(57)【要約】半透明導波路プラズマ光源（ＬＵＷＰＬ）（１）は、中央貫通ボア（３）を備える石英でできた導波路体（２）を有する。ボアは、その端にオリフィス（４、５）を備え、当該オリフィスは導波路体（２）の平坦な端面（６，７）の中央に空いていて、平坦な端面（６，７）の間の導波路体には円筒状の外周面（８）が備えられる。導波路体には、引き抜き石英管（１０）が挿入される。当該管はその一端（１１）が閉じていて、カラー（１２）を備え、当該カラーは管をボアの中に配置させ、管をボアのオリフィスにて、面（６、７）へと融着させる。管は真空引きされ、励起可能な材料（１）が充填され、密封空洞（１６）として当該管を封鎖し、当該空洞は少なくとも、ボアのオリフィスにある当該導波路体と前記管との融合部へと延びている。マイクロ波エネルギーを光源に供給するために、ファラデー箱（２１）と、当該導波路体内部の当該ボアの中にあるアンテナ（２２）が備えられる。マイクロ波エネルギーで駆動されると、当該導波路には共振状態が作り出され、空洞にはプラズマが作り出される。これからの光は空洞より放射され、導波路とファラデー箱から放射状に、外周面から発せられる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半透明導波路プラズマ光源であって、
・電磁波、通常はマイクロ波によって励起可能な材料を含む閉じた空洞を備える半透明な固体誘電物質からなる成形体と、
・導波路を仕切り、発光のために、少なくとも一部が半透明で、通常は少なくとも一部が透明であって、通常は不透明な覆いを備え、前記成形体を取り囲んでいるファラデー箱と、
・プラズマを励起させる電磁波、通常はマイクロ波を導波路に導入するための供給手段と、
を備え、前記光源の配置は、所定の周波数を持った電磁波、通常はマイクロ波が導入されると、前記空洞の中にプラズマが作り出され、前記ファラデー箱から発光するようになっており、
前記成形体は、ボアを有する半透明導波路と、前記ボアの中に半透明な管を備え、前記管には前記の閉じた空洞が設けられ、前記管は第一閉口端と第二閉口端を有し、前記管は、前記管の前記第一閉口端または前記管の前記第一閉口端の近くにあるボアのオリフィスに、前記導波路体と前記管との融合部を備え、前記空洞は少なくとも、前記ボアの前記オリフィスにある前記導波路体と前記管との前記融合部へと延びていることを特徴とする半透明導波路プラズマ光源。
【請求項２】
前記管は、前記導波路体と前記管との前記融合部に膨張部が形成されることを特徴とする請求項１に記載の半透明導波路プラズマ光源。
【請求項３】
前記空洞は、前記融合部および／または前記管の前記膨張部を越えて延びることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半透明導波路プラズマ光源。
【請求項４】
前記管の前記第二閉口端は、ボアの内側に固定されないことを特徴とする請求項１−３のいずれか１項に記載の半透明導波路プラズマ光源。
【請求項５】
前記管は、前記ボアの他方のオリフィスにおいて、前記導波路体と前記管との第二の融合部を備え、前記ボアは貫通ボアであることを特徴とする請求項１−３のいずれか１項に記載の半透明導波路プラズマ光源。
【請求項６】
前記導波路体の中にあるボアは、前記管を滑合して受け入れられるように、所定の内径に達するまで穿たれ、研磨されることを特徴とする請求項１−５のいずれか１項に記載の半透明導波路プラズマ光源。
【請求項７】
前記ボアと前記管との間には、環状間隙が設けられていることを特徴とする請求項１−５のいずれか１項に記載の半透明導波路プラズマ光源。
【請求項８】
前記ボアは、真空引きされていることを特徴とする請求項７に記載の半透明導波路プラズマ光源。
【請求項９】
前記ボアは不活性ガスで充填されていることを特徴とする請求項７または請求項８に記載の半透明導波路プラズマ光源。
【請求項１０】
前記ボアは、少なくとも一端が開いていることを特徴とする請求項１−６のいずれか１項に記載の半透明導波路プラズマ光源。
【請求項１１】
前記半透明導波路体と前記半透明な管が同じ材質からできていることを特徴とする請求項１−１０のいずれか１項に記載の半透明導波路プラズマ光源。
