ТЕХНОЛОГИИ И РАЗРАБОТКИ ИНСТИТУТА

УФ И ВУФ ЭКСИЛАМПЫ

Что такое эксилампы?

Определение
Эксимерные и эксиплексные молекулы
Сравнение спектров излучения эксиламп со спектрами традиционных источников излучения
Способы возбуждения эксимерной и эксиплексной люминесценции
Уникальные свойства современных эксиламп

1. Определение

Эксилампы являются источниками спонтанного излучения в УФ- или ВУФ- диапазоне спектра, излучающими за счет распада эксимерных молекул (эксимеров, — от англ. excited dimer (excimer) — возбужденный димер, если речь идет о молекуле, состоящей из одинаковых атомов (например, Xe₂*)) или эксиплексных молекул (эксиплексов, — от англ. excited complex (exciplex) — возбужденный комплекс, если речь идет о гетероядерной молекуле (например, XeCl*)).

Пример 1. Общий вид KrCl-эксилампы барьерного разряда
со средней мощностью излучения 50 Вт
(испытания в лаборатиории оптических излучений
института сильноточной электроники СО РАН, 2002 г.)

2. Эксимерные и эксиплексные молекулы

В зависимости от сорта газа и условий, в которых реализуется электрический разряд, эксиплексы/эксимеры образуются по различным механизмам, а характерное радиационное время жизни возбужденных молекул составляет 10^-7-10^-9 с. Спонтанный распад эксимерных и эксиплексных молекул на отдельные атомы сопровождается высвечиванием характерного для данной молекулы кванта света.

Пример 2. Зависимость радиационного времени жизни от
длины волны для различных эксимеров и эксиплексов
(адаптировано по Оbara M. Recent progress
of excimer radiation - research, development
and application // Proc. of the 7th Intern.
Symposium on the Science and Technology
of Light Sources. Kyoto-Japan, 1995. P.149-159).

3. Сравнение спектров излучения эксиламп со спектрами традиционных источников излучения

У большинства традиционных ультрафиолетовых ламп в диапазоне длин волн короче 300 нм излучается не более 15% энергии, кроме того, за редким исключением излучается неселективно (в широком диапазоне длин волн).

Пример 3. Спектральное распределение интенсивности излучения
традиционных источников излучения: импульсной
ксеноновой лампы Purus Pulsed Xe (1),
ртутной лампы среднего давления Heraeus
Ink Curing Lamp (2) и ртутной лампы среднего давления Hanovia Med. Press. Hg (3)
(по данным работы Haag W.R. Comparison of commercial
lamps for radical oxidation and direct photolysis
in water // Preprint of Lawrence Livermore National Laboratory. 1996. 6 August).

У эксиламп большая часть лучистого потока сосредоточена в УФ- или ВУФ- диапазоне, в сравнительно узкой спектральной зоне полушириной от 2 до 15 нм (в зависимости от рабочей молекулы):

Пример 4. Типичные спектры излучения некоторых эксимерных (вверху)
и эксиплексных (внизу) молекул.

Длины волн основных переходов
эксиплексных молекул
R - атом инерт- ного газа	Y - атом галогена	Пиковые длины волн молекулы YT* на различных переходах, нм
R - атом инерт- ного газа	Y - атом галогена	D_1/2→X_1/2	B_1/2→X_1/2	C_1/2→A_1/2	D_1/2→A_1/2
Ne	F	106	108	110	111
Ar	F	185	193	203	204
Ar	Cl		175		195
Ar	Br		165	172	183
Kr	F	220	248	275	272
Kr	Cl	200	222	240	235
Kr	Br		207	222	228
Kr	I		190	195	225
Xe	F	264	351	460	410
Xe	Cl	236	308	345	340
Xe	Br	221	282	300	325
Xe	I	203	253	265	320

Длины волн переходов эксимерных молекул
и гомоядерных молекул галогенов
R₂*	Длина волны, нм
Ar₂*	126
Kr₂*	146
Xe₂*	172
F₂*	158
Cl₂*	258
Br₂*	289
I₂*	342

4. Способы возбуждения эксимерной и эксиплексной люминесценции

Выбор рабочей смеси и оптимальных условий возбуждения эксиламп позволяют получать наибольшие мощности и эффективности излучения на длинах волн, близких к максимуму полосы рабочей молекулы. Однако, получение мощного и эффективного УФ-излучения континуумов ряда эксимеров ограничивается свойствами применяемых для возбуждения газовых смесей и систем, применяемых для возбуждения.
В идеале:

разряд в эксилампе должен быть однородным по объему;
система и способ возбуждения должны обеспечивать ввод энергии в газовый разряд при оптимальных смесях, давлениях, концентрациях и температурах электронов;
излучатель должен иметь эффективное охлаждение при больших мощностях возбуждения как в непрерывном, так и в импульсно-периодическом режимах;
деградация рабочих смесей в разряде должна иметь низкий уровень, чтобы светоизлучающий прибор имел большой срок службы (от десятков до тысяч часов - в зависимости от конкретного приложения).

Удовлетворить этим условиям на практике в полном объеме не удается в силу того, что возбуждение рабочих смесей эксиламп каждым конкретным типом разряда имеет свою специфику.

Наибольшей коммерческой привлекательностью к настоящему времени обладают эксилампы, возбуждаемые барьерным и емкостным разрядами:

Пример 5. Различные способы получения эксимплексной и эксимерной люминесценции.

5. Уникальные свойства современных эксиламп

Лаборатория оптических излучений имеет большой опыт в исследовании, разработке и применении эксиламп. Если вас заинтересовала данная тема, обращайтесь к нашим специалистам.