طول عمر لامپ لیزر

طول عمرلامپ یک موضوع پیچیده است. این موضوع به کاربرد لامپ و محیطی که استفاده می شود بستگی دارد. همچنین لامپ های پالسی و لامپ‌های جرقه‌ای پیوسته، معمولا تحت شرایط استاندارد مورد استفاده قرار نمی‌گیرند، بنابراین سازندگان نمی‌توانند زمان مشخصی برای طول عمر لامپ در نظر بگیرند. در عوض، طول عمر لامپ پالسی برحسب تعداد کل شات ها اندازه گیری می‌شود یا تعداد فلش‌های بدست آمده در نقاطی که نور خروجی مفید به شدت دلخواه کاهش می‌یابد. برطبق آنچه گفته شد، طول عمر لامپ‌های جرقه‌ای پیوسته برحسب تعداد کل ساعت‌های کارکرد اندازه گیری شده است به طوری که میزان شات نمی‌تواند به طور واضح محاسبه شود.

تعریف “پایان عمر” از مصرف کننده به مصرف کننده تغییر خواهد کرد. برای مثال، یک لامپ جرقه ای پیوسته را در نظر بگیرید که در سیستمی کار می کند که بیشترین توان خروجی لیزر مورد نیاز است. اگر مقدار بیشتری در توان ورودی لامپ قابل دسترس نباشد و توان خروجی لیزر مورد نیاز برای کاربرد مورد نظر دیگر بدست نیاید، ممکن است نیاز باشد که لامپ بعد از چهارصد ساعت تعویض شود. اما لامپ یکسانی می تواند در سیستمی به کار رود که کاربرد آن نیازمند پارامترهای متفاوت باشد و طول عمر نهایی لامپ می تواند کاملا متفاوت باشد.

جنبه های طراحی برای مخزن پمپ مانند درجه ی کوپلینگ، آهنگ جریان خنک ساز، سرعت های خنک ساز و غیره ممکن است بین سیستم ها تغییر کند که می تواند لامپ را قادر سازد تا برای دوره‌ی طولانی‌تری عملکرد رضایت بخشی داشته باشد.

مکانیسم های از کار افتادن

به طور کلی، چهار علت مهم برای از کار افتادن لامپ وجود دارد:

• از بین رفتن الکترود که منجر به فرسایش مواد به دیواره داخلی پوشش می شود و منجر به کاهش توان خروجی نور از پلاسما می‌شود.
• ناخالصی های گاز که منجر به روشن نشدن به موقع، از کار افتادن احتراق یا مشکل در گرم شدن می‌شود.
• شیشه ترک خورده به فیتینگ فلز.
• انفجار منجر به فرسایش، از بین بردن حالت شیشه‌ای و ترک خوردگی پوشش کوارتز می‌شود.

از بین رفتن الکترود

از بین رفتن الکترود در لامپ های پالسی غالبا در کاتد اتفاق می‌افتد به ویژه تحت شرایطی که جابجایی بار بر پالس بالا است. در این موقعیت، بالای کاتد در معرض فشارهای گرمایی شدید قرار می‌گیرد. تاثیر این چرخه گرمایی ثابت منجربه شکستگی سطح کاتد می‌شود و نهایتا ذرات فلزی بزرگ از کاتد جدا خواهد شد و به بیرون می ریزد. از بین رفتن به این شکل منجر به کاهش توان خروجی نور و از بین رفتن پوشش کوارتز می شود. اکثریت لامپ های پالسی مدرن و لامپ های جرقه‌ای پیوسته حاوی کاتدهای هستند که با ترکیبات باریم بیس آغشته شده‌اند و طوری طراحی شده‌اند که تابش موثر الکترون‌ها را در حین کار کرد لامپ افزایش دهند. به دلیل طبیعت قلیایی این ترکیبات، با این وجود، یک واکنش شیمیایی با شیشه کوارتز در قسمت جرقه در دمای بالا اتفاق می افتد. از بین بردن حالت شیشه ای کوارتز و ترک ها در سطح داخلی لامپ رخ خواهد داد و سرانجام منجر به شکستن پوشش کوارتز می‌شود. لامپ‌های ما به طور ویژه توسعه یافته‌اند که تاثیرات جابجایی بار بالا را در شرایط کار کاهش دهند. در یک طراحی خوب کاواک و لامپ پالسی، از بین رفتن آند به ندرت مشکل ساز است. طراحی مناسب به خنک کنندگی کافی کمک می‌کند و این امکان فراهم می‌شود که پارامترهای موثر، پیک اضافی یا توان های میانگین به آند وارد نکند.