【請求項１２】
前記半透明導波路体と前記半透明な管が異なる材質からできていることを特徴とする請求項１−１０に記載の半透明導波路プラズマ光源。
【請求項１３】
前記半透明導波路体と前記半透明な管の少なくともどちらか一方が石英からできていることを特徴とする請求項１−１２のいずれか１項に記載の半透明導波路プラズマ光源。
【請求項１４】
半透明導波路プラズマ光源の成形体を作成する方法であって、前記の方法は，
・前記半透明導波路体にボアを供給する段階、
・前記半透明な管の一端を封鎖する段階、
・前記半透明な管を、前記導波路体の前記ボアへと挿入する段階、
・前記管を、前記ボアの第一のオリフィスにて、前記導波路体へと融着する段階、
・前記管に前記励起可能な材料を充填する段階、および
・前記管の他端を封鎖する段階、
から構成されることを特徴とする半透明導波路プラズマ光源の成形体を作成する方法。
【請求項１５】
半透明導波路プラズマ光源を作成する請求項１４に記載の方法であって、
前記管の少なくとも一端は、前記管が前記ボアに挿入される前に封鎖されることを特徴とする方法。
【請求項１６】
半透明導波路プラズマ光源を作成する請求項１４または請求項１５に記載の方法であって、前記方法はさらに、前記導波路体に対して管が設置される位置において、前記管に膨張部を形成する段階から構成されることを特徴とする方法。
【請求項１７】
半透明導波路プラズマ光源を作成する請求項１４または請求項１５または請求項１６に記載の方法であって、前記方法はさらに、前記ボアの第二のオリフィスにて、前記管を前記導波路体に融着する段階から構成されることを特徴とする方法。
【請求項１８】
半透明導波路プラズマ光源を作成する請求項１４−１７のいずれか１項に記載の方法であって、前記管を前記励起可能な材料で充填し密封する前に、前記半透明な管は前記ボアへと挿入され、少なくとも前記ボアの前記第一のオリフィスにて、前記導波路体へと融着されることを特徴とする方法。
【請求項１９】
半透明導波路プラズマ光源を作成する請求項１４−１７のいずれか１項に記載の方法であって、前記管を前記励起可能な材料で充填し密封した後、前記半透明な管は前記ボアへと挿入され、少なくとも前記ボアの前記第一のオリフィスにて、前記導波路体へと融着されることを特徴とする方法。
【請求項２０】
半透明導波路プラズマ光源を作成する請求項１４−１９のいずれか１項に記載の方法であって、前記方法はさらに、
・前記ボアを真空引きする段階および、
・前記ボアを封鎖する段階、
から構成されることを特徴とする方法。
【請求項２１】
半透明導波路プラズマ光源を作成する請求項２０に記載の方法であって、前記方法はさらに、前記ボアを封鎖する前に前記ボアを不活性ガスで充填する段階から構成されることを特徴とする方法。
【請求項２２】
電磁波、通常はマイクロ波によって励起可能な材料を含む閉じた空洞を備える、半透明導波路プラズマ光源のための半透明な固体誘電物質からなる成形体であって、前記成形体は、
・ボアを有する半透明導波路と、
・前記ボアの中に半透明な管を備え、前記管には前記の閉じた空洞が設けられ、前記管は第一閉口端と第二閉口端を有し、前記管は、前記管の前記第一閉口端または前記管の前記第一閉口端の近くにあるボアのオリフィスに、前記導波路体と前記管との融合部を備え、
前記空洞は少なくとも、前記ボアの前記オリフィスにある、前記導波路体と前記管との前記融合部へと延びていることを特徴とする半透明導波路プラズマ光源のための半透明な固体誘電物質からなる成形体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ光源に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
我々が取得した欧州特許第１３０７８９９号には、エネルギー源へと接続し、電磁エネルギーを受け取るために構成された導波路と、前記導波路へと接続し、前記導波路からの電磁エネルギーを受け取ると発光する気体充填材を包含するバルブとを備える光源であって、
