(57)【要約】  グラフェン照明器は、二つの電極と、加速電場電源と、複数の磁石セットと、自由電子を提供するのに用いられるグラフェン物質とを含む。二つの電極がそれぞれグラフェン物質の両側又は両端に配置され、また、両方ともグラフェン物質が配置される平面に配置される。加速電場電源の正電極及び負電極がグラフェン物質に対して加速電場を第一方向に印加するようにそれぞれ二つの電極に接続される。磁石セットが、グラフェン物質が配置される平面に垂直な磁場を発生させるようにグラフェン物質が配置される平面の上側及び下側に配置される。磁石セットのＳ極及びＮ極が、第二方向に交番磁場を発生させるように交互に配置されて、第二方向が、第一方向と、グラフェン物質が配置される平面との両方に垂直であることによって、グラフェン物質の自由電子が加速電場及び交番磁場の作用下において曲線運動可能であり、光子を発生させるように励起される。
2015520951.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二つの電極と、加速電場電源と、複数の磁石セットと、自由電子を提供するのに用いられるグラフェン物質とを備えたグラフェン照明器であって、前記二つの電極がそれぞれ前記グラフェン物質の両側又は両端に配置され且つ前記グラフェン物質が配置される平面に配置され、前記加速電場電源の正電極及び負電極が前記グラフェン物質に対して加速電場を第一方向に印加するようにそれぞれ前記二つの電極に接続され、前記磁石セットが、前記グラフェン物質が配置される平面に垂直な磁場を発生させるように前記グラフェン物質が配置される平面の上側及び下側に配置され、前記磁石セットのＳ極及びＮ極が、第二方向に交番磁場を発生させるように交互に配置されて、前記第二方向が、前記第一方向と、前記グラフェン物質が配置される平面との両方に垂直であることによって、前記グラフェン物質の自由電子が前記加速電場及び前記交番磁場の作用下において曲線運動して、光子を発生させるように励起される、グラフェン照明器。
【請求項２】
前記グラフェン物質が矩形又はストリップ状のグラフェンシートであり、前記二つの電極がそれぞれ前記グラフェン物質の両側又は両端に配置されることが、前記二つの電極が前記矩形のグラフェンシートの両側に又は前記ストリップ状のグラフェンシートの両端に配置されることを意味する、請求項１に記載のグラフェン照明器。
【請求項３】
前記グラフェン物質が円形又は環状のグラフェンシートであり、前記二つの電極がそれぞれ前記グラフェン物質の両側又は両端に配置されることが、一方の電極が前記円形又は環状のグラフェンシートの中心に配置され、他方の電極が前記円形又は環状のグラフェンシートの周囲又は円周に配置されることを意味する、請求項１に記載のグラフェン照明器。
【請求項４】
前記交番磁場が、前記加速電場の方向に沿って前記第二方向に均一且つ交互に反転する、請求項１に記載のグラフェン照明器。
【請求項５】
前記曲線運動が正弦波運動である、請求項１から４のいずれか一項に記載のグラフェン照明器。
【請求項６】
前記磁石セットのＳ極及びＮ極が交互に配置されることが、前記磁石セットが第一磁石セット及び第二磁石セットを備え、前記第一磁石セット及び前記第二磁石セットが前記加速電場の方向において交互に配置され、前記第一磁石セットが、前記グラフェン物質が配置される平面に垂直な方向に沿ってＳ極からＮ極に配置されて、前記第二磁石セットの二極の配置が前記第一磁石セットの二極の配置と逆であることを意味する、請求項１から４のいずれか一項に記載のグラフェン照明器。
【請求項７】
反射ミラーセットを更に備え、前記反射ミラーセットが、一方の電極の上方の第一反射ミラーセットと、他方の電極の上方で且つ前記第一反射ミラーセットの反対側の第二反射ミラーセットとを備え、前記自由電子によって励起される光子の一部が前記第一反射ミラーセットを介して放出され、光子の他の一部が前記第一反射ミラーセットによって反射され、前記第二反射ミラーセットが該第二反射ミラーセットに当たる光子を前記第一反射ミラーセットに向けて反射することによって、前記自由電子によって励起される光子を単一方向に収束させる、請求項１から４のいずれか一項に記載のグラフェン照明器。
