新穎的從真空紫外到紅外的寬帶、高亮光源技術(shù)

基于連續(xù)激光激勵等離子體放電，研究人員提出一種新穎的燈管光源技術(shù)。早期等離子體的激光激勵采用的是CO 激光器，主要集中在科研而非商用領(lǐng)域，且未開發(fā)燈管光源方面的應(yīng)用。最近，由于光纖激光器和二極管激光器價格不再昂貴，對等離子體放電的研究又活躍起來。為了滿足半導(dǎo)體工業(yè)的要求—— 特定窄光譜范圍內(nèi)高功率和高亮度，研究人員率先發(fā)展了高功率(4000 W)、高壓氙燈和水銀燈。

最近．研究人員將激光一燈管的研究擴(kuò)展到了低功率范圍。光譜測量結(jié)果表明，這些器件在短波光譜范圍內(nèi)具有很高的亮度；初步測量結(jié)果顯示，在紫外到可見光譜區(qū)，50 W 激光激勵燈管光源(LDLS)的亮度是75 W 氙弧光燈的5～10倍。傳統(tǒng)的氙短弧光燈是由加在兩金屬電極上的直流電流激勵的．它能產(chǎn)生高壓等離氣體；但這些燈的譜線特征主要來源于Stark展寬，通常只能展寬至連續(xù)類黑體光譜點(diǎn)。

任何點(diǎn)狀光源的關(guān)鍵特性在于其光亮度，這是因?yàn)樗P(guān)系到光源發(fā)出的光線被其他光學(xué)元件，如反射鏡、棱鏡、光纖和單色器等作用的效率。人們可能會認(rèn)為通過增加轉(zhuǎn)化為燈管光的電功率，即可或多或少地提升放電產(chǎn)生的光亮度。然而，對限制傳統(tǒng)燈管放電亮度的各種研究嘗試表明，這是不現(xiàn)實(shí)的。

首先，燈管的電極起到熱沉的作用，它接觸到強(qiáng)烈的放電等離子體后，會將放電產(chǎn)生的熱量帶走(電極的其他負(fù)面影響還包括：在使用中容易蒸發(fā)，或造成金屬濺射到燈管內(nèi)壁，從而限制使用壽命，一般在500～1 000 h)；其次，隨著放電電流的增加，放電區(qū)域會隨之?dāng)U大，各種熱導(dǎo)機(jī)制將迫使等離子體放電產(chǎn)生的熱量轉(zhuǎn)移到燈管邊緣區(qū)域，造成本地電子密度增大和電流通道擴(kuò)大；此外，電流通道中心溫度和電子密度的增加，將使本地等離子體電阻減小。限制本地功率的轉(zhuǎn)換。因此，放電過程中功率分布是非線性并趨向于非穩(wěn)定的。

一般來說．這些效應(yīng)將使燈管溫度保持在5000K或半個電子伏特上下．基本與激勵電功率無關(guān)。盡管燈管輻射功率將會隨激勵電功率的增加而增大，但輻射亮度則會受限于等離子體放電體積的擴(kuò)大。優(yōu)化后的亮弧光燈一般工作在75～150 W，其典型的輻射體為直徑1 mm或更大一些。