專利名稱：短程鉬箔封接脈沖氙燈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及脈沖氙燈，特別是一種短程鉬箔封接脈沖氙燈。
背景技術(shù)：
廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域的小型固體激光器常以小型脈沖氙燈作為其泵浦光源。后者的作用是將存儲(chǔ)在電容器上的電能瞬間轉(zhuǎn)化為輻射能，為保證有較高的轉(zhuǎn)換效率，燈內(nèi)氣壓通常較高；它必須能夠經(jīng)受較大的電流密度、高達(dá)幾千度的瞬間內(nèi)部高溫，以及高達(dá)幾十個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓以上的瞬間內(nèi)部壓力。這就要求小型脈沖氙燈的燈管及其它構(gòu)件應(yīng)有很高的機(jī)械強(qiáng)度和耐熱沖擊的能力，更重要的是要有很好的密封性能。與大、中型脈沖氙燈相比，小型脈沖氙燈的封接要求更高，具體表現(xiàn)為在燈內(nèi)氣壓高和封接區(qū)長度較短的情況下，必須保證有良好的氣密性。此外，為方便用戶使用，還要具備可靠的架燈部位。近年來，為減少泵浦光源輻射的紫外線對(duì)激光器工作物質(zhì)的損傷，原先的純石英燈管已為具有截紫外功能的摻鈰石英管所取代，這樣又增加了燈管承受的能量，對(duì)成品的機(jī)械強(qiáng)度和密封性能也提出了更高的要求。應(yīng)用于航空領(lǐng)域的小型固體激光器的泵浦光源，不僅應(yīng)具有上述高負(fù)載強(qiáng)度、高轉(zhuǎn)換效率的特點(diǎn)，還應(yīng)滿足結(jié)構(gòu)更緊湊、整體更小型化甚至趨向微型化的特殊要求，這樣又增加了燈管單位面積上承受的能量，因此，對(duì)成品燈的機(jī)械強(qiáng)度要求也更高。這些要求反映在制燈的封接工藝上就體現(xiàn)為封接區(qū)更短、密封性能提高。
目前小型脈沖氙燈的封接廣泛采用鉬箔封接技術(shù)，其封接區(qū)縱剖面結(jié)構(gòu)如圖1所示，將很薄的單層長方形鉬箔3卷成空心圓筒形，圓筒中心嵌有一個(gè)內(nèi)充一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的空氣的石英氣泡4，圓筒兩端以點(diǎn)焊方式分別連接電極2和引線接頭5，電極2為鎢制電極，引線接頭5是中空的圓柱鉬筒，然后將點(diǎn)焊后的組合體熔封于燈管1內(nèi)，熔封后氣泡4體積膨脹，頂壓鉬箔3，使鉬箔3機(jī)械地緊貼于燈管1的內(nèi)壁，形成封接區(qū)，有效地防止燈內(nèi)氙氣泄露；這種封接技術(shù)的突出優(yōu)點(diǎn)是耐高溫。在氙燈工作過程中，當(dāng)其內(nèi)部溫度達(dá)到幾千度時(shí)，燈內(nèi)部分熱量將不可避免地傳導(dǎo)到氙燈兩端的封接區(qū)，使封接區(qū)材料升溫至1000℃左右。石英和金屬鉬的軟化溫度都在1500℃以上，也就是說在1000℃時(shí)不會(huì)軟化變形。由這兩種材料構(gòu)成的封接區(qū)在自身溫度達(dá)到1000℃時(shí)仍能保持正常的形狀和良好的密封能力，進(jìn)而保證氙燈正常工作。因此，利用此種封接技術(shù)可以制成非水冷使用的成品燈，這是其他封接技術(shù)無法比擬的。但是現(xiàn)有的鉬箔封接技術(shù)仍然存在以下三方面的不足一是鉬箔封接區(qū)較長。為保證氙燈能長時(shí)間地高效工作，必須嚴(yán)格控制燈內(nèi)氙氣的微漏速率。