【請求項８】
二つの電極と、加速電場電源と、複数の磁石セットと、自由電子を提供するのに用いられるグラフェン物質とを備えた放熱装置であって、前記二つの電極がそれぞれ前記グラフェン物質の両側又は両端に配置され且つ前記グラフェン物質が配置される平面に配置され、前記加速電場電源の正電極及び負電極が前記グラフェン物質に対して加速電場を第一方向に印加するようにそれぞれ前記二つの電極に接続され、前記グラフェン物質が、加熱素子に接触していて、前記加熱素子の熱を吸収して前記自由電子の運動エネルギーを増大させ、前記磁石セットが、前記グラフェン物質が配置される平面に垂直な磁場を発生させるように前記グラフェン物質が配置される平面の上側及び下側に配置され、前記磁石セットのＳ極及びＮ極が、第二方向に交番磁場を発生させるように交互に配置されて、前記第二方向が、前記第一方向と、前記グラフェン物質が配置される平面との両方に垂直であることによって、前記グラフェン物質の自由電子が前記加速電場及び前記交番磁場の作用下において曲線運動して、光子を発生させて熱を散逸させるように励起される、放熱装置。
【請求項９】
前記グラフェン物質が矩形又はストリップ状のグラフェンシートを備え、前記グラフェンシートが加熱素子に接触していることが、前記加速電場電源の負極に接続された電極に近い前記グラフェン物質の一端が加熱素子に接触していることを意味する、請求項８に記載の放熱装置。
【請求項１０】
前記グラフェン物質が円形又は環状のグラフェンシートを備え、前記グラフェンシートが加熱素子に接触していることが、前記円形又は環状のグラフェンシートの中心又は該中心近くの領域が加熱素子に接触していて、前記加速電場電源の負極に接続された電極が前記中心に配置されることを意味する、請求項８に記載の放熱装置。
【請求項１１】
グラフェン照明器と、光学伝送信号を変調するのに用いられる反射ミラーセットとを備えた光学伝送ネットワークノードであって、前記グラフェン照明器が、自由電子を提供するのに用いられるグラフェン物質と、二つの電極と、加速電場電源と、複数の磁石セットとを備え、前記二つの電極がそれぞれ前記グラフェン物質の両側又は両端に配置され且つ前記グラフェン物質が配置される平面に配置され、前記加速電場電源の正電極及び負電極が前記グラフェン物質に対して加速電場を第一方向に印加するようにそれぞれ前記二つの電極に接続され、前記磁石セットが、前記グラフェン物質が配置される平面に垂直な磁場を発生させるように前記グラフェン物質が配置される平面の上側及び下側に配置され、前記磁石セットのＳ極及びＮ極が、第二方向に交番磁場を発生させるように交互に配置されることによって、前記グラフェン物質の自由電子が前記加速電場及び前記交番磁場の作用下において曲線運動して、光子を発生させるように励起され、前記第二方向が、前記第一方向と、前記グラフェン物質が配置される平面との両方に垂直であり、前記反射ミラーセットが、一方の電極の上方の第一反射ミラーセットと、他方の電極の上方で且つ前記第一反射ミラーセットの反対側の第二反射ミラーセットとを備え、前記自由電子によって励起される光子の一部が、前記第一反射ミラーセットを介して放出され、光子の他の一部が前記第一反射ミラーセットによって反射され、前記第二反射ミラーセットが、該第二反射ミラーセットに当たる光子を前記第一反射ミラーセットに向けて反射することによって、前記自由電子によって励起される光子を単一方向に収束させる、光学伝送ネットワークノード。
【請求項１２】
前記グラフェン物質が矩形又はストリップ状のグラフェンシートを備え、前記二つの電極がそれぞれ前記グラフェン物質の両側又は両端に配置されることが、前記二つの電極が前記矩形のグラフェンシートの両側に又は前記ストリップ状のグラフェンシートの両端に配置されることを意味する、請求項１１に記載の光学伝送ネットワークノード。
【請求項１３】
前記グラフェン物質が円形又は環状のグラフェンシートを備え、前記二つの電極がそれぞれ前記グラフェン物質の両側又は両端に配置されることが、一方の電極が前記円形又は環状のグラフェンシートの中心に配置され、他方の電極が前記円形又は環状のグラフェンシートの周囲又は円周に配置されることを意味する、請求項１１に記載の光学伝送ネットワークノード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物質の分野に係り、特に、グラフェン物質の新規応用に関する。
