無法對所有的實施方式予以窮舉，凡是屬於本發明的技術方案所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處於本發明的保護範圍之列。