本發(fā)明涉及無極燈領(lǐng)域。更具體地，涉及一種無極汞燈。

背景技術(shù)：

為滿足衛(wèi)星導(dǎo)航、空間探測及特殊場所時(shí)頻應(yīng)用的迫切需求，對(duì)時(shí)間精度、穩(wěn)定度提出了越來越高的要求，原子鐘采用原子譜線躍遷頻率作為時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)具有高精度、高穩(wěn)定度等特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于時(shí)頻領(lǐng)域。傳統(tǒng)的原子鐘有氫鐘和銣鐘，然而氫鐘體積大而指標(biāo)高，銣鐘體積小指標(biāo)低于氫鐘，基于汞離子的微波鐘可以達(dá)到氫鐘的高精度，高可靠性而體積與銣鐘相仿，在未來的時(shí)頻應(yīng)用中具有顯著優(yōu)勢。

汞離子微波鐘采用無極汞燈作為泵浦光源，輻射194nm譜線激發(fā)¹⁹⁹Hg⁺躍遷，替代體積龐大，復(fù)雜的深紫外激光系統(tǒng)，使得汞離子微波鐘體積大大減小。由于無極燈內(nèi)沒有電極，突破了傳統(tǒng)的發(fā)光機(jī)理，具有許多優(yōu)勢，包括高光效、長壽命、光衰小、功率因數(shù)高等。

傳統(tǒng)的無極燈以躍遷譜線253.7nm為主，大多用于照明，體積較大，如QL無極燈的泡殼直徑為100mm和85mm兩種，采用內(nèi)置式鐵芯耦合無極燈，Osral的無極汞燈為圓環(huán)形，直徑為230mm，采用外置式線圈耦合激發(fā)無極燈發(fā)光，少數(shù)輻射185nm譜線作為紫外消毒燈，其體積也較為龐大。采用汞離子躍遷譜線194.2nm的無極汞燈在市場上依舊空白，而且上述市場上的汞燈體積較大遠(yuǎn)不能滿足項(xiàng)目體積小、指標(biāo)高的要求。傳統(tǒng)無極汞燈中大多采用固汞汞齊，含其他雜質(zhì)輻射譜線較雜，以輻射汞原子的躍遷譜線為主的無極汞燈汞離子的輻射譜線較弱，均不能滿足汞離子微波頻標(biāo)中的輻射194nm汞燈需求。

國外對(duì)汞離子微波頻標(biāo)中使用的無極汞燈技術(shù)嚴(yán)格保密，因此研制輻射194nm的汞燈是必須突破的關(guān)鍵技術(shù)之一。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種小尺寸，輻射194nm譜線的無極汞燈，該無極汞燈發(fā)光效果好，譜線純度高，可通過透鏡組控制發(fā)光的聚焦位置，特別適用于汞離子微波頻標(biāo)，作為泵浦源激勵(lì)工作物質(zhì)躍遷。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：

一種無極汞燈包括：透鏡組、汞泡、激勵(lì)源和溫控裝置，所述汞泡包括相互連通的發(fā)光部和冷端部，發(fā)光部為圓柱形，冷端部為圓柱形或長方體形，發(fā)光部與冷端部的連接處的直徑小于發(fā)光部的直徑，所述汞泡內(nèi)填充有純汞或同位素Hg²⁰²；

所述激勵(lì)源包括激勵(lì)盒和線圈以及套接在所述發(fā)光部的聚四氟乙烯套筒，激勵(lì)盒為金屬制成，內(nèi)部設(shè)有三點(diǎn)式振蕩電路，所述線圈纏繞在汞泡的發(fā)光部外側(cè)，一端通過電容與所述三點(diǎn)式振蕩電路連接，另一端進(jìn)入激勵(lì)盒內(nèi)部接地；

所述溫控裝置包括套接在冷端部的金屬套筒、將聚四氟乙烯套筒與金屬套筒分隔開的絕熱支架和用于連接金屬套筒與無極汞燈外殼的導(dǎo)熱支架；

所述透鏡組包括用于將發(fā)光部端面發(fā)出的光聚焦到工作物質(zhì)上的聚焦透鏡和對(duì)發(fā)光部端面發(fā)出的光進(jìn)行過濾的濾光片，所述聚焦透鏡設(shè)置在能夠前后調(diào)節(jié)位置的滑軌上。

