专利名称：潜藏式钨与石英过渡封接的脉冲氙灯及其制备方法
技术领域：
本发明是一种潜藏式钨与石英过渡封接的脉冲氙灯，主要用于激光核聚变装置中大功率，大能量固体激光系统的泵浦光源。
已有技术1.中国科学院上海光学精密机械研究所申请的专利ZL86100413.3“大功率氙灯石英与铜焊接方法”用此方法所制的氙灯，由于是石英灯管与铜之间的非匹配封接，造成氙灯的总体性能差，灯管内有杂质，灯管中间有排气口，结构上局部应力大，容易在放电过程中热爆。
2.中国科学院上海光学精密机械研究所申请的专利ZL92215121.0“一种高压氙灯”是一种钼箔封接的氙灯。由于封接上的要求，钼箔厚度为0.03mm，不能承受大的电流密度，因而，此种氙灯不适用于大功率，大能量激光系统的泵浦光源。
3.中国科学院上海光学精密机械研究所申请的专利ZL93226595.2“新型高压接头的脉冲放电灯”其内容为放电灯的引出头，与放电灯本身结构无关。
4.一般的过渡玻璃封接法所制作的氙灯是一种直表式的外封接方法，在密封性能和承受电流密度方面性能较好，但有一个致命的缺点，就是这种灯的抗张强度差，用在大功率、大能量激光系统中常常引起炸灯，严重影响了整体激光装置的可靠性和稳定性。
本发明的目的是为了克服上述脉冲放电灯的缺点而设计。本发明将使放电灯的放电过程作用在管壁上的张力转化为压力，使灯的强度提高一个量级，同时又能承受较大的电流密度，完全能满足大功率、大能量固体激光系统泵浦源的要求，用于大型激光装置上，将提高整体激光装置的稳定性和可靠性，并提供一种简单合理的制备方法。
本发明的潜藏式钨与石英过渡封接的脉冲氙灯由灯管4和灯管4的两端对称地置放着结构完全相同的灯头91、92所构成。灯头91、92内的中心是灯头内部构件11、12，置于灯头内部构件11、12的中心轴线上有带引出线51、52的电极71、72。灯头内部构件11、12的外套有陶瓷环31、32和金属套筒21、22，金属套筒21、22与构成灯头内部构件11、12的尾管5之间填有硅胶层61、62。如图1所示。
上面所说的灯头内部构件11、12，包括由灯管4两端延续的细端部位称为尾管5，尾管5的顶端为外密封区3，由外密封区3尾管5的管壁向内弯曲经过一段过渡玻璃封接区2到其顶端有内密封区6，内密封区6与置于灯头内部构件11、12中心轴线上的电极71、72之间有电极密封区1，在尾管5内，靠近尾管5与灯管4衔接的部位有套在电极71、72上的支撑柱8，如图2所示。此支撑柱8一方面起保证电极71、72处于中心轴线上的位置，防止电极振动、一方面起到阻挡灯管4内所产生的冲击波冲向尾管5顶端冲破外密封区3。
上述的灯管4、尾管5和支撑柱8均是石英管，或者是掺稀土材料的石英管。所说的电极71、72，所采用的材料是钨、或铈钨，或钍钨，或其他钨合金。
上述的电极密封区1的材料是钨玻璃。所说的支撑柱8的内径与电极71、72的外径是紧密配合，支撑柱8的外径与尾管5的内径也是紧密配合。
本发明的脉冲氙灯的制备过程分为两大步骤(一)首先制作含有电极71、72和灯头内部构件11、12的组合体Q。制作组合体Q的具体步骤是a.先处理电极，将电极71、72经真空高频除气后，在其表面予烧一层氧化膜。
b.在电极71、72上装上支撑柱8和烧封上电极密封区1。具体做法是在约距电极两端点1/3的两处分别套上支撑柱8和作为电极密封区1材料的钨玻璃管，并在火焰上封烧钨玻璃管与电极71、72的接触处，致使钨玻璃管与电极71、72之间构成浸润性包封。
c.制作与电极密封区1衔接的内密封区6和过渡玻璃封接区2。具体做法是采用过渡玻璃(予先配备好的)与电极71、72上电极密封区1的钨玻璃封接，形成内密封区6和过渡玻璃封接区2。并将上述构件均匀退火，消除应力。
