專利名稱：無應(yīng)力內(nèi)封接的截紫外脈沖氙燈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是一種無應(yīng)力內(nèi)封接的截紫外脈沖氙燈，主要用于高功率、大能量固體激光器的泵浦光源。
已有技術(shù)1、中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所的專利ZL86100413.3提供一種“石英與銅焊接的大功率氙燈”，這種結(jié)構(gòu)的脈沖氙燈，其特點(diǎn)是制作工藝簡(jiǎn)便，口徑能做得大，能承受較大電流密度。但是，由于石英燈管中間是對(duì)接和留有排氣口。所以，它在工藝上無法消除燈管在制作過程中殘留的較嚴(yán)重的局部應(yīng)力。如用純石英所制的氙燈，也時(shí)有在放電過程中發(fā)生爆炸，正常運(yùn)轉(zhuǎn)的安全系數(shù)低。因而，截紫外石英的氙燈，由于摻雜后石英燈管物理特性的改變，產(chǎn)生的局部應(yīng)力就更加具有破壞性。
2、中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所的專利ZL97206471.0“潛藏式鎢與石英過渡封接的脈沖氙燈”，是一種密封性能良好，并能承受較大電流密度的過渡玻璃內(nèi)封接的脈沖氙燈。用其結(jié)構(gòu)所制的純石英的氙燈，燈管中間不對(duì)接和無排氣口，密封區(qū)域抗壓強(qiáng)度高，在制作中盡管還存在一定的應(yīng)力，但能基本滿足脈沖氙燈的極限負(fù)載，一般不構(gòu)成對(duì)氙燈安全運(yùn)轉(zhuǎn)的危害。然而，對(duì)截紫外石英的氙燈來說，由于石英管摻雜了終止紫外光透過的材料，則材料特性發(fā)生了變化，燈管上尚無消除的局部應(yīng)力，卻隱含了時(shí)有發(fā)生冷爆和熱爆的不確定因素。
本實(shí)用新型的目的是為了克服上述已有技術(shù)中脈沖放電燈無法消除的整體結(jié)構(gòu)和制作工藝中殘留破壞性的局部應(yīng)力。根據(jù)截紫外石英的物理特性以及激光系統(tǒng)對(duì)脈沖氙燈正常運(yùn)轉(zhuǎn)可靠性的要求，提供一種無應(yīng)力內(nèi)封接的截紫外脈沖氙燈。
本實(shí)用新型的無應(yīng)力內(nèi)封接的截紫外脈沖氙燈，包含燈管12和燈管12的兩端對(duì)稱地置放著結(jié)構(gòu)完全相同的兩只燈頭11，燈管12是截紫外石英管，燈管12內(nèi)充有氙氣。燈頭11內(nèi)含有在燈頭11內(nèi)的中心是電極密封構(gòu)件7，置于電極密封構(gòu)件7的中心軸線上有帶引出線1的銅連接頭3的電極10。電極10是大頭針形，電極10的大頭伸進(jìn)燈管12內(nèi)。電極密封構(gòu)件7的外表面上均勻涂敷有膠粘密封層4，在膠粘密封層4的外表面上有環(huán)氧樹脂層6，與環(huán)氧樹脂層6粘結(jié)的外表層有陶瓷層8，金屬筒5置放在陶瓷層8的外表面上。電極密封構(gòu)件7外套有金屬筒5。陶瓷層8與電極密封構(gòu)件7之間，在電極密封構(gòu)件7的尾管704與燈管12之間的凹形處置有“O”形密封圈9。燈頭11引出線1的一端有端面密封層2。如圖1所示。
上述的膠粘密封層4是由脫醇型潮氣固化單組份室溫硫化的白色膠液構(gòu)成。所述的陶瓷層8是模壓高溫焙燒成型的白色滑石瓷的耐高溫陶瓷管構(gòu)成。所述的環(huán)氧樹脂層6是無色透明稀稠型的高強(qiáng)度環(huán)氧樹脂膠構(gòu)成。所述的“O”形密封圈9是二次硫化成型的無色純硅橡膠圈。所述的端面密封層2是703號(hào)硅膠層。金屬筒5是不銹鋼管或鋁合金管。引出線1是脈沖燈的高壓專用電纜線。
上述的燈頭11內(nèi)，金屬筒5與電極密封構(gòu)件7之間的絕緣是由膠粘密封層4、環(huán)氧樹脂層6和陶瓷層8的內(nèi)、中、外三層層層疊加構(gòu)成的絕緣體(擊穿電壓強(qiáng)度均達(dá)到≥20kV/mm)，加之陶瓷層8與電極密封構(gòu)件7之間凹形部位的“O”形密封圈9和端面密封層2與燈頭11上的金屬筒5構(gòu)成燈頭11內(nèi)部無空氣隙的密質(zhì)結(jié)構(gòu)，它能夠達(dá)到有效地絕緣和密封的效果。
