(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の屈折率を有する研磨された結晶性石英から成り、一つ以上の光ビーム入口と第1の背面を含む複数の内面とを有する主プリズム、
前記主プリズム内に埋め込まれているファセット付き石英ブロックであり、該ファセットが設けられた石英ブロックが、実質的に平坦な面及びこの面に向き合う同心状のファセット付き表面からなり、前記同心状のファセット付き表面が、中央部のファセットと外側同心状のファセットまで続く複数の同心状のファセットからなり、各ファセットは、前記実質的に平坦な面に対してある角度で配向する第１の端面と、この第１の端面に実質的に平行で且つ前記実質的に平坦な面に対して前記角度で配向し、前記第１の端面と向き合う端面とからなり、前記ファセットの第１の端面及び前記向き合う端面が、前記実質的に平坦な面に実質的に平行な実質的に平坦な終端面と続いており、前記主プリズムから前記実質的に平坦な面を介して１つのファセット内へ一方向から走行する光ビームは、前記ファセットの前記第１の端面から反射されて、前記第１の面から前記向き合う端面へと前記ファセットを横切って走行し、前記ファセットの前記向き合う端面から反射されて、前記ファセットの終端面から、前記一方向で、前記光ビームと平行に走行する拡張された光ビームとして、出て行き、前記拡張された光ビームは、前記主プリズムの複数の内面の一つから反射された前記拡張された光ビームは、複数の内面の他の内面へ反射され、前記拡張された光ビームがより外側に隣接するファセットに入るまで、前記主プリズム内を回転し、そして、前記より外側に隣接するファセットの終端面をより拡張された光ビームとして、出て行き、前記一方向とは反対の方向で走行する反対向きの光ビームは、前記主プリズムから前記ファセットの終端面を通して、前記ファセットの前記向き合う端面から反射されて、前記ファセットを前記向き合う端面から前記第１の端部に走行し、前記ファセットの第１の端面から反射されて、前記実質的に平坦な面から、前記反対の方向で前記反対向きの光ビームと平行に走行する収縮された光ビームとして、出て行き、前記収縮された光ビームは前記主プリズムの複数の内面の一つから他の内面へ反射され、これによって、前記収縮された光ビームは、前記収縮された光ビームが内側に隣接するファセットに入るまで前記主プリズム内を回転し、より収縮された光ビームとして、前記ファセット付き石英ブロックの前記実質的に平坦な面を通して、出て行き、前記ファセット付き石英ブロックが、前記外側の同心状ファセットに隣接する外側同心状の鏡を含み、該外側同心状の鏡が、直径が最大まで拡張された光ビームを、前記一方向から前記反対方向に反転する、前記ファセット付き石英ブロック、
前記第１の屈折率と実質的に同じ第２の屈折率を有する研磨された結晶性石英から成る副プリズムであって、複数の外側面を備えていて、閉じ込めチャンバとの境界を形成しており、前記第１の背面に近接し且つ離間して位置決めされる第２の背面を有し、両背面の間に不透明な界面を形成する前記副プリズム、及び
前記主プリズム及び/又は副プリズムと作動的に結合した圧電駆動装置であって、前記第１の背面に対して前記第２の背面を圧縮するように適合されており、前記光ビームの直径が一度完全に拡張し、収縮した時に前記圧電駆動装置を作動して、両背面の間に透明な界面を形成し、前記処理された光ビームを前記主プリズムから前記副プリズムに伝達し、前記処理された光ビームを複数回分割し、前記一つ以上の光ビーム入口から入った前記光ビームよりもより高いパワー出力を有する複数の処理された光ビームを生成するように適合されている、前記圧電駆動装置、
を備える光伝播スイッチング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には、電磁光波内に存在するエネルギを利用する装置に関する。また本発明は、光波を伝送する、またはそれ以外に光波を処理する装置に関する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００２】