通常實(shí)踐認(rèn)為，單邊封接區(qū)的長度達(dá)到石英氣泡外徑的5-6倍時(shí)，才能保證成品燈具有較好的氣密性，即將漏氣速率控制在允許范圍內(nèi)；并且氙燈的極間距必須滿足放電特性的要求，不可隨意縮短。因此采用這種長程鉬箔封接技術(shù)的氙燈，不能滿足進(jìn)一步微型化的要求。一般地說，要得到較高的電光轉(zhuǎn)換效率，必須提高燈內(nèi)氙氣的氣壓，這又給確保封接區(qū)的氣密性增添了困難，更需要以較大的封接區(qū)長度來彌補(bǔ)由燈內(nèi)氣壓高而引起的易漏氣的缺陷。這樣就不能實(shí)現(xiàn)成品燈的微型化。
二是成品燈的機(jī)械強(qiáng)度不夠。成品燈的引線接頭與外導(dǎo)線連接的一端裸露于燈管之外，這個(gè)暴露于大氣中的部分，容易受到水和空氣的作用而氧化；引線接頭與厚度僅為0.03mm的鉬箔點(diǎn)焊連接的一端熔封于石英燈管內(nèi)，熔封的長度不足以利用石英燈管很好地保護(hù)脆弱的點(diǎn)焊部位。通常成品的引線接頭是空心圓筒形鉬筒，圓筒橫截面與導(dǎo)線焊接，這種小面積焊接不很牢固。上述鉬箔點(diǎn)焊和導(dǎo)線焊接兩個(gè)部位，在成品使用時(shí)容易因受到頻繁的拉曳而脫落。
三是在非水冷使用的情況下，氙燈不易固定。引線接頭裸露于燈管外的部分很短，對(duì)于非水冷的氙燈，安裝時(shí)經(jīng)常架不穩(wěn)固。因此用戶將封接區(qū)作為架燈部位，但中間空心的封接區(qū)無法承受較大的壓力，架燈時(shí)用力稍大些，此處的燈管就會(huì)斷裂。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題在于有效地改進(jìn)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種短程鉬箔封接的脈沖氙燈，該脈沖氙燈不僅封接區(qū)要短，燈內(nèi)氣壓高，密封性能較好，而且要有理想的架燈部位，能可靠引出外導(dǎo)線。
本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案如下一種短程鉬箔封接脈沖氙燈，在一充有氙氣的燈管的兩端內(nèi)各熔封一鉬箔圓筒，該鉬箔圓筒的內(nèi)端點(diǎn)焊接一電極，中段嵌入充氣的石英氣泡，外端點(diǎn)焊接一引線接頭，其特征在于所述的引線接頭為一具有三段不同直徑的實(shí)心圓柱體，其粗段點(diǎn)焊接在所述鉬箔圓筒內(nèi)，中段較長，熔封在所述燈管內(nèi)，其細(xì)段用于與外接導(dǎo)線連接，封接區(qū)的單邊長度不大于石英氣泡的外徑的3.6倍，所述燈管內(nèi)的氙氣氣壓為380-760托，所述石英氣泡內(nèi)充600-615托空氣。
所述的引線接頭的細(xì)段較短，該細(xì)段的圓柱的側(cè)面包覆一鎳片，其末端呈尖頂?shù)膱A錐形狀。
所述的引線接頭的細(xì)段插入所述的外接導(dǎo)線內(nèi)并采用全面積錫焊連接，在該連接處的外周套一塑料套，在該塑料套和外接導(dǎo)線之間灌滿環(huán)氧樹脂。
所述的電極為鈰鎢電極。
所述的燈管為摻鈰石英管。
所述的石英氣泡由純石英管熔制而成。
本實(shí)用新型短程鉬箔封接的脈沖氙燈經(jīng)使用證明，具有較高的電光轉(zhuǎn)換效率，優(yōu)良的密封性能；緊湊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和微型化的外形，十分適合在特殊領(lǐng)域中應(yīng)用；燈兩端的點(diǎn)焊部件和外導(dǎo)線連接牢固，能承受裝燈時(shí)的正常拉力和扭力；圓整的架燈部位有較高的機(jī)械強(qiáng)度，架燈時(shí)只要兩端架燈部位受力均勻，可基本杜絕斷裂問題。