本實(shí)用新型的電極密封構(gòu)件7，包括由燈管12外端延伸的細(xì)頸部位稱作尾管704，尾管704的外頂端有固定柱701，固定柱701向里彎曲構(gòu)成凹形外密封區(qū)702，由凹形外密封702向前延伸段是過渡玻璃封接區(qū)703，過渡玻璃封接區(qū)703的端點(diǎn)有向尾管704突起的凸?fàn)顑?nèi)密封區(qū)705，凸?fàn)顑?nèi)密封區(qū)705與對(duì)應(yīng)置于電極密封構(gòu)件7中心軸線上的電極10之間有電極重心點(diǎn)密封區(qū)706。電極重心點(diǎn)密封區(qū)706將凸?fàn)蠲芊鈪^(qū)705與電極10緊密封接起來。上述所有的封接均在燈頭11內(nèi)部，所以，稱此脈沖氙燈的封接為內(nèi)封接。如圖1所示。
上述的截紫外石英管的燈管7是摻鈰石英管，尾管704和固定柱703均是純石英管。所述的電極10是由鈰鎢構(gòu)成，或其他鎢合金構(gòu)成。所述的電極重心點(diǎn)密封區(qū)706是由與鎢膨脹系數(shù)一致和相融的鎢玻璃構(gòu)成。所述的凹形外密封區(qū)702，凸?fàn)顑?nèi)密封區(qū)705和它們二者之間的過渡玻璃封接區(qū)703，三者連成一體呈“啞鈴”形，其中間的過渡玻璃封接區(qū)703是石英與鎢玻璃的逐步過渡連接體。
上述的尾管704就是燈管12外端向外延伸的細(xì)頸部分，所以，尾管704與燈管12是一體的，兩者之間沒有封接的問題。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是1、本實(shí)用新型無應(yīng)力內(nèi)封接的截紫外脈沖氙燈的整體結(jié)構(gòu)尤其是電極密封構(gòu)件7比已有技術(shù)(2)更趨合理，密封性能優(yōu)良，不僅能夠承受較大電流密度，電極密封構(gòu)件7的抗壓強(qiáng)度達(dá)到6556kg/cm2。比已有技術(shù)(1)、(2)極大地提高了截紫外氙燈的強(qiáng)度。從而極大地提高了截紫外氙燈的負(fù)載能量。已有技術(shù)(1)、(2)和本實(shí)用新型(3)的燈管應(yīng)力分布以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)對(duì)比。如圖2所示。已有技術(shù)(1)中，燈管12的管壁上分布有許多應(yīng)力點(diǎn)a、b、c、d、e…；如圖2-1所示。已有技術(shù)(2)在燈管12的管壁上分布有應(yīng)力點(diǎn)b、c…在尾管與支撐柱接觸的地方，有應(yīng)力點(diǎn)a、d，如圖2-2所示。本實(shí)用新型的脈沖氙燈的燈管壁上和燈頭上均無應(yīng)力點(diǎn)，如圖2-3所示。
2、根據(jù)物理學(xué)中“物體的平衡條件”ΣF＝0；以及“牛頓第三運(yùn)動(dòng)定律”F＝-F′的基本原理，將電極平衡置于“啞鈴”形連體區(qū)域的凸?fàn)顑?nèi)密封區(qū)705的中心軸線上?？朔艘延屑夹g(shù)(2)的電極因支撐柱有空隙而處于嚴(yán)重的失重狀態(tài)，由此造成內(nèi)密封區(qū)玻璃受力失衡而機(jī)械強(qiáng)度明顯減弱的缺陷。并且，將已有技術(shù)(2)前端支撐柱受力支撐改為本實(shí)用新型的后端固定柱701平衡鎖定。如圖2-2、圖2-3所示。由于內(nèi)、外密封區(qū)是呈自然流線的“啞鈴”形聯(lián)體，能有效承受燈內(nèi)較強(qiáng)的沖擊波。因此，本實(shí)用新型提高了截紫外氙燈的負(fù)載能量，也提高了氙燈的運(yùn)轉(zhuǎn)使用壽命。