発明が解決しようとする課題は、光波の強度の増加である。
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本発明の一面においては、光波を伝送する、及び／それ以外に処理する装置が提供される。一形態によれば、光波は捕捉され、次いで増強される。光は、本発明による光増倍装置または光波増強装置の動作によって分割することが好ましい。
【０００４】
本発明の別の面においては、界面によって、及び／または界面を通して光波を伝送する装置が提供される。詳述すれば、本発明は、界面を開と閉との間（または透明状態またはモードと、反射状態またはモードとの間）で動作させる、即ちスイッチングさせる装置が提供される。スイッチング動作が、界面の相互作用の合計指数の処理を含むことが好ましい。好ましいモードにおいては、本発明は、圧縮によって境界界面を排除することを含む。
【０００５】
好ましい実施の形態においては、本発明の装置は、少なくとも２つのプリズムを互いに近接させて位置決めし、２つの近接する面または壁の間を圧縮することによって両者の間の反射性の光界面を減少乃至は排除し、それによってあたかも界面が存在しないかのように光放射がそれを通過できるようにする。
【０００６】
最も好ましくは、本発明は更に、プリズムの少なくとも１つの面が閉じ込めチャンバの境界を形成するようにプリズムを位置決めすることを含む。
【０００７】
一実施の形態においては、光波または光ビームは、閉じ込めチャンバ内へ導入される前に第１の、即ち主プリズム内へ導かれる。主プリズム内において、光ビームは（好ましくは、光増倍装置の動作によって）複数回分割され、それ自体上へ向け直される（これは、ビーム長を圧縮する）。このようにして、閉じ込めチャンバ内へ導入された光波の強度は、好ましくは所定のレベルまで増加される。
【０００８】
本発明のこれらの、及び他の特色及び長所は、以下の添付図面に基づく好ましい実施の形態の詳細な説明から明白になるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１−４は、本発明による装置を説明するための図である。本発明の種々の面は、これらの図面内に実現されている。
【００１０】
本発明は、一般的には、光波によって供給される放射圧の伝送に関する。この放射圧の源は、光源によって、より詳しくは、光源から本発明の装置内へ導かれる伝播電磁波によって供給される。本発明はまた、一般的に、これらの光波を伝送する、またはそれ以外に処理する装置に関する。光子エンジンの動作は、本発明のこの面の使用を含むことができる。概述すれば、電磁波は、スイッチングモードで機能する少なくとも１つの動作可能なプリズムを通して閉じ込めチャンバ内へ導かれる。好ましい実施の形態においては、主プリズム及び副プリズムが使用され、これらは一緒に動作して第１のプリズムへ進入する光を反射させたり、または光を閉じ込めチャンバ内へ通過させたりする光スイッチ注入弁を構成する。
【００１１】
本発明で使用する光スイッチ動作を理解するために、以下の説明を行なう。
光スイッチ動作（図１−４を参照して以下に説明する）は光学的現象に基づいており、２つの個々の媒体（即ち、プリズム）を界面に沿って圧縮し、これらの媒体を組合わせて１つの媒体として作用させることができる。先ず、光は所定の角度で主プリズム内へ導入される。光スイッチが閉モード、即ち非動作モードにある時には、光は主プリズムの背面、即ち壁において反射する。スイッチを開かせてそれを動作モードにするためには、外部駆動デバイスを動作させることによって、主及び副プリズム、即ち第１及び第２の個々の媒体を互いに他方に向かって圧縮する（もしくは、詳述すれば、副プリズムを主プリズムに対して、またはそれに向かって圧縮する）。このようにすると、２つのプリズムの間の境界、即ち共通面が除去され、２つの媒体は１つの媒体として機能する。典型的には、（閉モードにおける）この境界は、プリズムの材料とは異なる屈折率を有する空隙、または真空によって形成される、または与えられる。従って、第１のプリズム内へ導かれた光は第２のプリズムとの境界を通過し、第２のプリズムを通って閉じ込めチャンバ内へ進入する。閉じ込めチャンバ内に可動取付けされている反射鏡に垂直な角度で光がチャンバ内へ進入して伝播するように、光を所定の角度で主プリズム内へ導くことがさらなる長所である。
