Mehr UV als CW-Bogenlampen
Mit Ausnahme von Lasern sind Bogenlampen die lichtstärksten verfügbaren Quellen kontinuierlicher Strahlung. Das Plasma der Xenon- und Quecksilberlampen hat Temperaturen von mehr als 5500 K. Je höher die Plasmatemperatur, desto höher die Gesamt-Ausgangsleistung und vor allem desto höher die Ausgangsleistung im kurzwelligen Bereich. Eine Erhöhung der Plasmatemperatur von kontinuierlichen Bogenlampen durch Erhöhung der Stromdichte (Lampenstrom) zerstört die Lampe kurzfristig. Umfangreiche Versuche, durch das Plasma-Seeding- oder Plasma-Confinement-Verfahren Lampen mit einer höheren UV-Ausgangsleistung herzustellen, haben keine praktikable Lösung gebracht. Bei kontinuierlichen Lampen kann die Ausgangsleistung nur kurz mittels auf die Hintergrund-Strahlung überlagerten Kurzimpulsen gesteigert werden. Bei Blitzlampen ist diese Option mit ultrakurzen, hohen Plasmatemperaturen ohne die kostenträchtige Technologie der kontinuierlichen Bogenlampen (Abb. 1) verfügbar. Sie dauern nur so lange wie der Blitz, aber dies reicht für viele Anwendungen aus.
Abb. 1 zeigt die Bestrahlungsstärke der 6427 Blitzlampe, betrieben vom Netzgerät 68826 bei 60 Hz, 1J (durchschnittlich 60 W), und einer 75 W Xe kontinuierlichen Bogenlampe. Die 75-W-Lampe liefert höhere durchschnittliche Bestrahlungsstärken oberhalb 280 nm. Die gepulste Lampe produziert höhere Peak-Bestrahlungsstärken bei allen Wellenlängen.
Abb. 1 Vergleich der durchschnittlichen Bestrahlung auf 0,5 m von der 6251 75-W-Xenon-DC-Bogenlampe und der 6427 Blitzlampe mit großem Lampenkolben bei 60 Hz (durchschnittlich 60 W).
Kurzer Puls
Blitzlampen strahlen nur sehr kurze Zeit. Unsere Lampen emittieren einige Mikrosekunden lang, die maximalen Blitzraten liegen im zweistelligen Hertz-Bereich. Der Einsatz einer gepulsten Lichtquelle ermöglicht zeitaufgelöste Untersuchungen. Nach der kurzen Belichtung kann der zeitliche Ablauf des „Effekts“ verfolgt werden. Der „Effekt” kann einfach nur die reflektierte Strahlung für die „Freeze-Frame“ Photographie sein. Beleuchtung eines Vorgangs durch kurze Blitzlampen-Pulse „friert“ alle Bewegungen ein. Wiederholte Belichtung in bekannten Intervallen ermöglicht die Quantifizierung der Änderungen.
Kurze Pulse können verwendet werden, um das Abklingen der Fluoreszenz oder Phosphoreszenz zu messen. Über die charakteristische „Lebensdauer“ lassen sich somit Arten bestimmen. Die Anregung über Pulse ermöglicht kinetische Studien und findet praktische Anwendungen in Strömungssystemen und der Untersuchung folgender chemischer Reaktionen.
Andauernde Belichtung vieler Chemikalien ist aufgrund der Erwärmung der untersuchten Proben, des Ausbleichens, etc. problematisch. In manchen Systemen häufen sich Moleküle in langlebigen Zuständen wie Triplett-Zuständen mit verbotenen Übergängen in den Grundzustand an. Kontinuierliche Lichtquellen sind für Lumineszenzuntersuchungen dieser Systeme nicht geeignet. Mit unseren Blitzlampen regt jeder Puls eine neue Probe an. Es sammeln sich keine langlebigen Species an, die die direkte, beobachtete Anregung überdecken. Die kurze Belichtung mit Blitzlampen ermöglicht die Extraktion der Informationen vor dem Aufbau von Tripletts und die Untersuchung von Triplett-Cross-Overn.
Geführte Bogenlampe
Diese Lampe mit kleinem Kolben, Modell 6426, benutzt Bogenführungselektroden, um wiederholbare Bögen zu produzieren. Um die Zuverlässigkeit zu maximieren, werden die Kontakte des Lampenkolbens mit der Triggerplatine verlötet. Die Stabilität des emittierten Lichts ist mit einer Variation von weniger als 2% hervorragend. Der seitwärts emittierende Kolben hat einen Elektrodenabstand von 3 mm und einen Fused-Silica-Kolben. Die Abmessungen des Bogens sind 3 x 2,5 mm. Die maximale Pulsenergie beträgt 0,32 J. Die Lampe wird bei 100 Hz betrieben. Die Lebensdauer der Lampe beträgt mehr als 108 Blitze.
Abb. 2 Pulsform der 6426 Xenon-Blitzlampe
5 J Lampe mit großem Kolben
Diese robuste Lampe hat einen Elektrodenabstand von 3 mm. Die Abmessungen des Bogens sind 3 x 2,5 mm und der Kolben besteht aus Fused-Silica. Die Lampe kann von niedrigen Frequenzen bis zu 60 Hz betrieben werden. Die Eingangs-Pulsenergie, 5 J bei Frequenzen bis 12 Hz, fällt auf 1 J bei 60 Hz. Dies beeinflusst die spektrale Verteilung und die mittlere Bestrahlungsstärke nicht, die spektrale Energiedichte, die von jedem Puls erzeugt wird, folgt aber den Angaben in Abb. 3.
Abb. 3 Pulsform der 6427 Xenon-Blitzlampe
Hinweis zu EMI
Das Zünden einer Bogenlampe erfordert hohe Spannung, Hochfrequenzpulse für die Stoßionisation und eine starke Stromentladung, um den Bogen aufrecht zu halten. Durch die Zündung wird hohe elektromagnetische Energie freigesetzt, die andere Geräte stören kann. Auch EMI-beständige Schaltkreise sollten speziell auf Erdung, Kabelwege und EMI-Abschirmung geprüft werden, um Interferenzen durch die Zündung zu vermeiden. Die Interferenzen können bei einem gepulsten Bogenlampensystem stärker auftreten, da für jeden Puls eine Lampenzündung erforderlich ist.