優(yōu)選地，所述聚焦透鏡為紫外熔融石英，在譜線194nm處的透過率大于90％。

優(yōu)選地，所述濾波片的中心波長為190nm，帶寬為10nm，波長194nm光的透過率為80％以上。

優(yōu)選地，所述線圈纏繞在發(fā)光部的圈數(shù)為3～8圈。

優(yōu)選地，所述冷端部與金屬套筒之間進(jìn)一步設(shè)置有金屬銦。

優(yōu)選地，純汞或同位素Hg²⁰²填充在所述冷端部內(nèi)。

優(yōu)選地，所述發(fā)光部的直徑為5～15mm，長度為15～50mm。

優(yōu)選地，所述三點(diǎn)式振蕩電路的輸出功率為30～100W、頻率為100～500MHz。

優(yōu)選地，所述激勵(lì)盒采用鋁制外殼。

優(yōu)選地，所述聚焦透鏡前后位移的范圍為10～30mm。

本發(fā)明的有益效果如下：

本發(fā)明的汞泡采用雙泡結(jié)構(gòu)將發(fā)光和貯存汞的泡體功能分離，同時(shí)發(fā)光部與冷端部之間通過小直徑的連接部連通，其中發(fā)光部耦合外置線圈發(fā)光，冷端部儲(chǔ)存汞并連接控溫裝置，上述結(jié)構(gòu)使液態(tài)的汞不易流入發(fā)光部中，減弱了汞滲入發(fā)光部的泡壁損耗成霧狀的現(xiàn)象的發(fā)生。此外，通常的冷端多為細(xì)長型極為短小，本發(fā)明的冷端部與發(fā)光部的尺寸幾乎相同，與溫控裝置的接觸面積大，易于散熱控制溫度。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

圖1示出本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為了更清楚地說明本發(fā)明，下面結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。附圖中相似的部件以相同的附圖標(biāo)記進(jìn)行表示。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，下面所具體描述的內(nèi)容是說明性的而非限制性的，不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

如圖1所示，一種無極汞燈包括透鏡組、汞泡、激勵(lì)源和溫控裝置，汞泡包括均為圓柱形狀的發(fā)光部10和冷端部11，發(fā)光部10和冷端部11通過細(xì)口徑連接部12連通，汞泡采用紫外熔融石英制成，譜線194nm光的透過率大于90％，發(fā)光部10的直徑為5～15mm、長度為15～50mm。冷端部11用于貯存液汞，因細(xì)口徑連接部12的直徑遠(yuǎn)小于發(fā)光部10的直徑，液汞不易流入發(fā)光部10中，減小了對(duì)發(fā)出的光的影響。汞泡內(nèi)填充純汞或同位素Hg²⁰²，替代了傳統(tǒng)無極汞燈中的汞齊，避免了因汞齊中含有其它雜質(zhì)引起譜線的展寬和移動(dòng)。冷端部11可采用與發(fā)光部10相同的圓柱形或長方體形，冷端部11的大小與發(fā)光部10的大小尺寸相近，易于散熱控制溫度。本發(fā)明的汞泡采用雙泡結(jié)構(gòu)，可以有效分離發(fā)光部分和儲(chǔ)存汞部分，對(duì)冷端部11進(jìn)行控溫，降低汞的損耗，減少汞對(duì)光的透射。

激勵(lì)源包括由鋁制成的激勵(lì)盒20、線圈21和聚四氟乙烯套筒22，激勵(lì)盒20內(nèi)設(shè)有三點(diǎn)式振蕩電路，由高頻三極管、電感、電阻和電容等組成，輸出功率30W-100W，頻率100MHz-500MHz。激勵(lì)盒20采用鋁制外殼可防止外部電磁輻射的干擾。線圈21纏繞在發(fā)光部10的外壁上，纏繞3～8圈，線圈21的一端通過電容23與三點(diǎn)式振蕩電路連接，另一端進(jìn)入激勵(lì)盒20內(nèi)接地。線圈21激勵(lì)汞泡發(fā)光。聚四氟乙烯套筒22套接在發(fā)光部10的外側(cè)。

