(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
・固体誘電体で半透明材料からなる加工品であって、少なくとも
・電磁波で励起可能なプラズマ材料を含む密閉された空洞の封体、
を備える加工品と、
・ファラデー箱であって、前記ファラデー箱が、
・少なくとも実質的に前記加工品を包囲し、
・光を放射するために、少なくとも一部が半透明で、
・導波路の範囲を区切り、
前記加工品が、前記導波路内部の空間の少なくとも一部を占有するファラデー箱と、
・固体誘電体からなる材料によって少なくとも実質的に取り囲まれ、プラズマを励起させる電磁波を前記導波路に導入する、少なくとも部分的に誘導性の結合手段と、
を備え、
これらによって、所定の周波数を持つ電磁波の導入時にプラズマが前記空洞内に確立され、前記ファラデー箱を通して光が放たれ、
・前記ファラデー箱に、
・前記ファラデー箱により範囲が区切られた前記導波路内部の空間に広がる第１の領域であって、前記誘導性の結合手段を収容する第１の領域と、
・前記ファラデー箱により範囲が区切られた前記導波路内部の空間に広がる第２の領域であって、
・前記第１の領域の誘電率の容量平均値と比べて低い誘電率の容量平均値を有し、
・固体誘電体で半透明材料からなる前記加工品ならびに、
・電磁波で励起可能なプラズマ材料を含む前記密閉された空洞の封体のみ、または
・電磁波で励起可能なプラズマ材料を含む前記密閉された空洞の封体および前記加工品内部の空胴または、
・電磁波で励起可能なプラズマ材料を含む前記密閉された空洞の封体および、前記
加工品と前記ファラデー箱との間にある前記導波路内部の空間の中空部または、
・電磁波で励起可能なプラズマ材料を含む前記密閉された空洞の封体および、前記加工品内部の空胴と、前記加工品と前記ファラデー箱との間にある前記導波路内部の空間の中空部の両方、
のいずれか１つ、
によって占有されている、
第２の領域と、を有し、
・プラズマを励起させる電磁波を前記導波路に導入する前記少なくとも部分的に誘導性の結合手段は、前記第１の領域から前記第２の領域の位置まで延び、その位置で固体誘電体からなる材料によって占有されていない前記第２の領域の一部が、前記結合手段と前記ファラデー箱との間に介在することを特徴とすることを特徴とする半透明導波路電磁波プラズマ光源。
【請求項２】
固体誘電体からなる材料の外面が、前記加工品の半透明材料の面や、前記導波路内部の空間における前記第１の領域と前記第２の領域との間の境界面として、少なくとも実質的に前記ファラデー箱の内部に広がり、
前記少なくとも部分的に誘導性の結合手段はアンテナであって、
前記加工品の後壁にある開口部を通して、前記加工品の中にある空胴へと、シース管に入っていない状態で延びて前記後壁に封止されるか、または
前記密閉された空洞と同軸方向に、シース管に入った状態で前記加工品へと延びることを特徴とする請求項１に記載の半透明導波路電磁波プラズマ光源装置。
【請求項３】
・前記シース管は前記加工品の材料からなり、
・前記密閉された空洞の封体と連続するものであるか、または
・前記密閉された空洞の封体から遮断され、
・前記アンテナと前記密閉された空洞との間には、単一の加工品の材料のみが存在することを特徴とする請求項２に記載の半透明導波路電磁波プラズマ光源装置。
【請求項４】
・励起可能なプラズマ材料を含む前記密閉された空洞はすべて、前記第１の領域と比べて低い平均誘電率を持つ第２の領域のなかに配置され、前記第２の領域が、前記誘導性の結合手段から前記空洞を越える方向に、前記空洞を越えて延びるか、
または、
・励起可能なプラズマ材料を含む前記密閉された空洞は、前記ファラデー箱を通過して延びるように配置され、前記ファラデー箱と前記第２の領域のない部分が前記空洞の前記ファラデー箱を通過した部分にあり、前記加工品のうち前記ファラデー箱を通過した部分以外の部分は前記ファラデー箱によって包囲されている、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の半透明導波路電磁波プラズマ光源装置。
【請求項５】
・前記加工品は前記プラズマ材料を含む密閉された空洞とは異なる少なくとも１つの空胴を有し、
・前記空胴は前記空洞の封体と前記加工品内の少なくとも１つの周壁との間に広がり、
前記周壁は、前記封体から前記周壁までの前記空胴の広がりよりも薄い厚みを有する、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の半透明導波路電磁波プラズマ光源装置。
【請求項６】
・前記加工品は、前記ファラデー箱の寸法よりも小さな外形寸法を有し、前記加工品と前記ファラデー箱との間における前記導波路内部の空間の部分の広がりに固体誘電体からなる材料が存在しないか、および／または
・前記加工品は、前記ファラデー箱内で、誘導性結合器が配置されている前記導波路空間の端部から反対側に、前記導波路空間の端部より距離をおいて配置される、
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の半透明導波路電磁波プラズマ光源装置。
【請求項７】
・前記誘導性の結合手段を取り囲む固体誘電体からなる材料が、前記加工品のものと同じ材料であるか、または
・前記誘導性の結合手段を取り囲む固体誘電体からなる材料は、前記加工品の材料の誘電率よりも高い誘電率を持つ材料であり、前記誘導性の結合手段を取り囲み、前記加工品に近接して配置される本体の内に、前記加工品の材料の誘電率よりも高い誘電率を持つ材料が存在し、
・前記誘導性の結合手段は伸張アンテナであるか、或いは伸張アンテナを備え、前記伸張アンテナは、包囲する前記固体誘電体からなる材料の中にあるボア内に延びている、ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項記載の半透明導波路電磁波プラズマ光源装置。
【請求項８】
・前記ファラデー箱は放射状に光を放つために半透明であり、および／または、
・前記ファラデー箱はそこから前面に、つまり前記導波路内部の空間において誘電率が前記第２の領域と比べて比較的高い前記第１の領域から離れて光放射するために半透明である、ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項記載の半透明導波路電磁波プラズマ光源装置。
【請求項９】
・前記誘導性の結合手段は伸張アンテナであるか、或いは伸張アンテナを備え、
・前記アンテナは、誘電率が前記加工品よりも高い材料の中にあるボア内を延びているプレーンワイヤである、ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項記載の半透明導波路電磁波プラズマ光源装置。
【請求項１０】
・固体誘電体で半透明材料からなる加工品であって、少なくとも
・電磁波で励起可能なプラズマ材料を含む密閉された空洞の封体、
を備える加工品と、
・ファラデー箱であって、前記ファラデー箱が、
・前記加工品を包囲し、
・光を放射するために、少なくとも一部が半透明で、
・導波路の範囲を区切り前記加工品が前記導波路内部の空間の少なくとも一部を占有し、前記導波路内部の空間が
・対称軸、
を有するファラデー箱と、
・固体誘電体からなる材料によって少なくとも実質的に取り囲まれ、プラズマを励起させる電磁波を前記導波路に導入する、少なくとも部分的に誘導性の結合手段と、
を備え、
これらによって、所定の周波数を持つ電磁波の導入時にプラズマが前記空洞内に確立され、前記ファラデー箱を通して光が放たれる半透明導波路電磁波プラズマ光源であって、
・前記導波路内部の空間は前半容積部と後半容積部に仮想的に等分されるような配置になっており、
・前記前半容積部は、
・前記空洞が前記前半容積部に入るように、前記加工品によって少なくとも部分的に占有され、
・前記ファラデー箱前方の半透明部分によって少なくとも部分的に包囲され、当該部分を通して前記空洞からの光が放射可能となっており、
・前記後半容積部は、その中に延びる前記少なくとも部分的に誘導性の結合手段を有し、
・前記前半容積部の中における誘電率の容量平均値が前記後半容積部の中における誘電率の容量平均値よりも小さく、
・プラズマを励起させる電磁波を前記導波路に導入する、前記少なくとも部分的に誘導性の結合手段は、前記導波路内部の空間において、前記後半容積部から前記前半容積部の位置まで延び、その位置で固体誘電体からなる材料によって占有されていない前記前半容積部の一部が、前記結合手段と前記ファラデー箱との間に介在する、ことを特徴とする、半透明導波路電磁波プラズマ光源。
【請求項１１】
固体誘電体からなる材料の外面が、前記加工品の半透明材料の面や、前記導波路内部の空間における前記前半容積部と前記後半容積部との間の境界面として、少なくとも実質的に前記ファラデー箱の内部に広がるか、または
前記少なくとも部分的に誘導性の結合手段はアンテナであって、前記加工品の後壁にある開口部を通して、前記加工品の中にある空胴へと、シース管に入っていない状態で延びて前記後壁に封止され、さらに