【背景技術】
【０００２】
多様なタイプのレーザーが存在するが、励起方法に関しては主に三タイプのレーザーが存在し、誘導放出レーザーと、自由電子レーザーと、化学レーザーである。現状では、産業で広く用いられているレーザーは、主に誘導放出レーザーであり、作用物質の状態に応じて、固体レーザー、気体レーザー、液体レーザー、半導体レーザー等に分類される。これらのレーザーの主な特性は、レーザー波長が励起物質に関係していて、励起物質を決めると、それに応じてレーザー波長が決まる点である。
【０００３】
自由電子レーザーは、特別なタイプの新規レーザーである。その作用物質は指向性自由電子ビームであり、周期的な空間変化を有する磁場において高速移動する。可変コヒーレント電磁放射を、単に自由電子ビームの速度を変化させることだけで、発生させることができる。原理的には、コヒーレント放射スペクトルは、Ｘ線波長帯からマイクロ波領域まで移行可能であり、電磁放射の波長範囲が調節可能である。従って、自由電子レーザーは、大きな可能性を有しており、実際の応用において、多様な方法における利点及び欠点に応じて適切な選択を行うことができるように、より多くの実現方法が必要とされている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の実施形態は、自由電子レーザーを生成するためのグラフェン照明器、並びにグラフェン照明器を用いた放熱装置及びネットワークノードを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一態様によると、本発明の一実施形態は、グラフェン照明器を提供し、そのグラフェン照明器は、二つの電極と、加速電場電源と、複数の磁石セットと、自由電子を提供するのに用いられるグラフェン物質とを含む。二つの電極がそれぞれグラフェン物質の両側又は両端に配置される、且つ、グラフェン物質が配置される平面に配置される。加速電場電源の正電極及び負電極がグラフェン物質に対して加速電場を第一方向に印加するようにそれぞれ二つの電極に接続される。磁石セットが、グラフェン物質が配置される平面に垂直な磁場を発生させるようにグラフェン物質が配置される平面の上側及び下側に配置される。磁石セットのＳ極及びＮ極が、第二方向に交番磁場を発生させるように交互に配置されて、第二方向が、第一方向と、グラフェン物質が配置される平面との両方に垂直であることによって、グラフェン物質の自由電子が加速電場及び交番磁場の作用下において曲線運動可能であり、光子を発生させるように励起される。
【０００６】
上記グラフェン照明器は、グラフェン物質を自由電子源として用いて、加速電場及び交番磁場の作用下において光子を発生させることによって、新規レーザー光源として機能する。加速電場電源の電圧、交番磁場の強度、波状磁場の間隔、グラフェンの温度等のパラメータのうちのいずれかを調節することによって、出力レーザーの波長調節を行うことができ、レーザーデバイスに対する光源の要求に合致することができる。
【０００７】
他の態様によると、本発明の一実施形態は放熱装置を提供し、その放熱装置は、二つの電極と、加速電場電源と、複数の磁石セットと、自由電子を提供するのに用いられるグラフェン物質とを含む。二つの電極がそれぞれグラフェン物質の両側又は両端に配置され且つグラフェン物質が配置される平面に配置される。加速電場電源の正電極及び負電極がグラフェン物質に対して加速電場を第一方向に印加するようにそれぞれ二つの電極に接続される。グラフェン物質が、加熱素子に接触していて、加熱素子の熱を吸収して自由電子の運動エネルギーを増大させる。磁石セットが、グラフェン物質が配置される平面に垂直な磁場を発生させるようにグラフェン物質が配置される平面の上側及び下側にそれぞれ配置される。磁石セットのＳ極及びＮ極が、第二方向に交番磁場を発生させるように交互に配置されて、第二方向が、第一方向と、グラフェン物質が配置される平面との両方に垂直であることによって、グラフェン物質の自由電子が加速電場及び交番磁場の作用下において曲線運動して、光子を発生させるように励起されることによって熱を散逸させる。
