Útfjólublá leysir ljósfræði hefur tilhneigingu til að hafa takmarkaðan líftíma vegna tveggja meginorsöka: leysir af völdum mengunar (LIC) og UV þreyta. útsetning fyrir útfjólubláu ljósi sem veldur skemmdum á sjóntaugum. Þessir tveir skaðaferli rýra frammistöðu sjónþáttarins með tímanum þar til óafturkræfur skaði er af völdum.
Langtímatilraunir á 355 nm útfjólubláum leysigeislum sem notaðar eru í mismunandi umhverfi hafa leitt í ljós lykilinnsýn í uppsprettur mengunar og þreytu, svo og mótvægisaðferðir og hreinsunaraðferðir sem geta endurheimt mengaða ljósfræði.
Hvað er mengun af völdum leysis (LIC)
Mengun sjónþátta getur átt sér stað þegar UV leysir ljós hefur samskipti við agnir, vatnsgufu, lífræn efni og önnur mengunarefni í kerfinu. Þessi aðskotaefni geta komið frá andrúmslofti, ljóstæknibúnaði og öðrum efnum í kerfinu. Þó að mótvægisaðferðir eins og loftun með þurru köfnunarefni hjálpi til, geta þær samt leitt til LIC. Allar uppsöfnun svifryks getur skyggt á sjónbrautina, rýrt virkni íhluta og hugsanlega lækkað leysiþröskuld ljósleiðara.
Þétting verður oft á sjónflötum vegna lítillar hitaleiðni. Þessar þéttu vatnssameindir geta síðan haft samskipti við leysir og yfirborðsefni til að koma LIC af stað. Auk þess leiðir gaslosun og önnur sameindamengun í lofti oft til útfellinga sem byggjast á kolefni á sjónflötum. Sjá má trjálíkan vöxt LIC á mynd 1.
Rannsóknir sem gerðar voru árið 2005 lýstu í smáatriðum hinum ýmsu leysiverkunum sem leiða til LIC. Til dæmis felur ljósvöldum forkjarna í sér sameindalag sem byggt er upp vegna beins samspils UV ljóss við gleryfirborðið. Eftir nægilega langa útsetningu var sýnt fram á að þéttleiki þessarar uppsöfnunar væri á mettuðu stigi.
Samskipti við nærliggjandi lofttegundir geta einnig leitt til útfellingar mengunarefna. Ljóseindaorka á UV-bylgjulengdum minni en 400 nanómetrar byrjar að nálgast tengiorku algengra sameinda (td O2, CO2, CO, N2, osfrv.). Þetta gerir útfjólubláu ljósi kleift að brjóta niður sum þessara tengsla og búa til aðrar jónir og sameindir sem geta mengað sjónflöt.
Hvað er UV þreyta?
Til viðbótar við umhverfisvæna LIC eru efni sem notuð eru í húðun og undirlag viðkvæm fyrir niðurbroti með tímanum vegna ljósþreyta, jafnvel þótt styrkleiki ljósgjafans sé undir Laser Induced Damage Threshold (LIDT).
Hugtakinu UV þreytu má líkja við að binda bók. Jafnvel létt notkun getur leitt til slits. UV þreytutilraunir sem Edmund Optics gerði hafa sýnt að við ákveðnar aðstæður, eins og lofttæmi, getur UV leysigeislun leitt til UV þreytuáhrifa. Aðgreiningin á LIC og UV þreytu er að LIC er uppsafnað ferli, en þreyta er eyðilegging á efnið, sem leiðir til mislitunar eða annarra innri breytinga, og hugsanlega jafnvel að efnið sé fjarlægt.
Tvö fyrirbæri sem ákvarða skilyrði og aðferðir þessarar augljósu minnkunar á sjónrænni frammistöðu eru undir einspúlsskaðaþröskuldi í skammpúlsleysiskerfinu.