前記少なくとも部分的に誘導性の結合手段はアンテナであって、前記密閉された空洞と同軸方向に、シース管に入った状態で前記加工品へと延び、
前記少なくとも部分的に誘導性の結合手段と前記密閉された空洞との間には、単一の材料のみが存在し、
前半容積部と後半容積部における誘電率の容量平均の違いは、前記加工品の端から端までの非対称性によるもの、および／または、前記ファラデー箱内における非対称な配置によって生じるものであることを特徴とする請求項１０に記載の半透明導波路電磁波プラズマ光源装置。
【請求項１２】
・前記加工品は前記導波路内部の空間の全体を占有し、
・少なくとも１つの真空引きされた、或いはガスで満たされた空胴が、前記前半容積部内の前記加工品に備えられ、それによって、前記前半容積部における誘電率の容量平均を下げ、
・前記空胴は、前記空洞の封体と、前記加工品の少なくとも１つの周壁との間で広がり、前記周壁は、前記空洞の封体から前記周壁までの前記空胴の広がりよりも薄い厚みを有するかまたは、
・前記加工品は前記導波路内部の空間の前部を占有し、
・前記加工品と同一の材料からなる分離体が前記導波路内部の空間の残り部分を占有し、
・少なくとも１つの真空引きされた、或いはガスで満たされた空胴が、前記前半容積部内の前記加工品に備えられ、それによって、前記前半容積部における誘電率の容量平均を下げ、
・前記空胴は、前記空洞の封体と、前記加工品の少なくとも１つの周壁との間で広がり、前記周壁は、前記空洞の封体から前記周壁までの前記空胴の広がりよりも薄い厚みを有するか、または、
・前記加工品よりも高い誘電率の材料からなる分離体が前記導波路内部の空間の残り、
または少なくとも大部分を占有し、
・少なくとも１つの真空引きされた、或いはガスで満たされた空胴が、前記前半容積部内の前記加工品に備えられ、それによって、前記前半容積部と前記後半容積部における誘電率の容量平均の差を広げ、
・前記空胴は、前記空洞の封体と、前記加工品の少なくとも１つの周壁との間で広がり、前記周壁は、前記空洞の封体から前記周壁までの前記空胴の広がりよりも薄い厚みを有する、ことを特徴とする請求項１０または１１に記載の半透明導波路電磁波プラズマ光源装置。
【請求項１３】
・一乃至複数の前記空胴が真空引きされ、および／またはゲッターで排気されるか、または、
・一乃至複数の前記空胴が５ミリバール（０．５キロパスカル）から１５００ミリバール（１５０キロパスカル）までの圧力、または１００ミリバール（１０キロパスカル）から７００ミリバール（７０キロパスカル）までの圧力のガスで占有され、前記ガスは窒素である、
ことを特徴とする請求項１２に記載の半透明導波路電磁波プラズマ光源装置。
【請求項１４】
・前記空洞の封体が前記加工品の中心軸を横切り、前記空胴の横方向に延びるか、または、
・前記空洞の封体は、前記加工品の中心縦軸、すなわち前記加工品の前後の軸上に延びており、
・前記空洞の封体は、前記加工品の前壁と後壁の両方に接続されるか、
・前記空洞の封体は、前記加工品の前壁のみに接続され、
・前記空洞の封体は前記前壁を通って延び、一部は前記ファラデー箱を通って延び、
・前記前壁はドーム状に形成されるか、または、
・前記前壁は平らで前記加工品の後壁と平行である、
ことを特徴とする請求項１１〜１３のいずれか１項記載の半透明導波路電磁波プラズマ光源装置。
【請求項１５】
・前記空洞の封体と前記加工品の残り部分は、同一の半透明な材料からなるか、または、
・前記空洞の封体と少なくとも前記加工品の外壁は、異なる半透明な材料からなり、前記外壁は紫外線不透過材料からなり、
前記導波路内部の空間のうち前記加工品によって占有される部分は、前記前半容積部に実質的に一致することを特徴とする請求項１０〜１４のいずれか１項記載の半透明導波路電磁波プラズマ光源装置。
【請求項１６】
・前記分離体が前記加工品の後面に対向して隣接し、前記ファラデー箱によって横方向に配置され、または、
・前記分離体が前記加工品の後面からエアギャップによって間隔を置いて配置され、前記ファラデー箱によって横方向に配置され、
・前記加工品は裾部を有し、前記分離体は前記加工品の後面に接すると共に、前記裾部内で横方向に配置されている、ことを特徴とする請求項１２、請求項１２を引用する請求項１３、請求項１２を引用する請求項１４、請求項１２を引用する請求項１５のいずれか１項記載の半透明導波路電磁波プラズマ光源装置。
【請求項１７】
・前記空洞の封体は管状であって、
・固体誘電体の材料からなる前記分離体と前記加工品が、場合によって、中心縦軸に対して回転体であるか、
・固体誘電体の材料からなる前記分離体と前記加工品が、場合によって、矩形の断面を有する、
ことを特徴とする請求項１２、請求項１２を引用する請求項１３、請求項１２を引用する請求項１４、請求項１２を引用する請求項１５、請求項１２を引用する請求項１６のいずれか１項記載の半透明導波路電磁波プラズマ光源装置。
【請求項１８】
・電磁波エネルギー源からの電磁波エネルギー入力部と、
・前記半透明導波路電磁波プラズマ光源における前記誘導性の結合手段への出力接続部と、
・を有する電磁波回路、
を組み合わせて提供する半透明導波路電磁波プラズマ光源であって、
前記電磁波回路は、
・帯域通過フィルタとして構成され、前記電磁波エネルギー源の出力インピーダンスに前記半透明導波路電磁波プラズマ光源の誘導性入力インピーダンスを整合して構成される複素インピーダンス回路であって、
・前記電磁波回路は調節可能な櫛形フィルタであって、前記電磁波回路は、
・金属性の筺体と、
・前記筺体の内部にそれぞれ接地される、一組の完全導体（ＰＥＣ）と、
・一方が入力用で他方が出力用の、前記ＰＥＣに接続される一組の接続部と、
・前記筺体内で、各ＰＥＣの遠端に対向してそれぞれ設置される、各調整素子と、
・前記ＰＥＣの間のアイリスに設置されるさらなる調整素子と、
を備える、
ことを特徴とする請求項１〜１７のいずれか１項記載の半透明導波路電磁波プラズマ光源装置。
【請求項１９】
・固体誘電体で半透明材料からなる加工品であって、少なくとも
・電磁波で励起可能なプラズマ材料を含む密閉された空洞の封体、
を備える加工品と、
・ファラデー箱であって、前記ファラデー箱が、
・前記加工品を包囲し、
・光を放射するために、少なくとも一部が半透明で、
・導波路の範囲を区切り、
・前記加工品が前記導波路内部の空間の少なくとも一部を占有するファラデー箱と、
・固体誘電体からなる材料によって少なくとも実質的に取り囲まれ、プラズマを励起させる電磁波を前記導波路に導入する、少なくとも部分的に誘導性の結合手段と、
を備え、
これらによって、所定の周波数を持つ電磁波の導入時にプラズマが前記空洞内に確立され、前記ファラデー箱を通して光が放たれ、
・前記加工品は石英からなり、
・アルミナからなる本体を前記導波路内部の空間に備えることにより、前記導波路内部の空間における誘電率の容量平均を上げ、前記誘導性の結合手段が該アルミナからなる本体の中に少なくとも部分的に提供され、
・プラズマを励起させる電磁波を前記導波路に導入する前記少なくとも部分的に誘導性の結合手段は、前記アルミナからなる本体から固体誘電体からなる材料によって占有されていない領域における位置に延び、その位置で前記固体誘電体からなる材料によって占有されていない領域の一部が、前記結合手段と前記ファラデー箱との間に介在し、前記少なくとも部分的に誘導性の結合手段はさらに前記石英からなる加工品の中へと延びて、前記加工品と前記アルミナ体の全体で、前記導波路内部の空間が満たされることを特徴とする半透明導波路電磁波プラズマ光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半透明導波路電磁波プラズマ光源に関連する。
【背景技術】
【０００２】
欧州特許第２１８８８２９号明細書、すなわち’８２９特許において、
マイクロ波エネルギーで駆動される光源であって、前記光源が、
・密封された空洞を内部に有する本体と、
・前記本体を取り囲み、マイクロ波を閉じ込めるファラデー箱を含み、
・前記ファラデー箱内の前記本体は共振導波路であって、
・マイクロ波のエネルギーによって励起可能な材質からなり、前記密閉された空洞の内部で発光プラズマを形成する充填材と、
・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、
・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アンテナ接続部を有するアンテナと、
を有し、
・前記本体はそこから光を出すために半透明な材料からなる、固体のプラズマルツボであり、
・前記ファラデー箱は、前記プラズマルツボから光を出すために少なくとも部分的な透過性をもち、
それらの配列が、前記空洞内部のプラズマからの光が前記プラズマルツボを通過し、前記ファラデー箱を経由して前記プラズマルツボから放射されるようなものであることを特徴とするマイクロ波エネルギーで駆動される光源が記載され、特許されている。
【０００３】