（ａ）前記導波路は基本的に、２を超える誘電率、０．０１以下の損失正接、１インチ２．５４ｃｍとして２００キロボルト／インチを越える直流破壊限界値、を持つ誘電物質で構成されている本体を備え、
（ｂ）前記導波路の大きさや形は、０．５から３０ＧＨｚまでの周波数のうち、少なくとも１つの作動周波数で、前記導波路の本体に、少なくとも一つの電界最大値を保持できるようになっていて、
（ｃ）空洞は、前記導波路の第一側面に従属し、
（ｄ）前記バルブは、作動中、前記空洞内で電界が最大となる部分に配置され、前記気体充填材は、共振している前記導波路体からのマイクロ波エネルギーを受け取ると発光するプラズマを形成し、
（ｅ）前記導波路体の内部に設けられたマイクロ波供給部は、前記エネルギー源からのマイクロ波エネルギーを受け取るように構成され、前記導波路体と密接に接触している、
ことを特徴とする光源が特許請求されている。
【０００３】
また我々の欧州特許第２１８８８２９号明細書には、マイクロ波で駆動される光源であって、前記光源が、
・中に密封された空洞を有する本体と、
・前記本体を取り囲むファラデー箱であって、マイクロ波を閉じ込めているファラデー箱と、
・前記ファラデー箱に入っている共振導波路である前記本体と
・前記空洞において、その内部で発光プラズマを生成するために充填された、マイクロ波のエネルギーによって励起可能な充填材と、
・前記充填材にプラズマを誘導するマイクロ波エネルギーを伝送するために前記本体の中に設けられたアンテナであって、前記アンテナは、マイクロ波エネルギー源と結合するために前記本体の外側に伸びている接続部を有しているアンテナと、
を有しており、
・前記本体が、そこから出て行く光のために半透明の材料からなる固体でできたプラズマ密封体であることと、
・前記ファラデー箱は前記プラズマの密封体からの光を少なくとも部分的に透過するものであることと、を特徴とし、前記密封された空洞のプラズマからの光が前記プラズマの密封体を通過可能であり、前記箱を介して放射されるような配置になっている光源が記載され、また特許請求されている。
【０００４】
これを、我々の発光共振器（Light Emitting Resonator）特許、又はＬＥＲ特許と呼ぶこととする。すぐ上で述べた光源の主クレームは、従来技術の部分に関しては、はじめに述べた我々の欧州特許第１３０７８９９号の開示に基づいている。
【０００５】
我々はＬＥＲ（特許）を改良、変形して出願し、それらは欧州特許第２３９９２６９号、欧州特許第２４３８６０６号公報、欧州特許第２４３０６４７号公報、国際公開第２０１１０７３６２３号公報（改良出願）として、公開されている。
【０００６】
我々の欧州特許出願第０８８７５６６３．０号明細書（国際公開第２０１００５５２７５号公報）には、
・導波路を取り囲み、少なくとも一部が光を伝達し、光を放射状に伝達するための半透明なファラデー箱と、
・前記導波路と前記ファラデー箱との内部のバルブ型空洞共振器と、
・前記導波路と前記ファラデー箱との内部のアンテナ凹部と、
を有する固体誘電体材料からなる半透明な導波路と、
マイクロ波が励起可能な充填物を有するバルブであって、前記バルブ型空洞共振器内に受け入れられるバルブと、
を備えた光源が記述、特許請求されている。
【０００７】
半透明の導波路は、バルブのまわりにクラムシェルを形成するので、我々は、これを我々のクラムシェル出願と呼ぶこととする。
【０００８】
我々のＬＥＲ特許、我々のＬＥＲ改良出願、我々のクラムシェル出願、そして本明細書で用いられているように、
・「マイクロ波」は、ある特定の周波数帯をさすわけではない。我々は「マイクロ波」を、３００ＭＨｚ周辺から３００ＧＨｚ周辺まで３桁に及ぶ周波数帯を意味するものとして用いている。
・「半透明」とは半透明とされている物の材料が透明または半透明であることを意味する。
・「プラズマのルツボ」とはプラズマを閉じ込めた密封体を意味し、ボイド空間の充填材がアンテナからのマイクロ波エネルギーによって励起された時はそのボイド空間内を意味する。
・ファラデー箱とは、電磁放射を閉じ込める導電性の覆いを意味し、マイクロ波などの、所定の作動周波数の電磁波を、少なくとも、十分に透過させない。