d.选择与尾管5相同材料的外径小于尾管5内径的过渡管C与过渡玻璃封接区2相接，并在过渡管C上，靠近过渡管C与过渡玻璃封接区2衔接处，有一突起的凸环AA，在过渡管C的顶端封成一个大气泡B，大气泡B内的气压为一个大气压。
至此，组合体Q的制作完成。如图3所示。
(二)将上述完成的组合体Q与灯管4封接，完成灯头91、92和灯总体的构成，具体步骤是e.将组合体Q对称地装入灯管4两端的尾管5内，然后由尾管5的端点接入充排气台上，进行烘烤除气处理。如图4所示。
排除大气，然后按所要求的气压充入氙气。
f.在尾管5与组合体Q内过渡管C上的凸环AA接触处进行均匀地焊封，形成外密封区3。
g.在组合体Q内过渡管C上的凸环AA处，外密封区3之外，切除多余的尾管5，灯体与充排气台脱开，并切除组合体Q内过渡管C上的大气泡B，至此，完成灯头内部构件11、12的制作过程。
h.在尾管5外，靠近尾管5与灯管4衔接处装上陶瓷环31、32，然后套上金属套筒21、22，再在金属套筒21、22与尾管5之间填入硅胶层61、62，并接出电极的引出线51、52，至此，完成了灯头91、92的制作，也就完成了本发明的脉冲氙灯的全部制作过程。
本发明的优点是(1)潜藏式结构比已有技术外表式的结构极大地提高了氙灯的强度。因而极大地提高了氙灯的负载能量，因为玻璃的抗压强度是6556kg/cm2，而它的抗张强度只有500kg/cm2，而本发明的潜藏式结构是一种抗压形式，已有技术外表式结构是一种抗张形式，可见潜藏式结构有其独特的优越性，使灯的封接区域抗张强度提高了一个数量级，从而，提高了氙灯的负载能量，也提高了灯的寿命。
(2)灯管4与灯头91、92巧妙地封接及采取合理的制作方法，在完成的氙灯上，无充排气口，不但保证了很好的密封性能，也使灯管4的外形美观，使用方便。避免了由于排气口的损坏而造成的灯管损坏。这也是保证灯的寿命的一个因素。
(3)由于灯能够承受的负载能量的极大提高，减少了放电过程的爆炸从而也大大减少了由于灯管爆炸引起的激光器腔体的损坏，灯管寿命延长了，则也延长了激光器的正常运转时间。
(4)氙灯寿命L＝(E0/Ex)β，其中E0为负载能量，Ex为使用能量，β对于φ20mm灯管为8.5，从公式里可见，由于负载能量E0有极大的提高，从而也大大延长了氙灯的寿命，因此经济效益也是十分明显的。
表一是已有技术和本发明的优缺点进行比较。
注上述表格是在灯的相同工作条件下相互比较所得结果。
好--☆，一般--△，差--×。
图1是潜藏式钨与石英过渡封接的脉冲氙灯的整体结构示意图。
图2是潜藏式钨与石英过渡封接的脉冲氙灯的灯头内部构件11、12的结构。
图3是制备潜藏式钨与石英过渡封接的脉冲氙灯过程中第一大步骤，所制备的组合体Q结构示意图。
图4是制备潜藏式钨与石英过渡封接的脉冲氙灯过程中第二步骤制备灯头内部构件11、12结构的示意图。
实施例如图1和图2所示的氙灯结构和图3、4所示的制备过程，选择灯管4的材料为石英管、电极71、72的材料为铈钨，支撑柱8为空心石英柱，灯管4内充入氙气所制成的氙灯，其性能是灯管4为φ22×500mm的普通石英管氙灯灯头耐压≥50kV氙灯点火电压≤8kV氙灯自闪电压≥20kV氙灯极限负载(爆炸能量)满足国际通用公式E=12LDτ(J)]]>其中L--放电弧长(cm)，D--灯管内径(cm)，τ--放电脉宽(μs)上述氙灯已成功的用于大功率(1012瓦)的激光装置中。用近千支灯的实验结果证明，使用本发明结构的氙灯有很高的负载能量，因而延长了脉冲氙灯的使用寿命，使激光器也能长期稳定地运转。
权利要求
