[发明专利]一种基于电子回旋共振放电的微波硫灯

说明书

技术领域

本发明涉及等离子体照明领域，尤其涉及微波硫灯中的点火及发光效率改进。 

背景技术

微波硫灯是一种高效节能的绿色无电极光源。微波硫灯具有如下的优点：（1）无电极污染（汞污染）；（2）光效高（灯泡光效可达90lm/w以上）；（3）长寿命（>60000小时）；（4）显色性好（Tc=5500K—6500K，Ra>80）；（5）良好的光维持率（燃点10000小时候光衰小于3%）；（6）光谱连续，低紫外和红外辐射，人体舒适度高等。

微波硫灯是利用硫蒸汽的分子辐射产生连续可见光。首先微波能量击穿泡壳内填充的氩气使之放电，这一过程我们称之为点火。氩气放电产生的热量和微波能同时使固态硫粉蒸发。随着温度的升高蒸汽中除S₈分子外，还含有S₆、S₄和S₂等分子，且温度越高S₂分子越多，当温度高于2500℃时为硫原子。但是硫泡内的温度只有1000℃左右，所以蒸汽中主要以硫的二聚物分子（S₂）的形式存在。在微波硫灯工作时，硫的二聚物分子（S₂）由                                                跃迁辐射形成硫灯的光谱。当分子内电子发生跃迁时，电子能级发生改变的同时，分子的震动能级和转动能级也会改变。由于S₂分子的激发态有10个振动能级，基态有33个能级，而S₂分子的跃迁的振动能级之间是没有选择的，所以的跃迁可以形成多条振动谱级，这就使得硫灯的光谱成为连续谱。

目前，在微波硫灯的点火过程中，氩气的放电机制主要是微波放电，该放电方式启动过程不稳定，放电速度慢，导致微波硫灯的点火时间长达2分钟。因为微波放电采用的振荡电磁场导致灯泡内的等离子体呈现随机加热，另外，等离子体密度较大，离子的平均自由程短，进一步抑制了随机加热。

我们知道，当有磁场存在时，电子会在洛仑兹力的作用下作环绕磁力线的回旋运动。电子回旋运动的频率表示为

             （1）

这里，B=0.0875T的时候，回旋频率为2.45GHz。如果从外部施加同一频率的振荡电场，则作回旋运动的电子会受到同相位电场的作用而被“直流式”地持续加速。这样一来，当电场角频率 与电子回旋角频率 一致时，就会发生电子的共振加速，电子由此获得较高的动能，所以这种现象称为电子回旋共振。利用这个原理产生的放电，称为电子回旋共振放电。由于共振吸收了微波能量的高速电子频繁地引起中性粒子电离，所以即使在低气压下也可以获得高密度、高电离度的等离子体。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有微波硫灯启动时间过慢、启动过程不稳定的不足，提供了一种基于电子回旋共振放电的微波硫灯。

本发明的技术方案是：

一种基于电子回旋共振放电的微波硫灯，包括产生磁场的磁体、微波源、金属谐振腔、金属波导和灯泡；磁体提供特定磁场分布，使得微波硫灯在点火及发光过程中灯泡内的等离子体满足电子回旋共振条件。

所述的微波硫灯，所述磁体为一个或多个。

所述的微波硫灯，所述磁体为空心圆柱。

所述的微波硫灯，所述磁体材料为smco28，其内半径要与金属谐振腔的外半径一致。

所述的微波硫灯，所述磁体的外半径为40mm,高度为20mm。

所述的微波硫灯，所述磁体放置在微波硫灯的金属谐振腔底部或者其他任意位置。

所述的微波硫灯，所述磁体与金属波导和金属谐振腔之间填充隔热物质或在磁体顶部放入隔热板。

所述的微波硫灯，在所述灯泡中心位置，轴向磁场强度等于875Gs。

所述的微波硫灯，所述微波源为2.45GHz的磁控管。

所述的微波硫灯，其磁场分布可以根据工作频率进行调整，以确定在灯泡中心位置产生适当的共振磁场；共振磁场在灯泡内可以有一个或者多个，以提供一个或者多个点火点。共振磁场的位置应满足灯内等离子体中的电子回旋共振条件。