前記’８２９特許で使用されているように、「半透明」とは半透明と記載されている物からなる材料が透明であるか透光性を持つことを意味し、この意味は本発明についても本明細書においてまた使用される。「プラズマルツボ」とはプラズマを閉じ込める密閉体を意味し、空洞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、プラズマがその空洞内にある。我々は、前記’８２９特許によって保護される技術を、「ＬＥＲ」技術と記載する。
【０００４】
国際特許出願ＰＣＴ／ＧＢ２０１１／００１７４４号、つまり’７４４出願では、我々は半透明導波路電磁波プラズマ光源を以下のように定義した。
【０００５】
・電磁波で励起可能な材料、通常はマイクロ波励起材料を含む密閉された空洞を有する、
・固体誘電体で半透明材料からなる加工品と、
・導波路を区切り、
・そこから発光するために、少なくとも一部が半透明で、そして、通常は少なくとも一部が透明で、
・通常は不透明な蓋部を有し、
・前記加工品を囲う、
・ファラデー箱と、
・プラズマ励起電磁波、通常はマイクロ波を前記導波路に導入するための設備と、
を備え、
それらの配列が、所定の周波数を持つ電磁波、通常はマイクロ波の導入によって、プラズマが前記空洞内に確立され、前記ファラデー箱より光が放たれるようなものであることを特徴とするマイクロ波プラズマ光源。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】欧州特許第２１８８８２９号明細書
【特許文献２】国際公開第２０１２／０８５５０６号（国際特許出願ＰＣＴ／ＧＢ２０１１／００１７４４号）
【発明の概要】
【０００７】
本明細書では、「マイクロ波」を約３００ＭＨｚから約３００ＧＨｚまでの３桁の周波数範囲を意味するものと定義する。我々は、マイクロ波の範囲の下限３００ＭＨｚは、本発明の半透明導波路電磁波プラズマ光源（ＬＵＷＰＬ）が稼働するように設計された周波数よりも高いものと考えている。すなわち、３００ＭＨｚより下での稼働が予想される。そうは言うものの、合理的な寸法に関する我々の知見に基づくと、通常稼働はマイクロ波の範囲となるだろうと考える。我々は、本発明に適した稼働範囲を規定することは不必要であると確信する。
【０００８】
我々の既存の各半透明導波路電磁波プラズマ光源では、前記加工品は、前記ＬＥＲ技術における半透明ルツボのように、ファラデー箱の両側間が、ひと続きの固体誘電材からできていてもよい（ただし励起材料、密閉された空洞を除く）。或いは、我々のクラムシェルの“半透明導波路”のバルブ空胴内のバルブのように、実質的に連続的なものでもよい。或いはまた、我々の技術の改良に関する、まだ未公開の出願に記載の各加工品は、励起材料、密閉された空洞とは別に断熱スペースを備える。
【０００９】
その結果、前記ＬＥＲ技術より前の技術における技術用語が、電気メッキされたセラミックブロックを導波路として呼ぶことを含んでいるが、実際には前記ＬＥＲ技術の半透明なルツボが導波路と呼ばれており、本明細書では、“導波路”を、
・前記導波路の境界を形成し、取り囲む前記ファラデー箱、
・前記ファラデー箱内の前記固体誘電半透明材料加工品、
・もしあれば、前記ファラデー箱に包囲される別の固体誘電体材料、
・もしあれば、前記ファラデー箱に包囲され、固体誘電体材料を有しない空胴および／または中空部、
をまとめて指し示すために使用し、前記固体誘電体材料は、プラズマの効果とファラデー箱と共に、ファラデー箱内での波の伝播の仕方を決定する、ということに注意すべきである。
【００１０】
半透明な材料が石英および／または、ガラスを含む場合、当該材料は固体に特有の特性と、液体に特有の特性を有し、そのようなものは過冷却液体と呼ばれる。過冷却液体は、本明細書の目的に対しては固体と見なされる。
【００１１】
また誤解を避けるために言うと、“固体”は、考えている材料の物性に関連して使用され、該当する部品が、空洞を有さずに連続体であることを示唆するためには使用しない。
【００１２】
さらに、技術用語の説明を行う。歴史的に見て、“ファラデー箱”は占有物、生物その他の物を外部電場から保護するための導電性遮蔽物であった。科学の進歩に伴って、この用語は広範囲の周波数の電磁場を遮断するための遮蔽物を意味するようになった。ファラデー箱が必ずしも可視光や不可視光の電磁放射を遮断する必要はない。ファラデー箱が外部電磁放射から内部を遮蔽することができる場合には、その内部に電磁放射を保持することもできる。一方を可能にするこれらの特性は、他方を可能にする。“ファラデー箱”という用語は本来、内部を遮蔽する意味であるが、先願の半透明導波路電磁波プラズマ光源特許や出願において、我々は上記用語を遮電壁、とりわけ、半透明で、前記ファラデー箱によって区切られる導波路の内部に電磁波を包み込む遮電壁、を言及するために使用してきた。我々は、本明細書においてもこの使用法を続ける。
【００１３】
前記’７４４出願では、我々がＬＥＸ技術と呼ぶ半透明導波路電磁波プラズマ光源は、第１の形態として以下のように記載し、請求されている。
【００１４】
本発明によれば、
・固体誘電体、半透明材料からなる加工品であって、少なくとも
・電磁波で励起可能なプラズマ材料を含む密閉された空洞
を備える加工品と、
・ファラデー箱であって、
・前記加工品を包囲し、
・光を放射発光するために、少なくとも一部が半透明で、
・導波路を区切り、前記導波路が
・導波路空間
を有し、前記加工品が前記導波路空間の少なくとも一部を占有する
ファラデー箱と、
・固体誘電体材料によって少なくとも実質的に取り囲まれた位置で、プラズマを励起させる電磁波を前記導波路に導入するための少なくとも部分的に誘導性の結合手段と、
を備え、
これらによって、所定の周波数を持つ電磁波の導入時にプラズマが前記空洞内に確立され、前記ファラデー箱を通して光が放たれ、
・その配列に、
・前記ファラデー箱の両側間に広がる前記導波路空間の第１の領域であって、
・前記誘導性の結合手段を収容し、
・比較的高い容量平均誘電率を有する
第１の領域と、
・前記ファラデー箱の両側間に広がる前記導波路空間の第２の領域であって、
・比較的低い容量平均誘電率を有する
第２の領域と、
があるような半透明導波路電磁波プラズマ光源が提供される。
【００１５】
本明細書において、これは第１の形態のＬＥＸ半透明導波路電磁波プラズマ光源と呼ばれる。本発明の目的は、改良型のＬＥＸ半透明導波路電磁波プラズマ光源を提供することにある。
【００１６】
本発明第１の形態によれば、プラズマを励起させる電磁波を前記導波路に導入するための少なくとも部分的に誘導性の結合手段が、前記第１の領域から前記第２の領域へと延びている、第１の形態のＬＥＸ半透明導波路電磁波プラズマ光源が提供される。
【００１７】
言い換えると、本発明第１の形態によれば、
・固体誘電体で半透明材料からなる加工品であって、少なくとも
・電磁波で励起可能なプラズマ材料を含む密閉された空洞、
を備える加工品と、
・ファラデー箱であって、
・少なくとも実質的に前記加工品を包囲し、
・光を放射するために、少なくとも一部が半透明で、
・導波路を区切り、前記導波路が
・導波路空間
を有し、前記加工品が前記導波路空間の少なくとも一部を占有する
ファラデー箱と、
・固体誘電体材料によって少なくとも実質的に取り囲まれた位置で、プラズマを励起させる電磁波を前記導波路に導入するための少なくとも部分的に誘導性の結合手段と、
を備え、
これらによって、所定の周波数を持つ電磁波の導入時にプラズマが前記空洞内に確立され、前記ファラデー箱を通して光が放たれ、
・その配列に、
・前記ファラデー箱の両側間に広がる前記導波路空間の第１の領域であって、
・前記誘導性の結合手段を収容し、
・比較的高い容量平均誘電率を有する
第１の領域と、
・前記ファラデー箱の両側間に広がる前記導波路空間の第２の領域であって、
・前記第２の領域は：
・比較的低い容量平均誘電率を有し、
・固体誘電体で半透明材料からなる前記加工品ならびに、
・電磁波で励起可能なプラズマ材料を含む前記密閉された空洞のみ、または、
・電磁波で励起可能なプラズマ材料を含む前記密閉された空洞および前記加工品内部の空胴または、
・電磁波で励起可能なプラズマ材料を含む前記密閉された空洞および、前記加工品と前記ファラデー箱との間にある前記導波路空間の中空部または、
・電磁波で励起可能なプラズマ材料を含む前記密閉された空洞および、前記加工品内部の空胴と、前記加工品と前記ファラデー箱との間にある前記導波路空間の中空部の両方、
・のいずれか１つによって占有されている、
第２の領域と、を有する半透明導波路電磁波プラズマ光源であって、
・プラズマを励起させる電磁波を前記導波路に導入するための前記少なくとも部分的に誘導性の結合手段は、前記第１の領域から前記第２の領域へと延び、
好ましくは、
・前記少なくとも部分的に誘導性の結合手段は、前記導波路空間の前記第２の領域の位置まで延び、その位置で固体誘電体材料によって占有されていない前記第２の領域の一部が、前記結合手段と前記ファラデー箱との間に介在し、
・固体誘電体材料の外面が、好ましくは前記加工品の半透明材料の面や、前記導波路空間における前記第１の領域と前記第２の領域との間の境界面として、少なくとも実質的に前記ファラデー箱の両側間に広がる、