【０００８】
グラフェン物質が加熱素子の熱を吸収した後、グラフェン物質の自由電子の振動及びエネルギーが増大して、加速電場及び交番磁場の作用下において、自由電子が、高エネルギー準位から低エネルギー準位に一気に飛び移り、高周波数光子を励起して、グラフェン物質によって吸収された熱エネルギーが光エネルギーに変換されて散逸される。つまり、高周波数光子の周波数は、熱が吸収されない場合に加速電場及び交番磁場の作用下においてグラフェン物質の自由電子によって励起される光子の周波数よりも高い。
【０００９】
更に他の態様によると、本発明の一実施形態は光学伝送ネットワークノードを提供し、その光学伝送ネットワークノードは、グラフェン照明器と、光学伝送信号を変調するのに用いられる反射ミラーセットとを含む。グラフェン照明器は、自由電子を提供するのに用いられるグラフェン物質と、二つの電極と、加速電場電源と、複数の磁石セットと、を含む。二つの電極がそれぞれグラフェン物質の両側又は両端に配置され且つグラフェン物質が配置される平面に配置される。加速電場電源の正電極及び負電極がグラフェン物質に対して加速電場を第一方向に印加するようにそれぞれ二つの電極に接続される。磁石セットが、グラフェン物質が配置される平面に垂直な磁場を発生させるようにグラフェン物質が配置される平面の上側及び下側に配置される。磁石セットのＳ極及びＮ極が、第二方向に交番磁場を発生させるように交互に配置されることによって、グラフェン物質の自由電子が加速電場及び交番磁場の作用下において曲線運動して、光子を発生させるように励起される。その第二方向は、第一方向と、グラフェン物質が配置される平面との両方に垂直である。反射ミラーセットは、自由電子の運動の発光方向に沿って配置された第一反射ミラーセットと、第一反射ミラーセットの反対側に配置された第二反射ミラーセットとを含む。自由電子によって励起される光子の一部が、発光方向に沿って通過し、光子の他の一部が第一反射ミラーセットによって反射され、第二反射ミラーセットが、発光方向の反対方向に光子を反射することによって、自由電子によって励起される光子を単一方向に収束させる。
【００１０】
反射ミラーセットを用いることによって、光学伝送ネットワークノードは、グラフェン照明器によって励起された光子を、光学信号を変調させるのに利用可能なレーザービームへと収束させて、レーザービームを変調させることによる光学ネットワーク信号の伝送を実現する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態１に係るグラフェン照明器である。
【図２】本発明の実施形態１に係るグラフェン照明器である。
【図３】本発明の実施形態１に係るグラフェン照明器の磁石セットの他の配置方法である。
【図４】本発明の実施形態２に係る放熱装置である。
【図５】本発明の実施形態３に係る光学伝送ネットワークノードである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態の図面を参照して、本発明の実施形態における技術的解決手段について明確且つ完全に説明する。説明される実施形態が、本発明の全ての実施形態ではなく一部に過ぎないことは明らかである。本発明の実施形態に基づいて当業者が得ることができる全ての他の実施形態は、本発明の保護範囲内に含まれるものである。
【００１３】
本発明の実施形態は、グラフェン照明器、並びにグラフェン照明器を用いた放熱装置及びネットワークノードを提供する。グラフェン物質の表面での自由電子の特性を用いて、グラフェン物質に自由電子を励起して、光子を発生させる特別な環境を設定して、グラフェン照明器が、自由電子レーザーの光源として機能することができるようにすることによって、レーザーの性能を改善する。
【００１４】
［実施形態１］
図１に示されるように、本発明の実施形態１に係るグラフェン照明器は、グラフェン物質１０と、加速電場電源２０と、複数の磁石セット３０とを含む。
【００１５】
