- 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*)).
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 1. Общий вид KrCl-эксилампы барьерного разряда со средней мощностью излучения 50 Вт (испытания в лаборатории оптических излучений Института сильноточной электроники СО РАН, 2002 г.)
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 инертного газа | Y - атом галогена | Пиковые длины волн молекулы YT* на различных переходах, нм | |||
|---|---|---|---|---|---|
| D1/2→X1/2 | B1/2→X1/2 | C1/2→A1/2 | D1/2→A1/2 | ||
| 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).
Пример 5. Различные способы получения эксимплексной и эксимерной люминесценции.
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:
5. Уникальные свойства современных эксиламп
Лаборатория оптических излучений ИСЭ СО РАН имеет большой опыт в исследовании, разработке и применении эксиламп. Если вас заинтересовала данная тема, обращайтесь к нашим специалистам.