專利名稱：潛藏式鎢與石英過渡封接的脈沖氙燈及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種潛藏式鎢與石英過渡封接的脈沖氙燈，主要用于激光核聚變裝置中大功率，大能量固體激光系統(tǒng)的泵浦光源。
已有技術(shù)1.中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所申請的專利ZL86100413.3“大功率氙燈石英與銅焊接方法”用此方法所制的氙燈，由于是石英燈管與銅之間的非匹配封接，造成氙燈的總體性能差，燈管內(nèi)有雜質(zhì)，燈管中間有排氣口，結(jié)構(gòu)上局部應(yīng)力大，容易在放電過程中熱爆。
2.中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所申請的專利ZL92215121.0“一種高壓氙燈”是一種鉬箔封接的氙燈。由于封接上的要求，鉬箔厚度為0.03mm，不能承受大的電流密度，因而，此種氙燈不適用于大功率，大能量激光系統(tǒng)的泵浦光源。
3.中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所申請的專利ZL93226595.2“新型高壓接頭的脈沖放電燈”其內(nèi)容為放電燈的引出頭，與放電燈本身結(jié)構(gòu)無關(guān)。
4.一般的過渡玻璃封接法所制作的氙燈是一種直表式的外封接方法，在密封性能和承受電流密度方面性能較好，但有一個致命的缺點，就是這種燈的抗張強(qiáng)度差，用在大功率、大能量激光系統(tǒng)中常常引起炸燈，嚴(yán)重影響了整體激光裝置的可靠性和穩(wěn)定性。
本發(fā)明的目的是為了克服上述脈沖放電燈的缺點而設(shè)計。本發(fā)明將使放電燈的放電過程作用在管壁上的張力轉(zhuǎn)化為壓力，使燈的強(qiáng)度提高一個量級，同時又能承受較大的電流密度，完全能滿足大功率、大能量固體激光系統(tǒng)泵浦源的要求，用于大型激光裝置上，將提高整體激光裝置的穩(wěn)定性和可靠性，并提供一種簡單合理的制備方法。
本發(fā)明的潛藏式鎢與石英過渡封接的脈沖氙燈由燈管4和燈管4的兩端對稱地置放著結(jié)構(gòu)完全相同的燈頭91、92所構(gòu)成。燈頭91、92內(nèi)的中心是燈頭內(nèi)部構(gòu)件11、12，置于燈頭內(nèi)部構(gòu)件11、12的中心軸線上有帶引出線51、52的電極71、72。燈頭內(nèi)部構(gòu)件11、12的外套有陶瓷環(huán)31、32和金屬套筒21、22，金屬套筒21、22與構(gòu)成燈頭內(nèi)部構(gòu)件11、12的尾管5之間填有硅膠層61、62。如圖1所示。
上面所說的燈頭內(nèi)部構(gòu)件11、12，包括由燈管4兩端延續(xù)的細(xì)端部位稱為尾管5，尾管5的頂端為外密封區(qū)3，由外密封區(qū)3尾管5的管壁向內(nèi)彎曲經(jīng)過一段過渡玻璃封接區(qū)2到其頂端有內(nèi)密封區(qū)6，內(nèi)密封區(qū)6與置于燈頭內(nèi)部構(gòu)件11、12中心軸線上的電極71、72之間有電極密封區(qū)1，在尾管5內(nèi)，靠近尾管5與燈管4銜接的部位有套在電極71、72上的支撐柱8，如圖2所示。此支撐柱8一方面起保證電極71、72處于中心軸線上的位置，防止電極振動、一方面起到阻擋燈管4內(nèi)所產(chǎn)生的沖擊波沖向尾管5頂端沖破外密封區(qū)3。
