專利名稱：由鎵摻雜的石英玻璃制成的濾光器材料、濾光器部件以及借助uv輻射源進(jìn)行照射的方法
英玻璃制成的濾光器材料、濾光器部件以及借助UV輻射源進(jìn)行照射的方法本發(fā)明涉及一種由摻雜的石英玻璃制成的濾光器材料，該材料對(duì)于254nm波長的 UV工作輻射展現(xiàn)出了至少80% CHf1的光譜透射率并且在230至250nm波長范圍內(nèi)具有一個(gè)截止波長入。。此外，本發(fā)明涉及一種借助UV輻射源來照射一個(gè)表面、一種液體或一種氣體的方法，該輻射源發(fā)射出254nm左右波長的工作輻射并且穿過一種摻雜的石英玻璃的濾光器材料，該材料對(duì)于該工作輻射展現(xiàn)出了至少80% CnT1的光譜透射率并且在230nm至250nm的波長范圍內(nèi)具有一個(gè)截止波長入。。此外，本發(fā)明還涉及由該濾光器材料組成的一種光學(xué)部件。 現(xiàn)有技術(shù)純的石英玻璃對(duì)于直到并且進(jìn)入U(xiǎn)VC-VUV范圍中的波長范圍內(nèi)的UV輻射是透明的并且因此優(yōu)選地用作UV光源的燈材料。除了 UV工作輻射之外，此類燈通常發(fā)射出一部分更短波的紫外輻射，這導(dǎo)致形成臭氧并且可能對(duì)健康有害或者引發(fā)附近的部件老化，特別是由塑料制成的部件。使用UV輻射來對(duì)食品、表面并且特別是液體進(jìn)行滅菌的應(yīng)用提出了在此方面的一個(gè)另外的挑戰(zhàn)。在此使用了短波UV輻射，這促進(jìn)了由待滅菌的介質(zhì)中存在的硝酸鹽光解形成有毒的亞硝酸鹽。隨著波長(從約270nm開始)的減小，氮化物的形成近似線性地增大。對(duì)于水的滅菌，通常使用具有在254nm處的工作輻射的汞蒸氣燈，此類燈還展現(xiàn)了在 185nm左右的UVC-VUV波長范圍內(nèi)的一條發(fā)射線。低于真實(shí)的工作輻射的UV波長范圍特別有助于氮化物的形成。因此如果可能的話必須消除該發(fā)射光譜中不希望的UV輻射部分。可以通過以一種UV輻射吸收物質(zhì)對(duì)該石英玻璃進(jìn)行摻雜來創(chuàng)造對(duì)低于250nm的UV輻射具有阻帶的一種濾光作用。二氧化鈦?zhàn)鳛槭⒉Ａе械膿诫s劑產(chǎn)生了在約200nm處具有吸收最大值的一種吸收帶、已經(jīng)被證實(shí)是在此意義上的一種合適的物質(zhì)。在155wt. ppm的鈦含量下(并且被照射層的厚度為0. 5cm)，對(duì)于254nm的工作波長這種濾光器材料的內(nèi)部透射率是大約90%、 并且截止波長在235nm左右(如

圖1的曲線9所示)。該截止波長λ。對(duì)應(yīng)于阻帶與通帶之間的光譜純透射因子為最大值的一半時(shí)的波長。然而，Ti摻雜的石英玻璃的吸收顯著減小直到254nm的工作波長，這樣使得一方面需要高濃度的二氧化鈦用于實(shí)現(xiàn)在這個(gè)波長范圍內(nèi)的顯著吸收，并且另一方面出現(xiàn)了吸收限朝向更長波一側(cè)的明顯的變平(Abflachimg)，這種變平減小了該工作波長范圍內(nèi)的透射率。此外，高的摻雜劑濃度可能造成石英玻璃特性的不希望的改變；它可以特別地改變石英玻璃的粘度和熱膨脹系數(shù)、增大其結(jié)晶化趨勢(shì)并且減小對(duì)UV輻射的輻射耐受性，這尤其在用于UV燈的石英玻璃中是特別不利的。其原因在于UV輻射損傷導(dǎo)致了 UV透射的逐步降低(老化)并且因此導(dǎo)致了遞減的并且不可再現(xiàn)的UVC發(fā)射。