傳統(tǒng)無極燈多用于照明其最重要的參量為發(fā)光亮度，而離子微波頻標(biāo)中需要選擇汞燈的特定波長作用于工作物質(zhì)。離子微波頻標(biāo)中的無極燈采用的是汞離子的輻射譜線194nm，相比汞原子發(fā)光，激發(fā)汞離子輻射需要更高的能量。激勵(lì)盒20輸出高頻率、高功率的三點(diǎn)式振蕩電路。相比于傳統(tǒng)無極燈電源系統(tǒng)，本發(fā)明的無極汞燈輸出頻率和功率更大，耦合在發(fā)光泡上的激發(fā)能更高。

溫控裝置包括金屬套筒30、導(dǎo)熱支架31、絕熱支架32，金屬套筒30采用鋁制外殼，比冷端部11的直徑大1～2mm，金屬套筒30套接在冷端部11的外側(cè)，在冷端部11與金屬套筒30之間設(shè)置金屬銦，使得冷端部11的外側(cè)纏繞銦，金屬銦的導(dǎo)熱效率高，將冷端部11產(chǎn)生的熱量迅速傳導(dǎo)給金屬套筒30。金屬套筒30的一端通過螺栓與導(dǎo)熱支架31連接，導(dǎo)熱支架31與無極汞燈的外殼固定連接，導(dǎo)熱支架31采用可調(diào)節(jié)高度的結(jié)構(gòu)。絕熱支架32采用真空隔熱板制成，與無極汞燈的外殼固定連接，金屬套筒30的另一端通過螺栓與絕熱支架32連接。

安裝時(shí)，首先將冷端部11纏繞金屬銦，插入金屬套筒30中。然后，將絕熱支架32通過螺栓與金屬套筒30相連接。將帶有金屬套筒的汞泡嵌入絕熱支架32中，調(diào)節(jié)導(dǎo)熱支架31的高度到合適的位置并用螺栓與金屬套筒30固定。

透鏡組包括聚焦透鏡40、濾波片41和滑軌42，聚焦透鏡40設(shè)置在滑軌42上，可在滑軌42上移動(dòng)，從而調(diào)節(jié)發(fā)光部10和聚焦透鏡40的距離，滑軌42通過螺栓與無極汞燈的底座相連接。濾波片41為深紫外濾波片，位于透鏡組正前方，嵌套在外殼的通光口處，濾波片41的尺寸大于透鏡聚焦面積，作為無極汞燈的透光窗口。與傳統(tǒng)無極汞燈相比，本發(fā)明的無極汞燈用于激發(fā)泵浦工作物質(zhì)躍遷，僅當(dāng)無極汞燈發(fā)出的光聚焦在工作物質(zhì)上才能發(fā)揮作用，透鏡組的作用是將汞燈發(fā)出的光聚焦在特定的位置，即工作物質(zhì)上。濾波片41的中心波長為190nm，帶寬為10nm，在譜線194nm附近的透過率最高，透過率大于80％，從而大大減弱其他譜線的透過率，有效提高了泵浦效率，提高離子微波頻標(biāo)的信噪比。

聚焦透鏡40采用紫外熔融石英，在譜線194nm處透過率超過90％。聚焦透鏡40連接在滑軌42上，通過調(diào)節(jié)聚焦透鏡40在滑軌42上的位置，調(diào)節(jié)聚焦透鏡40和發(fā)光部10的端面的位置，調(diào)節(jié)范圍為10-30mm，將發(fā)光部10發(fā)出的光聚焦在特定范圍內(nèi)。濾波片41安裝在無極汞燈外殼的透光口上。濾波片41透過波長為的194nm的光，而濾除其他譜線，提高無極汞燈作用于工作物質(zhì)時(shí)的泵浦效率，提高譜線測量的信噪比，可提升離子鐘的整鐘性能。

顯然，本發(fā)明的上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的限定，對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)，這里無法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉，凡是屬于本發(fā)明的技術(shù)方案所引伸出的顯而易見的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之列。