ことを特徴とする半透明導波路電磁波プラズマ光源が提供される。
【００１８】
アンテナは、加工品の後壁にある開口部を通して、加工品の中にある空胴へと、シースを全くな有さない状態で延びて、アンテナを後壁に封止することもできるが、好ましくはシース管に入った状態で加工品へと延びており、好適にはシース管が加工品の材料からなる。好ましい実施形態においてシース管は、アンテナからの封止部を越えて、その中にプラズマ空洞が形成される管と、同じものである。
【００１９】
また前記’７４４出願において、我々は第２の形態として、ＬＥＸ技術と呼ぶこととする技術のための半透明導波路電磁波プラズマ光源を、以下のように特許請求した。
・固体誘電体で半透明材料からなる加工品であって、少なくとも
・電磁波で励起可能なプラズマ材料を含む密閉された空洞の封体、
を備える加工品と、
・ファラデー箱であって、
・前記加工品を包囲し、
・光を放射するために、少なくとも一部が半透明で、
・導波路を区切り、前記導波路が、
・導波路空間を有し、前記加工品が前記導波路空間の少なくとも一部を占有し、前記導波路空間が
・対称軸、
を有するファラデー箱と、
・固体誘電体材料によって少なくとも実質的に取り囲まれた位置で、プラズマを励起させる電磁波を前記導波路に導入するための少なくとも部分的に誘導性の結合手段と、
を備え、
これらによって、所定の周波数を持つ電磁波の導入時にプラズマが前記空洞内に確立され、前記ファラデー箱を通して光が放たれる半透明導波路電磁波プラズマ光源であって、
・その配列は、前記導波路空間が前半容積部と後半容積部に仮想的に等分されるようになっており、
・前記前半容積部は
・前記空洞が前記前半容積部に入るように、前記加工品によって少なくとも部分的に占有され、
・（前記後半容積部の部分を除いた）前記ファラデー箱前方の半透明部分によって包囲され、当該部分を通して前記空洞からの光が放射可能となっており、
・前記後半容積部は、その中に延びる前記誘導性結合器を有し、
・前記前半容積部の中の誘電率の容量平均が前記後半容積部の中の誘電率の容量平均よりも小さい、
ことを特徴とする、半透明導波路電磁波プラズマ光源。
本明細書では、これを第２の形態のＬＥＸ半透明導波路電磁波プラズマ光源と呼ぶ。
【００２０】
本発明第２の形態によれば、第２の形態のＬＥＸ半透明導波路電磁波プラズマ光源が提供され、そこではプラズマを励起させる電磁波を前記導波路に導入するための少なくとも部分的に誘導性の結合手段が、前記後半容積部から前記前半容積部へと延びている。
【００２１】
また、前記’７４４出願において、我々は第３の形態として、
・固体誘電体で半透明材料からなる加工品であって、少なくとも
・電磁波で励起可能なプラズマ材料を含む密閉された空洞、
を備える加工品と、
・ファラデー箱であって、
・前記加工品を包囲し、
・光を放射するために、少なくとも一部が半透明で、
・導波路を区切り、前記導波路が、
・導波路空間
を有し、前記加工品が前記導波路空間の少なくとも一部を占有する
ファラデー箱と、
・固体誘電体材料によって少なくとも実質的に取り囲まれた位置で、プラズマを励起させる電磁波を前記導波路に導入するための少なくとも部分的に誘導性の結合手段と、
を備え、
これらによって、所定の周波数を持つ電磁波の導入時にプラズマが前記空洞内に確立され、前記ファラデー箱を通して光が放たれ、
・前記加工品は石英からなり、
・アルミナからなる本体を前記導波路空間内に備えて、前記導波路空間における誘電率の容量平均を上げ、前記誘導性の結合手段が該アルミナ体の中に提供されていることを特徴とする半透明導波路電磁波プラズマ光源。
を特許請求した。本明細書では、これを第３の形態のＬＥＸ半透明導波路電磁波プラズマ光源と呼ぶ。
【００２２】
本発明第３の形態によれば、第３の形態のＬＥＸ半透明導波路電磁波プラズマ光源が提供され、そこではプラズマを励起させる電磁波を前記導波路に導入するための少なくとも部分的に誘導性の結合手段が、アルミナ製の本体から石英の加工品へと延びている。
【００２３】
また、前記’７４４出願において、我々は第４の形態として、
・固体誘電体で半透明材料からなる加工品であって、少なくとも
・電磁波で励起可能なプラズマ材料を含む密閉された空洞、
を備える加工品と、
・ファラデー箱であって、
・前記加工品を包囲し、
・光を放射するために、少なくとも一部が半透明で、
・導波路を区切り、前記導波路が、
・導波路空間を有し、前記加工品が前記導波路空間の少なくとも一部を占有する
ファラデー箱と、
・固体誘電体材料によって少なくとも実質的に取り囲まれた位置で、プラズマを励起させる電磁波を前記導波路に導入するための少なくとも部分的に誘導性の結合手段と、
を備え、
これらによって、所定の周波数を持つ電磁波の導入時にプラズマが前記空洞内に確立され、前記ファラデー箱を通して光が放たれ、
・前記加工品における誘電率の容量平均は、その素材の誘電率よりも小さいことを特徴とする半透明導波路電磁波プラズマ光源。
を特許請求した。本明細書ではこれを第４の形態のＬＥＸ半透明導波路電磁波プラズマ光源と呼ぶ。
【００２４】
本発明の第４の形態によれば、第４の形態のＬＥＸ半透明導波路電磁波プラズマ光源が提供され、そこではプラズマを励起させる電磁波を前記導波路に導入するための少なくとも部分的に誘導性の結合手段が、密閉された空洞を有する加工品の中へと延びている。
【００２５】
また、前記’７４４出願において、我々は第５の形態として、
・固体誘電体で半透明材料からなる加工品であって、少なくとも
・電磁波で励起可能なプラズマ材料を含む密閉された空洞、
を備える加工品と、
・ファラデー箱であって、
・前記加工品を包囲し、
・光を放射するために、少なくとも一部が半透明で、
・導波路を区切り、前記導波路が、
・導波路空間
を有し、前記加工品が前記導波路空間の少なくとも一部を占有する
ファラデー箱と、
・固体誘電体材料によって少なくとも実質的に取り囲まれた位置で、プラズマを励起させる電磁波を前記導波路に導入するための少なくとも部分的に誘導性の結合手段と、
・前記導波路空間内にあって、前記加工品に隣接し、前記誘導性の結合手段がその中に延びる固体誘電体材料からなる本体と、
を備え、
・これらによって、所定の周波数を持つ電磁波の導入時にプラズマが前記空洞内に確立され、前記ファラデー箱を通して光が放たれることを特徴とする半透明導波路電磁波プラズマ光源。
を特許請求した。本明細書では、これを第５の形態のＬＥＸ半透明導波路電磁波プラズマ光源と呼ぶ。
【００２６】
本発明の第５の形態によれば、第５の形態のＬＥＸ半透明導波路電磁波プラズマ光源が提供され、そこではプラズマを励起させる電磁波を前記導波路に導入するための少なくとも部分的に誘導性の結合手段が、前記本体から第２の加工品へと延びている。
【００２７】
また、前記’７４４出願において、我々は第６の形態として、
電磁波源と、アンテナと、ファラデー箱と、を有して使用する発光体であって、
・少なくとも１つの外壁と後壁とを有する、半透明材料からなる封体と、
・前記封体内の空胴と、
・前記空胴の少なくとも１つの壁から前記空胴内へと延び、励起可能な材料を包含する空洞を有する励起可能材料包含バルブと、
・前記封体に装着される固体誘電体材料からなる本体であって、前記空胴の後壁とアンテナボアで補完した前面を有する本体と、
を備える発光体であって、
・前記バルブと前記本体を含む前記封体の組み合わせが、前記ファラデー箱に取り囲まれたときに電磁気的共振システムを形成し、前記励起可能な材料内でプラズマから光を放射させるために、ボア内で電磁波をアンテナに印加することで共振を確立できるように、前記発光体が配列される発光体。
を特許請求した。本明細書では、これを第６の形態のＬＥＸ半透明導波路電磁波プラズマ光源と呼ぶ。
【００２８】
本発明の第６の形態によれば、第６の形態のＬＥＸ半透明導波路電磁波プラズマ光源が提供され、そこではアンテナが前記本体から前記封体へと延びている。
【００２９】
誤解を避けるために、発明に関する上記の記載は、その優先権出願である英国特許出願第１０２１８１１．３号を発端とするものである。これは、上で規定した発明の他の記載のいくつかよりも狭いことがわかる。以下、図面の説明までの各パラグラフは、当該優先権出願を逐語的に流用したものである。それらの主題は、前記の狭い優先権発明の記載に制限されるものではなく、上で広く記載しているように、そしてもちろん、この後に権利主張するように、本発明に適用できる。
【００３０】
これらの各パラグラフにおいて、“封体”という用語は、少なくとも、加工品が空洞の封体とは異なる空胴を備える場合は、上記の各パラグラフの“加工品”に言及し、“バルブ”という用語は、上記各パラグラフの“空洞の封体”に言及する、ということにも注意されたい。
【００３１】
前記’７４４出願は、本出願の優先日の時点で未公開である。本発明が前記’７４４出願における、異なる観点からみた発明の改良である限り、上で引用したように、前記’７４４出願に記載してある特徴を有する各半透明導波路電磁波プラズマ光源は、すべて本発明によって改良することができる。ゆえに、以下に引用符を付してある’７４４出願からの文言を、本発明を開示するために繰り返すこととする。