Fyrsta vélbúnaðurinn er byggður á breytingu á brotstuðul, sem leiðir til linsuáhrifa sem getur aukið staðbundinn ljósstyrk á sjónhlutanum.
Annað aðferðin felur í sér myndun sjónræna framkallaðra galla með myndun sjálffanga örvunar, sem leiðir til uppsöfnunar frásogsmiðstöðva og taps á sjónvirkni.
Bæði LIC og ljósþreyta geta komið fram í leysigeislum við sýnilegar og innrauðar bylgjulengdir, þó í minna mæli. Hins vegar gerir mikil orka UV ljóseinda þessi áhrif algengari í kerfum sem gefa frá sér á þessu litrófsviði.
UV leysir markaðurinn hefur vaxið hratt undanfarin ár og er búist við að CAGR verði 5.4% á milli 2022 og 2028, samkvæmt rannsóknarfyrirtækinu MarketWatch3. Kraftmiklir UV leysir hafa orðið lykilþáttur í forritum, þar á meðal prentun, læknisfræði, örframleiðslu, hálfleiðaravinnslu og aukefnaframleiðslu. LIC og UV þreyta valda því að frammistaða þessara kerfa minnkar með tímanum, sem krefst þess að skipta um sjónhluta þeirra reglulega. Þetta eykur verulega kostnað við að viðhalda UV leysikerfi og dregur úr skilvirkni kerfisins. Lækkun á LIDT kerfisins getur einnig aukið hættuna á skelfilegri kerfisbilun sem stafar af skemmdum af völdum leysis (Mynd 2).
Greinir LIC og UV þreytu
Tilraunir hjálpa til við að líkja eftir niðurbrotsferli sjónrænna íhluta í UV leysikerfum, rannsaka hugsanlegar uppsprettur mengunar og kanna mismunandi ráðstafanir til úrbóta. Í einni slíkri rannsókn voru gerðar tilraunir til að greina breytingar á LIC og sjónþreytu af völdum UV leysigeislunar með því að nota {{0}}nm, 10- til 20-nanosekúndu púls leysir sem gefur frá sér u.þ.b. 0,6 millijól á púls, með þvermál geisla 0,6 mm. Skýringarmynd þessa prófunarbekks er sýnd á mynd 3.
Brennsluhólfið samanstendur af nokkrum endurskinsvarnargluggum sem líkja eftir áhrifum á útfjólubláa leysikerfi, eins og geislaútvíkkandi. Brennslukassinn gerir það mögulegt að framkvæma einangrað tilraunaumhverfi samhliða. Hálfbylgjublað og skautunargeislaskiptingsteningur gerði kleift að stjórna meðalafli hvers sjónleiðar í tilrauninni. Samsvarandi par af orkumælum mældi meðalafl leysis. Með þessu var fylgst með hnignun flutnings á þeim tíma sem þreytu og/eða mengun varð á prófuðu ljósfræðinni.
Mynd 3. Skýringarmynd af prófunarbeðinu fyrir útfjólubláa útsetningu sem er þróað til að líkja eftir niðurbroti sjónþátta í UV leysikerfum, til að kanna hugsanlegar uppsprettur mengunar og kanna mismunandi ráðstafanir til úrbóta. ar: andstæðingur-reflective gluggi; fs: óhúðaður bræddur kísilgluggi; hr: mjög endurskinsspegill; hwp: hálfbylgjuplata; pbc: skautunargeislaskiptateningur.
Gerðar voru tilraunir með daglegum og samfelldum mælingum. Daglegar mælingar fólu í sér að opna húsið og setja orkumæli við hverja mælistöðu sem sýnd er á mynd 3, þar með talið stöðuna sem venjulega inniheldur geisladippinn, fyrir 3-mínútu mælingu. Stöðugar mælingar fólu í sér að tveir orkumælar voru staðsettir á öðrum mælistöðum en þeirri stöðu sem venjulega inniheldur geisladippinn. Orkumælarnir skráðu síðan meðalafl á 30 mínútna fresti fram að næstu daglegu mælingu. Umhverfishólf gerði kleift að rannsaka aðgreind áhrif ýmissa aðstæðna, svo sem lofttæmisskilyrða eða tilvist gass. Í lok hverrar tilraunar gerði mismunadrifandi skuggasmásjá rannsakendum kleift að skoða mengunarefni á yfirborði gluggans.