US 2003/0114292 Al披露了一種濾光器材料，該材料由一種具有50%至62%的 SiO2部分的多組分玻璃組成。對(duì)于其組成限定了以下范圍=SiO2 50-62 ；K2O 10-25 ；Na2O 0-14 ；Al2O3 0-2 ；B2O3 :3_5 ；ZnO 13. 5-37 ；F :0_1 ；TiO2 :0_7 ；In2O3 :0_2 ；Ga2O3 :0_2 ；SO3 0-1 ；SeO2 0-1 ；C :0-1。在其截止波長的基礎(chǔ)上對(duì)來自這個(gè)組成范圍的不同玻璃進(jìn)行了表征，其中324nm被指明是最短的波長。已知的濾光器材料在遠(yuǎn)UV的整個(gè)波長范圍內(nèi)是不透紫外輻射的并且因此不適合與來自這個(gè)波長范圍的UV工作輻射一起使用。技術(shù)目標(biāo)因此本發(fā)明的目的是提出一種由摻雜的石英玻璃制成的濾光器材料，該材料對(duì)于 254nm的工作輻射顯示出了盡可能大的透明性、并且在低的摻雜劑濃度下在低于約250nm 的波長范圍內(nèi)顯示了盡可能小的透明性。此外，本發(fā)明的目的是提出一種方法，該方法確保了通過254nm左右波長的UV輻射以盡可能恒定的UVC發(fā)射對(duì)一個(gè)表面、一種液體或一種氣體進(jìn)行有效照射，并且同時(shí)在此情況下臭氧的形成是盡可能低的。對(duì)于該濾光器材料，從上述類型的一種材料出發(fā)根據(jù)本發(fā)明以如下方式實(shí)現(xiàn)了這個(gè)目的通過摻雜一種鎵化合物確定了截止波長λ。的位置，該鎵化合物在低于250nm的波長范圍內(nèi)具有最大吸收帶。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，摻雜了氧化鎵的石英玻璃吸收UV輻射，該UV輻射在215nm左右的波長處顯示了一個(gè)相對(duì)或絕對(duì)的最大值。因此，與在摻雜有二氧化鈦的已知石英玻璃中相比，這個(gè)吸收最大值更接近254nm的工作波長。因此，與摻雜有二氧化鈦的石英玻璃相比，一種摻雜有氧化鎵的石英玻璃的透射率曲線顯示了朝向更長波一側(cè)的、吸收帶的更陡的側(cè)面，所以在250nm左右波長處的吸收是較低的并且在254nm的低壓汞蒸氣放電燈的工作波長處可以實(shí)現(xiàn)高的透明性。因此該鎵化合物限定了截止波長λ。的位置。這意味著，如果該石英玻璃沒有摻雜鎵化合物，則對(duì)于λ。而言將可能產(chǎn)生一個(gè)不同的波長。該截止波長是在230nm至250nm 的范圍內(nèi)、優(yōu)選是在235nm至245nm。關(guān)于截止波長的數(shù)據(jù)以0. 5cm的被照射材料層的厚度為參照。在相同的摻雜劑濃度下，在150nm至250nm的波長范圍的至少一部分內(nèi)，氧化鎵的 UV吸收高于二氧化鈦的。因此在一個(gè)較低的摻雜劑濃度下，在這個(gè)波長范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了高的吸收。根據(jù)本發(fā)明的濾光器材料正常地作為一個(gè)部件或者作為部件上的一個(gè)層而存在。 該部件是例如一個(gè)管、一個(gè)板、一個(gè)圓盤或透鏡。應(yīng)期望的是，還有其他在化學(xué)上與氧化鎵(Ga2O3)相似的鎵化合物、例如鎵的鹵化物或氮化鎵(GaN)具有以上解釋的UV吸收效果。然而優(yōu)選地，該鎵化合物是氧化鎵。氧化鎵是熱和化學(xué)穩(wěn)定的并且不傾向于在石英玻璃中形成氣泡。 在lwt. ppm至IOOOwt. ppm范圍內(nèi)、優(yōu)選在50wt. ppm至500wt. ppm范圍內(nèi)的鎵化合物濃度(基于未摻雜的石英玻璃的Ga濃度)被證實(shí)是特別合適的。
吸收取決于該鎵化合物的濃度以及該濾光器材料的被照射層的厚度。在一個(gè)小的層厚度下，例如在通過氣相沉積或?yàn)R射而施加的并且具有μm范圍內(nèi)的厚度的層的情況