この実施形態では、グラフェン物質１０は、一層以上のグラフェンシートによって形成されたシートであり、高速移動可能な自由電子がグラフェンシート間の各層のグラフェンシートに存在する。純粋なグラフェン物質１０は、半金属又はゼロバンドギャップ半導体である。その電子構造において、図１に示される二次元六方ブリルアンゾーンの六つの角付近の低エネルギー電子について、エネルギー運動量の関係は線形の関係
【数１】
2015520951.tif 000003
であり、ここで、Ｅはエネルギー、
【数２】
2015520951.tif 000004
は換算プランク定数、ｖＦ≒１０６はフェルミ速度、ｋｘ、ｋｙはそれぞれ波数ベクトルのｘ軸成分、ｙ軸成分であり、電子及び正孔の有効質量はゼロに等しい。線形分散関係のため、六点付近における電子及び正孔の物理的振る舞いは、ディラック方程式によって記述される相対論的スピン１／２粒子のものと同様である。従って、グラフェンの電子及び正孔は、ディラックフェルミ粒子と呼ばれ、ブリルアンゾーンの六つの角は、“ディラック点”又は“中性点”と呼ばれる。室温において、グラフェンは、１５０００ｃｍ２Ｖ−１ｓ−１を超える値の非常に高い電子移動度を有し、正孔及び電子の移動度は等しい。グラフェン物質１０の上述の二次元性により、グラフェン物質１０は、本発明において設定される特別な状況における照明器の効率的な自由電子源になる。
【００１６】
加速電源電場は、グラフェン物質１０の利用効率を最大にするように、グラフェン物質１０の第一方向に、グラフェン物質に対する加速電場を印加するように構成されていて、第一方向は、シート状グラフェン物質の長手方向に一致していることが好ましい。加速電場は、交番電場又はパルス電場であり得る。
【００１７】
上記グラフェン照明器は、二つの電極４０を更に含み、それら二つの電極４０は、加速電場電源２０の正電極及び負電極に電気的に接続されて、また、二つの電極４０は、グラフェン物質１０の両端又は両側に電気的に接続されて、又は、二つの電極４０は、グラフェン物質１０の両側又は両端に配置され、且つ両方ともグラフェン物質が配置されている平面に配置されて、第一方向に加速電場を印加する。グラフェン物質１０は、矩形又はストリップ状のグラフェンシートを含み、この場合、二つの電極４０がそれぞれグラフェン物質１０の両側又は両端に配置されるとは、二つの電極４０がそれぞれ矩形のグラフェンシートの両側又はストリップ状のグラフェンシートの両端に配置されることを意味する。グラフェン物質１０は、円形又は環状のグラフェンシートを含み、この場合、二つの電極４０がそれぞれグラフェン物質１０の両側又は両端に配置されるとは、一方の電極４０が円形又は環状のグラフェンシートの中心に配置され、他方の電極４０が円形又は環状のグラフェンシートの周囲又は円周に配置されることを意味する。
【００１８】
上記複数の磁石セット３０は、グラフェン物質１０が配置される平面に対向する側に配置される。例えば、図１に示されるように、磁石セット３０は、グラフェン物質１０が配置される平面の上側及び下側に配置される。第一方向は、グラフェン物質１０が配置される平面に平行であり、又は、第一側面が、グラフェン物質１０が配置される平面上にある。上側及び下側の磁石セット３０は、グラフェンが配置される平面に垂直であり、互いに向き合っている。各磁石セット３０は、Ｎ極及びＳ極という二つの部分を含み、Ｓ極及びＮ極は、グラフェン物質１０が配置される平面に垂直に配置される。多様な配置方法に応じて、磁石セット３０を第一磁石セット３２及び第二磁石セット３４に分けることができて、第一磁石セット３２が、グラフェン物質１０が配置される平面に垂直な方向においてＳ極からＮ極に配置される一方で、第二磁石セット３４の二極の配置は、第一磁石セット３２のものと逆であり、つまり、第二磁石セット３４は、グラフェン物質１０が配置される平面に垂直な方向においてＮ極からＳ極に配置される。
【００１９】