上述的燈管4、尾管5和支撐柱8均是石英管，或者是摻稀土材料的石英管。所說的電極71、72，所采用的材料是鎢、或鈰鎢，或釷鎢，或其他鎢合金。
上述的電極密封區(qū)1的材料是鎢玻璃。所說的支撐柱8的內(nèi)徑與電極71、72的外徑是緊密配合，支撐柱8的外徑與尾管5的內(nèi)徑也是緊密配合。
本發(fā)明的脈沖氙燈的制備過程分為兩大步驟(一)首先制作含有電極71、72和燈頭內(nèi)部構(gòu)件11、12的組合體Q。制作組合體Q的具體步驟是a.先處理電極，將電極71、72經(jīng)真空高頻除氣后，在其表面予燒一層氧化膜。
b.在電極71、72上裝上支撐柱8和燒封上電極密封區(qū)1。具體做法是在約距電極兩端點1/3的兩處分別套上支撐柱8和作為電極密封區(qū)1材料的鎢玻璃管，并在火焰上封燒鎢玻璃管與電極71、72的接觸處，致使鎢玻璃管與電極71、72之間構(gòu)成浸潤性包封。
c.制作與電極密封區(qū)1銜接的內(nèi)密封區(qū)6和過渡玻璃封接區(qū)2。具體做法是采用過渡玻璃(予先配備好的)與電極71、72上電極密封區(qū)1的鎢玻璃封接，形成內(nèi)密封區(qū)6和過渡玻璃封接區(qū)2。并將上述構(gòu)件均勻退火，消除應(yīng)力。
d.選擇與尾管5相同材料的外徑小于尾管5內(nèi)徑的過渡管C與過渡玻璃封接區(qū)2相接，并在過渡管C上，靠近過渡管C與過渡玻璃封接區(qū)2銜接處，有一突起的凸環(huán)AA，在過渡管C的頂端封成一個大氣泡B，大氣泡B內(nèi)的氣壓為一個大氣壓。
至此，組合體Q的制作完成。如圖3所示。
(二)將上述完成的組合體Q與燈管4封接，完成燈頭91、92和燈總體的構(gòu)成，具體步驟是e.將組合體Q對稱地裝入燈管4兩端的尾管5內(nèi)，然后由尾管5的端點接入充排氣臺上，進(jìn)行烘烤除氣處理。如圖4所示。
排除大氣，然后按所要求的氣壓充入氙氣。
f.在尾管5與組合體Q內(nèi)過渡管C上的凸環(huán)AA接觸處進(jìn)行均勻地焊封，形成外密封區(qū)3。
g.在組合體Q內(nèi)過渡管C上的凸環(huán)AA處，外密封區(qū)3之外，切除多余的尾管5，燈體與充排氣臺脫開，并切除組合體Q內(nèi)過渡管C上的大氣泡B，至此，完成燈頭內(nèi)部構(gòu)件11、12的制作過程。
h.在尾管5外，靠近尾管5與燈管4銜接處裝上陶瓷環(huán)31、32，然后套上金屬套筒21、22，再在金屬套筒21、22與尾管5之間填入硅膠層61、62，并接出電極的引出線51、52，至此，完成了燈頭91、92的制作，也就完成了本發(fā)明的脈沖氙燈的全部制作過程。
本發(fā)明的優(yōu)點是(1)潛藏式結(jié)構(gòu)比已有技術(shù)外表式的結(jié)構(gòu)極大地提高了氙燈的強(qiáng)度。因而極大地提高了氙燈的負(fù)載能量，因為玻璃的抗壓強(qiáng)度是6556kg/cm2，而它的抗張強(qiáng)度只有500kg/cm2，而本發(fā)明的潛藏式結(jié)構(gòu)是一種抗壓形式，已有技術(shù)外表式結(jié)構(gòu)是一種抗張形式，可見潛藏式結(jié)構(gòu)有其獨(dú)特的優(yōu)越性，使燈的封接區(qū)域抗張強(qiáng)度提高了一個數(shù)量級，從而，提高了氙燈的負(fù)載能量，也提高了燈的壽命。
(2)燈管4與燈頭91、92巧妙地封接及采取合理的制作方法，在完成的氙燈上，無充排氣口，不但保證了很好的密封性能，也使燈管4的外形美觀，使用方便。避免了由于排氣口的損壞而造成的燈管損壞。這也是保證燈的壽命的一個因素。