4下，需要較高濃度的該鎵化合物來實(shí)現(xiàn)任何顯著的吸收，并且在大的層厚度下需要低的濃度。如果有待在215nm左右的波長范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)短波UV輻射的幾乎完全吸收，當(dāng)層厚度是在約0. 5mm至5mm范圍內(nèi)時(shí)(這對(duì)于燈應(yīng)用中的管狀或板狀部件是典型的)，則上述范圍內(nèi)的濃度是優(yōu)選的。在小于lwt. ppm的Ga濃度下，UV吸收將較低，尤其是在低于200nm的波長下；而在大于lOOOwt.ppm的Ga濃度下，在254nm工作波長的范圍內(nèi)可以注意到顯著的吸收。50wt. ppm至500wt. ppm的濃度范圍是一種特別適合的折衷，在此情況下不用任何另外的摻雜劑也可實(shí)現(xiàn)在150nm至約240nm波長范圍內(nèi)的幾乎恒定的高吸收。在此關(guān)注的是低的摻雜劑濃度，它們對(duì)于石英玻璃的化學(xué)和熱特性及其UV輻射耐受性僅具有輕微影響。另一方面，在約195nm的波長下，石英玻璃中的氧化鎵顯示了與相鄰波長范圍相比略微增大的透射率。為了將在這個(gè)波長范圍內(nèi)略微半透明的窗口也關(guān)閉，當(dāng)摻雜另外包括一種鈦化合物、優(yōu)選為處于二氧化鈦形式的一種鈦化合物時(shí)，被證明是有利的。二氧化鈦顯示了對(duì)于低于約215nm波長的UV輻射的特別高的吸收、但對(duì)于工作波長范圍內(nèi)的透明性也具有影響。由于氧化鎵的Co摻雜，較小量值的二氧化鈦?zhàn)阋匝a(bǔ)償氧化鎵在短波范圍內(nèi)相對(duì)的吸收最小值。因此，總體上，對(duì)于短波UV輻射的完全吸收，需要較低濃度的氧化鎵和二氧化鈦兩者，所以在工作波長范圍內(nèi)保持了高的透射率并且石英玻璃的其他特性也未由摻雜而受到顯著損傷。關(guān)于此，特別參考根據(jù)本發(fā)明的濾光器材料的一個(gè)實(shí)施方案，其中該鈦化合物的濃度(基于未摻雜的石英玻璃的TiO2濃度)是在1至50wt. ppm的范圍內(nèi)、并優(yōu)選小于20wt. ppm。為了將石英玻璃的化學(xué)和物理特性(如粘度、熱膨脹系數(shù)和化學(xué)耐受性)受摻雜的損傷最小化，將其濃度保持為盡可能的低。這通過在上述范圍內(nèi)的額外的二氧化鈦摻雜來協(xié)助。在此背景下，當(dāng)摻雜包括氧化鎵(Ga2O3)和氧化鈦(TiO2)、其中Ga Ti的摩爾比是在10至100的范圍內(nèi)時(shí)，這被證實(shí)是特別有用的。在此旨在進(jìn)行由氧化鎵和氧化鈦構(gòu)成的混合摻雜，其中氧化鎵的比例更高。氧化鎵的部分實(shí)質(zhì)性地貢獻(xiàn)了在150nm至約240nm波長范圍內(nèi)的吸收，并且氧化鈦的部分另外地減小了在195nm左右波長處的透射。在低的摻雜劑濃度下，這產(chǎn)出了在短波UV波長范圍內(nèi)具有幾乎恒定地高的吸收的一種石英玻璃。這種低的摻雜劑濃度對(duì)于濾光器材料的UV 輻射耐受性具有特別有利的影響。用于生產(chǎn)石英玻璃的天然存在的SiO2起始材料通常包含處于ppm范圍內(nèi)的某一比例的Ti02。當(dāng)使用這樣一種起始材料時(shí)，不經(jīng)氧化鈦的任何額外摻雜也可以實(shí)現(xiàn)由氧化鎵和氧化鈦組成的一種適當(dāng)?shù)幕旌蠐诫s。優(yōu)選地，該濾光器材料的石英玻璃是一種合成生產(chǎn)的石英玻璃。合成生產(chǎn)的石英玻璃以其在工作波長范圍內(nèi)的高透射率和高的UV輻射耐受性而著稱。除其他之外，這可能是由于缺氧缺陷的含量低，例如在電熔化的石英玻璃情況下的還原熔化條件下可能出現(xiàn)的。在此背景下，當(dāng)該濾光器材料的SiO2含量是按重量計(jì)至少99. 9%時(shí)，這被證實(shí)是有利的。