グラフェン物質１０の上側及び下側の磁石セット３０は、交互に配置された第一磁石セット３２及び第二磁石セット３４によって形成されて、グラフェン物質１０が配置される平面に垂直な第二方向に交番磁場を形成するようにして、つまり、一組の第二磁石セット３４がそれぞれ二組の隣接する第一磁石セット３２の間に配置され、同様に、一組の第一磁石セット３２がそれぞれ二組の隣接する第二磁石セット３４の間に配置される。第二方向は、グラフェン物質１０が配置される平面に垂直であり、また、加速電場の第一方向にも垂直であり、つまり、交番磁場は加速電場に垂直である。グラフェン物質１０の上側及び下側の磁石セット３０は互いに向き合って配置されて、つまり、グラフェン物質１０の一方の側の第一磁石セット３０が第一磁石セット３２である場合、グラフェン物質１０の一方の側の第一磁石セット３０に向き合い且つグラフェン物質１０の他方の側にある磁石も、第一磁石セット３２である。更に、全ての磁石のサイズが一致していることによって、均一な交番磁場を形成する。
【００２０】
グラフェン物質１０が矩形又はストリップ状のシートである場合、磁石セット３０は四角形であり、近接して交互に配置された第一磁石セット３２及び第二磁石セット３４によって形成される。図３に示されるように、本発明のこの実施形態では、グラフェン物質６０が円形又は環状のグラフェンシートを含み、磁石セット７０は環状であり、外側から中心に向けて近接して交互に配置された第一磁石セット７２及び第二磁石セット７４によって形成され、それに応じて、中心に近い磁石セット７０ほど小さなサイズを有する。
【００２１】
本発明の実施形態の図１から図３のグラフェン照明器の動作概略図に示されるように、実際の適用中において、グラフェン照明器は、加速電場電源２０を用いて、グラフェン物質１０の両側の電極４０に加速電圧を印加して、グラフェン物質１０を覆う加速電場を第一方向に形成する。例えば、第一方向の加速電場の作用下では、グラフェン物質１０上の自由電子が、第一方向に沿って、加速電場電源２０の負電極に接続された電極４０から、加速電場電源２０の正電極に接続された電極４０まで移動する。負電極４０から正電極４０までの自由電子の移動過程においては、アンペールの左手の法則に従って、交番磁場の作用下において、電子が磁場及び電場の方向に垂直なローレンツ力を受けて、また、交番磁場の磁場方向が交互に反転するので、自由電子に印加される磁力は、グラフェン物質１０が配置される平面上にあり、加速電場に垂直で、交番磁場の方向において交互に反転する。従って、グラフェン物質１０の自由電子は、加速電場及び交番磁場の作用下において曲線運動を行い、その曲線は正弦曲線である。
【００２２】
磁場及び電場の強度を調節することによって、自由電子が以下の式（１）及び（２）を満たすような条件で、光子が励起されて、光源を形成する：
Ｗ＝Ｅｋｉｎ＋ｍｅｃ２      （１）
γ＝Ｗ／（ｍｅｃ２）      （２）
ここで、Ｅｋｉｎは電子の運動エネルギーであり、これは電子に対する加速電場によって与えられる運動エネルギーであり、ｃは真空中の光速、γは正規化された電子速度、Ｗは運動エネルギー、ｍｅは電子質量である。
【００２３】
更に、励起光子の波長は、以下の式（３）及び（４）によって求められる：
λｌ＝（λｕ／（２γ２））（１＋（Ｋ２／２））      （３）
Ｋ＝（ｅＢ０λｕ）／（２πｍｅｃ）      （４）
ここで、λｌはレーザー波長、λｕは波状磁場の隣接する磁極の中心間隔、Ｂ０は、波状磁場のピーク強度である。従って、加速電場電源２０の電圧、交番磁場の強度、波状磁場の間隔、グラフェンの温度のパラメータを調節することによって、出力レーザーの波長の調節を行うことができて、レーザーデバイス用の光源の要求に合致することができる。
【００２４】
図２に示されるように、グラフェン照明器は、反射ミラーセット５０を更に含み、反射ミラーセット５０は、一方の電極４０の上方の第一反射ミラーセット５２と、他方の電極の上方で第一反射ミラーセット５２の反対側の第二反射ミラーセット５４とを含み、自由電子によって励起された光子の一部が、第一反射ミラーセット５３を介して放出されて、自由電子の他の一部が、第一反射ミラーセット５２によって反射され、第二反射ミラーセット５４が、その第二反射ミラーセットに当たる光子を第一反射ミラーセット５２に向けて反射することによって、自由電子によって励起される光子を単一方向に収束する。第一反射ミラーセット５２はフィルタリング機能を有し、つまり、第一反射ミラーセット５２に当たる光子のうち、特定の波長を有する光子のみを透過させることができて、自由電子によって励起された光子のうち単一の波長を有する光子が、反射ミラーセット５０を介してレーザービームに収束されるようになる。