【０００９】
ＬＥＲ特許、クラムシェル出願、そして上述したＬＥＲ改良出願は、以下の点で共通している。
【００１０】
半透明導波路プラズマ光源は
・電磁波（通常はマイクロ波）によって励起可能な材料を含む閉じた空洞を備える半透明な固体誘電物質からなる成形体と、
・導波路を仕切り、発光のために、少なくとも一部が半透明で、通常は少なくとも一部が透明であって、通常は不透明な覆いを備え、前記成形体を取り囲んでいるファラデー箱と、
・プラズマを励起させる電磁波（通常はマイクロ波）を導波路に導入するための供給手段を備え、
所定の周波数を持った電磁波（通常はマイクロ波）が導入されると、空洞の中にプラズマが作り出され、ファラデー箱から発光するように配置される。
【００１１】
本明細書では、半透明導波路プラズマ光源（Lucent Waveguide Plasma Light Source）をＬＵＷＰＬと呼ぶこととする。
【００１２】
これまで、半透明材料は石英からできている、および／または、ガラスを含むことができるものとしてきたが、前記材料は、固体としての典型的な性質と、液体としての典型的な性質を保有しており、過冷却液体などと呼ばれているが、本明細書の目的においては、過冷却液体は固体としてみなされるものとする。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
我々のＬＥＲ特許の好ましい実施形態では、空洞は、一般には石英からできている半透明な導波路の中に直接形成される。これでは、プラズマによって導波路の部材に微小な割れが生じた場合、微小な割れは部材に伝播し、問題を引き起こしてしまう。
【００１４】
我々のクラムシェル出願では、空洞と、励起可能な材料を備える石英バルブが、半透明な導波路とは別に設けられ、また、半透明な導波路の内部に挿入されているため、このような問題は存在しない。導波路は二等分され、その間にバルブが保持されるか、もしくは、バルブを受け入れるボアを有するように単体に形成される。
【００１５】
本発明の目的は、改良された半透明導波路プラズマ光源を提供することであって、これによってクラムシェル出願での構造と似た構造でもって、ＬＥＲ特許の効果が得られる。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明によれば、
・電磁波（通常はマイクロ波）によって励起可能な材料を含む閉じた空洞を備える半透明な固体誘電物質からなる成形体と、
・導波路を仕切り、発光のために、少なくとも一部が半透明で、通常は少なくとも一部が透明であって、通常は不透明な覆いを備え、前記成形体を取り囲んでいるファラデー箱と、
・プラズマを励起させる電磁波（通常はマイクロ波）を前記導波路に導入するための供給手段を備え、
前記光源の配置は、所定の周波数を持った電磁波（通常はマイクロ波）が導入されると、前記空洞の中にプラズマが作り出され、前記ファラデー箱から発光するようになっており、
前記成形体は、ボアを有する半透明導波路と、ボアの中に半透明な管を備え、前記管には前記の閉じた空洞が設けられ、前記管は第一閉口端と第二閉口端を有し、前記管は、前記管の前記第一閉口端部分または前記管の前記第一閉口端の近くにある前記ボアのオリフィスに、前記導波路体と前記管との融合部を備え、前記空洞は少なくとも、前記ボアのオリフィスにある、前記導波路体と前記管との融合部まで延びている、半透明導波路プラズマ光源が提供される。
【００１７】
好ましくは、前記管には、導波路体に対して前記管が設置される位置において、前記導波路体と前記管との融合部に膨張部が形成される。
【００１８】
前記空洞は、前記融合部および／または前記管の膨張部を越えて延びることも考えられるが、前記空洞は、前記融合部および／または前記管の膨張部まで延びていることが好ましい。
【００１９】
典型的には、前記管の一端は、前記ボアに挿入される前に封鎖される。
【００２０】
理論上、前記管は、前記導波路体に融着する前にバルブとして形成することが可能である。しかし、前記空洞は、前記管が導波路体に融着された後、励起可能な材料が中に入った状態で封鎖されることが好ましい。
