无极汞灯的制作方法

本发明涉及无极灯领域。更具体地，涉及一种无极汞灯。

背景技术：

为满足卫星导航、空间探测及特殊场所时频应用的迫切需求，对时间精度、稳定度提出了越来越高的要求，原子钟采用原子谱线跃迁频率作为时间标准具有高精度、高稳定度等特点广泛应用于时频领域。传统的原子钟有氢钟和铷钟，然而氢钟体积大而指标高，铷钟体积小指标低于氢钟，基于汞离子的微波钟可以达到氢钟的高精度，高可靠性而体积与铷钟相仿，在未来的时频应用中具有显著优势。

汞离子微波钟采用无极汞灯作为泵浦光源，辐射194nm谱线激发¹⁹⁹Hg⁺跃迁，替代体积庞大，复杂的深紫外激光系统，使得汞离子微波钟体积大大减小。由于无极灯内没有电极，突破了传统的发光机理，具有许多优势，包括高光效、长寿命、光衰小、功率因数高等。

传统的无极灯以跃迁谱线253.7nm为主，大多用于照明，体积较大，如QL无极灯的泡壳直径为100mm和85mm两种，采用内置式铁芯耦合无极灯，Osral的无极汞灯为圆环形，直径为230mm，采用外置式线圈耦合激发无极灯发光，少数辐射185nm谱线作为紫外消毒灯，其体积也较为庞大。采用汞离子跃迁谱线194.2nm的无极汞灯在市场上依旧空白，而且上述市场上的汞灯体积较大远不能满足项目体积小、指标高的要求。传统无极汞灯中大多采用固汞汞齐，含其他杂质辐射谱线较杂，以辐射汞原子的跃迁谱线为主的无极汞灯汞离子的辐射谱线较弱，均不能满足汞离子微波频标中的辐射194nm汞灯需求。

国外对汞离子微波频标中使用的无极汞灯技术严格保密，因此研制辐射194nm的汞灯是必须突破的关键技术之一。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种小尺寸，辐射194nm谱线的无极汞灯，该无极汞灯发光效果好，谱线纯度高，可通过透镜组控制发光的聚焦位置，特别适用于汞离子微波频标，作为泵浦源激励工作物质跃迁。

为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案：

一种无极汞灯包括：透镜组、汞泡、激励源和温控装置，所述汞泡包括相互连通的发光部和冷端部，发光部为圆柱形，冷端部为圆柱形或长方体形，发光部与冷端部的连接处的直径小于发光部的直径，所述汞泡内填充有纯汞或同位素Hg²⁰²；

所述激励源包括激励盒和线圈以及套接在所述发光部的聚四氟乙烯套筒，激励盒为金属制成，内部设有三点式振荡电路，所述线圈缠绕在汞泡的发光部外侧，一端通过电容与所述三点式振荡电路连接，另一端进入激励盒内部接地；

所述温控装置包括套接在冷端部的金属套筒、将聚四氟乙烯套筒与金属套筒分隔开的绝热支架和用于连接金属套筒与无极汞灯外壳的导热支架；

所述透镜组包括用于将发光部端面发出的光聚焦到工作物质上的聚焦透镜和对发光部端面发出的光进行过滤的滤光片，所述聚焦透镜设置在能够前后调节位置的滑轨上。

优选地，所述聚焦透镜为紫外熔融石英，在谱线194nm处的透过率大于90％。

优选地，所述滤波片的中心波长为190nm，带宽为10nm，波长194nm光的透过率为80％以上。

优选地，所述线圈缠绕在发光部的圈数为3～8圈。

优选地，所述冷端部与金属套筒之间进一步设置有金属铟。

优选地，纯汞或同位素Hg²⁰²填充在所述冷端部内。

优选地，所述发光部的直径为5～15mm，长度为15～50mm。

优选地，所述三点式振荡电路的输出功率为30～100W、频率为100～500MHz。

优选地，所述激励盒采用铝制外壳。

优选地，所述聚焦透镜前后位移的范围为10～30mm。

本发明的有益效果如下：

本发明的汞泡采用双泡结构将发光和贮存汞的泡体功能分离，同时发光部与冷端部之间通过小直径的连接部连通，其中发光部耦合外置线圈发光，冷端部储存汞并连接控温装置，上述结构使液态的汞不易流入发光部中，减弱了汞渗入发光部的泡壁损耗成雾状的现象的发生。此外，通常的冷端多为细长型极为短小，本发明的冷端部与发光部的尺寸几乎相同，与温控装置的接触面积大，易于散热控制温度。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1示出本发明的结构示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