以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)的封接區(qū)縱剖面結(jié)構(gòu)圖圖2是本實(shí)用新型的封接區(qū)縱剖面結(jié)構(gòu)圖圖3是本實(shí)用新型與外導(dǎo)線連接的縱剖面結(jié)構(gòu)圖圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例1的放電光譜圖具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型短程鉬箔封接脈沖氙燈主要采用鉬箔封接技術(shù)，其封接區(qū)縱剖面結(jié)構(gòu)如圖2所示由圖可見，本實(shí)用新型短程鉬箔封接脈沖氙燈的結(jié)構(gòu)是在一充有氙氣的燈管1的兩端內(nèi)各熔封一鉬箔圓筒3，該鉬箔圓筒3的內(nèi)端點(diǎn)焊接一電極2，中段嵌入充氣的石英氣泡4，外端點(diǎn)焊接一引線接頭6，其特征在于所述的引線接頭6為一具有三段不同直徑的實(shí)心圓柱體，其粗段61點(diǎn)焊接在所述鉬箔圓筒3內(nèi)，中段62較長，熔封在所述燈管1內(nèi)，其細(xì)段63用于與外接導(dǎo)線10連接，封接區(qū)的單邊長度不大于石英氣泡4的外徑的3.6倍，所述燈管1內(nèi)的氙氣氣壓為380-760托，所述石英氣泡4內(nèi)充600-615托空氣。
換一句話說，以卷成空心圓筒形的單層鉬箔3為傳導(dǎo)和密封部件，圓筒中心嵌有一個(gè)石英氣泡4，圓筒兩端分別點(diǎn)焊連接電極2和引線接頭6，點(diǎn)焊后的組合體熔封在石英燈管1內(nèi)。石英氣泡4由純石英管熔燒而成，燈管1為摻鈰石英燈管。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的特點(diǎn)在于采用短程鉬箔封接技術(shù)，不僅有效縮短了成品燈的總長，滿足微型化的要求，而且在燈內(nèi)氣壓較高的情況下，仍能保證優(yōu)良的密封性能。與一般小型氙燈相比，本實(shí)用新型的電極距和管徑更小，相應(yīng)地，發(fā)光距離也更小，但燈內(nèi)氣壓更高，故其電光轉(zhuǎn)換效率等于、甚至大于一般小型氙燈。常用小型氙燈的燈內(nèi)氣壓一般為250托-450托(1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓為760托)，而本實(shí)用新型的燈內(nèi)氣壓提高至380托-760托。在燈內(nèi)氣壓較高的前提下，本實(shí)用新型突破了在先技術(shù)中單邊封接區(qū)長度不小于氣泡外徑的5-6倍才能保證氣密性的理論禁區(qū)，本實(shí)用新型以單邊封接區(qū)長度不大于氣泡外徑3.6倍的封接區(qū)，將燈內(nèi)氙氣的微漏速率嚴(yán)格控制在允許范圍內(nèi)。本實(shí)用新型之所能做到這一點(diǎn)，關(guān)鍵在于降低了石英氣泡內(nèi)的氣壓。按照現(xiàn)有技術(shù)，石英氣泡內(nèi)充有760托的空氣(因?yàn)榭諝饬畠r(jià))，在將點(diǎn)焊的組合體熔封于燈管1內(nèi)時(shí)，很容易因?yàn)闅馀菥植渴軣岬臅r(shí)間控制不當(dāng)，使加熱處泡壁軟化，并被迅速膨脹的泡內(nèi)氣體撐開，形成花生米形狀的外觀，在密封形式上形成點(diǎn)封接，這種封接在燈內(nèi)氣壓較高的條件下漏氣速率高。而本實(shí)用新型將泡內(nèi)氣壓降至0.8個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，約608托，實(shí)踐證明，這個(gè)氣壓既能有效避免形成點(diǎn)封接，又能保證氣泡4均勻膨脹至所需的體積，從而形成密封能力較強(qiáng)的線封接。