【００２１】
また、半透明な前記導波路体と半透明な前記管は違う材質とすることも考えられるが、好ましくは同じ材質、通常は石英から作られる。
【００２２】
本発明の第一の実施例では、好ましくは
・前記ボアは貫通孔とし、
・前記導波路体の中にあるボアは、前記管を滑合して受け入れるため、所定の内径に達するまで穿たれ、研磨され、
・前記管には、閉口端から前記ボアの長さくらいの場所に膨張部／カラーが形成され、
・前記管は、前記ボアの両方のオリフィスで前記導波路体に融着され、
・前記管は、プラズマ材が満たされ密封される前に、前記ボアの両方のオリフィスにて、導波路体に融着される。
【００２３】
本発明の第二の実施例では、好ましくは
・前記導波路体の中にある前記ボアは、穿たれ、また研磨され、
・前記ボアと前記管との間には、環状間隙が設けられ、
・前記管には、前記導波路体に対して前記管が設置される位置においてカラーが形成され、
・前記管の第二閉口端は、前記ボアの内側に固定されず、
・前記ボアは密封され、真空引きされるか、もしくは不活性ガスで満たされ、
・前記管は、プラズマ材が満たされ密封される前に、前記ボアの前記オリフィスにて、導波路体に融着される。
【００２４】
本発明の理解を助けるため、具体例や添付図面を参照しながら特定の実施形態を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１は、本発明の半透明導波路プラズマ光源の断面図である。
【図２】図２は、図１に図示の光源の製造に用いられるプラズマ空洞管の同様な図である。
【図３】図３は、本発明の半透明導波路プラズマ光源の断面図である。
【図４】図４は、半透明導波路体と、図１に図示の光源の製造に用いられる、接続されている２つの管の同様な図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
図１と図２を参照すると、半透明導波路プラズマ光源（ＬＵＷＰＬ）１は石英導波路体２を有し、石英導波路体２は短い２０ｍｍの長さを持ち、円形状をした４９ｍｍの外径を持っている。当該導波路体は６ｍｍの中央貫通ボア３を備えている。当該ボアは光学的になめらかになるまで研磨されているが、石英でできた導波路体への微小な割れをすべて取り除く程度まで研磨されている必要はない。ボアは、その両端にオリフィス４、５を備え、当該オリフィスは導波路体の平坦な端面６、７の中心に開口している。その端面６、７の間にある導波路体には、円筒状の外周面８が備えられている。
【００２７】
穿孔の後に、引き抜き石英管１０が導波路体に挿入される。引き抜き石英管はボアと同寸法であり、引き抜き石英管は導波路体の中に滑合する。引き抜き石英管は１ ｍｍの壁厚を有している。挿入時には、管は、閉じている一端１１と、閉口端のドーム１４より２５ｍｍのところに据え込み加工することで形成されたカラー１２を備えている。カラーによって管がボアの中に配置された後、通常のガラス加工技術により、管はボアのオリフィスにおいて、面６、７へと融着される。
【００２８】
管は延長部を有し、これによって管を真空引きし、励起可能な材料１５を充填して、密封空洞１６として管を封鎖することが可能である。これは、我々の初期の欧州特許第１，８３１，９１６号−我々の封着特許−の方法で可能である。図２に図示されているのは、当該管の近接頚部１７および遠接頚部１８であり、近接頚部１７および遠接頚部１８は、管が導波路体に融着された後、当該管の第一の封着部と当該管の第二の封着部となる。
【００２９】
図１には、メッシュ状のファラデー箱２１と、マイクロ波エネルギーを光源へ供給するための、導波路体のボア２３にあるアンテナ２２が記載されている。ファラデー箱は、頑丈な金属支持体２４により固く閉じられる。マイクロ波で駆動されると、我々のＬＥＲ特許や我々の国際出願第ＰＣＴ／ＧＢ２０１０／０００９１１号に概して述べられているように、導波路には共振状態が作り出され、空洞にはプラズマが作り出される。これからの光は、空洞より放射され、導波路とファラデー箱から放射状に、外周面８から発せられる。
【００３０】