【００１２】
光を閉じ込めチャンバ内に閉じ込める時には、光スイッチは閉じている。従って、閉じ込めチャンバ内の光波または光は円柱構造（columniation）を維持し、その中を連続的に伝播する。詳述すれば、閉じ込められた光は垂直の角度で第１の反射鏡から反射し、次いでほぼ45°の角度で副プリズムの面に衝突し、第２の鏡から再び垂直の角度で反射する。これら３回の反射が１完全サイクルを構成し、このサイクルが既知の所定の時間フレーム内で繰り返される。タイムフレームは、開モードと閉モードとの間の光スイッチの動作周波数の1/2に対応させることも好ましい。各サイクル中に光は３つの反射表面の間を高レートでサイクルし、放射圧は２つの鏡面へ伝送される、即ちそれらを通り、それによって光波のエネルギが変換または変形される。
【００１３】
本発明を理解し易くするために、先ずある概念を概術する。
【００１４】
本発明の方法の対象である光波は、電磁波である。電磁波は線形運動量を輸送し、光がある表面を照射することによってその表面上に圧力を加えることができる。この圧力は、光の個々の光子に関しては小さいことが理解されよう。しかしながら、十分な数の光子を用いれば、十分な圧力を得ることができる。
【００１５】
マックスウェル（Ｊ．Ｃ．）によれば、完全に吸収された光の平行ビームから得られる運動量ｐは、エネルギＵを光速ｃで除した値に等しい。
ｐ＝Ｕ／ｃ
【００１６】
もし光ビームが全反射すれば、反射体に対して垂直に入射した時に得られる運動量は、合計吸収値の２倍である。
ｐ＝２Ｕ／ｃ
【００１７】
これらの例は、運動量転送のスペクトルの２つの極限を表している。一方の極限は、一端においてビームが完全に吸収される完全に非弾性的な場合を表す。これは粒子が互いにくっつき合い、殆どの運動エネルギが典型的に熱エネルギまたは変形のような別のエネルギ形状として失われるような完全に非弾性的な場合を表している。スペクトルの他方の極限は、全反射したビームが運動エネルギを保存するような完全に弾性的な衝突を表す。
【００１８】
図２を参照する。以下のセクションにおいて、本発明による装置が発生するパワーの計算を説明する。計算は４つのセクション、即ち、力（Ｆ）、時間（Ｔ）、仕事（Ｗ）、及びパワー（Ｐ）に分割することができる。
【００１９】
以下に、閉じ込めチャンバに進入する初期放射圧をｐ1とし、バウンス数ｚの後に放射圧が実効的に０になるまでに表面積Ａmを有する単一の鏡に加わる力の計算を詳述する。
Ｆ0-z＝ｐ1Ａm＋ｐ2Ａm＋ｐ3Ａm＋…＋ｐzＡm
【００２０】
各放射圧とバウンスとの間の関係は、表面反射率ρの関数として表すことができる。
ｐ2＝ρｐ1，ｐ3＝ρｐ2，ｐ4＝ρｐ3，…，ｐz＝ρｐz-1
【００２１】
全ての表面におけるバウンスの間の放射圧関係を代入すると、次の関係が得られる。
Ｆ0-z,total＝ｐ1Ａm＋εｐ1Ａm＋ε2ｐ1Ａm＋…＋εzｐ1Ａm
または、
【数１】
0005496444.tif 000002
【００２２】
単一の鏡に対して、４回毎のバウンスを力計算に付加すべきである。
Ｆ0-z,single mirror＝ｐ1Ａm＋ρ4ｐ1Ａm＋ρ8ｐ1Ａm＋…＋ρ4z / 4ｐ1Ａm
または、
【数２】
0005496444.tif 000003
【００２３】
力の時間、即ち持続時間は、光の走行距離を光の速度で除すことによって計算される。
ｔ＝ｚｄ／ｃ
【００２４】