將引線接頭6加工成粗細(xì)不均的實(shí)心異型鉬桿，引線接頭6及其與外導(dǎo)線連接的縱剖面結(jié)構(gòu)如圖3所示，粗段61用于點(diǎn)焊連接鉬箔3，中段62較長且完全包裹于石英燈管1內(nèi)；細(xì)段63較短，其末端呈尖頂?shù)膱A錐形狀，用于連接導(dǎo)線10，連接處外套塑料套8。粗段61與中段62的長度之和占該異型鉬桿絕大部分長度，這粗段61與中段62兩部分都熔封于燈管1內(nèi)，不僅避免了引線接頭6的大面積氧化，而且高硬度的石英燈管1可以很好地保護(hù)點(diǎn)焊部位，大大提高了點(diǎn)焊部位抗拉、抗扭的機(jī)械強(qiáng)度。細(xì)段63圓柱側(cè)面點(diǎn)焊鎳片9，利用末端呈尖頂?shù)膱A錐體可快速地插入導(dǎo)線10中心，然后將細(xì)段63全面積與導(dǎo)線10焊錫連接，焊接面積比相同管徑的在先技術(shù)成品的更大；連接處外周套上塑料套8，套內(nèi)灌以環(huán)氧樹脂7，這樣，外導(dǎo)線10與燈管1的連接更牢固，能承受裝燈時(shí)的頻繁拉曳。
在非水冷使用的情況下，成品燈的安裝方便、可靠。按比例，本實(shí)用新型的引線接頭6的長度比在先技術(shù)的引線接頭有所增加，且為實(shí)心桿，粗段61與中段62包裹于燈管1內(nèi)，熔封時(shí)十分注重保持燈管外觀的圓整性。這樣，中段62與燈管1熔封的部位具有較大抗壓強(qiáng)度，是用戶架燈的理想部位。
實(shí)施例1本實(shí)施例是利用本實(shí)用新型的全部封接工藝制成的小型高氣壓、高強(qiáng)度封接的脈沖氙燈，石英燈管外徑為5mm，電極間距60mm，成品燈總長124mm；石英氣泡外徑為2.8mm，單邊封接區(qū)長度不大于10mm，二者比例約為13.57；燈管內(nèi)氙氣氣壓為760托，氣泡內(nèi)空氣氣壓為600托。本實(shí)施例的封接區(qū)縱剖面結(jié)構(gòu)圖如圖2所示，其中電極2由鈰鎢制成，其余部件同前文對(duì)圖2的描述。本實(shí)施例的導(dǎo)線連接縱剖面結(jié)構(gòu)圖如圖3所示，前文已對(duì)圖3作詳細(xì)說明，此處不再贅述。
本實(shí)施例已成功用作激光雷達(dá)的泵浦光源，儲(chǔ)能電容60μF工作電壓930V，通過的電流峰值230A，放電脈寬140μS，可以2-85Hz頻率重復(fù)工作，在實(shí)際使用中獲得滿意結(jié)果。本實(shí)施例的放電光譜見圖4。
實(shí)施例2本實(shí)施例已成功用于激光雷達(dá)配置的泵浦光源。燈管外徑為7mm，電極間距75mm，成品燈總長178mm；燈內(nèi)氙氣氣壓為380托，氣泡內(nèi)空氣氣壓為608托。其中電極2為鈰鎢電極，在實(shí)際應(yīng)用中，儲(chǔ)能電容100μF，工作電壓1.2KV，通過的電流峰值756A，放電脈寬150μS，可以2-57Hz頻率重復(fù)工作。本實(shí)施例的脈沖氙燈電光轉(zhuǎn)換效率和密封性能俱佳。
實(shí)施例3本實(shí)施例是具有本實(shí)用新型可靠的架燈部位的風(fēng)冷小型脈沖氙燈。燈管1外徑為6mm，電極間距50mm，成品總長108mm；燈內(nèi)氙氣氣壓為600托，氣泡內(nèi)空氣氣壓為615托。其中電極2為鈰鎢電極。本實(shí)施例可用于無水冷條件的小型激光器，成品燈安裝時(shí)，用戶可利用實(shí)心鉬桿中段62的位置架燈，只要使燈兩端的這個(gè)部位受力均勻、同步，架燈部位不會(huì)斷裂。