如图1所示，一种无极汞灯包括透镜组、汞泡、激励源和温控装置，汞泡包括均为圆柱形状的发光部10和冷端部11，发光部10和冷端部11通过细口径连接部12连通，汞泡采用紫外熔融石英制成，谱线194nm光的透过率大于90％，发光部10的直径为5～15mm、长度为15～50mm。冷端部11用于贮存液汞，因细口径连接部12的直径远小于发光部10的直径，液汞不易流入发光部10中，减小了对发出的光的影响。汞泡内填充纯汞或同位素Hg²⁰²，替代了传统无极汞灯中的汞齐，避免了因汞齐中含有其它杂质引起谱线的展宽和移动。冷端部11可采用与发光部10相同的圆柱形或长方体形，冷端部11的大小与发光部10的大小尺寸相近，易于散热控制温度。本发明的汞泡采用双泡结构，可以有效分离发光部分和储存汞部分，对冷端部11进行控温，降低汞的损耗，减少汞对光的透射。

激励源包括由铝制成的激励盒20、线圈21和聚四氟乙烯套筒22，激励盒20内设有三点式振荡电路，由高频三极管、电感、电阻和电容等组成，输出功率30W-100W，频率100MHz-500MHz。激励盒20采用铝制外壳可防止外部电磁辐射的干扰。线圈21缠绕在发光部10的外壁上，缠绕3～8圈，线圈21的一端通过电容23与三点式振荡电路连接，另一端进入激励盒20内接地。线圈21激励汞泡发光。聚四氟乙烯套筒22套接在发光部10的外侧。

传统无极灯多用于照明其最重要的参量为发光亮度，而离子微波频标中需要选择汞灯的特定波长作用于工作物质。离子微波频标中的无极灯采用的是汞离子的辐射谱线194nm，相比汞原子发光，激发汞离子辐射需要更高的能量。激励盒20输出高频率、高功率的三点式振荡电路。相比于传统无极灯电源系统，本发明的无极汞灯输出频率和功率更大，耦合在发光泡上的激发能更高。

温控装置包括金属套筒30、导热支架31、绝热支架32，金属套筒30采用铝制外壳，比冷端部11的直径大1～2mm，金属套筒30套接在冷端部11的外侧，在冷端部11与金属套筒30之间设置金属铟，使得冷端部11的外侧缠绕铟，金属铟的导热效率高，将冷端部11产生的热量迅速传导给金属套筒30。金属套筒30的一端通过螺栓与导热支架31连接，导热支架31与无极汞灯的外壳固定连接，导热支架31采用可调节高度的结构。绝热支架32采用真空隔热板制成，与无极汞灯的外壳固定连接，金属套筒30的另一端通过螺栓与绝热支架32连接。

安装时，首先将冷端部11缠绕金属铟，插入金属套筒30中。然后，将绝热支架32通过螺栓与金属套筒30相连接。将带有金属套筒的汞泡嵌入绝热支架32中，调节导热支架31的高度到合适的位置并用螺栓与金属套筒30固定。

透镜组包括聚焦透镜40、滤波片41和滑轨42，聚焦透镜40设置在滑轨42上，可在滑轨42上移动，从而调节发光部10和聚焦透镜40的距离，滑轨42通过螺栓与无极汞灯的底座相连接。滤波片41为深紫外滤波片，位于透镜组正前方，嵌套在外壳的通光口处，滤波片41的尺寸大于透镜聚焦面积，作为无极汞灯的透光窗口。与传统无极汞灯相比，本发明的无极汞灯用于激发泵浦工作物质跃迁，仅当无极汞灯发出的光聚焦在工作物质上才能发挥作用，透镜组的作用是将汞灯发出的光聚焦在特定的位置，即工作物质上。滤波片41的中心波长为190nm，带宽为10nm，在谱线194nm附近的透过率最高，透过率大于80％，从而大大减弱其他谱线的透过率，有效提高了泵浦效率，提高离子微波频标的信噪比。

聚焦透镜40采用紫外熔融石英，在谱线194nm处透过率超过90％。聚焦透镜40连接在滑轨42上，通过调节聚焦透镜40在滑轨42上的位置，调节聚焦透镜40和发光部10的端面的位置，调节范围为10-30mm，将发光部10发出的光聚焦在特定范围内。滤波片41安装在无极汞灯外壳的透光口上。滤波片41透过波长为的194nm的光，而滤除其他谱线，提高无极汞灯作用于工作物质时的泵浦效率，提高谱线测量的信噪比，可提升离子钟的整钟性能。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。