あるボディに加わる合成力の仕事は、その運動エネルギの変化に等しい。単一のピストンヘッドの場合の仕事計算は次の通りである。
【数３】
0005496444.tif 000004
【００２５】
速度、加速度、及び力の間の関係は次の通りである。
ｖ＝ａｔ
Ｆ＝ｍａ  →  ａ＝Ｆ／ｍ
【００２６】
従って、
ｖ＝（Ｆ／ｍ）・ｔ
【００２７】
単一の鏡に加わる仕事を求めるために、力、時間、及び速度方程式を仕事方程式内に代入する。
【数４】
0005496444.tif 000005
【００２８】
１にほぼ等しい反射率の場合、第２の鏡に加わる力は第１の鏡に加わる力とほぼ等しい。従って、単一の閉じ込めチャンバ内の仕事の合計は、次の通りである。
【数５】
0005496444.tif 000006
【００２９】
パワーは、行っている仕事量の時間レートである。もし単一のチャンバが連続的に動作していれば、パワーは、圧縮フェーズ及び膨張フェーズからなるシリンダの完全動作、即ち完全サイクル（力は圧縮フェーズの半分の間に加えられ、膨張フェーズ中に除かれる）を考慮しなければならない。
【数６】
0005496444.tif 000007
または、
【数７】
0005496444.tif 000008
【００３０】
４つの閉じ込めチャンバを有する光子エンジンの場合には、パワーは次のようになる。
【数８】
0005496444.tif 000009
【００３１】
図１−４を参照する。これらの図は、本発明による装置の幾つかの実施の形態を示している。即ち、図１、３及び４の各図は、本発明による種々のデバイスの例を示している。またこれらの図は、光波を伝送する、またはそれ以外に処理するための本発明によるデバイスを示している。これらのデバイスの１つは、圧縮境界光スイッチである。これらのデバイスの別のものは主プリズムであり、これは、その中へ導入される（即ち、閉じ込めチャンバ内へ導入する前に）光波の強度を増加させるために、光波を増倍、または分割することができる。
【００３２】
図１は、光または光波を処理する、またはそれ以外に伝送する、及び／または光波によって供給される放射圧を伝送させる本発明によるシステム、及び／または装置１００の概要図である。詳述すれば、装置１００は、装置内へ導入された、または装置によって処理された光波によって供給される放射を利用する光子エンジン１００である。本発明の光子エンジン１００は、光波を受けるための主プリズム１０６、主プリズム１０６に作動的に、及び集合的に組合わされている副プリズム１０７、及び閉じ込めチャンバ１０２（図１に破線で示す）を含むことが好ましい。主プリズム１０６及び副プリズム１０７は、面と面（または、壁と壁）とが向き合って圧縮境界界面１１４を形成するように位置定めされている。先に概要説明したように、そして図１ａ及び１ｂを参照して詳細を後述するように、界面１１４は、１つのモードにおいて、２つの面の間に接近可能な、即ち圧縮可能な空隙または真空ギャップを実際に含むことができる。
【００３３】
更に、主プリズム１０６と副プリズム１０７との間の圧縮境界１１４は、これも本発明による光スイッチによって制御される。前述したように、光スイッチは、圧電駆動メカニズム１１６によって作動させることができる。圧電駆動メカニズム１１６が空隙を（圧縮して）閉じると、光は閉じ込めチャンバ１０２内へ通過することができる。従って、駆動メカニズム１１６の動作は、制御可能な手法で光スイッチ１１４の開閉を決定する。
【００３４】
光子エンジン１００は、主プリズム１０６及び副プリズム１０７のために石英材料を使用することが好ましい。詳述すれば、光子エンジン１００は、石英の２つの基本特性、即ち圧電効果及び内部全反射（ＴＩＲ）で動作する圧縮境界光スイッチを含む。圧電効果は石英が電界中に配置された時に発生する。即ち、石英は、電界が存在する中で膨張する。石英の結晶構造は、３つの主軸Ｘ、Ｙ、及びＺを有している。そのＸ軸に沿って配向されている電界を印加することによって石英は、電界の方向に基づいて膨張または収縮する。もし電界がＸ軸に沿って圧縮をもたらすのであれば、石英はＹ軸に沿って、またはＹ軸内で膨張する。膨張中の石英をＹ軸に沿って拘束することによって、石英内にＹ軸に沿う応力が発生する。Ｘ軸に沿って配向された電界によるＹ軸内のこの応力、及び結果として生ずるひずみの発生を使用して、２つの石英片（即ち、主プリズム１０６及び副プリズム１０７）を圧縮する。