權(quán)利要求1.一種短程鉬箔封接脈沖氙燈，一充有氙氣的燈管(1)的兩端內(nèi)各熔封一鉬箔圓筒(3)，該鉬箔圓筒(3)的內(nèi)端點(diǎn)焊接一電極(2)，中段嵌入充氣的石英氣泡(4)，外端點(diǎn)焊接一引線接頭(6)，其特征在于所述的引線接頭(6)為一具有三段不同直徑的實(shí)心圓柱體，其粗段(61)點(diǎn)焊接在所述鉬箔圓筒(3)內(nèi)，中段(62)較長，熔封在所述燈管(1)內(nèi)，其細(xì)段(63)用于與外接導(dǎo)線(10)連接，封接區(qū)的單邊長度不大于石英氣泡(4)的外徑的3.6倍，所述燈管(1)內(nèi)的氙氣氣壓為380-760托，所述石英氣泡(4)內(nèi)充600-615托空氣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的短程鉬箔封接脈沖氙燈，其特征在于所述的引線接頭(6)的細(xì)段(63)較短，該細(xì)段(63)的圓柱的側(cè)面包覆一鎳片(9)，其末端呈尖頂?shù)膱A錐形狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的短程鉬箔封接脈沖氙燈，其特征在于所述的引線接頭(6)細(xì)段(63)插入所述的外接導(dǎo)線(10)內(nèi)并采用全面積錫焊連接，在該連接處的外周套一塑料套(8)，在該塑料套(8)和外接導(dǎo)線(10)之間灌滿環(huán)氧樹脂(7)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的短程鉬箔封接脈沖氙燈，其特征在于所述的電極(2)為鈰鎢電極。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的短程鉬箔封接脈沖氙燈，其特征在于所述的燈管(1)為石英燈管，或摻鈰石英燈管。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的短程鉬箔封接脈沖氙燈，其特征在于所述的石英氣泡(4)由純石英管熔燒而成。
專利摘要一種短程鉬箔封接脈沖氙燈，其結(jié)構(gòu)是在一充有氙氣的燈管的兩端內(nèi)各熔封一鉬箔圓筒，該鉬箔圓筒的內(nèi)端點(diǎn)焊接一電極，中段嵌入充氣的石英氣泡，外端點(diǎn)焊接一引線接頭，其特征在于所述的引線接頭為一具有三段不同直徑的實(shí)心圓柱體，其粗段點(diǎn)焊接在所述鉬箔圓筒內(nèi)，中段較長，熔封在所述燈管內(nèi)，其細(xì)段用于與外接導(dǎo)線連接，封接區(qū)的單邊長度不大于石英氣泡的外徑的3.6倍，所述燈管內(nèi)的氙氣氣壓為380－760托，所述石英氣泡內(nèi)充600－615托空氣。所述的引線接頭的細(xì)段較短，該細(xì)段的圓柱的側(cè)面包覆一鎳片，其末端呈尖頂?shù)膱A錐形狀。本實(shí)用新型脈沖氙燈不僅封接區(qū)短，燈內(nèi)氣壓高，密封性能好，而且要有理想的架燈部位，能可靠引出外導(dǎo)線。
文檔編號(hào)H01J61/06GK2762344SQ200420114219
公開日2006年3月1日 申請(qǐng)日期2004年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月15日
發(fā)明者蔣寶財(cái), 林琤, 俞建華, 趙金娣, 毛伊榮, 孫國梅 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所