【００２５】
［実施形態２］
図３に示されるように、本発明の一実施形態は、熱を散逸させるためにグラフェン照明器を用いた放熱装置を更に提供する。放熱装置は、二つの電極４０と、加速電場電源２０と、複数の電極セット３０と、自由電子を提供するのに用いられるグラフェン物質１０とを含み、二つの電極４０はそれぞれグラフェン物質１０の両側又は両端に配置され、また、両方ともグラフェン物質が配置される平面上に配置される。加速電場電源２０の正電極及び負電極はそれぞれ二つの電極４０に接続されて、グラフェン物質１０に対する加速電場を第一方向に印加する。グラフェン物質１０は加熱素子に接触して、加熱素子の熱を吸収して、自由電子の運動エネルギーを増大させる。磁石セット３０は、グラフェン物質１０が配置される平面の上側及び下側に配置されて、グラフェン物質１０が配置される平面に垂直な磁場を発生させる。磁石セットのＳ極及びＮ極は交互に配置されて、第二方向に交番磁場を発生させて、その第二方向は、第一方向と、グラフェン物質が配置される平面との両方に垂直であり、グラフェン物質１０の自由電子が、加速電場及び交番磁場の作用下において曲線運動を行うことができるようになり、また、光子を発生させるように励起されて、熱を散逸させる。
【００２６】
グラフェン物質１０は、矩形又はストリップ状のグラフェンシートを含む。この場合、グラフェン物質１０が加熱素子に接触しているとは、加速電場電源２０の負電極に接続された電極に近いグラフェン物質の一端が加熱素子に接触していることを意味する。代わりに、グラフェン物質１０は、円形又は環状のグラフェンシートを含む。この場合、グラフェン物質１０が加熱素子に接触しているとは、円形又は環状のグラフェンシートの中心又は中心周辺領域が加熱素子に接触していて、加速電場電源２０の負電極に接続された電極が円形又は環状のグラフェンシートの中心に配置されることを意味する。
【００２７】
グラフェン物質１０が加熱素子の熱を吸収した後、グラフェン物質１０の自由電子の振動及びエネルギーが増大し、そして、加速電場及び交番磁場の作用下において、自由電子が、高エネルギー準位から低エネルギー準位に一気に飛び移り、高周波数光子を励起して、グラフェン物質１０によって吸収された熱エネルギーが光エネルギーに変換されて散逸される。つまり、高周波数光子の周波数は、熱が吸収されない場合に加速電場及び交番磁場の作用下においてグラフェン物質１０の自由電子によって励起される光子の周波数よりも高い。
【００２８】
［実施例４］
図４に示されるように、本発明の一実施形態は、光学伝送ネットワークノードを提供し、その光学伝送ネットワークノードは、グラフェン照明器と、光学伝送信号を変調するための反射ミラーセット５０とを含む。グラフェン照明器は、自由電子を提供するのに用いられるグラフェン物質１０と、二つの電極４０と、加速電場電源２０と、複数の磁石セット３０とを含み、二つの電極４０はそれぞれグラフェン物質１０の両側又は両端に配置され、また、両方ともグラフェン物質１０が配置される平面に配置される。加速電場電源２０の正電極及び負電極はそれぞれ二つの電極に接続されて、グラフェン物質１０に対する加速電場を第一方向に印加する。磁石セット３０は、グラフェン物質１０が配置される平面の上側及び下側に配置されて、グラフェン物質１０が配置される平面に垂直な磁場を発生させる。磁石セット３０のＳ極及びＮ極が交互に配置されて、第二方向に交番磁場を発生させて、グラフェン物質１０の自由電子が、加速電場及び交番磁場の作用下において曲線運動を行うことができて、光子を発生させるように励起され、その第二方向は、第一方向と、グラフェン物質１０が配置される平面との両方に垂直である。反射ミラーセット５０は、自由電子の運動の発光方向に沿って配置された第一反射ミラーセット５２と、第一反射ミラーセット５２の反対側に第二反射ミラーセット５４とを含み、自由電子によって励起された光子の一部が発光方向に沿って通過し、自由電子の他の一部は、第一反射ミラーセット５２によって反射されて、第二反射ミラーセット５４が発光方向の反対方向に光子を反射することによって、自由電子によって励起される光子を単一方向に収束させる。