【００３５】
図１ａは、閉モード、即ち非動作モードにおける圧縮境界界面１１４の詳細を示している。このモードにおいては、主プリズム１０６の背面１０６ｃは、副プリズム１０７の前面１０７ｃから離間している。スネルの法則及び入射角を考慮して、開モードにおける光スイッチの動作を容易にするために、両プリズムの屈折率は十分に類似させる（例えば、互いに約５％乃至約20％以内にあることが好ましい）。また、閉モードにおける光スイッチの動作を容易にするために、両プリズムの屈折率はボイド（または、空気空間）とは十分に異ならせる。その結果、２つの面１０６ｃ、１０７ｃの間に空隙１７０が得られる。本明細書において使用されている圧縮境界、または界面１１４は、空隙１７０及び面１０６ｃ、１０７ｃを総称している。図１Ａは、石英、即ち主プリズム１０６の座標、または軸Ｘ、Ｙをも示している。典型的には、閉モード、即ち非動作モードにおける空隙１７０は約2,000ｎｍ乃至50ｎｍ、より好ましくは約1,000ｎｍ乃至100ｎｍの深さを有している。
【００３６】
図１ｂは、圧電駆動メカニズム１１６が動作した時の圧縮境界１１４の圧縮を示している。電界が印加された時、または励起された時、結果として空隙１７０は約100ｎｍ乃至０ｎｍまで圧縮される。前述したように、電界が印加されるとＸ軸に沿う収縮がもたらされ、Ｙ方向に応力が発生する（石英材料または面１０６ｃがＹ方向に膨張することを阻止されている結果として）。好ましいことに、駆動メカニズム１１６が作動すると、それは主プリズム１０６及び副プリズム１０７に、より詳しくは面１０６ｃ及び１０７ｃに作用する。好ましくは、空隙１７０は約100ｎｍ乃至約０ｎｍの深さに、より好ましくは約50ｎｍ乃至約０ｎｍの深さに圧縮される。
【００３７】
図１ａ及び１ｂは、本発明による主プリズム１０６、及び／または圧縮境界１７０を通る光波ＡＡの伝送をも示している。図１ａにおいては、光波ＡＡは約45°の入射角で背面１０６ｃに衝突する。空隙１７０によって与えられる屈折率に起因して、光波ＡＡはＴＩＲによってその入射角に対してほぼ90°の方向へ反射する。図１ｂにおいては、空隙１７０が実質的に排除されており、また副プリズム１０７の石英材料が主プリズム１０６のそれと実質的に類似しているので、２つの面１０６ｃ、１０７ｃは１つの単一媒体として機能する。即ち、異なる屈折率（空隙１７０によって与えられる）の効果が排除される。従って、光波ＡＡは面１０６ｃを通り、遮られることなく副プリズム１０７の面１０７ｃを通過する。
【００３８】
スネルの法則は、放射、または電磁波が１つの媒体から他の媒体へ通過する時の効果を述べている。結果として生ずる角度は、両媒体の屈折率における入射角の関数である。もしスネルの法則の結果が虚数であれば、その電磁波はＴＩＲである。本発明による光子エンジン１００はこの現象を使用し、光波を主プリズム内に閉じ込める（別の実施の形態に関連して説明する）。
【００３９】
圧電圧縮を通してＴＩＲを結合、また除去することによって、本発明による光スイッチが得られる。電圧が印加されないオフモードにおいては光波はＴＩＲであり、閉じ込めチャンバ１１２の外側に留まる。電圧が印加されると光スイッチはオンモードにあると呼ばれ、ＴＩＲ境界が除去される。これによって、光波は圧縮境界または界面ＣＣを通過して閉じ込めチャンバ１１２内へ進入することができる。従って、本発明の方法の重要なステップにおいては、光スイッチは、光を捕捉または閉じ込めるように迅速にオン、次いでオフに作動する。
【００４０】