در لامپ های جرقه‌ای پیوسته، با این وجود، توان ایجاد شده در آند به طور قابل ملاحظه ای بیشتر از لامپ های پالسی است. این بدان معنا است که دمای بسیار بالاتری ایجاد شده است و بنابراین پراکنده شدن یا فرایند تبخیر از آند تسریع شده است. فشار بالای گاز پر شده مرتبط با این نوع لامپ ها نقش بازدارنده ای در ایجاد رسوب و محدود کردن آنها به بخشی در نزدیکی الکترود دارد. از بین رفتن کاتد تا حدودی توسط سازنده از طریق انتخاب دقیق مواد خام و تکنیک‌های تولید، کنترل می‌شود.

زمانی که یک سیستم جدید طراحی می‌شود، مهندسان طراح باید با تولید کنندگان لامپ در مرحله اول مشورت کنند تا مطمئن شوند که لامپ برای سیستم و کاربرد آن، بهینه سازی شده است.

از بین رفتن کاتد در لامپ های جرقه ای پیوسته در یک آهنگ بسیار پایین در صدها ساعت اتفاق می‌افتد. برای گارانتی کردن 1 افزایش یابد – این موضوع، چرخه ی گرمایی بالای کاتد باید در یک مینیمم مطلق نگه داشته شود، نوسانات جریان نباید % 2 و لامپ باید تا جایی که ممکن است به ندرت دوباره روشن شود. ما کاتدها را بخصوص در این شیوه عملکرد، توسعه داده ایم.

ناخالصی گاز پرشده

نسبت داده می شود. این فرایند زمانی )SiO ناخالصی های گاز در لامپ های پالسی معمولا به اکسیژن آزاد شده از پوشش کوارتز) اتفاق می افتد که پیک بالای جریان های تخلیه شده از میان لامپ به طور افزاینده منجر به افزایش دمای لحظه ای در سطح به سیلیکون و اکسیژن می شود. خاصیت الکترونگاتیوی اکسیژن از SiO داخلی دیواره های پوشش می شود. این منجر به کاهش 2 شارش الکترون جلوگیری می کند و به طور موثر، ولتاژ فرو افت لامپ را افزایش می دهد. این عامل می تواند روی احتراق و آغاز قابل اطمینان لامپ تاثیر بگذارد. از بین رفتن حالت شیشه ای و افزایش آهنگ توان میانگین لامپ همچنین منجربه تولید اکسیژن از پوشش کوارتز می شود، همانند هر فرایندی که منجربه افزایش حرارت شیشه کوارتز می شود. آهنگ لامپ پیشنهاد شده توسط سازنده باید در تمام زمان ها جواب دهد تا عملکرد قابل اطمینانی داشته باشد.