【００３２】
前記結合手段が“少なくとも部分的に誘導性”であるか否かは、前記結合手段への入力部で評価される、前記光源のインピーダンスが誘導成分を有するか否かに従って決まる。
【００３３】
我々は、前記結合手段が固体誘電体材料によって完全には取り囲まれない、ある配列を想定することができる。例えば、前記結合手段を前記導波路空間内の固体誘電体材料から延ばし、そこの空隙を横切らせることができる。しかし、そのような空隙は、通常、存在しないと我々は考える。
【００３４】
励起可能なプラズマ材料を内包する空洞はすべて、比較的低い平均誘電率を持つ第２の領域に配置させることができる。場合によっては前記ファラデー箱を通過して延び、前記ファラデー箱や前記第２の領域が部分的になくてもよい。
【００３５】
ある実施例では、前記第２の領域は、誘導性の結合手段から前記空洞を越える方向に、前記空洞を越えて延びる。これは、後述の第１の好適な実施例には当てはまらない。
【００３６】
通常、前記加工品は前記プラズマ材料空洞とは異なる少なくとも１つの空胴を有する。その場合、前記空洞の封体と前記加工品内の少なくとも１つの周壁との間に、前記空胴を広げることができる。前記周壁は、前記封体から前記周壁までの前記空胴の広がりよりも薄い厚みを有する。
【００３７】
好適な実施例ではないが、１つの可能性としては、前記加工品は、前記ファラデー箱のそれぞれの寸法よりも小さい少なくとも１つの外形寸法を有し、前記加工品と前記ファラデー箱との間における前記導波路空間の広がり部分に固体誘電体材料が存在しない。
【００３８】
好適な実施例ではないが、別の可能性としては、前記加工品は、前記ファラデー箱内で、誘導性結合器が配置されている前記導波路空間の端部から反対側に、前記導波路空間の端部より距離をおいて配置される。
【００３９】
別の可能性としては、前記誘導性の結合手段を取り囲む前記固体誘電体材料が、前記加工品のものと同じ材料である。
【００４０】
以下に述べる第１の好適な実施例において、前記誘導性の結合手段を取り囲む前記固体誘電体材料は、前記加工品の材料の誘電率よりも高い誘電率を持つ材料であり、前記高い誘電率を持つ材料が本体の内に存在し、この本体は前記誘導性の結合手段を取り囲み、前記加工品に近接して配置される。
【００４１】
通常、前記ファラデー箱はそこから放射状に光を放つために半透明である。また、前記ファラデー箱は好適には、そこから前面に光放射をするため、つまり前記導波路空間において、比較的誘電率の高い第１の領域から離れて光放射するために、半透明である。
【００４２】
また、通常は、前記誘導性の結合手段は伸張アンテナであるか、伸張アンテナを備え、当該誘導性結合手段は、比較的高い誘電率の材料からなる前記本体の中で、ボア内を延びているプレーンワイヤであってもよい。通常は、アンテナが加工品に隣接した状態であれば、前記ボアが前記本体の中の貫通孔となるであろう。前記加工品の背面に隣接する分離体の前面に、カウンターボアを設けてもよく、前記アンテナは（輪郭が）Ｔ字型で、Ｔ字のヘッド部が前記カウンターボアを占有し、前記加工品に隣接する。
【００４３】
第３の形態では、前半容積部と後半容積部における誘電率の容量平均の違いは、前記加工品の端から端までの間の非対称性によるもの、および／または、前記ファラデー箱内の非対称な配置によって生じる。
【００４４】
好適には、
・前記加工品は前記導波路空間全体を占有し、
・少なくとも１つの真空引きされた、或いはガスで満たされた空胴が、前記前半容積部内の前記加工品に備えられ、それによって、前記前半容積部における誘電率の容量平均を下げ、
・前記空胴は、前記空洞の封体と、前記加工品の少なくとも１つの周壁との間で広がり、前記周壁は、前記空洞の封体から前記周壁までの前記空胴の広がりよりも薄い厚みを有する。
【００４５】
場合によっては、
・前記加工品は前記導波路空間の前部を占有し、
・同一の材料からなる分離体が前記導波路空間の残り部分を占有し、
・少なくとも１つの真空引きされた、或いはガスで満たされた空胴が、前記前半容積部内の前記加工品に備えられ、それによって、前記前半容積部における誘電率の容量平均を下げ、
・前記空胴は、前記空洞の封体と、前記加工品の少なくとも１つの周壁との間で広がり、
前記周壁は、前記空洞の封体から前記周壁までの前記空胴の広がりよりも薄い厚みを有する。
【００４６】
さらに好適には、
・前記加工品は前記導波路空間全体の前部を占有し、
・高い誘電率材料からなる分離体が、前記導波路空間の残り、または少なくとも大部分を占有する。
【００４７】
前記加工品に対して、同一の或いは異なる誘電体材料からなる分離体を用いる場合には、前記誘導性の結合手段は、前記後半容積部から、前記前半容積部の中に向かって、前記加工品まで延びることができる。
【００４８】
また好適には、
・少なくとも１つの真空引きされた、或いはガスで満たされた空胴が、前記前半容積部内の前記加工品に備えられ、それによって、前記前半容積部と前記後半容積部における誘電率の容量平均の差を広げ、
・前記空胴は、前記空洞の封体と、前記加工品の少なくとも１つの周壁との間で広がり、
前記周壁は、前記空洞の封体から前記周壁までの前記空胴の広がりよりも薄い厚みを有する。
【００４９】
一乃至複数の前記空胴は真空引きされ、および／またはゲッターで排気されるが、通常、前記一乃至複数の空胴は、大気の２分の１から１０分の１程度の低圧ガス、特に窒素ガスで占有される。場合によっては、一乃至複数の空胴は、外気に開放されてもよい。脚注：このパラグラフは、’７４４出願の時点で我々の好みであったが、現時点で我々は、空胴が５ミリバールから１５００ミリバールの圧力のガスで充填されることを好み、特に１００ミリバールから７００ミリバールまでの圧力の窒素で充填されることを好む。
【００５０】
前記空洞の封体が前記加工品の中心軸を横切って、前記空胴の横方向に、延びることは可能である。しかしながら通常、前記空洞の封体は、前記加工品の中心縦軸、すなわち前記加工品の前後の軸上に延びる。
【００５１】
前記空洞の封体は、前記加工品の前壁と後壁の両方に接続されてもよい。しかしながら、好適には、前記空洞の封体は、前記加工品の前壁のみに接続される。
【００５２】
好ましくは、前記空洞の封体は前壁を通って延び、また一部はファラデー箱を通って延びる。
【００５３】
場合によっては、前記前壁はドーム状に形成される。しかしながら通常、前記前壁は平らで、前記加工品の後壁と平行である。
【００５４】
通常、前記空洞の封体と前記加工品の残り部分は、同一の半透明な材料からなる。しかし、前記空洞の封体と、少なくとも前記加工品の外壁は、異なる半透明な材料からできていてもよい。例えば、前記外壁をより安価なガラス、例えばホウケイ酸ガラスやアルミケイ酸ガラスとしてもよい。また、前記外壁は紫外線不透過ガラスであってもよい。
【００５５】
好適な実施例において、前記導波路空間の前記加工品によって占有される部分は、前記前半容積部に実質的に一致する。
【００５６】
場合によっては、前記分離体は前記加工品から間隔を置いてもよいが、好適には、前記分離体は前記加工品の後面に対向して隣接し、前記ファラデー箱によって横方向に配置される。前記加工品は裾部を有し、前記分離体は前記加工品の後面に接すると共に、前記裾部内で横方向に配置されていてもよい。
【００５７】
好適には、前記空洞の封体は管状である。好適には、固体誘電体材料からなる前記分離体と前記加工品は、場合によって、中心縦軸に対して回転体である。代わりに、前記加工品と前記固体誘電体は、別の形状、例えば矩形の断面を有していてもよい。
【００５８】
好都合には、前記半透明導波路電磁波プラズマ光源は、
・電磁波エネルギー源のからの電磁波エネルギー入力部と、
・前記半透明導波路プラズマ光源における前記誘導性の結合手段への出力接続部と、
・を有する電磁波回路、
を組み合わせて提供され、
前記電磁波回路は、
・帯域通過フィルタとして構成され、前記電磁波エネルギー源の出力インピーダンスに前記半透明導波路電磁波プラズマ光源の誘導性入力インピーダンスを整合して構成される複素インピーダンス回路である。
【００５９】
好適には、前記電磁波回路は調節可能な櫛形フィルタである。そして前記電磁波回路は、
・金属性の筺体と、
・前記筺体の内部にそれぞれ接地される、一組の完全導体（ＰＥＣ）と、
・一方が入力用で他方が出力用の、前記ＰＥＣに接続される一組の接続部と、
・前記筺体内で、各ＰＥＣの遠端に対向してそれぞれ設置される、各調整素子と、
を備えてもよい。さらなる調整素子を、前記ＰＥＣの間のアイリスに設置してもよい。
【００６０】
好都合には、特に第３の形態では、前記加工品と前記アルミナ体は全体で前記導波路空間を満たす。
【００６１】
好都合には、特に第５の形態は、
・前記誘導性の結合手段は、前記本体と前記加工品との間の隣接境界面まで延びる。
・前記加工品と前記本体は同一の材料からなる。または、
・前記加工品と前記本体は異なる材料からなり、前記本体はより高い誘電率を有する。
