[发明专利]由镓掺杂的石英玻璃制成的滤光器材料、滤光器部件以及借助UV辐射源进行照射的方法

说明书

本发明涉及一种由掺杂的石英玻璃制成的滤光器材料，该材料对于254nm波长的UV工作辐射展现出了至少80％cm^-1的光谱透射率并且在230至250nm波长范围内具有一个截止波长λ_c。

此外，本发明涉及一种借助UV辐射源来照射一个表面、一种液体或一种气体的方法，该辐射源发射出254nm左右波长的工作辐射并且穿过一种掺杂的石英玻璃的滤光器材料，该材料对于该工作辐射展现出了至少80％cm^-1的光谱透射率并且在230nm至250nm的波长范围内具有一个截止波长λ_c。

此外，本发明还涉及由该滤光器材料组成的一种光学部件。

现有技术

纯的石英玻璃对于直到并且进入UVC-VUV范围中的波长范围内的UV辐射是透明的并且因此优选地用作UV光源的灯材料。除了UV工作辐射之外，此类灯通常发射出一部分更短波的紫外辐射，这导致形成臭氧并且可能对健康有害或者引发附近的部件老化，特别是由塑料制成的部件。

使用UV辐射来对食品、表面并且特别是液体进行灭菌的应用提出了在此方面的一个另外的挑战。在此使用了短波UV辐射，这促进了由待灭菌的介质中存在的硝酸盐光解形成有毒的亚硝酸盐。随着波长(从约270nm开始)的减小，氮化物的形成近似线性地增大。对于水的灭菌，通常使用具有在254nm处的工作辐射的汞蒸气灯，此类灯还展现了在185nm左右的UVC-VUV波长范围内的一条发射线。低于真实的工作辐射的UV波长范围特别有助于氮化物的形成。

因此如果可能的话必须消除该发射光谱中不希望的UV辐射部分。可以通过以一种UV辐射吸收物质对该石英玻璃进行掺杂来创造对低于250nm的UV辐射具有阻带的一种滤光作用。二氧化钛作为石英玻璃中的掺杂剂产生了在约200nm处具有吸收最大值的一种吸收带、已经被证实是在此意义上的一种合适的物质。在155wt.ppm的钛含量下(并且被照射层的厚度为0.5cm)，对于254nm的工作波长这种滤光器材料的内部透射率是大约90％、并且截止波长在235nm左右(如图1的曲线9所示)。该截止波长λ_c对应于阻带与通带之间的光谱纯透射因子为最大值的一半时的波长。

然而，Ti掺杂的石英玻璃的吸收显著减小直到254nm的工作波长，这样使得一方面需要高浓度的二氧化钛用于实现在这个波长范围内的显著吸收，并且另一方面出现了吸收限朝向更长波一侧的明显的变平(Abflachung)，这种变平减小了该工作波长范围内的透射率。

此外，高的掺杂剂浓度可能造成石英玻璃特性的不希望的改变；它可以特别地改变石英玻璃的粘度和热膨胀系数、增大其结晶化趋势并且减小对UV辐射的辐射耐受性，这尤其在用于UV灯的石英玻璃中是特别不利的。其原因在于UV辐射损伤导致了UV透射的逐步降低(老化)并且因此导致了递减的并且不可再现的UVC发射。

US 2003/0114292 A1披露了一种滤光器材料，该材料由一种具有50％至62％的SiO₂部分的多组分玻璃组成。对于其组成限定了以下范围：SiO₂：50-62；K₂O：10-25；Na₂O：0-14；Al₂O₃：0-2；B₂O₃：3-5；ZnO：13.5-37；F：0-1；TiO₂：0-7；In₂O₃：0-2；Ga₂O₃：0-2；SO₃：0-1；SeO₂：0-1；C：0-1。在其截止波长的基础上对来自这个组成范围的不同玻璃进行了表征，其中324nm被指明是最短的波长。

已知的滤光器材料在远UV的整个波长范围内是不透紫外辐射的并且因此不适合与来自这个波长范围的UV工作辐射一起使用。

技术目标

因此本发明的目的是提出一种由掺杂的石英玻璃制成的滤光器材料，该材料对于254nm的工作辐射显示出了尽可能大的透明性、并且在低的掺杂剂浓度下在低于约250nm的波长范围内显示了尽可能小的透明性。

此外，本发明的目的是提出一种方法，该方法确保了通过254nm左右波长的UV辐射以尽可能恒定的UVC发射对一个表面、一种液体或一种气体进行有效照射，并且同时在此情况下臭氧的形成是尽可能低的。