از بین رفتن شیشه به فیتینگ فلز

از بین رفتن فیتینگ به ندرت اتفاق می افتد. این معمولا در اثر اشتباهات در تولید یا نصب ضعیف اتفاق می افتد. نصب لامپ باید دارای درجه ای از انعطاف پذیری باشد که لامپ را قادر سازد در اثر جابجایی حرارتی منبسط یا منقبض شود و همچنین نوسان را جذب کند. امواج آکوستیک شدید در لامپ های پالسی در طی تخلیه جریان تولید می شوند. در انبساط سریع ،کانال پلاسما گاز خارج از بخش جرقه را به فضای مرده فیتینگ می فرستد. اگر لامپ انعطاف ناپذیر نصب شده باشد ممکن است فیتینگ لامپ ترک بردارد. دمای فیتینگ برای زمان انبساط نباید بیش از 222 درجه سلسیوس افزایش یابد در غیر این صورت تنگستن سیم اکسید خواهد شد و نهایتأ منجر به از بین رفتن فیتینگ می شود. شیشه به فلز فیتینگ تا دمای 220 درجه سلسیوس مقاومت خواهد کرد اما فقط برای دوره های زمانی محدود.

طول عمر پوشش

از بین رفتن پوشش کوارتز یک موضوع پیچیده است همان طوری که قبلا ذکر شده، می تواند با پخش شدن رسوبات الکترود ها و برهم کنش آن ها با پلاسمای داغ تحت تاثیر قرار گیرد. با این وجود، مکانیسم های مرتبط با فشار و حرارت، مستقل از فرسایش های الکترود وجود دارد که در طول عمر پوشش تأثیر دارد. در لامپ های پالسی، بعد از هر تخلیه بار، در دیواره پوشش فشار و تنش افزایش می یابد. این دمای لحظه ای بالا منجربه افزایش متوالی تبخیر، از بین رفتن حالت شیشه ای و چرخه حرارتی است که منجر به شکست و از بین رفتن پوشش می شود. در پالس های پر انرژی، فشار داخلی موج می تواند به اندازه کافی قوی باشد تا به توان مکانیکی پوشش غلبه کند و شکست لامپ پالسی اتفاق می افتد.

محاسبه ی طول عمر

برای لامپ هایی که باتوان پالسی کار می کنند، روش ترجیحی برای تعیین طول عمر یک لامپ پالسی، نمایش انرژی پالس (E2) برحسب انرژی انفجار (Ex) در یک بازه زمانی معین است. توجه کنید که انرژی انفجار، انرژی مورد نیاز برای شکستن پوشش دریک تک شات است. این مقدار می تواند از فرمول زیر محاسبه شود:

ثابت انرژی انفجار است (Wx) و در همه جداول مرجع لامپ ها و برگه های اطلاعات آن ها قابل یافتن است. در یک شبکه تشکیل پالس، t ثابت زمانی مدار در ثانیه است.

t=LC

C ظرفیت در فاراد و L اندوکتانس در هانری است.

زمانی که E2 مشخص است و Ex برای دوره پالسی مشخص، محاسبه شده است طول عمر با دقت قابل ملاحظه ای با استفاده از

فرمول زیر قابل پیش بینی است :

به دلیل تایش گیر افتاده، ممکن است کاهش حد مجاز ضروری باشد زمانی که لامپ ها در شرایط کوپلینگ اپتیکی فشرده مانند کاواک های لیزری مورد استفاده قرار گیرند. به طور متداول 12 32% کاهش مورد نیاز است. در سیستم هایی که به درستی طراحی شده اند طول عمر بیشتر از 128 پالس تحت شرایط بارگیری پایین، قابل دستیابی است. زمانی که جریان در حدود 0522 Acm-2 افزایش می یابد، فرسایش دیواره ها مهم می شود. محاسبه ی دقیق این اثر ممکن نیست چون اغلب با جزییات سیستم آغازگر تحت تاثیر قرار می گیرد.

آگاهی از فاکتور های محدود کننده طول عمر بالقوه، بر روی فواید تکنیکی و اقتصادی تهیه لامپ از تولید کننده با تجربه تأکید دارد. هدف ما بهینه سازی کارآیی لامپ ها است و همچنین از بین بردن و کاهش این اثرات تعیین کننده مرتبط با بخش های مختلف سازنده ی لامپ و کاربردهای آن ها است.