【００６２】
前記分離体は、場合によっては前記加工品の後面に対向して隣接し、前記ファラデー箱によって横方向に配置されてもよい。しかしながら、好適には、前記加工品は裾部を有し、前記分離体は前記加工品の後面に接すると共に、前記裾部内で横方向に配置される。
【００６３】
前記本体は、前記封体と同じく半透明材料とすることができるが、国際特許出願ＷＯ２００９／０６３２０５号のＬＥＲとの主な相違点は、バルブがその中に広がる空胴を提供することにある。好適には、前記固体誘電体材料からなる本体は、前記封体の半透明材料よりも高い誘電率を有し、通常は不透明となるであろう。
【００６４】
本発明のいくつかの実施例が、上記ＬＥＲ特許の範囲内に含まれることが想定されることに注意されたい。なぜならば、それらは広い特許だからである。
【００６５】
前記空胴を開放し、前記バルブを実質的に取り囲むように、外気や他の雰囲気ガスを前記封体内へ導入してもよい。しかし前記空胴は通常、封体内部を真空にするか、特別に導入されたガスを有する何れかの状態で密閉され、封止される。
【００６６】
前記封体やその中に封止される前記空胴は、様々な形状が可能である。好適には、前記封体は回転体である。前記封体は球状とするか、前記固体誘電体の平らな前面と接するための、平らな後壁を有する半球状にすることもできる。または、好適な実施例のように円筒状とし、前記固体誘電体と当接するための、平らな後壁を備えることができる。
【００６７】
通常、前記封体は均一な厚さの壁を有し、前記封体と前記空胴は同一の形状を有する。前記バルブは球状にすることが考えられるが、前記バルブは好適には細長く円形断面を有し、一般的に両端が閉じている管状材料から形成される。
【００６８】
前記バルブは前記封体の前壁から後壁に向かって、前記空胴の中へと延びることができる。または、前記封体の側壁から、後壁と平行に延びることができる。前記バルブが前記封体の後壁から延びることも考えられる。
【００６９】
前記バルブは、前記バルブの両側面または両端で前記封体の壁に接続することができるが、好適には１つの壁のみに接続される。このようにして、前記バルブの材料は前記封体の材料から十分に断熱される。それらは、同一の材料からなるけれども。
【００７０】
通常、前記バルブやその一部は発光体の中心にあり、共振中、最も高い電場を受ける。
簡易的な配列では、前記封体と前記固体誘電体は直径が等しく、後壁と前面にどちらも接し、前記ファラデー箱によって互いに保持される。しかしながら、好適には、前記封体は前記固体誘電体の補完的な切り欠きに嵌合する縁や、前記本体をその中に受け入れる裾部を備えて、後方へ伸びる。
【００７１】
好適には、前記本体の前記アンテナ用のボアは中心に位置し、前記本体の前面を通過し、そこで前記アンテナが延び、前記バルブは前記封体の後壁から、前記封体の前後のサイズに対して少ない割合で、間隔を置く部分を有して配置される。好適な実施例において、前記本体の前面は、前記アンテナのボタンヘッドで占有される凹部を有する。
【００７２】
または、前記アンテナは、
・前記本体の内で偏心し、前記本体の前面でロッドとして終端しているかボタンを有し、または、
・前記本体の内で偏心し、便宜的に前記空洞にて周囲に開いている開口部を経由するか、または空胴を封止可能にするのに、前記後壁から前記空胴へと延びている閉端管を経由して、前記封体へ延びる、
こともできる。
【００７３】
我々が’７４４出願で記載したすべての実施例において、誘導性の結合手段はアンテナであり、好ましくはボタンヘッドを備え、第２の領域または低い容量平均誘電率を有する前半容積部に進入する前で止まる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
本発明の理解のため、本発明の特定の実施形態について添付図面を参照しながら記述する。
【図１】本発明に基づく半透明導波路電磁波プラズマ光源の石英加工品、アルミナブロックと空中線の分解組立図である。
【図２】図１の前記半透明導波路電磁波プラズマ光源の中央垂直断面図である。
【図３】ＬＷＭＰＬＳ（半透明導波路マイクロ波プラズマ光源）の図２と同様の線図である。
【図４】プロトタイプ試験用に配列される、前記半透明導波路電磁波プラズマ光源へマイクロ波を伝導するための整合回路を伴う、図１の前記半透明導波路電磁波プラズマ光源の垂直断面図である。
【図５】改良型半透明導波路電磁波プラズマ光源の図３と同様の図である。
【図６】別の改良型半透明導波路電磁波プラズマ光源の同様の図である。
【図７】第３の改良型半透明導波路電磁波プラズマ光源の同様の図である。
【図８】第４の改良型半透明導波路電磁波プラズマ光源の同様の図である。
【図９】第５の改良型半透明導波路プ電磁波ラズマ光源の同様の図である。
【図１０】第６の改良型半透明導波路電磁波プラズマ光源の同様の図である。
【図１１】変形型半透明導波路電磁波プラズマ光源の、図２と同様の図である。
【発明を実施するための形態】
【００７５】
『誤解のないように言えば、以下の記載は、前記’７４４出願を本発明に合わせて変更したものである。読者の助けとなるように、変更点を記載する文言はイタリック体（明細書中は二重括弧で括る）とした。』
【００７６】
図面の図１〜３を参照すると、半透明導波路電磁波プラズマ光源は石英からなる加工品１を備え、これは言わば、対向する結晶質シリカシートと引き抜き管とを融着させたものである。内部が密閉された空洞の封体２には、外径８ｍｍで内径４ｍｍの引き抜き管が形成される。引き抜き管は、その内端部３と外端部４が封止される。国際特許出願ＷＯ２００６／０７０１９０号とＷＯ２０１０／０９４９３８号によって知られている各封止方法が適切である。マイクロ波で励起可能なプラズマ材料は封体の内側に封止される。外端部４は、エンドプレート５から、約１０．５ｍｍ突き出る。封体の全長はおおよそ２０．５ｍｍである。
【００７７】
『空洞が形成される管７１は、空洞の封体の内端部から後方にアンテナシース７２として続いている。』エンドプレート５は円形で、その中にある中央ボアに、封体２が封止される。ボア自体には引用符号を付けていない。エンドプレート５は２ｍｍ厚である。同じようなプレート６が１０ｍｍ離れて配置され、およそ２ｍｍの僅かな間隙が封体の内端部と内側プレート６の間に存在する。『アンテナシース７２は内側プレート６に融着され、該プレート内部の開口部７３によって、以下に説明するアンテナがシースへと挿入可能となっている。』両プレートとも直径３４ｍｍで、石英引き抜き管７に封止される。石英引き抜き管７は３８ｍｍの外径を有し、２ｍｍの厚みを有する。この配列では、二つの管が、中心軸に対して直角に広がる二つのエンドプレートと同心円状に設置される。同心軸Ａは、以下で定義されるように導波路の中心軸である。
【００７８】
外管７の外端部１０は、外側エンドプレート５の外表面と同一平面となり、外管の内端部は裾部９として内側プレート６の後側表面から後方に１７．５ｍｍ延びる。この構造は、
・両プレートの間にあり、空洞の封体の周りにあり、外管の内側にある環状空胴１１を備え、外管は封止点１２を備え、そこから空胴が真空引きされ、大気の１０分の１程度の気圧を持つ低圧窒素が充填され、
・中に空間７４を有し、アンテナシース７２へと延びる裾状の凹部１３を備える。
【００７９】
裾状の凹部には、凹部にスライドして装着する寸法のアルミナからなる直円柱筒状ブロック１４が収容される。その外径は３３．９ｍｍで、１７．７ｍｍ厚である。直円柱筒状ブロック１４は、直径２ｍｍの中央ボア１５を有する。外面の縁は、シーリングスプラッタに対して面取りされ、当接面が密接するのを防止する。アンテナ１８は、中央ボア１５に収納される。『アンテナは、アンテナシース７２へと延びるだけの長さを持つ。アンテナシース７２は、２ｍｍの内部長を有している。』
【００８０】
石英加工品１は、六角形の有孔ファラデー箱２０に収容される。これはエンドプレート５の部分で加工品を横切り、空胴１０の延長用の外管に沿って後方に広がる。ファラデー箱は、空洞の封体の外端部のための中央開口部２１と、石英裾部９よりもさらに８ｍｍ後方に延びる無孔裾部２２を有し、これはアルミナブロック１４を収容する。アルミニウムシャーシブロック２３は加工品とアルミナ体を保持し、ファラデー箱の無孔裾部の一部がアルミニウムブロックと重なる。したがって、ファラデー箱はこれら二つの部品をアルミニウムシャーシブロック２３に対向して共に保持する。ブロック２３は機械的な支持だけでなく、ファラデー箱の電磁的な封鎖を提供する。
【００８１】
上記の寸法によって、２．４５ＧＨｚで共振するファラデー箱が提供される。『我々は、アンテナの延長部を、空洞の封体の内端部における封止部の厚みの範囲までとすることにより、アンテナから空洞のプラズマへのマイクロ波エネルギーがうまく伝達されることで、半透明導波路電磁波プラズマ光源の駆動で消費される電力の、ワットあたりに生成される光のルーメンで表現される、半透明導波路電磁波プラズマ光源の能率性を向上させることができると考える。』
【００８２】