濾光器材料中的高的SiO2比例確保了對(duì)于UV工作輻射的高透明性以及特別高的 UV輻射耐受性，尤其是當(dāng)該石英玻璃是由合成生產(chǎn)的SiO2組成時(shí)。然而，合成生產(chǎn)的石英玻璃通常顯示出高的羥基含量，這減小了該石英玻璃的熱變形耐受性。為了減輕這個(gè)缺陷，根據(jù)本發(fā)明的濾光器材料的特征優(yōu)選地在于，該石英玻璃具有的羥基含量是小于IOwt. ppm、優(yōu)選小于lwt. ppm.根據(jù)本發(fā)明的濾光器材料減少了短波UV部分，由此避免了臭氧的形成。它特別適合用于UV放電燈的燈材料的制造，例如作為一個(gè)燈管或用于包圍燈管的覆蓋管。然而，它還適合作用透鏡材料，例如用于縮微平版印刷的暴露器件。對(duì)于該輻射方法，從上述類型的一種輻射方法出發(fā)根據(jù)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了上述目的， 其方式為使用了一種濾光器材料，在該材料中通過進(jìn)行包括一種鎵化合物的摻雜而確定了截止波長λ。的位置，該鎵化合物在低于250nm的波長范圍內(nèi)具有吸收帶的一個(gè)最大值。摻雜有氧化鎵的石英玻璃在215nm左右的一個(gè)波長處顯示了突出的且陡的吸收最大值，這幾乎不對(duì)在254nm的工作波長處的吸收造成任何影響，并且因此允許借助低壓汞蒸氣放電燈在254nm的工作波長處進(jìn)行有效的UV輻射。根據(jù)本發(fā)明的方法允許對(duì)食品、空氣和技術(shù)產(chǎn)品的有效照射，由此確保了 254nm 左右波長的UV工作輻射的發(fā)射的實(shí)質(zhì)上的時(shí)間恒定性，這是由于該玻璃的高的輻射耐受性造成的。在此該鎵化合物限定了截止波長λ。的位置。這意味著，在不摻雜的情況下，對(duì)于 λ。將產(chǎn)生一個(gè)不同的波長。該鎵化合物的濃度(基于未摻雜的石英玻璃的Ga濃度)是在1-lOOOwt. ppm的范圍內(nèi)、優(yōu)選在50-500wt. ppm的范圍內(nèi)。這是一個(gè)較低的摻雜劑濃度，它對(duì)于石英玻璃的化學(xué)和熱特性及其UV輻射耐受性僅具有較小的影響。根據(jù)本發(fā)明的方法可以優(yōu)選地使用根據(jù)本發(fā)明的濾光器材料來實(shí)行。因此該方法的有利配置也來自關(guān)于本發(fā)明的濾光器材料的各從屬權(quán)利要求。在此方面，參照以上關(guān)于濾光器材料的優(yōu)選實(shí)施方案的解釋。對(duì)于該濾光器部件，根據(jù)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了以上提出的目的，其方式為它由根據(jù)本發(fā)明的一種濾光器材料制成并且對(duì)于254nm波長的UV工作輻射，具有至少80% cnT1的光譜透射率并且在230至250nm的波長范圍內(nèi)具有一個(gè)截止波長λ。。根據(jù)本發(fā)明的濾光器材料的特征為光譜透射率，該光譜透射率一方面允許了在 254nm左右的波長范圍內(nèi)的有效照射并且另一方面實(shí)質(zhì)性地吸收了 < 250nm的波長的UV輻射。這是通過截止波長λ。的位置以及吸收側(cè)面的陡峭性(由于用鎵摻雜該石英玻璃)實(shí)現(xiàn)的。在此方面參照以上關(guān)于根據(jù)本方面的濾光器材料的解釋，這些解釋同等地適用于根據(jù)本發(fā)明的濾光器部件。該濾光器部件是例如作為管、板或透鏡而存在的。該部件的典型層厚度是在Imm 至5mm的范圍內(nèi)。實(shí)施方案現(xiàn)在通過參考實(shí)施方案和附圖更詳細(xì)地說明本發(fā)明，在附圖中圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的濾光器材料與根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的一種氧化鈦摻雜的石英玻璃相比的透射率曲線圖。
