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微波驱动硫灯发光的研究

陈飞  
【摘要】: 本文介绍了硫照明灯与传统照明光源相比具有光通量极高、节能效果好、无污染、显色性能好和使用寿命长等优点,总结了国内外近几年的研究现状,借助于实验室多年对脉冲快放电S_2激光器研究积累的经验,开展了对微波驱动硫灯发光的实验研究。 首先是对微波硫灯发光机理的研究,对其中的两个主要过程硫高聚物的解离和S_2分子从低能级到高能级( X~3Σ_g~-- B~3Σ_u~-)的激励进行了较为详细地研究。从双原子分子能级结构出发,分析了S_2分子的能级结构和光谱特性。从放电气体中带电粒子的产生、带电粒子因碰撞产生解离、激发和电离作用、微波高频放电等理论出发,推断硫灯发光机理主要是带电粒子碰撞作用的结果。硫高聚物的解离主要靠放电解离和热解离完成的,对S_2分子的激励是借助于带电粒子的碰撞实现的。 在理论研究的基础上,搭建了一套硫灯实验系统,对其中的主要部分波导系统和灯泡系统进行详细的研究和设计。最终选定波导传输系统的尺寸为a=9.13cm,b=5.20cm的矩形波导管,仅传输模式为TE10的微波,计算出其最大传输功率为2×10~7W,并对波导的损耗和衰减进行了计算分析。设计的谐振腔为一圆柱形金属孔罩,半径为4.67cm,长度为9.80cm,选用振荡模式为TM010模。经过计算充入灯泡中的硫粉为50mg左右,Ar气为200-1500Pa,对灯泡系统进行了长时间摸索和精心设计,最终制作的灯泡能较好地满足实验的需要。 最后启动硫灯实验系统,开展了多组实验,验证了对硫灯发光机理的推断,分析了自制硫灯启动特性,测得的硫灯发光光谱是与太阳光谱基本吻合的连续谱,测量了自制硫灯的发光性能:最大光通量达到56000lm、色温为7540K、显色指数85左右,峰值波长为495nm,计算出发光效率为40-46lm/W。对微波硫灯实验系统的微波泄漏情况进行了测试,结果表明该实验系统微波泄漏情况基本符合国际安全标准。


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