ファラデー箱内の容積部である導波路空間は、平面Ｐによって分けられる二つの領域に仮想的に分割され、当該平面において、アルミナブロック１４は加工品の内側プレート６に当接する。第１の内側領域２４はアンテナを包含するが、これは領域内における材料の誘電率の容量平均に無視できる程度の影響しか与えない。当該領域の内部に、アルミナブロック１４と石英裾部が備えられる。
【００８３】
これらは、容量平均に対して以下のように寄与する。
【００８４】
【数１】
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【００８５】
【数２】
0006379086.tif 000003
【００８６】
【数３】
0006379086.tif 000004
【００８７】
第２の領域２５は、加工品から裾部を差し引いて構成される。この部分は、容量平均に対して以下のように寄与する。
【００８８】
【数４】
0006379086.tif 000005
【００８９】
【数５】
0006379086.tif 000006
【００９０】
【数６】
0006379086.tif 000007
【００９１】
【数７】
0006379086.tif 000008
【００９２】
【数８】
0006379086.tif 000009
【００９３】
【数９】
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【００９４】
【数１０】
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【００９５】
第１の領域の容量平均誘電率は、第２の領域の容量平均誘電率よりも著しく高いことが見て取れる。これはアルミナブロックの高い誘電率に起因する。この結果から、導波路のなかに含まれる各部品の組み合わせの共振周波数には主に第１の領域が影響することがわかる。『しかし本願における変更点は、この点で無視できるくらいの違いしか生まない。』
【００９６】
２つの領域に向けた対比をなす平均値、すなわち８．２６と２．２４は、全導波路空間に対する平均、すなわち（２０４０３．７×８．２６）＋（１５８６９．５×２．２４）／（２０４０３．７＋１５８６９．５）＝５．６２と比べることができる。『この数値は、本願の変更点によって大きく変化しない。』
【００９７】
仮に、加工品とアルミナブロックの当接平面によって分割される第１と第２の領域を基準として、領域どうしの比較を行なうのではなく、容量の等しい２つの半容積部を基準にして両領域の比較を行った場合、その比較結果は、基本的に類似する結果となる。この分割平面Ｖは当接平面と平行であって、アルミナブロック側に１．８５ｍｍ入る。アルミナブロックは、軸Ａの方向に一様である。よって、第１の、後半容積部２６の容量平均は、８．２６のままで変わらない。第２の、前半容積部２７には、アルミナでできた薄片部と石英裾部からの寄与を受ける。これらの寄与は、その容量平均誘電率から算出できる。
【００９８】
【数１１】
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【００９９】
【数１２】
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【０１００】
したがって、石英、アルミナ、２ｍｍの壁厚を用い、２．４５ＧＨｚの稼働周波数を用いるこの特定の実施例において、比率の違いは
前方領域／後方領域が２．２４：８．２６に対して、
前半容積部／後半容積部が２．３３：８．２６である。
これは０．２７１：０．２８１、すなわち、０．９６：１．００の比率である。『したがって、’７４４出願の発明概念のもう１つの比較対象であるこの２つの比率は、本発明の改良に影響されないと言える。』
【０１０１】
この半透明導波路電磁波プラズマ光源は、２．４５ＧＨｚで稼働するＬＥＲ石英のルツボよりもかなり小さく、例えば直径１９．７ｍｍ、長さ４９ｍｍであることに注意されたい。
【０１０２】
次に図４を参照すると、ここでは図１〜３のプロトタイプ構造体が２．４５ＧＨｚで稼働するように寸法決めされていることを踏まえると、図４は、半透明導波路電磁波プラズマ光源の構成と、生成されたマイクロ波を半透明導波路電磁波プラズマ光源に整合させるための帯域通過フィルタとの組み合わせを示している。『同図には、シースへと延びるアンテナが図示されている。』この周波数の生成は、マグネトロンによって生成される。プロトタイプ試験では、マイクロ波は基準発振器３１によって生成され、同軸ケーブル３２によって、帯域通過フィルタ３４の入力コネクタ３３に供給された。これは、マイクロ波の入力用と出力用に配置される二つの完全導体（ＰＥＣ）３６，３７を有する空気導波路３５として実施される。第３のＰＥＣ３８は、それら２つの間のアイリスに設置される。各ＰＥＣの遠端の反対側には、調整スクリュー３９が設置される。入力用ＰＥＣは、配線４０によって同軸ケーブル３２の芯線に接続される。出力用のＰＥＣは、もう１つの配線４１に接続され、配線４１は一組のコネクタ４２からアンテナ１８へと接続され、コネクタ４２の中心部には接合スリーブ４３がある。帯域通過フィルタ３４と半透明導波路電磁波プラズマ光源との中間には、アルミニウムシャーシブロック２３が備えられる。アルミニウムシャーシブロック２３はボア４４を有し、セラミック絶縁スリーブ４５を介在して中に配線４１が延びている。
【０１０３】
記述された配列では、自発的に始動しないかもしれないことに注意すべきである。プロトタイプの稼働時では、テスラコイル装置による励起によってプラズマを開始させることができる。場合によっては、空洞内部の希ガスは、クリプトン８５のような放射性物質、または少なくともその一部とすることができる。さらに、空洞の封体の端部４の近くに位置する電極に自動車点火型の放電を加えることによってプラズマ放電を開始させることができると考えられる。
【０１０４】
加工品とアルミナブロックシステムの共振周波数は、プラズマが定着したばかりの始動時と、プラズマが完全に定着し、プラズマ空洞の内部が導電体として機能するフルパワー時とで、わずかに変化する。これに対応するため、マイクロ波生成器と半透明導波路電磁波プラズマ光源との間に、上記説明した帯域通過フィルタなどが使われる。
【０１０５】
次に図５を参照すると、全体にわたっての直径がアルミナブロック１１４やファラデー箱１２０よりも小さい加工品１０１を備える、改良型の半透明導波路電磁波プラズマ光源が示されている。アルミナブロックの前面には加工品１０１の後方を受け入れ、位置決めするようにサイズ調整された、浅い凹部が設けられる。『加工品１０１の後方にはアンテナシース１７２が形成され、そこに向かってアンテナが凹部１５１より延びている。』加工品の前部は、ファラデー箱前方にある開口部１２１の中に位置している。ファラデー箱は有孔の円筒部１２０２に向かって横方向に広がる金属円盤１２０１を有し、加工品内の空胴１０１１内のプラズマから当該円筒部１２０２を通って光を放射できる。このような配置によって、ファラデー箱の中にある加工品の周りに環状空隙１５２が生じ、これによって加工品領域の容量平均誘電率が小さくなる。空胴１０のような環状空胴を備えることもできるが、その空胴が狭くなり、空洞１０１１の周りに固体の壁１０１２が形成されることは、加工品にとって、より好ましいものとなる。このような変形例は加工品をより簡単に成形するという長所を有するが、アンテナからプラズマへの良好なマイクロ波エネルギー結合があると期待することはできない。また、加工品の軸方向に伝搬する光は、ファラデー箱を通ってこの方向に放射することはできず、円盤１２０１によって反射される。しかし、光の大部分は加工品から放射状に放射され、光は半透明導波路電磁波プラズマ光源外部の反射器（図示せず）で集束されるので、これは必ずしも不利ではない。
【０１０６】
次に、図６に示される別の改良型の半透明導波路電磁波プラズマ光源に注意を向けると、加工品２０１は、アルミナブロック２１４やファラデー箱２２０に等しい直径を有している。しかし、加工品２０１は固体石英からなる。
【０１０７】
これによって、加工品とアルミナブロックで決められる各領域での容量平均誘電率の差異が顕著なものでなくなり、これは各材質による容量平均誘電率の差異となっている。『アンテナシース２７２は、石英ブロック２０１のボアとなる。』
【０１０８】
図７の改良型の半透明導波路電磁波プラズマ光源においては、加工品３０１は実用上、第１の実施例の加工品１と同一である。違いは、石英ブロック３１４である固体誘電ブロックにある。図示されているように、石英ブロック３１４は加工品から分離している。『しかし、環状空胴３１０の後壁の前にアンテナシース３７２を延ばし、石英ブロック３１４を加工品の一部とすることも可能である。』この配列によって、アンテナ３１８と空洞３０１１の接触面を小さくして提供することができる。これは、アンテナから空洞３０１１への結合を向上させるのには都合がよいと思われる。空洞の封体３０２の周りに環状空胴３１０が存在することに依存して、加工品と石英ブロックとの容量平均誘電率の差、または加工品とアンテナが延びる石英の固体片との容量平均誘電率の差は小さい。
【０１０９】