3、國(guó)際公認(rèn)，在氙燈內(nèi)部結(jié)構(gòu)安全可靠的前提下，摻雜石英燈管的應(yīng)力引爆因素必須予以重視，因?yàn)榻?jīng)大量實(shí)驗(yàn)證明，局部應(yīng)力安全強(qiáng)度的臨界線為0.5kg/mm2，如局部應(yīng)力遠(yuǎn)大于0.5kg/mm2時(shí)，氙燈運(yùn)轉(zhuǎn)過程中可能會(huì)發(fā)生爆炸。因此，消除應(yīng)力引爆因素，乃至達(dá)到截紫外氙燈的燈管全程無應(yīng)力的要求，是本實(shí)用新型的顯著的進(jìn)步。由于本實(shí)用新型氙燈結(jié)構(gòu)更合理，除去了已有技術(shù)(2)的支撐柱，使燈管12與尾管704成為一體，中間無封接點(diǎn)，也就無應(yīng)力點(diǎn)可形成。經(jīng)國(guó)家法定計(jì)量?jī)x器嚴(yán)格檢測(cè)獲得石英燈管全程無應(yīng)力的技術(shù)指標(biāo)。
4、采用了上述的絕緣密封結(jié)構(gòu)，使已有技術(shù)的脈沖氙燈的燈頭在50kV時(shí)檢測(cè)漏電流≤50μA的允許指標(biāo)；提高到現(xiàn)在65kV時(shí)檢測(cè)漏電流≤1μA的水平。從而，滿足了截紫外脈沖氙燈在高電壓狀態(tài)下，能夠穩(wěn)定性和可靠性運(yùn)轉(zhuǎn)的要求。
5、本實(shí)用新型無應(yīng)力內(nèi)封接的截紫外脈沖氙燈外型美觀，使用方便。因?yàn)樯鲜龅慕Y(jié)構(gòu)和燈管全程無應(yīng)力，促使本實(shí)用新型氙燈能安全運(yùn)轉(zhuǎn)，使用壽命長(zhǎng)。因?yàn)椴捎玫氖墙刈贤馐⒐埽?，符合激光系統(tǒng)的光譜特性要求。比已有技術(shù)(2)，在抗震性、絕緣性以及整體性能上都略勝一籌。本實(shí)用新型可制成Ф20mm至Ф25mm口徑的截紫外脈沖氙燈，也可拓展到較大口徑的脈沖氙燈。本實(shí)用新型的無應(yīng)力截紫外脈沖氙燈的極限負(fù)載(爆炸能量)滿足崗茨公式E=12LDτ(J)]]>其中L(cm)為燈內(nèi)放電間距；D(cm)為燈管內(nèi)徑；τ(μs)為放電脈寬。同時(shí)，氙燈壽命也滿足L＝(E0/Ex)β的表達(dá)式，其中E0為負(fù)載能量，Ex為使用能量，β是常數(shù)(與燈管口徑材料有關(guān))對(duì)于Ф20mm口徑的燈為8.5。由于負(fù)載能量E0的提高，從而截紫外氙燈的運(yùn)轉(zhuǎn)壽命大大延長(zhǎng)，因此經(jīng)濟(jì)效益也十分明顯。


圖1是本實(shí)用新型無應(yīng)力內(nèi)封接的截紫外脈沖氙燈整體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是已有技術(shù)(1)、(2)和本實(shí)用新型的燈管應(yīng)力分布以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)對(duì)比示意圖。圖2-1，圖2-2，圖2-3分別是已有技術(shù)(1)、已有技術(shù)(2)和本實(shí)用新型的脈沖氙燈的結(jié)構(gòu)和應(yīng)力分布的簡(jiǎn)圖。
實(shí)施例由圖1所示的本實(shí)用新型脈沖氙燈的結(jié)構(gòu)，燈管12內(nèi)充入氙氣，電極10是由鈰鎢構(gòu)成的大頭針形。燈管12是摻鈰石英管。其他構(gòu)件如上所述。對(duì)燈管12規(guī)格為Ф20×380(mm)的無應(yīng)力內(nèi)封接的截紫外脈沖氙燈，經(jīng)過中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所的“脈沖氙燈性能測(cè)試組”嚴(yán)格檢測(cè)，性能指標(biāo)均符合使用要求。如表1所示。
表1本實(shí)用新型截紫外脈沖氙燈的性能檢驗(yàn)結(jié)果