根據(jù)本發(fā)明的濾光器材料可以通過用于生產(chǎn)摻雜的石英玻璃的標(biāo)準(zhǔn)方法來進(jìn)行生產(chǎn)。作為實(shí)例應(yīng)提及滑移法(Schlickerverfahren)、溶膠-凝膠法或使用可氣化的起始化合物如GaCl3的CVD法。在此方面還參照用于用化學(xué)上相似的摻雜劑Al2O3來摻雜石英玻璃的方法。生產(chǎn)根據(jù)本發(fā)明的濾光器材料的其他優(yōu)選實(shí)例將在下文中進(jìn)行解釋。實(shí)例1使用由合成生產(chǎn)的、球狀的、致密的SiO2顆粒組成的商用SiO2粒料作為起始材料。 這些SiO2顆粒具有一種多峰的粒徑分布，該分布具有在約30 μ m處的較窄的粒徑分布最大值(D5tl值)并且具有在2 μ m左右范圍內(nèi)的次級(jí)最大值。在高溫(約1050°C)下通過熱氯化將該起始材料純化。將IOkg的這些SiO2粒料與IOg Ga2O3 (lOOOwt. ppm Ga2O3, Ga濃度是基于未摻雜的石英玻璃)通過一個(gè)球磨機(jī)并且用石英玻璃組成的研磨體均勻混合。向該基礎(chǔ)混合物中添加更多的SiO2粒料，使得在重新均勻化之后將得到具有以下標(biāo)稱摻雜劑濃度的粉末混合物 (按Wt. ppm計(jì)的Ga，Ga濃度基于未摻雜的石英玻璃)0· 1/1. 0/10/100/618。每次將這些粉末混合物加入一個(gè)空心圓柱形石墨模具中并且在一個(gè)燒結(jié)爐中通過氣體加壓燒結(jié)進(jìn)行玻璃化。首先將該石墨模具緩慢加熱至iioo°c。在持續(xù)九小時(shí)的第一階段(包括加熱以及在此溫度下的前三個(gè)小時(shí)的保持時(shí)間)過程中，在燒結(jié)爐中維持真空 (< 5mbar)、通過惰性氣體吹掃過程而中斷。在一個(gè)隨后的第二階段過程中，產(chǎn)生了 12bar 的氮?dú)獬瑝翰⑶彝ㄟ^該爐氣氛的氣體交換來中斷、在爐溫于真空下增大至1550°C之前維持總共十二小時(shí)。在此溫度下將該粉末混合物在真空下燒結(jié)、持續(xù)時(shí)間為2. 5h，并且然后加熱至1700°C的溫度并且在此過程中玻璃化為一塊透明的石英玻璃，其羥基含量小于Iwt. ppm。由于這個(gè)制造方法，這些石英玻璃在一個(gè)無氫氣氛中在略微還原性的條件下熔化。這產(chǎn)出了含Ga的石英玻璃塊，對(duì)這些塊體進(jìn)行在190nm至350nm波長范圍內(nèi)的透射率測(cè)量。這些測(cè)量的結(jié)果在圖1中示出并且將在下文中進(jìn)一步解釋。實(shí)例2將11. Ig金屬鎵溶解在一種HNO3溶液中。將IOOkg純化的SiO2粒料(如實(shí)例1 中所述)與含Ga的HNO3溶液均勻混合。通過去除溶劑得到一種含鎵的固體，該固體均勻地覆蓋了這些SiO2粒料。隨后的氧化作用產(chǎn)出了氧化鎵，其比例對(duì)應(yīng)于lllwt.ppm重量分?jǐn)?shù)的鎵(Ga濃度基于未摻雜的石英玻璃)。以對(duì)應(yīng)的方式產(chǎn)生了具有40wt. ppm和102wt. ppm 的標(biāo)稱的摻雜劑鎵濃度的進(jìn)一步摻雜的石英玻璃粒料。每次將摻雜過的SiO2粒料在電弧旋轉(zhuǎn)法中在大于2000°C的溫度下于純氬氣氣氛中熔融，使得產(chǎn)生一種具有150mm內(nèi)徑的石英玻璃空心圓柱體。在機(jī)械處理之后得到所謂的母管，根據(jù)一種標(biāo)準(zhǔn)的無工具拉延方法將該母管拉長成一個(gè)燈管。所得的管由具有 lllwt. ppm的標(biāo)稱Ga含量的石英玻璃組成。以此方式摻雜的石英玻璃展現(xiàn)出了在以下參考圖1更詳細(xì)解釋的透射率曲線并且例如適合于鹵化物燈和放電燈。在這種制造方法中，這些石英玻璃在一個(gè)無氫氣氛中在略微還原性的條件下熔化。實(shí)例3將IOg金屬鎵和0. 5g金屬鈦溶解在HNO3中。將IOOkg純化的SiO2粒料(如實(shí)例 2中所述)與該含Ga和Ti的HNO3溶液均勻混合。通過去除溶劑得到一種含鎵和鈦的化合物，該化合物均勻地覆蓋了這些SiO2粒料。隨后的氧化作用產(chǎn)出了氧化鎵和氧化鈦，其重量比例近似對(duì)應(yīng)于lOOwt. ppm的鎵以及5wt. ppm的鈦(每次Ga濃度基于未摻雜的石英玻璃)。