Последние достижения в разработке и применении эксиламп

Соснин Э.А., Институт сильноточной электроники СО РАН, г. Томск

Эксилампа - это газоразрядный источник ультрафиолетового (УФ) и/или вакуумного ультрафиолетового (ВУФ) излучения на основе неравновесного спонтанного излучения эксимерных (R2*, X2*) или эксиплексных (RX*) молекул, где R - инертные газы (Ar, Kr, Xe) а X - галогены (F, Br, Cl, I) [1–4]. В данном докладе представлен краткий обзор результатов, полученных в 2006-2008 гг. в лаборатории оптических излучений при разработке и применении эксиламп барьерного разряда (БР) (рис. 1). Наличие двух диэлектрических барьеров из кварцевого стекла обеспечивает потенциально высокие сроки службы таких устройств и стабильность спектрального состава излучения.



Рисунок 1. Варианты конструкций планарной (а) и коаксиальной (b) эксиламп барьерного разряда

1 - слой диэлектрика или диэлектрическая колба; 2 - источник переменного или импульсного напряжения; 3, 4 - сплошной и перфорированный электроды; 5 - разрядный промежуток (Излучение показано белыми стрелками).


1. Спектр эксиламп, как правило, сосредоточен в одной сравнительно узкой и интенсивной полосе излучения, полушириной от 2 до 15 нм для эксиплексных молекул, и, примерно, до 30 нм для эксимерных молекул. Кроме излучения полосы B -> X спектр эксиплексных ламп может содержать полосы других переходов D -> X, C -> A, D -> A той же самой молекулы, однако их вклад в лучистый поток эксилампы в условиях повышенных и высоких давлений весьма мал. В этом смысле такие эксилампы можно назвать однополосными. Нами впервые разработаны эксилампы БР, излучающие одновременно несколько интенсивных молекулярных полос разных эксиплексных и/или эксимерных молекул, а именно эксилампы на смесях Kr–Br2, Kr–Cl2–Br2 (см. табл. 1). Кроме того, для обеспечения многополосного излучения нами была исследована трехбарьерная эксилампа с двумя несообщающимися объемами, промежутки в которых установлены последовательно. На основе этих исследований создана эксилампа, излучающая одинаковые по интенсивности
B -> X полосы молекул KrCl* и XeBr* на дли нне волны 222 нм и 282 нм полушириной 2 нм, имеющая среднюю мощность излучения 1.2 Вт [5].

В любом случае узкий спектр (одно- или многополосной) эксилампы позволяет осуществлять (за счёт выбора газовой среды) целенаправленное воздействие излучения нужного спектрального состава на те или иные системы, решать различные научные и прикладные задачи [1–4].

2. Энергетические характеристики эксиламп определяются условиями возбуждения (частотой следования импульсов напряжения, геометрией разрядного промежутка и т.д.). Нами, вероятно, первыми, проведён широкий цикл исследований энергетических характеристик эксиламп БР. В табл. 1 представлены некоторые достигнутые нами к настоящему времени значения энергетической светимости и эффективности излучения различных эксиламп БР (например, [4–9]). Видно, что эксилампы планарной конструкции обеспечивают сравнительно низкие эффективности излучения [6]. Однако, в практически важных ситуациях это не столь важно, если нужен источник, обеспечивающий плоский фронт излучения. Из исследованных нами систем наиболее эффективными вне зависимости от геометрии колбы являются эксилампы на рабочих молекулах XeBr*, KrCl* и XeCl*.

Газовая смесь	Максимум(ы) излучения, нм	Конструкция (по рис. 1)	Плотность мощности излучения, мВт/см2	Эффективность, %
Xe–Br2	283	a	30	2.3
Kr–Br2	206, 289	a	11.4	0.9
Xe–Cl2	308	a	39	3.0
Kr–Cl2	222	a	19.3	1.5
Ar–Cl2	257.8	a	9.9	0.75
Xe–Br2	283	b	31	8.7
Kr–Br2	206, 289	b	11.8	0.7
Kr–I2	206.2, 342	b	4.5	1.6
Ar–Br2	291	b	8	3.8
Ar–Cl2	257.8	b	5.7	2
Kr–Cl2–Br2	222, 206, 289	b	5.2	3
Kr–Cl2	222	b	25.8	6
Xe–Cl2	308	b	30	6