[发明专利]一种高强度放电红外辐射光源

说明书

技术领域：

本发明涉及一种红外辐射光源，尤其是一种利用高强度放电的红外辐射光源。

背景技术：

自红外线被发现以来，在各个领域的应用已越来越广泛，在工业、农业、医疗、卫生及科技的发展方面均有重要价值，诸如诊断、治疗、探测、监控、侦察、跟踪等方面，特别是近年来在国防和治安方面其应用和需求正在迅速演进和发展。

产生红外线的最简单方法是燃烧加热，然而这种方式获得的红外辐射较难精确控制，而且谱带极宽，所以虽然廉价易得，但只能用于一般加热。当然在工业上和生活中这方面的应用是极为广泛而重要的。

除利用燃烧产生红外线的方法之外当前广泛应用的是利用电加热钨丝的白炽光源(主要是卤素灯)这类灯的辐射谱示为图3，由辐射谱可见，除部分功率消耗于可见光辐射外大部分的能量消耗于产生红外辐射，这种光源可很简便、廉价而高效地获得全波段红外辐射，但问题是辐射频谱范围较宽，方向分散，不易聚焦成窄束；用于侦察时较难精确定位且易于为敌方侦察；有效照射距离较短、需加大辐射剂量即采用大功率灯以增大距离。

随着半导体工业的进展，多种半导体红外辐射源问世，其中最新的是发光二极管(LED)型的红外辐射源，这种辐射源是利用某些种类半导中的载流子与空穴复合时产生的辐射，这种红外辐射的特点是谱带较窄。某些高增益的半导体红外发射材料可以实现粒子数反转，再附加谐振腔，则可制成红外激光器，输出频带很窄、发散角很小、波长为数微米的近红外激光束，其中波长略大于1微米的激光谱线已普遍用于光纤通讯。通常此种红外辐射源的幅射通量较小，作用距离有限。

气体放电发光是当前使用最普遍、效率最高的可见光光源，很明显如果选择适当放电介质亦可高效、产生所需波长红外辐射。所以利用气体放电应当也能方便而高效地制成红外光源。

发明内容：

本发明的目的是提供一种利用高强度放电电弧加热高密度分子性气体，利用气体分子的振转能级激发并产生辐射的高效率地产生窄带谱红外辐射。利用短极距放电管可使电弧尺寸和有效加热区域很小，即辐射源体积很小，因而利用设计合理的抛物面光反射器可以获得发射角很小、射程较远的红外线束。这对于远距离侦察、搜索、定位是有广泛用途的。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

本发明采用图1所示短极距高气压气体放电灯做红外辐射源，该放电管可以是图2所示的带有外壳的放电挂管，也可是是不带外壳的图1所示的电弧管1，电弧管1中部是放电容器2，其中充有惰性气体、汞和其他放电发光物质，放电容器2两端设置有支撑电极系统4a，4b的芯柱5a，5b，电极系统4a，4b前端则是电极3a，3b，电极3a，3b隔开固定距离并安置在电弧管2的轴线上，在运转时放电灯电弧管的压强为80至100大气压，其中含有10％到50％或更高的分子性气体或蒸气，运转时放电电弧加热分子性气体产生红外辐射。

本发明中采用的分子性气体为硒蒸气或其他分子性气体或蒸气，可根据化学性能及谱带要求加以选择。

本发明放电灯中还充入有高压惰性气体、适量汞或不加入、一种或几种金属卤化物最重要的是加入足量的在运转温度下为双原子或多原子分子的气体或蒸气。该高气压放电红外灯的极间距离可调至比其他同类放电灯灯为短，以形成密度高、体积小的点状辐射源，获得较好的聚焦效果。

本发明是利用高强度气体放电电弧使放电管中充填的所选定的高密度分子性气体加热，以产生该种分子的特定频段的红外辐射光谱，通常充入的各种物质，如惰性气体、汞，也可加进钠或金属卤化物等，视所需光谱配制而定，但必须充有足量的分子性气体。

适当的放电电流使电极间的电弧弧道被加热到5000-6000K，该电弧使泡壳被加热到约1200K，而在泡壳到电弧间的高气压(80-100大气压)分子性气体则在1200K的管壁和6000K之间的电弧之间作杂乱连动，不断被电弧加热。(可能分解成原子，但在温度较低区域则又将结合成分子)当这些高温粒子向外扩散时将热能向泡壳传递，保持了泡壳恒定的温度。平衡状态下处在数千K高温下的高密度气体分子将辐射相应温度下的该种分子特征振转红外辐射光谱。

设计合理的这样的放电灯可以将60-70％的电能转化为某一或某几频段的红外带状谱，余下的30-40％的能量则以紫外线、可见光、对流和传导的形式散失，如此高分额的能量集中在较窄的近红外波段中以辐射的方式逸散出去，其红外辐射效率是相当高的。