図３と図４を参照すると、半透明導波路プラズマ光源（ＬＵＷＰＬ）１０１は石英導波路体１０２を有し、石英導波路体１０２は短い２０ｍｍの長さを持ち、円形状をした４９ｍｍの外径を持っている。当該導波路体は６ｍｍの中央貫通ボア１０３を備えている。当該ボアは光学的になめらかになるまで研磨されているが、石英でできた導波路体への微小な割れをすべて取り除く程まで研磨されている必要はない。ボアは、その端にオリフィス１０４を備え、当該オリフィスは導波路体の平坦な端面１０５の中心に開口している。もう一方の端面１０６には、ボアの密閉部１０７が備えられている。導波路体の端面１０５、１０６の間には円筒状の外周面１０８が備えられている。
【００３１】
導波路体の中にボア１０３を作った後、以下に説明するように、内径６ｍｍの引き抜き石英管 １１０は端面１０６に融着され、密閉部１０７として形成されることになる。内径４ｍｍのもう一つの引き抜き石英管 １１１は、一端１１２が密封され、ドーム型に形成され、ドーム型の端点より１７ｍｍのところに据え込みカラー１１４が形成される。密封された管１１１はボアに挿入され、当該管はカラーが管を端面１０６にあるボアのオリフィス１０４に配置するように挿入される。カラーは、オリフィスにて、端面へと融着される。
【００３２】
導波路体には、２つの管が取り付けられる。小さいほうの管は、中央ボアへと延びていて、大きいほうの管は、ボアを延長している。小さい方の管（内管）は真空引きされ、励起可能な材料 １１５が充填され、密封空洞１１６として密封される。これは、我々の初期の欧州特許第１，８３１，９１６号−我々の封着特許−の方法で可能である。図４に図示されているのは、当該管の近接頚部１１７および遠接頚部１１８であり、近接頚部１１７および遠接頚部１１８は、管が導波路体に融着された後、当該管の第一の封着部と当該管の第二の封着部となる。大きいほうの管１１０にも真空引きがなされ、内管の周りの空間は真空引きされ、場合によっては窒素が充填される。大きいほうの管は、内管と同様に密封されるが、１つの頚部１１９しか必要としない。
【００３３】
結果として、内管によって形成された内側の石英密封体は、その中心に励起可能な材料で充填された空洞を備え、当該空洞は円筒状の空洞１２０によって囲まれ、当該空洞は内管を断熱し、高温状態にすることを可能にする。
【００３４】
図３には、メッシュ状のファラデー箱１２１と、マイクロ波エネルギーを光源へ供給するための、導波路体のボア１２３にあるアンテナ１２２が記載されている。ファラデー箱は、頑丈な金属支持体１２４により、固く閉じられる。マイクロ波で駆動されると、我々のＬＥＲ特許や我々の国際出願第ＰＣＴ／ＧＢ２０１０／０００９１１号に概して述べられているように、導波路には共振状態が作り出され、空洞にはプラズマが作り出される。これからの光は空洞より放射され、導波路とファラデー箱から放射状に、外周面１０８から発せられる。
【００３５】
本発明は、上記の実施例の詳細に限定されるものではない。ボアは、例えば、ブラインドボアとなるように穿つことが可能である。空洞１２０は、空気が満たされた状態となるか、もしくは内管が密封された状態で周囲の大気が満たされるか、場合によっては真空とすることが可能である。また、ボアは貫通ボアとし、開放したままにすることも可能であり、この場合も空洞は空気で満たされる。空気は、それでも内管と本体との間に十分な断熱効果を与える。また、ＬＥＲ技術に馴染み深い読者ならば、本発明の好ましい実施例にある半透明導波路プラズマ光源の寸法が、２．４５ＧＨｚ、ＴＭ０１０モードに適することに気付くであろうが、本発明は、ＴＥ１１１モードのような他のモードや周波数にも応用可能である。２．４５ＧＨＺに対応するこのような構造は、外径が４４ｍｍ で長さが６４ｍｍ あり、径としてはわずかに小さいが、より長くなる。このようなモードは、高いワット数でより高いＱ値を持つという利点がある。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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