在實(shí)例2中描述的方法的基礎(chǔ)上由這些涂覆的SiO2粒料生產(chǎn)了摻雜有氧化鎵和氧化鈦的石英玻璃。圖1示出了摻雜的石英玻璃的透射率曲線1-8，其生產(chǎn)已經(jīng)參考實(shí)例1和2進(jìn)行了描述。該圖示出了在5mm的樣品厚度下在190nm至350nm波長范圍上測(cè)量的透射率(以％ 計(jì))。相關(guān)表格示出了其組成、生產(chǎn)方法以及相應(yīng)的截止波長。此外通過比較，將一種摻雜有155wt. ppm氧化鈦(基于未摻雜的石英玻璃)的商用石英玻璃的透射率曲線9繪制成圖。很明顯，用氧化鎵進(jìn)行摻雜產(chǎn)生了在215nm左右的一個(gè)波長處具有最大值“M”的吸收。隨著摻雜劑濃度增大，吸收最大值變得更大。在IOwt. ppm的鎵濃度下(曲線3)，在給定的樣品厚度處在吸收最大值的區(qū)域內(nèi)不再測(cè)量透射率。在從40wt. ppm至102wt. ppm范圍內(nèi)的鎵濃度下(曲線4_7)，零透射率的范圍拓寬至200nm至約235nm的波長。值得注意的是，朝向更長波一側(cè)的、吸收最大值的側(cè)面是較陡的；無論如何它都比在根據(jù)曲線9的氧化鈦摻雜的石英玻璃情況下的吸收最大值的對(duì)應(yīng)側(cè)面明顯更陡。在這些摻雜劑濃度情況下，在該短波范圍內(nèi)仍然得到了在低于200nm波長處的一個(gè)小的透射窗口。如透射率曲線8所示，該透射窗口在618wt. ppm的Ga濃度(基于未摻雜的石英玻璃)的情況下在低于200nm的波長處被關(guān)閉。盡管通過進(jìn)一步增大氧化鎵濃度可以因此拓寬該完全阻斷的波長范圍，但升高至618wt. ppm的Ga濃度也導(dǎo)致了吸收最大值的更平的側(cè)面并且因此導(dǎo)致了在工作波長“A”的范圍內(nèi)透射率的減小。在根據(jù)樣品3至7的優(yōu)選的石英玻璃摻雜方法中，在254nm的工作波長范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了大于85%的光譜透射率。具有樣品5的組成的石英玻璃被用于生產(chǎn)汞低壓燈的燈泡，這種燈具有IOW的標(biāo)稱功率(在425mA的標(biāo)稱燈電流下)、20cm的輻射器長度以及因此約0. 5ff/cm的功率密度。 這種燈泡由摻雜的石英玻璃的一個(gè)管組成，該管在其末端用擠壓部(Quetschimgen)關(guān)閉， 通過這些擠壓部，電連接被導(dǎo)向螺旋電極。為了對(duì)飲用水滅菌，將其插入一個(gè)封閉的包覆管中，待滅菌的飲用水繞著其流動(dòng)。該汞低壓燈發(fā)射出的UVC輻射具有184nm左右的發(fā)射最大值以及在254nm處的另一個(gè)最大值。該Ga摻雜的石英玻璃對(duì)于該燈的發(fā)射光譜而言用作一個(gè)用于UVC輻射的短波部分的截止型濾光器。254nm波長處的光譜透射率是87%并且在230nm處為0%。截止波長λ。為約242nm。因此臭氧的形成是較低的。由于低的摻雜劑濃度，該石英玻璃顯示了高的UV輻射耐受性，因而在工作過程中沒有顯著的老化。
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權(quán)利要求
1.一種由摻雜的石英玻璃制成的濾光器材料，該材料對(duì)于254nm波長的UV工作輻射展現(xiàn)了至少80% cnT1的光譜透射率、并且在230nm至250nm的波長范圍內(nèi)具有一個(gè)截止波長 λ。，其特征在于，該截止波長λ。是通過進(jìn)行包含一種鎵化合物的摻雜而確定的，該鎵化合物在低于250nm的波長范圍內(nèi)具有吸收帶的最大值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濾光器材料，其特征在于，該鎵化合物是Ga203。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的濾光器材料，其特征在于，該鎵化合物的濃度(基于未摻雜的石英玻璃的Ga濃度)是在從1至lOOOwt. ppm的范圍內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的濾光器材料，其特征在于，該鎵化合物的濃度(基于未摻雜的石英玻璃的Ga濃度)是在從50至500wt. ppm的范圍內(nèi)。
