低(dī)壓汞燈(dēng)即低(dī)气壓汞蒸气放(fàng)電(diàn)燈(dēng)，是(shì)由(yóu)汞蒸气受高能(néng)電(diàn)子碰撞電(diàn)子激發(fà)而(ér)發(fà)出(chū)以(yǐ)254 nm和(hé)185 nm为(wèi)主的(de)的(de)紫外(wài)共(gòng)振輻射。它(tā)的(de)輻射原理是(shì)：对(duì)不(bù)同(tóng)管(guǎn)徑的(de)燈(dēng)，在(zài)最佳汞蒸气壓下(xià)（外(wài)徑38 mm的(de)T12燈(dēng)为(wèi)0.8 Pa，外(wài)徑7 mm的(de)T2燈(dēng)为(wèi)1.6 Pa），汞蒸气在(zài)電(diàn)场(chǎng)中放(fàng)電(diàn)，汞原子的(de)最外(wài)层(céng)電(diàn)子從基态被(bèi)激發(fà)到(dào)激發(fà)态，當其(qí)由(yóu)激發(fà)态返回(huí)到(dào)基态时(shí)輻射出(chū)254，185 nm紫外(wài)光子。
低(dī)壓汞燈(dēng)的(de)光谱分(fēn)布(bù)近(jìn)似为(wèi)線(xiàn)光谱。石(dàn)英玻殼(ké)对(duì)254 nm透射率可(kě)高达(dá)90%以(yǐ)上(shàng)，而(ér)普通(tòng)玻璃不(bù)透射254 nm紫外(wài)光。随電(diàn)流密度(dù)的(de)不(bù)同(tóng)，低(dī)壓汞燈(dēng)的(de)254 nm紫外(wài)輻射效率可(kě)达(dá)35%~60%，185 nm輻射效率可(kě)达(dá)5%~15%，是(shì)目前(qián)輻射效率最高的(de)气體(tǐ)放(fàng)電(diàn)光源。
185 nm真(zhēn)空(kōng)紫外(wài)輻射在(zài)空(kōng)气中的(de)传輸距離很短，在(zài)毫(háo)米(mǐ)量(liàng)级的(de)距離内即被(bèi)氧分(fēn)子吸收(shōu)，氧分(fēn)子分(fēn)解(jiě)成氧原子並(bìng)進(jìn)一步反(fǎn)應(yìng)生成臭氧。所以(yǐ)185 nm輻射是(shì)很好(hǎo)的(de)臭氧激發(fà)源，其(qí)優點(diǎn)是(shì)既能(néng)高效産生臭氧，又不(bù)会(huì)生成氮氧化合物(wù)等其(qí)他(tā)有(yǒu)害气體(tǐ)。另(lìng)外(wài)，185 nm光子的(de)高能(néng)量(liàng)，能(néng)夠打(dǎ)開(kāi)大(dà)部(bù)分(fēn)有(yǒu)機(jī)物(wù)的(de)化學(xué)鍵，可(kě)以(yǐ)應(yìng)用(yòng)在(zài)半導體(tǐ)和(hé)平闆顯示器生産線(xiàn)的(de)光清洗工藝中，作(zuò)为(wèi)氙準分(fēn)子燈(dēng)的(de)低(dī)成本(běn)替代(dài)方(fāng)案(àn)。低(dī)壓汞燈(dēng)的(de)典型發(fà)射光谱如(rú)图(tú)1所示。
目前(qián)，殺菌用(yòng)低(dī)壓汞燈(dēng)要(yào)求不(bù)産生臭氧，石(dàn)英管(guǎn)中通(tòng)常都摻入(rù)少(shǎo)量(liàng)TiO2，以(yǐ)吸收(shōu)185 nm的(de)紫外(wài)輻射，只(zhī)輻射254 nm的(de)紫外(wài)輻射，俗稱無臭氧紫外(wài)輻射源。
低(dī)壓汞燈(dēng)的(de)紫外(wài)輻射效率很高，當放(fàng)電(diàn)条(tiáo)件(jiàn)为(wèi)饱和(hé)汞蒸气壓0.9 Pa、放(fàng)電(diàn)管(guǎn)直(zhí)徑26 mm（T8）、冷(lěng)端温度(dù)42℃时(shí)，紫外(wài)輻射达(dá)到(dào)最大(dà)。在(zài)該条(tiáo)件(jiàn)下(xià)，如(rú)果(guǒ)采用(yòng)氩气作(zuò)为(wèi)缓沖气體(tǐ)，放(fàng)電(diàn)電(diàn)流電(diàn)流密度(dù)控制在(zài)0.03~0.13 A/cm2，那(nà)麼(me)254 nm處(chù)的(de)輻射效率高达(dá)60%。不(bù)过(guò)，这(zhè)種(zhǒng)最佳的(de)放(fàng)電(diàn)条(tiáo)件(jiàn)只(zhī)能(néng)維持比較低(dī)的(de)輸入(rù)功率密度(dù)（＜0.5 W/cm），对(duì)應(yìng)的(de)254 nm輻射功率密度(dù)僅为(wèi)0.2~0.3 W/cm。如(rú)果(guǒ)采用(yòng)铋铟汞合金代(dài)替純汞，再輔以(yǐ)合适的(de)放(fàng)電(diàn)管(guǎn)徑，放(fàng)電(diàn)的(de)功率密度(dù)可(kě)以(yǐ)提(tí)高到(dào)2 W/cm。