好ましくは、駆動メカニズム１１６は、圧電石英、即ちプリズム１０６、１０７に信号を送る高電圧・低電流（静電気に近い）の源を含む。主及び副プリズム１０６、１０７の適切な面に取付けられている例えば銅板によって、機械的接続が与えられる。駆動メカニズムは更に、極めて高速の（ギガヘルツ）パルスでスイッチングを行う電界効果トランジスタを含む。最も好ましくは、パルスはナノ秒の間開かせ、次いでミリ秒の間オフにさせる。
【００４１】
図２は、ピストン２１０及び鏡２１２を含む可動アセンブリの一実施の形態の概要図である。このアセンブリは、質量m（及び特定の面積）及び反射率Ｅを特徴としている。動作中、距離ｄを走行して圧縮境界２１４を通り、副プリズム２０７内へ進入する放射によって、鏡面は光束ｐ1で照射される。放射圧ｐは、集合的に、鏡２１２及びピストンアセンブリ２１０に作用する機械的力を発生する。
【００４２】
本発明のプリズムは、屈折率が1.45より大きい結晶性石英材料で作ることが好ましい。実際には、光波を屈折させ、通過させ、または反射させる高度に研磨された表面を設けることが重要である。
【００４３】
図３は、光波によって供給される放射圧を伝送するためのシステム５０１の概要図である。システム５０１は、前述したような光子エンジン５００を使用している。更に、システム５０１は、３ＭTM放射光フィルムでカバー、即ちコーティングすることができる内側放物面を有する主捕集鏡５４１を使用している。システム５０１は更に、主コレクタ５４１上に取付けられ且つ主コレクタ５４１の内側放物面から反射する光を反射させるように位置決めされている少なくとも１つの副コレクタ鏡５４０を含む、または使用している。副コレクタ５４０は表面が小さいことが特徴であり、外側表面を３ＭTM放射光フィルムでカバー、即ちコーティングすると有利である。システムには更に、副コレクタ鏡５４０、及び主コレクタ鏡５４１が集めた光を光子エンジン５００へ伝送するための光案内５４５も設けられている。好ましくは、システム５０１は、スタンド及びベースアセンブリ５４４、及びシステム５０１を放射源に向けるためのポインティングコントローラ５４３を含む。
【００４４】
図４ａ乃至４ｈは、本発明の実施の形態の概要図であり、類似の要素には類似の参照番号が付されている。詳述すれば、図４ａは、主プリズム７０６、及び主プリズム７０６内に埋め込まれている光ビーム拡張器／収縮器７６２を利用する副プリズム７０７の配列を示している。詳述すれば、光ビーム拡張器／収縮器７６２は、光ビームを複数回分割してそれをそれ自体の上に向け直すように機能し、最終的に閉じ込めチャンバ７０２ａ（主プリズムとの境界のみが示されている。）内へ導入される光波の強度を増加させる。
【００４５】
図４の実施の形態においては、主プリズム７０６は八角形の形状であり、従って、８つの面または壁７０６ａ−７０６ｈ（それらの若干だけが示されている）を有している。先行実施の形態におけるように、主プリズム７０６は石英材料で作ることが好ましい。主プリズム７０６は、第１の面７０６ａから伸びる突起７６０を含み、この突起７６０はビーム入口として役立つ。ビーム入口７６０は、集中した円形の形状を有していることが好ましい。更に、主プリズム７０６の別の面７０６ｃは、副プリズム７０７の前面７０７ｃに接近して、またそれから離間して位置決めされる。前述したように、界面７１４は、本発明によって適切な駆動メカニズムによって動作させられて圧縮境界光スイッチを構成する。
【００４６】
図４ｂの詳細図を参照する。本発明の更に別の面においては、主プリズム７０６には、主プリズム７０６の内部に位置決めされ且つ石英材料７０６’内に埋め込まれている光ビーム拡張器／収縮器７６２が設けられている。図４ｃ及び４ｄには、拡張器／収縮器７６２のさらなる詳細が示されている。
【００４７】
