紫外灯的使用

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紫外光灯的使用

 

紫外光是波长范围在40nm-400nm的电磁波，其中400-300nm为近紫外光，300-200nm为中紫外光，200-100nm为远紫外光。

紫外灯源： 最重要的是弧光灯，其中又以水银弧光灯为主。当电流通过一个内部充满惰性气体和金属蒸气的玻璃封管时，就会产生弧光。水银弧光灯为最常用的紫外光源。按照水银蒸气的压力不同，分为低压、中压、高压水银灯三种。其中低压灯发射的是线状光谱，中压灯发射的是带状光谱，而高压灯几乎是连续光源，发射从红外到紫外的光谱。水银压力越高，发光效率越高。

  低压水银灯：一般由石英灯管、电极和为了帮助金属离子化所需的填充气体（氖-氩）构成。使用温度为室温，水银蒸气的压力约为10^-3 mmHg。所发出的波长为254nm和180nm。

按电极可分为冷阴极和热阴极两种。一般所用的日光灯就是低压水银灯，其波长由玻璃管上的荧光粉决定。影印机光源也是加有荧光粉的低压水银灯。

  中压水银灯：正常使用中，其蒸气压力约在一个大气压。UV固化油墨和涂料在干燥过程中用到最主要的就是这种光源。其石英管可容许180nm-红外线波长的光透过，并能承受激烈的温度梯度变化，从管内放电约6000℃到管壁800℃、电极的300℃。在1700℃时石英管仍保持透明状态，但在水银灯正常工作状态下，管壁温度超过1000℃时会逐渐造成表面灰白现象，而影响透光性。特别是在极管外表面受到污染时（如手指印）更明显，因此需格外注意保持清洁。当灯管附近的空气受到210nm波长的光照射时，会产生臭氧，而臭氧会吸收波长大于240nm的光，从而影响树脂的硬化速率。幸好臭氧的寿命短（仅几分钟），如在抽风环境较好的情况下即可避免周围受到污染。无臭氧的中压水银灯是在内部加入适当的添加剂，滤除能让臭氧产生的波长的光，但会损失少量的光强。中压水银灯的输入功率为80W/cm，寿命约为1000小时。在350-400nm会有4-5W/cm的输出能量，这个能量可以通过提高输入能量来增加。但会因为电极的烧毁率的增加而缩短灯的寿命。中压水银灯可以通过加入金属离子来改变发光波域。如碘化镁的加入可以使水银灯在385nm波长的光强增加5倍，加入碘化镓可增加380nm-420nm波长光的强度。选择金属元素是需要考虑除了波长域的影响外，还要考虑产生的蒸气压，通常金属卤化物比纯金属有更高的蒸气压，特别是碘化物。因此，加有金属卤化物的中压水银灯常用于印刷制版、网版制作、光阻剂感光等领域。

  高压水银灯：工作时蒸气压可达100大气压。在需要点光源的领域（多层PCB等）就用到高压水银灯。由于高精密PCB需要更高的解像度，因此需要高平行光曝光机，其中就用到能产生高平行聚光的高压水银灯。利用光学镜片容易达到上述结果。

  闪光灯：常用于照相领域。能在瞬间发出很强的光，为间歇式而非连续式。用在影印机也很多。通过将填充有惰性气体的石英管中的电容放电来发光。对表面加热和硬化有很好的效果。

  无电极灯：特点为不通过电极而用微波来激发石英管中的水银或惰性气体来达到发光效果。由美国一家公司开发成功。其与普通水银灯的使用区别在于：可在低温或300W/in下工作3000小时，而水银灯在高温或200W/in下仅可工作1000-2000小时；没有电极因此寿命更长；在200nm-400nm的UV输入效率达到40%，而水银灯仅17%；水银灯须在300℃下工作，低压水银灯还必须在灯源冷却后才能再开灯，而无电极灯则都没此要求。