別の変形例では、図８に示されているように、加工品４０１はアルミナブロック４１４の周りにある裾部４０９に加えて、前方に延びる裾部４０９１を備える。ファラデー箱４２０の中で囲まれている導波路空間部４６１は空になっているので、容量平均誘電率の差は大きくなる。前方に延びる裾部４０９１はファラデー箱を支持し、ファラデー箱を前方の円盤４２０１に留め、加工品とアルミナブロック４１４をシャーシブロック４２３に対向して保持できるようにする。前方の円盤４２０１は、有孔無孔どちらでもよい。『ここにおいてもアンテナシース４７２とアンテナ４１８は、空洞の封体を覆う加工品の空胴４１１の後方から前方に向かって延びている。』
【０１１０】
さらに別の改良では、図９に示されているように、加工品５０１は二つの特徴を除いて、図１および図２の加工品１に基本的に類似する。第１に、プラズマ空洞の封体５０２は、導波路空間の縦軸Ａに対して横に向けられる。プラズマ空洞の封体５０２は、プラズマ空洞の封体５０２を取り囲む空胴５１０の対向する両側部５０７に封止される。さらにフロントプレートがドーム５０５に置き換えられている。『アンテナシース５７２によって、アンテナ５１８がプラズマ空洞の封体５０２へと接近できるようになっている。』
【０１１１】
図１０を参照すると、そこに示されている半透明導波路電磁波プラズマ光源は、図１〜図４の加工品とはわずかに異なる加工品を有する。その加工品の加工方法を説明する。
【０１１２】
１．『アンテナシース６７２を受け入れているボアを円盤６０６の中央開口部６７３に一致させながら、』石英からなる円盤６０６に対して、石英からなる小径管６０２を中心に溶着させる。『アンテナシースの末端では、小径管が空洞の封体６７５として閉じられている。』また、小径管は近頸部６０２１と遠頸部６０２２を有する。
２．大径管の長さ部６０７は、円盤６０６に封止され、空胴６１１と、裾部６０９のなかにあるアルミナブロック６１４用の凹部６１３とを備えるようになっている。
３．中央ボア６０５１を有し石英からなる前方の円盤６０５は、大径管の縁６０７１と小径管に封止され、近頸部が前方の円盤のすぐ外側にくるようになっている。
４．マイクロ波励起材料からなるペレット６５１が内部の管に滴下され、『空洞の封体６７５で止まる。その後、内部の管が真空引きされる。さらに円盤６０６が加熱されることで、ペレットは近頸部６０２１の内側の管内で昇華し、再凝縮する。ペレットの不純物は蒸発し真空引きされる。内部の管はその後、』希ガスが再充填され、外側の頸部で封止される。
５．その後、内側の頸部で内部の管が封止される。
【０１１３】
通常は加工品を形成するために封止される各部品は、石英製であって、これは幅広いスペクトルの光に対して透過性を有する。しかし、特定の色調の光および／または紫外線のような特定の不可視光の発光を抑えたい場合には、該当する光に対して不透明な『ドープされた』石英を、加工品の外側の部品、または加工品全体に使用してもよい。さらに、加工品のその他の部分は、空洞の封体は別として、安価なガラス材料から作られていてもよい。
【０１１４】
本発明は上記実施例に限定されるものではない。例えば、上記ファラデー箱は、アルミナブロックとアルミニウムシャーシブロックの周りに、半透明で無孔状な網体であるとして説明してきた。これは、０．１２ｍｍ厚のシート状の金属から形成される。場合によっては金網から形成されてもよい。また、ファラデー箱は、加工品の表面に形成されたインジウムスズ酸化物の被覆からなり、アルミナとアルミニウムの各円筒を取り囲むシート状の金属円筒を適切に有してもよい。また、加工品とアルミナブロックがアルミニウムシャーシブロックに取り付けられる場合、アルミナブロックから光が出ていかない。アルミナブロックが石英に置き換えられると、光は石英を通過できるがアルミニウムブロックは通過できない。アルミニウムブロックはファラデー箱を電気的に遮蔽する。ファラデー箱の無孔部分は、アルミニウムブロックまで後方に延ばすことができる。また、アルミニウムブロックの直径を減少させつつ、ファラデー箱を前記石英の後方上に延ばすこともできる。
【０１１５】
その他の可能性としては、加工品とアルミナブロックの間にエアギャップがあり、アンテナがエアギャップを横断し、加工品の中へと延長していてもよい。『これは、空洞の封体の周りの空胴が少なくとも部分的に真空引きされるように、通常はアンテナシースを介したものとなると考えられる。しかし、エアギャップがあろうとなかろうと、アンテナが通る開口部を介して空胴が外気と連通して、アンテナ自身が空胴へと延びてもよいと考えられる。その他の可能性としては、開口部がアンテナに封止される。』
【０１１６】
これまで、加工品は石英製であると記載し、高誘電率体はアルミナ製だと記載してきた。しかし、加工品は多結晶アルミナなどの別の半透明材料から作られてもよく、また高誘電率体も、別な『チタン酸バリウム等の高誘電率の』材料から作られていてもよい。
【０１１７】
稼働周波数に関して、上で詳述した寸法の詳細は２．４５ＧＨｚの稼働周波数のものである。本発明の半透明導波路電磁波プラズマ光源は、どの稼働周波数においても同様のＬＥＲ半透明導波路電磁波プラズマ光源とくらべて小型化させることが可能で、本発明の半透明導波路電磁波プラズマ光源は、電磁波が長波長となることによるサイズの大型化と、本発明によってもたらされる半透明導波路電磁波プラズマ光源の小型化とのバランスによって、例えば４３４ＭＨｚのより低い周波数（まだマイクロ波とされる範囲内である）での適応が見出されるであろう。４３４ＭＨｚの周波数では、２．４５ＧＨｚで稼働する半透明導波路電磁波プラズマ光源で用いられるマグネトロンの代わりに、ソリッドステートの発振器が適していると予想される。このような発振器は、生産および／または稼働をする上で、より経済的となると期待される。
【０１１８】
上記全ての実施例において、加工品はとりわけ通常備えられる裾部によって中心縦軸に対し非対称である。しかし加工品は、このような対称性を持つことも可能である。例えば図１０に図示してある実施例は、前方の封止部が平らに仕上げられ、裾部を有さなければ、ほぼ対称となる。
【０１１９】
また、上記の各加工品は導波路空間に対して非対称的に位置する。これは内部領域の当接平面Ｐが半容積部の平面Ｖと一致するように加工品が配置されていないだけでなく、加工品が導波路空間の一端を向いていて、分離している固体誘電体材料の本体が他端を向いているからである。しかし、分離した本体を加工品と同じ材料から作り、一体化させることも可能であると考えられる。この配置では、加工品は導波路空間に非対称に配置されてはいない。しかしその配置は、それ自身が非対称なものであって、端と端で異なる誘電率の容量平均を提供するのに、一端は空胴を備え、他端はほぼ無空洞となっている。
【０１２０】
他の変形例として、アルミニウムキャリアブロックに、前方に延びる裾部を設置することが可能である。これには加工品の裾部で提供しても、そうでなくともよい。これによって、ファラデー箱はキャリアブロック裾部の外側後方に延びることが可能となり、その裾部に固定される。代わりに、ファラデー箱が加工品表面の被覆体である場合には、裾部が形成される（skirted）キャリアブロックを被覆されたファラデー箱の材質へと放射状に付勢させ、接触させることができる。
【０１２１】
『本発明は、上記各実施例の詳細に限定されない。例えば、空洞の封体は環状空胴を覆う外管よりも遥かに熱くなる。石英加工品における高い熱ストレスを避けるため、アンテナシースは図９と同様の方法で、空洞の封体と分離させることも可能であり、この場合、アンテナシースと空洞の封体とはギャップによって分離される。このことは、図２に図示され、石英からなりひと続きとなっている空洞の封体２とアンテナシース７２の間にある、割れ目から想像することができる。この変形例では、他の変形例と同様、空洞の封体は軸方向に向けられ、中心軸上のアンテナシースと空洞の封体２との間にギャップが存在する。』
【０１２２】
『図９の実施例の変形例において、空洞の封体は環状空胴の一側一端からのみ延びており、環状空洞の他端で外管から距離を置くことができる。』
【０１２３】
『図１１に図示のその他の変形例では、アンテナ７１８はアンテナシースへと延びる必要はなく、むしろ外側の封体へと封止されて延びる。これは、内端プレート７０６の封止された開口部７０６１を介して可能となる。熱ストレスを回避するため、アンテナには好ましくはタングステン中間部７１８１が備えられ、該タングステン中間部７１８１は前記内側プレートを通り、銅製の内側溶接端部７１８２と外側溶接端部７１８３が備えられる。アンテナは石英ガラスよりも大きな膨張係数を必ず有してしまい、その値は４．５×１０−６に対して０．５×１０−６である。この差を埋め合わせるため、中間的な膨張率を持つアルミノシリケートガラス製の封止部７０６２が、開口部７０６１に用いられる。』
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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