朱纪扉 杜晨 苏友裕 胡鹏达 邵辉丽

摘 要：高频无极汞灯是汞离子微波频标系统的重要组成部分，而由于射频加热作用，光谱灯处于过热工作状态，直接影响194.2 nm光谱线的强度和稳定性，最终影响整机输出频率信号性能。因此，光谱灯散热结构设计和热分析是汞离子微波频标的一项重要内容。本设计以铝合金灯罩作为散热基座，试验表明，灯罩能明显改善光谱灯的散热性能，使光谱灯温度接近工作点温度。同时，利用热仿真软件Flotherm对光谱灯进行热力学仿真分析，仿真结果跟试验数据基本吻合。

关键词：汞光谱灯;散热;热结构

中图分类号：TM935文献标识码：A文章编号：1003-5168（2020）08-0079-03

Thermal Structure Design and Thermal Analysis of Mercury Spectral Lamps

Zhu Jifei Du Chen Su Youyu Hu Pengda Shao Huili

（School of Mathematics， Physics and Statistics， Shanghai University of Engineering Science，Shanghai 201620）

Abstract： High frequency electrodeless mercury lamp is an important part of the mercury ion microwave frequency standard system， due to the RF heating effect， the spectrum lamp is in an overheating working state， which directly affects the intensity and stability of the 194.2 nm spectral line， and ultimately affects the performance of the output frequency signal of the whole machine. Therefore， the design of the heat dissipation structure and thermal analysis of the spectral lamp is an important content of the mercury ion microwave frequency standard. This design used aluminum alloy lampshade as the heat dissipation base， tests showed that the lampshade could significantly improve the heat dissipation performance of the spectrum lamp， and make the temperature of the spectrum lamp close to the operating point temperature. At the same time， the thermal simulation software Flotherm was used to perform thermodynamic simulation analysis on the spectrum lamp， and the simulation results were basically consistent with the experimental data.

Keywords： mercury spectrum lamp;heat dissipation;thermal structure

高频无极汞灯作为汞离子微波频标系统的泵浦源，用以产生194.2 nm的谱线以激发跃迁。研究表明，光谱线强度和谱线稳定性与汞光谱灯温度有关，汞光譜灯在65 ℃左右工作时发出的194.2 nm谱线的光强最大，此时汞光谱灯处于最佳温度工作点[1]。射频振荡电路通过耦合线圈激励汞灯光源发光，工作时会对汞光谱光灯产生射频加热作用。在散热条件不顺畅的情况下，灯体的温度很快会超过最佳工作温度点，处于过热状态，直接影响汞光谱灯的发光强度，最终限制频标的稳定度[2]。因此，汞光谱灯散热处理是汞离子频标研制中的一项重要内容。

1 汞光谱灯散热结构设计和热分析

1.1 散热铝合金灯罩设计

汞光谱灯具体结构如图1所示，其由灯泡、线圈、汞灯冷端、铝合金散热灯罩组成。汞灯泡发出的热量通过热传导从铝合金灯罩内壁传到外壁，为了减小接触热阻，灯体和铝合金散热罩之间用延展性好、热阻小的薄层铟填满，从而可以将汞灯泡体产生的热量迅速导出。……