(3)由于燈能夠承受的負(fù)載能量的極大提高，減少了放電過程的爆炸從而也大大減少了由于燈管爆炸引起的激光器腔體的損壞，燈管壽命延長了，則也延長了激光器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)時間。
(4)氙燈壽命L＝(E0/Ex)β，其中E0為負(fù)載能量，Ex為使用能量，β對于φ20mm燈管為8.5，從公式里可見，由于負(fù)載能量E0有極大的提高，從而也大大延長了氙燈的壽命，因此經(jīng)濟(jì)效益也是十分明顯的。
表一是已有技術(shù)和本發(fā)明的優(yōu)缺點進(jìn)行比較。
注上述表格是在燈的相同工作條件下相互比較所得結(jié)果。
好--☆，一般--△，差--×。


圖1是潛藏式鎢與石英過渡封接的脈沖氙燈的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是潛藏式鎢與石英過渡封接的脈沖氙燈的燈頭內(nèi)部構(gòu)件11、12的結(jié)構(gòu)。
圖3是制備潛藏式鎢與石英過渡封接的脈沖氙燈過程中第一大步驟，所制備的組合體Q結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是制備潛藏式鎢與石英過渡封接的脈沖氙燈過程中第二步驟制備燈頭內(nèi)部構(gòu)件11、12結(jié)構(gòu)的示意圖。
實施例如圖1和圖2所示的氙燈結(jié)構(gòu)和圖3、4所示的制備過程，選擇燈管4的材料為石英管、電極71、72的材料為鈰鎢，支撐柱8為空心石英柱，燈管4內(nèi)充入氙氣所制成的氙燈，其性能是燈管4為φ22×500mm的普通石英管氙燈燈頭耐壓≥50kV氙燈點火電壓≤8kV氙燈自閃電壓≥20kV氙燈極限負(fù)載(爆炸能量)滿足國際通用公式E=12LDτ(J)]]>其中L--放電弧長(cm)，D--燈管內(nèi)徑(cm)，τ--放電脈寬(μs)上述氙燈已成功的用于大功率(1012瓦)的激光裝置中。用近千支燈的實驗結(jié)果證明，使用本發(fā)明結(jié)構(gòu)的氙燈有很高的負(fù)載能量，因而延長了脈沖氙燈的使用壽命，使激光器也能長期穩(wěn)定地運(yùn)轉(zhuǎn)。
權(quán)利要求
1.一種潛藏式鎢與石英過渡封接的脈沖氙燈，包括燈管(4)，燈管(4)兩端對稱地置有結(jié)構(gòu)完全相同的燈頭(91)、(92)，燈頭(91)(92)內(nèi)有帶引出線(51)、(52)的電極(71)、(72)，電極(71)、(72)外套有陶瓷環(huán)(31)、(32)和金屬套筒(21)、(22)，其特征在于燈頭(91)、(92)的中心陶瓷環(huán)(31)(32)和金屬套筒(21)、(22)內(nèi)有燈頭內(nèi)部構(gòu)件(11)、(12)，電極(71)、(72)是置于燈頭內(nèi)部構(gòu)件(11)、(12)的中心軸線上，構(gòu)成燈頭內(nèi)部構(gòu)件(11)、(12)的尾管(5)與陶瓷環(huán)(31)、(32)和金屬套筒(21)、(22)之間有硅膠層(61)、(62)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的一種脈沖氙燈，其特征在于燈頭內(nèi)部構(gòu)件(11)、(12)包括燈管4延續(xù)兩細(xì)端的尾管(5)，尾管(5)的頂端是外密封區(qū)(3)，尾管(5)的管壁由外密封區(qū)(3)向內(nèi)彎曲與過