Mynd 4. Ógegnsæ hvít mengunin á áður gegnsæjum ljóstækjum sem sýnd er hér er vegna leysir-framkallaðrar mengunar (LIC) eftir útsetningu fyrir UV leysi. Myndinneign: með leyfi Edmund Optics
Almennar tilraunaniðurstöður
Brunahólfið gerði ráð fyrir samhliða einangrunarrannsóknum og raunsærri eftirlíkingu af leysisljóstæknihlutum eins og geislastækkanum. Fyrstu tilraunir sýndu að smurolíur í þráðum, anodized ál og nýju Viton O-hringirnir eru algengar uppsprettur mengunar í UV kerfum í mörgum öðrum gerðum ljósbúnaðar. Að fjarlægja þessa þætti getur bætt endingu ljósfræðinnar sem prófuð er.
Viton O-hringir: Með nýjum, óopnuðum O-hringjum byrjaði flutningur brunahólfsgluggans að minnka eftir fjóra daga í prófuninni og varð algjörlega ógagnsæ eftir sjö daga. Mjólkurhvít mistur myndaðist á menguðu sjónflötunum eftir prófunina (mynd 4). Að baka O-hringana fyrir notkun kom í veg fyrir að það losnaði út úr gasi að vissu marki, sem leiddi til 6% taps á smiti eftir fimm vikur frekar en algjörlega taps á smiti eftir eina viku. Að setja O-hringi í lofttæmi eða láta þá anda frjálslega í hreinu umhverfi er alveg jafn áhrifaríkt og að baka þá.
Anodized ál: Anodized yfirborð innihalda svitahola sem fanga mengunarefni sem geta losnað við notkun. Að auki geta anodized efni orðið hvarfgjarnt við útsetningu fyrir UV.
Ryðfrítt stál: Tilraunir með hreinsuðu ryðfríu stáli frekar en anodized ál sáu ekki marktækt niðurbrot eftir sjö vikur.
Indíum: Þynnuþéttingar af indíum veita meiri viðnám gegn UV-þreytu samanborið við O-hringa.
Viðbótartilraunir voru gerðar til að prófa hvernig hitastig ljósfræðinnar stuðlar að vexti LIC, hvort dagleg hreinsun komi í veg fyrir uppsöfnun aðskotaefna og hvort það hafi einhver jákvæð áhrif að blása þurru lofti yfir kerfið. Þessar nýju tilraunir eru að færast út fyrir 355 nm UV útsetningu fyrir 266 nm bylgjulengdarprófun.
Samantekt
Skilningur og mildun UV-þreytu og LIC verður sífellt mikilvægari þar sem mörg leysikerfi hafa tilhneigingu til að fara yfir á styttri bylgjulengdir til að nýta meiri orku og hærri upplausn. Tilraunaniðurstöður við 355 nm hafa sýnt að LIC getur gert útfjólubláa leysigeislaljóstækni algjörlega ógagnsæ á allt að viku ef notaðir eru hefðbundnir O-hringir og anodized ál í kerfinu. Sem betur fer er hægt að draga verulega úr þessum áhrifum með því að skipta um O-hringi með indíumþéttingum, skipta um anodized ál fyrir ryðfríu stáli og gera umhverfið eins hreint og mögulegt er. Þegar þú þróar útfjólubláa leysirkerfi skaltu ræða við sjóntækjabirgjann þinn til að komast að því hvernig þú getur gert kerfið þitt ónæmari fyrir LIC og UV þreytu eins og lýst er í greininni.
