[發明專利]一種高強度放電紅外輻射光源

無效

• 申請號: 200610036855.5
• 申請日: 2006-07-31
• 公開（公告）號: CN101118834A
• 公開（公告）日: 2008-02-06
• 發明（設計）人: 柴國生;楊正名;張明
• 申請（專利權）人: 廣東雪萊特光電科技股份有限公司
• 主分類號: H01J61/00
• 分類號: H01J61/00;H01J61/12
• 代理公司: 佛山市南海智維專利代理有限公司
• 代理人: 梁國杰

技術領域：

本發明涉及一種紅外輻射光源，尤其是一種利用高強度放電的紅外輻射光源。

背景技術：

自紅外線被發現以來，在各個領域的應用已越來越廣泛，在工業、農業、醫療、衛生及科技的發展方面均有重要價值，諸如診斷、治療、探測、監控、偵察、跟蹤等方面，特別是近年來在國防和治安方面其應用和需求正在迅速演進和發展。

產生紅外線的最簡單方法是燃燒加熱，然而這種方式獲得的紅外輻射較難精確控制，而且譜帶極寬，所以雖然廉價易得，但只能用于一般加熱。當然在工業上和生活中這方面的應用是極為廣泛而重要的。

除利用燃燒產生紅外線的方法之外當前廣泛應用的是利用電加熱鎢絲的白熾光源(主要是鹵素燈)這類燈的輻射譜示為圖3，由輻射譜可見，除部分功率消耗于可見光輻射外大部分的能量消耗于產生紅外輻射，這種光源可很簡便、廉價而高效地獲得全波段紅外輻射，但問題是輻射頻譜范圍較寬，方向分散，不易聚焦成窄束；用于偵察時較難精確定位且易于為敵方偵察；有效照射距離較短、需加大輻射劑量即采用大功率燈以增大距離。

隨著半導體工業的進展，多種半導體紅外輻射源問世，其中最新的是發光二極管(LED)型的紅外輻射源，這種輻射源是利用某些種類半導中的載流子與空穴復合時產生的輻射，這種紅外輻射的特點是譜帶較窄。某些高增益的半導體紅外發射材料可以實現粒子數反轉，再附加諧振腔，則可制成紅外激光器，輸出頻帶很窄、發散角很小、波長為數微米的近紅外激光束，其中波長略大于1微米的激光譜線已普遍用于光纖通訊。通常此種紅外輻射源的幅射通量較小，作用距離有限。

氣體放電發光是當前使用最普遍、效率最高的可見光光源，很明顯如果選擇適當放電介質亦可高效、產生所需波長紅外輻射。所以利用氣體放電應當也能方便而高效地制成紅外光源。

發明內容：

本發明的目的是提供一種利用高強度放電電弧加熱高密度分子性氣體，利用氣體分子的振轉能級激發并產生輻射的高效率地產生窄帶譜紅外輻射。利用短極距放電管可使電弧尺寸和有效加熱區域很小，即輻射源體積很小，因而利用設計合理的拋物面光反射器可以獲得發射角很小、射程較遠的紅外線束。這對于遠距離偵察、搜索、定位是有廣泛用途的。

本發明是通過以下技術方案來實現的：

本發明采用圖1所示短極距高氣壓氣體放電燈做紅外輻射源，該放電管可以是圖2所示的帶有外殼的放電掛管，也可是是不帶外殼的圖1所示的電弧管1，電弧管1中部是放電容器2，其中充有惰性氣體、汞和其他放電發光物質，放電容器2兩端設置有支撐電極系統4a，4b的芯柱5a，5b，電極系統4a，4b前端則是電極3a，3b，電極3a，3b隔開固定距離并安置在電弧管2的軸線上，在運轉時放電燈電弧管的壓強為80至100大氣壓，其中含有10％到50％或更高的分子性氣體或蒸氣，運轉時放電電弧加熱分子性氣體產生紅外輻射。

本發明中采用的分子性氣體為硒蒸氣或其他分子性氣體或蒸氣，可根據化學性能及譜帶要求加以選擇。

本發明放電燈中還充入有高壓惰性氣體、適量汞或不加入、一種或幾種金屬鹵化物最重要的是加入足量的在運轉溫度下為雙原子或多原子分子的氣體或蒸氣。該高氣壓放電紅外燈的極間距離可調至比其他同類放電燈燈為短，以形成密度高、體積小的點狀輻射源，獲得較好的聚焦效果。

本發明是利用高強度氣體放電電弧使放電管中充填的所選定的高密度分子性氣體加熱，以產生該種分子的特定頻段的紅外輻射光譜，通常充入的各種物質，如惰性氣體、汞，也可加進鈉或金屬鹵化物等，視所需光譜配制而定，但必須充有足量的分子性氣體。

適當的放電電流使電極間的電弧弧道被加熱到5000-6000K，該電弧使泡殼被加熱到約1200K，而在泡殼到電弧間的高氣壓(80-100大氣壓)分子性氣體則在1200K的管壁和6000K之間的電弧之間作雜亂連動，不斷被電弧加熱。(可能分解成原子，但在溫度較低區域則又將結合成分子)當這些高溫粒子向外擴散時將熱能向泡殼傳遞，保持了泡殼恒定的溫度。平衡狀態下處在數千K高溫下的高密度氣體分子將輻射相應溫度下的該種分子特征振轉紅外輻射光譜。

設計合理的這樣的放電燈可以將60-70％的電能轉化為某一或某幾頻段的紅外帶狀譜，余下的30-40％的能量則以紫外線、可見光、對流和傳導的形式散失，如此高分額的能量集中在較窄的近紅外波段中以輻射的方式逸散出去，其紅外輻射效率是相當高的。