図４ｄを参照する。光拡張器／収縮器７６２は、石英材料７０６’内に埋め込まれているファセット付き石英ブロックである。物理的には、光拡張器／収縮器７６２は、その中に切られている同心状の空気界面７８６を有する石英材料７０６’の湾曲した円形区分である。ファセット付き石英ブロック７６２は、所与の直径を有する入射光ビームＡＡに心合わせされている。図４ｂに示すように、石英ブロック（即ち、光拡張器／収縮器７６２）は、１組の石英・空気界面の同心状の45°ファセットを有している。クロスハッチされた区分は、主プリズム７０６の石英材料７０６’、並びに石英ブロック７６２の石英材料７０６”を示している。残余のクロスハッチされていない領域は、石英材料が存在しないボイドである空気、または真空界面７８２である。より重要なことは、これらの空気界面７８２が石英材料の光学特性（即ち、屈折率）とは異なる光学特性を有することである。図４ｂ及び平面図である図４ｃには、同心状の界面の外側シリンダを構成している同心状の鏡７８０も示されている。後述するように、鏡７８０は、動作中に光の最も外側の直径の同心状のシリンダを反射させるように機能し、それによって光路を反転させ、光収縮プロセスを開始させる。
【００４８】
図４ｄは、本発明の光拡張器／収縮器７６２が、主プリズム７０６を通って走行する光ビームＡＡをどのように伝送、またはそれ以外に処理するかを示している。第１の伝送モードにおいては、光ビームＡＡE（拡張）は45°石英・空気界面７８４において反射する。各入射ビームは、外向きの方向に２回の90°反射を受け、それによってビームの直径はより大きい直径に変換（拡張）される。逆モードにおいては、光ビームＡＡC（収縮）は再度石英・空気界面７８４に衝突し、再び２回の90°反射を受けてその直径がより小さい直径に変換（収縮）される。
【００４９】
以上のように、光拡張器／収縮器７６２は３つの動作、即ち、光拡張、光反射、及び光収縮を行う。光反射（ＡＡL）は、光ビームＡＡが最大同心状シリンダまで拡張される度に１回発生する。これは、光ＡＡL（反射）の方向を反転させる鏡７８０からの反射によって促される。光ビームが完全に拡張、収縮した時に光スイッチ（圧縮境界界面７１４）が活動化され、それによって閉じ込めるチャンバ７０２は図４gに示すように、2つの方向において充填され得るようになる。図４ｈは、ビーム束が主プリズム７０６内において増倍された後に、鏡７１０及びピストンアッセッブリ（図示せず）に作用する結果として生ずるビームパターンを示している。全ての光が閉じ込めるチャンバ７０２内に注入されると、光スイッチは閉位置に戻されるので、結果として生ずる閉じ込めチャンバ７０２内に閉じ込められる。このように、主プリズム７０６からの光ビーム束の増倍が、より高いパワー出力をもたらす。
【００５０】
図４ｅ及び４ｆは、圧縮境界光スイッチが閉モード、即ちオフモードにある時の主プリズム７０６の一般的動作を示している。収集された光ビームＡＡは、ビーム入口７６０を通してほぼ垂直の角度で主プリズム７０６内へ導入される。好ましくは、ビーム入口７６０は、主プリズム７０６内へ導入された光ビームＡＡが背面７０６ｃ及び圧縮境界界面７１４へ向かって導かれるように配置する。最初に光スイッチは閉モード、即ち反射ステージにある。従って、光ビームＡＡはほぼ垂直の角度で、且つ主プリズム７０６の別の面７０６ｅに向かって反射する。この反射した光ビームＡＡの入射角は、光ビームＡＡがプリズム面７０６ｅ（及び、次の面７０６ｇ）からも反射するようになっている。従って、図７ｅに示すように、光ビームＡＡは、最初は内部全反射によって主プリズム７０６を周って回転する。
【００５１】
好ましくは、収集されたビームＡＡは、主プリズム７０６に進入してビーム拡張器／収縮器７６２に進入するまでに、３回の光反射を受ける。光ビームＡＡがビーム拡張器／収縮器７６２に進入する方向は、ビームＡＡが拡張されるのか、または収縮されるのかを決定する。図４ｅには、光ビームＡＡは主プリズム７０６内を時計方向に回転するように示されている。この方向では、光ビームは、ビーム拡張器／収縮器７６２内へ進入すると拡張される。反対に、光ビームＡＡは主プリズム内で反時計方向に導くことができる。図４ｆに示すように、光ビームＡＡは、結果として光ビームが収縮するようにビーム拡張器／収縮器７６２に進入する。各回転、及びビーム拡張器／収縮器への導入によって光ビームＡＡは、同心状のシリンダの次のレベルへ拡張、または収縮する。しかしながら、拡張は、最大レベルの同心状シリンダにおける反射鏡によって制限される。この点において、光ビームＡＡの方向が反転され、それによって収縮プロセスが再開される。
