[发明专利]红外光源

说明书

本发明涉及一种能产生可用于经外分光计、付里叶变换红外分光镜(FTIR)等光学仪器的红外光的光源。

传统的红外光源采用卷绕金属(通常为堪塔尔铬铝钴耐热钢)灯丝。但白炽卷绕灯丝发出的光不均匀，因而使能量密度总的说来低，从而使光源的总功率小。若将分光计的缝隙放在将光源的光会聚的一个反射镜的焦点处，则缝隙上就映出卷绕灯丝清晰的影像。因此为减少红外光发射的不均匀性，通常将缝隙安置在稍微偏离焦点的位置，但这会劣化光源的能量利用率。卷绕灯丝的另一个缺点是使用过程中往往逐步变形，从而进一步降低发射密度并缩短使用寿命。

本发明为解决上述问题，提供一种新的红外光源，它的发射功率高、具有改进的发射均匀性及较长的使用寿命。

本发明红外光源的特征在于，它包括：一由经烧结的氮化硅(Si₃N₄)制成、并具有平表面的面板，以及由金属制成的并在面板中的加热元件。

本发明的一个特点是，平板中还埋置着一对导线用以将电流加到加热元件上使其产生焦耳热。在此情况下，加热元件是一维的，埋置在面板中的加热元件应较长。在其中一个实例中，将加热元件折成梳状。    

本发明的另一个特点是，加热元件用安置在平板外的感应加热设备加热。在此情况下，加热元件是二维的。

加热元件在面板中通过电流或感应加热时热量就传到面板上，于是面板就从其平坦的表面发出均匀的红外光。由于红外光是从面板的平坦表面均匀发射出来的，因而红外光源的像能正好聚焦到分光计或类似的采用缝隙的器件的缝隙上。这样能给分析部分提供更强的红外光，从而以较高的S/N(信噪)比来改善红外分析过程。

氮化硅即使在高达大约1350℃的温度下其化学性能和机械性能也是稳定的。就是说，本发明红外光源的氮化硅板在该温度下既不分解也不变形。因此用本发明的红外光源，加热元件可以加热到高的温度，可以提高发光率。

氮化硅是黑的，因而面板表面的发射率高，就是说，本发明红外光源的能量利用率高。

面板在使用之前，其平坦表面最好涂上氧化硅层。开始时若面板表面没有氧化硅层，则面板在使用过程中受热时，氧化硅会聚集在面板表面，从而改变面板表面发射的辐射光谱。相反，当面板表面一开始就有氧化硅层时，氮化硅板即使在使用初期也能发射出光谱稳定的辐射。

形成氧化硅层的一个办法是将硅酸盐溶液涂在氮化硅面板表面然后烘干。烘干后最好将氮化硅面板通电使其老化，使氧化层稳定下来。

下面就本发明的一个实施例进行说明，从该说明中可以了解到本发明的其它特点和其它细节。

图1是本发明一个实施例红外光源的透视图。

图2示出了图1红外光源的结构。

图3是本发明一个实施例红外光源发射出的红外光的功率谱曲线(1)和传统采用堪塔尔灯丝的红外光源的相应曲线(2)。

图4是面板表面经处理后发射出的红外光的功率谱曲线。

图5是未经处理的面板发出的红外光的功率谱曲线。

图1和图2说明本发明一个实施例的红外光源，其中光源10由面板11、加热元件12、一对引线插脚13和一对引线14构成。

加热元件12由高溶点金属制成，例如钨、钼或它们的合金。面板11由一对氮化硅板11a和11b构成，两氮化硅板之间安置着加热元件12和引线14。

本实施例的红外光源10的制造过程如下。首先，制备一对氮化硅生坯板11a和11b。在其中一个氮化硅生坯板11a上印制加热器金属，并将引线14和引线插脚安置到板上。加热器12以一维形式在两引线14之间形成，且印制在氮化硅板11a和11b一端的一个小部位上。例如，在图1的情况下，加热元件安置在4.7毫米×54.6毫米氮化硅板一端的3.6毫米×10毫米的部位。为提高生成的热量，线性加热元件12取梳状。

加热器12、引线14和引线插脚13夹在一对氮化硅生坯板11a和11b之间之后，将它们烧结。烧结氮化硅板有种种方法。其中一种方法是热压法，即将各部件夹好的生坯板11a和11b在大约235公斤/平方厘米的压力和大约1850℃的温度下在氮(N₂)气氛中加热大约0.5～2小时。另一种方法是常压法，即将生坯板11a和11b在常压(1大气压)下在大约1650℃下在氮气氛中加热大约4小时。也可以将上述两种方法混合使用。本发明也可以使用其它烧结方法。生坯板烧结过之后，将加热元件12完全密封在平板11中。