最近(jìn)幾(jǐ)年(nián)我(wǒ)们(men)利用(yòng)恒温箱(xiāng)和(hé)自(zì)行設計(jì)的(de)體(tǐ)積2.5 m3的(de)大(dà)型真(zhēn)空(kōng)室作(zuò)为(wèi)點(diǎn)燈(dēng)环(huán)境，测量(liàng)了T6大(dà)功率低(dī)壓汞燈(dēng)正(zhèng)柱(zhù)的(de)254，185 nm輻射效率随燈(dēng)的(de)稀有(yǒu)气體(tǐ)气體(tǐ)種(zhǒng)類(lèi)、气壓、冷(lěng)端温度(dù)和(hé)放(fàng)電(diàn)電(diàn)流的(de)变化，獲得了最佳放(fàng)電(diàn)条(tiáo)件(jiàn)。图(tú)2和(hé)图(tú)3为(wèi)254，185 nm谱線(xiàn)的(de)輻射效率随冷(lěng)端温度(dù)的(de)变化。
結果(guǒ)表(biǎo)明(míng)，T6大(dà)功率低(dī)壓汞燈(dēng)正(zhèng)柱(zhù)的(de)254 nm輻射功率的(de)最大(dà)值对(duì)應(yìng)冷(lěng)端温度(dù)40~45℃，对(duì)應(yìng)汞蒸气壓0.86~1.24 Pa。在(zài)1.6 A電(diàn)流下(xià)，最大(dà)輻射功率可(kě)达(dá)60~80 W/m。不(bù)同(tóng)缓沖气體(tǐ)的(de)正(zhèng)柱(zhù)區(qū)254 nm輻射效率随冷(lěng)端温度(dù)变化規律基本(běn)一致(zhì)。T6低(dī)壓汞燈(dēng)輻射效率最大(dà)值对(duì)應(yìng)冷(lěng)端温度(dù)在(zài)45~48℃，对(duì)應(yìng)汞蒸气壓1.24~1.54 Pa。对(duì)填充Ne-Ar混合气體(tǐ)的(de)燈(dēng)，在(zài)气壓2 Torr、電(diàn)流1.6 A、冷(lěng)端温度(dù)45℃时(shí)，正(zhèng)柱(zhù)輸入(rù)功率＞160 W/m，254 nm輻射效率＞40%。
冷(lěng)端温度(dù)在(zài)70~75℃时(shí)185 nm輻射效率最高，且(qiě)最佳冷(lěng)端温度(dù)随着缓沖气體(tǐ)中的(de)Ne含量(liàng)上(shàng)升(shēng)而(ér)上(shàng)升(shēng)。充純Ne的(de)燈(dēng)在(zài)气壓2 Torr、冷(lěng)端温度(dù)75℃、電(diàn)流1.6 A时(shí)，燈(dēng)的(de)輸入(rù)功率为(wèi)117.7 W/m，185 nm的(de)輻射效率可(kě)达(dá)10.2%，而(ér)254 nm的(de)輻射效率为(wèi)22.4%。
对(duì)UVC-LED外(wài)延芯片(piàn)的(de)研發(fà)是(shì)國(guó)内外(wài)的(de)热(rè)點(diǎn)。日(rì)本(běn)信(xìn)息通(tòng)信(xìn)研究機(jī)構（NICT）采用(yòng)出(chū)光面(miàn)包(bāo)含光子晶體(tǐ)的(de)氮化鋁(lǚ)（AlN）基闆，開(kāi)發(fà)出(chū)波(bō)长(cháng)265 nm的(de)UVC-LED，實(shí)現(xiàn)了輸出(chū)功率密度(dù)90 mW/cm2的(de)連(lián)續發(fà)光，在(zài)電(diàn)流为(wèi)200 mA时(shí)外(wài)量(liàng)子效率为(wèi)6.3%。
鑒于(yú)UVC-LED輻射效率還(huán)不(bù)高，如(rú)要(yào)达(dá)到(dào)實(shí)用(yòng)化的(de)20%的(de)輻射效率，還(huán)有(yǒu)待實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破；加上(shàng)UVC-LED價格昂贵，目前(qián)只(zhī)能(néng)用(yòng)于(yú)小面(miàn)積的(de)殺菌。因(yīn)此(cǐ)，低(dī)壓汞燈(dēng)仍有(yǒu)廣闊的(de)應(yìng)用(yòng)前(qián)景，未来(lái)5~10年(nián)市(shì)场(chǎng)規模将繼續擴大(dà)。