5.根據(jù)以上任一權(quán)利要求所述的濾光器材料，其特征在于，這種摻雜包括一種鈦化合物、優(yōu)選是處于TiO2形式的一種鈦化合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的濾光器材料，其特征在于，該鈦化合物的濃度(基于未摻雜的石英玻璃的Ti濃度)是在從1至50wt. ppm的范圍內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的濾光器材料，其特征在于，該鈦化合物的濃度(基于未摻雜的石英玻璃的Ti濃度)是小于20wt. ppm。
8.根據(jù)以上任一權(quán)利要求所述的濾光器材料，其特征在于，這種摻雜包括氧化鎵 (Ga2O3)和氧化鈦(TiO2)，Ga Ti的摩爾比是在從10至100的范圍內(nèi)。
9.根據(jù)以上任一權(quán)利要求所述的的濾光器材料，其特征在于，該石英玻璃是一種合成生產(chǎn)的石英玻璃。
10.根據(jù)以上任一權(quán)利要求所述的的濾光器材料，其特征在于，該SiO2含量為至少 99. 9wt. %。
11.根據(jù)以上任一權(quán)利要求所述的的濾光器材料，其特征在于，該石英玻璃具有的羥基含量是小于IOwt. ppm、優(yōu)選小于lwt. ppm。
12.—種借助UV輻射源來照射一個(gè)表面、一種液體或一種氣體的方法，該輻射源發(fā)射出254nm左右波長的工作輻射并且穿過一種摻雜的石英玻璃的濾光器材料，該材料對(duì)于該工作輻射展現(xiàn)出了至少80% cm-1的光譜透射率并且在230nm至250nm的波長范圍內(nèi)具有一個(gè)截止波長λ。，其特征在于，使用了一種濾光器材料，在該材料中該截止波長λ。的位置是通過進(jìn)行包含一種鎵化合物的摻雜而確定的，該鎵化合物在低于250nm的波長范圍內(nèi)具有吸收帶的最大值。
13.一種由根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)所述的濾光器材料制成的濾光器部件，其特征在于，對(duì)于254nm波長的UV工作輻射，它展現(xiàn)出了至少80 % cm—1的光譜透射率并且在230 至250nm范圍內(nèi)具有一個(gè)截止波長λ c。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種由摻雜的石英玻璃制成的濾光器材料，這種材料在低的摻雜劑濃度下展現(xiàn)出了對(duì)于254nm的工作輻射盡可能高的至少80％cm-1的光譜透射率、在低于約250nm的波長范圍內(nèi)的盡可能低的透射率、以及在230至250nm波段內(nèi)的一個(gè)截止波長λc。在此已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過進(jìn)行包含一種鎵化合物的摻雜實(shí)現(xiàn)了這個(gè)目的，該鎵化合物在低于250nm的波段具有吸收帶的最大值并且因此確定了這個(gè)截止波段λc。
文檔編號(hào)G02B5/20GK102378925SQ201080015128
公開日2012年3月14日 申請(qǐng)日期2010年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月31日
發(fā)明者C·諾伊曼 申請(qǐng)人:赫羅伊斯石英玻璃股份有限兩合公司