上述本實(shí)用新型的無應(yīng)力內(nèi)封接的截紫外脈沖氙燈，已成功地解決了截紫外脈沖氙燈的極限負(fù)載的難點(diǎn)。由上述表1的數(shù)據(jù)證明本實(shí)用新型燈管無應(yīng)力、摻鈰石英截紫外，負(fù)載能量大，燈的承受能量大，漏電流小，使用壽命長(zhǎng)；使用在高功率激光器上，將使激光器正常運(yùn)轉(zhuǎn)獲得更有效地穩(wěn)定性和可靠性。
權(quán)利要求1.一種無應(yīng)力內(nèi)封接的截紫外脈沖氙燈，含有<1>內(nèi)部充有氙氣的燈管(12)，燈管(12)兩端對(duì)稱置放的結(jié)構(gòu)完全相同的兩只燈頭(11)；<2>燈頭(11)內(nèi)中心置有電極密封構(gòu)件(7)，電極密封構(gòu)件(7)的中心軸線上置有帶引出線(1)的銅連接頭(3)的電極(10)，電極密封構(gòu)件(7)外套有金屬筒(5)；其特征在于<3>電極密封構(gòu)件(7)包括由燈管(12)外端向外延伸細(xì)頸部分的尾管(704)，尾管(704)的外頂端有固定柱(701)，固定柱(701)向里彎曲構(gòu)成凹形外密封區(qū)(702)，由凹形外密封區(qū)(702)向前延伸段是過渡玻璃封接區(qū)(703)，過渡玻璃封接區(qū)(703)的端點(diǎn)有向尾管(704)突起的凸?fàn)顑?nèi)密封區(qū)(705)，凸?fàn)顑?nèi)密封區(qū)(705)與對(duì)應(yīng)置于電極密封構(gòu)件(7)中心軸線上的電極(10)之間，有電極重心點(diǎn)密封區(qū)(706)；<4>燈頭(11)內(nèi)，電極密封構(gòu)件(7)與金屬筒(5)之間有由膠粘密封層(4)、環(huán)氧樹脂層(6)和陶瓷層(8)層層疊加構(gòu)成的絕緣體；<5>電極密封構(gòu)件(7)與陶瓷層(8)之間，在尾管(704)與燈管(12)之間的凹形處置有“O”形密封圈(9)；<6>燈頭(11)引出線(1)的一端有端面密封層(2)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的脈沖氙燈，其特征在于燈管(12)是由截紫外的摻鈰石英管構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的脈沖氙燈，其特征在于電極(10)呈大頭針形，大頭伸進(jìn)燈管(12)內(nèi)，是由鈰鎢構(gòu)成，或者由其他鎢合金構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的脈沖氙燈，其特征在于電極重心點(diǎn)密封區(qū)(706)是由與鎢膨脹系數(shù)相一致的鎢玻璃構(gòu)成的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的脈沖氙燈，其特征在于過渡玻璃封接區(qū)(703)是石英與鎢玻璃的逐步過渡連接體。
專利摘要一種無應(yīng)力內(nèi)封接的截紫外脈沖氙燈。含有由截紫外的摻鈰石英管構(gòu)成的燈管,燈管內(nèi)充有氙氣。燈管兩端對(duì)稱置有結(jié)構(gòu)完全相同的兩只燈頭。燈頭中心置有電極密封構(gòu)件,電極密封構(gòu)件外套有金屬筒,電極密封構(gòu)件包括置于中心軸線上大頭針形的電極,燈管細(xì)端的尾管、固定柱、凹形外密封區(qū),過渡玻璃封接區(qū)、凸?fàn)顑?nèi)密封區(qū)、電極重心點(diǎn)密封區(qū)。具有全部燈管與燈頭無應(yīng)力點(diǎn),能承受大電流密度,抗壓強(qiáng)度高、漏電流小的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01S3/091GK2358553SQ98247369
公開日2000年1月12日 申請(qǐng)日期1998年12月23日 優(yōu)先權(quán)日1998年12月23日
發(fā)明者袁才來, 蔣寶財(cái), 徐建春, 毛伊榮, 于阿春, 孫國(guó)梅, 王海霞, 陳小春 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所