平板等离子体紫外光源紫外光辐射效率研究

　　制作了一个平板等离子体紫外光源:以透明导电膜(ITO)玻璃作为前极板;与玻璃牢固结合、厚度为50mm的铝箔作为后极板，直接制备于铝箔上、厚度为20mm的多孔氧化铝作为介质。介绍了平板紫外光源的结构与实验过程，研究并讨论了放电气体组成和放电气体压强对平板等离子体紫外光源紫外光辐射效率的影响。通过结构调整与参数优化，平板等离子体紫外光源的紫外光辐射效率显著提高。实验结果显示:基于表面为多孔氧化铝的铝箔和ITO玻璃可以设计出平板等离子体紫外光源;在一个尺寸为130mm×90mm、气体间隙0.71mm、前板玻璃厚为218mm的平板等离子体紫外光源中，当以1%(体积比)氮气和99%氩气的混合气体作为放电气体、放电气体压强250×133Pa时，紫外光源辐射效率可达5%左右，最大辐射功率为230mW。

　　等离子体光源，即气体放电光源是低温等离子体的重要应用之一。等离子体光源是当今最主要的光源，等离子体中的激发态粒子退激时可以产生效率较高的紫外和真空紫外辐射。紫外光源是等离子体光源的一种，在日常生活和医疗等领域应用广泛。从点到线、到面是光源发展的趋势，通常等离子体紫外光源以点光源或线光源最常见，面光源型的平板等离子体紫外光源很少被设计和提及。

　　在本文中，采用ITO作为前极板、与玻璃牢固结合的铝箔作为后极板、多孔氧化铝作为介质，设计了一种平板等离子体紫外光源。通过实验方法研究并讨论了放电气体组成和气体压强等对平板等离子体紫外光源紫外光辐射效率的影响。实验发现，在结构优化的平板等离子体紫外光源中，当放电气体为1%氮气(体积比)和99%氩气混合气体、气体压强约为250×133Pa时，一个尺寸为130×90mm的平板等离子体紫外光源的最大辐射效率约为5%、最大辐射功率约为230mW。

1、实验

　　图1给出了平板等离子体紫外光源的结构示意图，光源由前极板、后极板、介质层和放电气体间隙组成。其中前极板采用厚度为218mm的透明导电膜(ITO)玻璃;后极板采用与玻璃牢固粘接、厚度约为50mm的铝箔;通过阳极氧化方法(如图2所示)在铝箔表面制作一层约20mm厚的多孔氧化铝(如图3所示)充当介质层。气体间隙为0.71mm，光源尺寸为130mm×90mm。光源应用常规方法进行密封，以脉冲方波直流进行驱动(频率为20kHz，脉冲宽度为2ms)。放电气体采用氮气和氩气的混合气体。

图1 平板等离子体紫外光源的结构示意图

图2 阳极氧化装置图

图3 多孔氧化铝扫描电子显微镜图

　　平板等离子体平板光源如图4所示，电压电流信息由示波器采集并通过数据采集卡采集到电脑，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)进行测量，通过过滤器(SRG-610)将紫外光源辐射分为波长在200~610nm和610nm以上两部分。运用功率计测量光源的紫外光辐射功率密度乘以光源面积得到紫外光辐射功率，再除以光源功率即得平板等离子体紫外光源的紫外光辐射效率。改变气体成分(氮气含量从1%变化到20%)和气体压强(从100×133Pa变化到400×133Pa)，研究气体组成和气体压强对平板等离子体紫外光辐射效率的影响。

3、结论

　　采用ITO玻璃、与玻璃牢固结合的铝箔和铝箔表面通过电化学方法制备的多孔氧化铝，制成了平板等离子体紫外光源。对光源气体组成和气体压强进了优化。实验结果表明:采用优化尺寸的平板等离子体紫外光源，当放电气体为1%氮气+99%氩气、气压为250×133Pa时，尺寸为130mm×90mm、前板玻璃厚度为218mm、放电气体间隙为0171mm的平板等离子体紫外光源的辐射效率相对最高。最大辐射效率约为5%，最大辐射功率约为230mW。