1.一种潜藏式钨与石英过渡封接的脉冲氙灯，包括灯管(4)，灯管(4)两端对称地置有结构完全相同的灯头(91)、(92)，灯头(91)(92)内有带引出线(51)、(52)的电极(71)、(72)，电极(71)、(72)外套有陶瓷环(31)、(32)和金属套筒(21)、(22)，其特征在于灯头(91)、(92)的中心陶瓷环(31)(32)和金属套筒(21)、(22)内有灯头内部构件(11)、(12)，电极(71)、(72)是置于灯头内部构件(11)、(12)的中心轴线上，构成灯头内部构件(11)、(12)的尾管(5)与陶瓷环(31)、(32)和金属套筒(21)、(22)之间有硅胶层(61)、(62)。
2.根据权利要求1的一种脉冲氙灯，其特征在于灯头内部构件(11)、(12)包括灯管4延续两细端的尾管(5)，尾管(5)的顶端是外密封区(3)，尾管(5)的管壁由外密封区(3)向内弯曲与过渡玻璃封接区(2)的一端相连，过渡玻璃封接区(2)的另一端是内密封区(6)，内密封区(6)与置于灯头内部构件(11)、(12)中心轴线上的电极(71)、(72)之间有电极密封区(1)，在尾管(5)内，靠近尾管(5)与灯管(4)衔接的部位有套在电极(71)(72)上的支撑柱(8)。
3.根据权利要求1或2的一种脉冲氙灯，其特征在于灯管(4)、尾管(5)和支撑柱(8)均是石英管、或者是掺稀土材料的石英管。
4.根据权利要求1或2的一种脉冲氙灯，其特征在于电极(71)、(72)的材料是钨，或铈钨，或钍钨，或其他钨合金。
5.根据权利要求2的一种脉冲氙灯、其特征在于电极密封区(1)的材料是钨玻璃。
6.一种潜藏式钨与石英过渡封接的脉冲氙灯的制备方法，其特征在于制造过程的具体步骤分为两大步骤(1)首先制作含有电极(71)(72)和灯头内部构件(11)、(12)的组合体Q，制作组合体Q的具体步骤是a.先将电极(71)、(72)进行除气处理，然后在其表面予烧一层氧化膜；b.在电极(71)、(72)距两端点1/3处分别装上支撑柱(8)和烧封上电极密封区(1)；c.制作与电极密封区(1)衔接的内密封区(6)和过渡玻璃封接区(2)；d.在过渡玻璃封接区(2)上接一材料与灯管(4)两端尾管(5)的材料相同并外径小于尾管(5)内径带有凸环AA的过渡管C，并将过渡管C的顶端封成含有一个大气压的大气泡B，至此完成了制作组合体Q的过程；(2)完成灯头(91)、(92)和灯的总体构成，具体步骤是e.将上述完成的组合体Q对称地装入灯管(4)两端的尾管(5)内，然后接在充排气台上，进行排气和充气；f.在尾管(5)与组合体Q内过渡管C上的凸环AA接触处焊封成外密封区(3)；g.切除外密封区(3)以外多余的尾管(5)，灯体脱开充排气台，并切除组合体Q内过渡管C上的大气泡B；h.在尾管(5)外先套上陶瓷环(31)、(32)、再套金属套筒(21)、(22)，在金属套筒(21)、(22)与尾管(5)之间填入硅胶层(61)、(62)、并接出电极的引出线(51)、(52)。
全文摘要
一种潜藏式钨与石英过渡封接的脉冲氙灯及其制备方法。脉冲氙灯由灯管和两端对称置放结构完全相同的灯头所构成。置于灯头内部构件中心轴线上的电极通过电极密封区、内密封区、过渡玻璃封接区和外密封区与灯管的尾管封接。制备过程分为两大步骤,首先制作含有电极和灯头内部构件的组合体,第二步组合体置于灯管的尾管中,完成灯头和灯总体的制作。具有负载能量大,抗压强度高,灯体上无排气口、外形美观,寿命长等特点。
文档编号H01J61/00GK1186325SQ9611663
公开日1998年7月1日 申请日期1996年12月26日 优先权日1996年12月26日
发明者汤星里, 袁才来, 乐耀康, 蒋宝财, 赵金娣, 姜月芳 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所