渡玻璃封接區(qū)(2)的一端相連，過渡玻璃封接區(qū)(2)的另一端是內(nèi)密封區(qū)(6)，內(nèi)密封區(qū)(6)與置于燈頭內(nèi)部構(gòu)件(11)、(12)中心軸線上的電極(71)、(72)之間有電極密封區(qū)(1)，在尾管(5)內(nèi)，靠近尾管(5)與燈管(4)銜接的部位有套在電極(71)(72)上的支撐柱(8)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的一種脈沖氙燈，其特征在于燈管(4)、尾管(5)和支撐柱(8)均是石英管、或者是摻稀土材料的石英管。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2的一種脈沖氙燈，其特征在于電極(71)、(72)的材料是鎢，或鈰鎢，或釷鎢，或其他鎢合金。
5.根據(jù)權(quán)利要求2的一種脈沖氙燈、其特征在于電極密封區(qū)(1)的材料是鎢玻璃。
6.一種潛藏式鎢與石英過渡封接的脈沖氙燈的制備方法，其特征在于制造過程的具體步驟分為兩大步驟(1)首先制作含有電極(71)(72)和燈頭內(nèi)部構(gòu)件(11)、(12)的組合體Q，制作組合體Q的具體步驟是a.先將電極(71)、(72)進(jìn)行除氣處理，然后在其表面予燒一層氧化膜；b.在電極(71)、(72)距兩端點1/3處分別裝上支撐柱(8)和燒封上電極密封區(qū)(1)；c.制作與電極密封區(qū)(1)銜接的內(nèi)密封區(qū)(6)和過渡玻璃封接區(qū)(2)；d.在過渡玻璃封接區(qū)(2)上接一材料與燈管(4)兩端尾管(5)的材料相同并外徑小于尾管(5)內(nèi)徑帶有凸環(huán)AA的過渡管C，并將過渡管C的頂端封成含有一個大氣壓的大氣泡B，至此完成了制作組合體Q的過程；(2)完成燈頭(91)、(92)和燈的總體構(gòu)成，具體步驟是e.將上述完成的組合體Q對稱地裝入燈管(4)兩端的尾管(5)內(nèi)，然后接在充排氣臺上，進(jìn)行排氣和充氣；f.在尾管(5)與組合體Q內(nèi)過渡管C上的凸環(huán)AA接觸處焊封成外密封區(qū)(3)；g.切除外密封區(qū)(3)以外多余的尾管(5)，燈體脫開充排氣臺，并切除組合體Q內(nèi)過渡管C上的大氣泡B；h.在尾管(5)外先套上陶瓷環(huán)(31)、(32)、再套金屬套筒(21)、(22)，在金屬套筒(21)、(22)與尾管(5)之間填入硅膠層(61)、(62)、并接出電極的引出線(51)、(52)。
全文摘要
一種潛藏式鎢與石英過渡封接的脈沖氙燈及其制備方法。脈沖氙燈由燈管和兩端對稱置放結(jié)構(gòu)完全相同的燈頭所構(gòu)成。置于燈頭內(nèi)部構(gòu)件中心軸線上的電極通過電極密封區(qū)、內(nèi)密封區(qū)、過渡玻璃封接區(qū)和外密封區(qū)與燈管的尾管封接。制備過程分為兩大步驟,首先制作含有電極和燈頭內(nèi)部構(gòu)件的組合體,第二步組合體置于燈管的尾管中,完成燈頭和燈總體的制作。具有負(fù)載能量大,抗壓強(qiáng)度高,燈體上無排氣口、外形美觀,壽命長等特點。
文檔編號H01J61/00GK1186325SQ9611663
公開日1998年7月1日 申請日期1996年12月26日 優(yōu)先權(quán)日1996年12月26日
發(fā)明者湯星里, 袁才來, 樂耀康, 蔣寶財, 趙金娣, 姜月芳 申請人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所