平板等离子体紫外灯研究

　　在本文中，运用ITO 玻璃和多孔氧化铝设计了一种平板等离子体紫外灯，最大辐射功率为230 mW。通过实验方法，研究并讨论了放电气体压强和放电气体组成对平板等离子体紫外灯紫外光辐射效率的影响。通过优化，平板等离子体灯的紫外灯紫外光辐强密度显著提高。实验结果显示：在3.3×10⁴ Pa、气体间隙0.71 mm、前板玻璃厚为2.8 mm 的平板等离子体紫外灯中，运用1 vol% 氮气和99 vol% 氩气混合气体作为放电气体时，紫外灯辐射功率密度最高可达到18 mW/m²。

　　介质阻挡放电，又称无声放电，可以在较高气压下产生均匀大面积低温等离子体。除了常见的工业生产臭氧以外，在很多领域都有广泛应用。通过介质阻挡放电，可以产生效率较高的紫外和真空紫外辐射，等离子体显示就是其中重要应用之一。紫外灯也是其中一种重要应用，在医疗领域有广泛应用。通常紫外灯都是点光源或线光源，平板等离子体紫外灯很少被设计和提及。

　　在本文中，我们将设计一种平板紫外灯，紫外灯采用ITO 作为透明电极、多孔氧化铝作为介质。研究了放电气体组成和气体压强对平板等离子体平板灯紫外光辐射功率密度的影响。实验发现，通过这种设计制作的平板紫外灯，采用氩气和氮气混合气体作为放电气体，当氮气含量提高时，辐射功率下降。当氮气含量小于1 vol%、气压约为3.3×10⁴ Pa 时，最大辐射功率密度约为18 mW/m²、辐射功率约为230 mW。

1、实验

　　图1 给出了平板等离子体紫外灯的结构：前板玻璃、后板玻璃、介质层和放电气体间隙。前板玻璃采用约2.8 mm的ITO 玻璃构成;后板电极采用铝箔与玻璃粘接技术制作，在铝箔表面通过阳极氧化方法制作一层约20 μm 厚的介质层(多孔氧化铝，如图2所示)。气体间隙0.71 mm，紫外灯采用常规方法进行密封，工作时以脉冲方波直流驱动(频率为40 kHz，脉冲宽度为2 μs)。

　　放电气体采用氮气和氩气混合，其中氮气含量从1 vol%变化到20 vol%。灯具及测试系统如图3 所示，电压电流采集到电脑，运用电压电流积分法进行光源功率计算。紫外光辐射功率密度通过功率计(2832-C 双通道功率计) 进行测试，并通过过滤器(SRG-610)将紫外灯发出的光分为200 nm~610 nm和610 nm 以上波长两部分。改变气体成分和气压，研究氮气含量和气压对平板等离子体紫外灯功率密度的影响。

图1 平板等离子体紫外灯的结构示意图

图2 多孔氧化铝扫描电子显微镜图

图3 平板等离子体紫外灯测试系统图

结论

　　运用ITO 玻璃和电化学方法在铝表面产生的多孔氧化铝制成了平板等离子体紫外灯。通过设计优化发现，当放电气体为1 vol%氮气+99vol%氩气、气压为3.3×10⁴ Pa 时，平板等离子体紫外灯的辐射功率密度相对最高，最高辐射功率密度为18 mW/m²，最大辐射功率约为230 mW。