【００５２】
しかしながら、本発明による装置の構成要素の種々の配列及び展開が可能であること、及び特定の環境及び応用に従って変化することを理解されたい。しかしながら、上述したように、如何なる応用においても本発明の種々の面を適用することが可能である。さらなる例として、ピストン及びシリンダアセンブリは、エネルギ積デバイス（例えば、ばねデバイス）のような別のエネルギシステムに置換することができる。
【００５３】
以上の本発明の説明は、単なる説明のためになされたに過ぎない。以上の説明は、本発明を、開示した装置に限定する意図がないことに注目されたい。上述した本発明の種々の面は、光波によって供給される放射圧を伝送する他の型のエンジン及び機械的仕事デバイス、及び放射圧を利用して機械的仕事を発生する方法に適用することができる。また、本発明が、上述した方法、これらの方法内に使用される装置、及び関係付けられた構成要素及びサブシステム内に実現されていることにも注目されたい。本発明のこれらの変形は、光学、エンジン技術、または他の関連技術に精通していれば、本明細書から容易に理解できよう。従って、上述した教示と同等の変形及び変更、及び関連技術のスキル及び知識は、本発明の範囲内にある。また更に、上述した実施の形態は、本発明を実施するための最良モードを説明するために、及び他の当分野に精通する人々が本発明及び他の実施の形態を、本発明の特定の応用または用途によって要求される種々の変更と共に使用することを可能にするために意図されたものである。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】光波に関連した放射圧を伝送させるための、本発明を説明するための概要図である。
【図１ａ】閉モードにおける本発明による圧縮境界界面の詳細図である。
【図１ｂ】開モードにおける本発明による圧縮境界界面の詳細図である。
【図２】本発明で発生するパワーの計算を説明するための使用する概要図である。
【図３】本発明と共に使用できる装置の概要図である。
【図４ａ】本発明による主プリズム及び副プリズムを示す概要図である。
【図４ｂ】図４ａに示した本発明による光拡張器／収縮器の詳細断面図である。
【図４ｃ】図４ａに示した本発明による光拡張器／収縮器の平面図である。
【図４ｄ】本発明による光拡張器／収縮器の動作を示す概要図である。
【図４ｅ】本発明による主プリズムの光拡張器の動作を示す概要図である。
【図４ｆ】本発明による主プリズムの光拡張器の動作を示す概要図である。
【図４ｇ】本発明による主及び副プリズムの動作を示す概要図である。
【図４ｈ】本発明による光拡張器の動作から得られる光ビームパターンを示す平面図である。
【図１】
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【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図４ｄ】
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【図４ｅ】
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【図４ｆ】
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【図４ｇ】
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【図４ｈ】
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