【００２９】
上記光学伝送ネットワークノードは、反射ミラーセットを用いることによって、グラフェン照明器によって励起された光子を、光学信号を変調するのに利用可能なレーザービームに収束させて、レーザービームを変調させることによる光学ネットワーク信号の伝送を実現する。
【００３０】
以上、本発明の実施形態によって提供される通信システムを詳細に説明してきた。明細書において、具体的な例を用いて、本発明の原理及び実施方法を説明している。これらの実施形態は、本発明の方法及び中核的アイディアを理解するのに役立てるためだけのものである。当業者は、本発明のアイディアから逸脱せずに、本発明に対して多様な修正及び変更を行い得る。従って、明細書の開示は、本発明を限定するものとして理解されるものではない。
【符号の説明】
【００３１】
１０  グラフェン物質
２０  加速電場電源
３０  磁石セット
３２  第一磁石セット
３４  第二磁石セット
４０  電極
５０  反射ミラーセット
５２  第一反射ミラーセット
５４  第二反射ミラーセット
６０  グラフェン物質
７０  磁石セット
７２  第一磁石セット
７４  第二磁石セット
【図１】
2015520951.tif 000005
【図２】
2015520951.tif 000006
【図３】
2015520951.tif 000007
【図４】
2015520951.tif 000008
【図５】
2015520951.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成26年11月28日(2014.11.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
以下、本発明の実施形態の図面を参照して、本発明の実施形態における技術的解決手段について明確に説明する。説明される実施形態が、本発明の全ての実施形態ではなく一部に過ぎないことは明らかである。本発明の実施形態に基づいて当業者が得ることができる全ての他の実施形態は、本発明の保護範囲内に含まれるものである。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
加速電場電源は、グラフェン物質１０の利用効率を最大にするように、グラフェン物質１０の第一方向に、グラフェン物質に対する加速電場を印加するように構成されていて、第一方向は、シート状グラフェン物質の長手方向に一致していることが好ましい。加速電場は、交番電場又はパルス電場であり得る。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
上記複数の磁石セット３０は、グラフェン物質１０が配置される平面に対向する側に配置される。例えば、図１に示されるように、磁石セット３０は、グラフェン物質１０が配置される平面の上側及び下側に配置される。第一方向は、グラフェン物質１０が配置される平面に平行であり、又は、第一方向が、グラフェン物質１０が配置される平面上にある。上側及び下側の磁石セット３０は、グラフェン物質１０が配置される平面に垂直であり、互いに向き合っている。各磁石セット３０は、Ｎ極及びＳ極という二つの部分を含み、Ｓ極及びＮ極は、グラフェン物質１０が配置される平面に垂直に配置される。多様な配置方法に応じて、磁石セット３０を第一磁石セット３２及び第二磁石セット３４に分けることができて、第一磁石セット３２が、グラフェン物質１０が配置される平面に垂直な方向においてＳ極からＮ極に配置される一方で、第二磁石セット３４の二極の配置は、第一磁石セット３２のものと逆であり、つまり、第二磁石セット３４は、グラフェン物質１０が配置される平面に垂直な方向においてＮ極からＳ極に配置される。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
本発明の実施形態の図１から図３のグラフェン照明器の動作概略図に示されるように、実際の適用中において、グラフェン照明器は、加速電場電源２０を用いて、グラフェン物質１０の両側の電極４０に加速電圧を印加して、グラフェン物質１０を覆う加速電場を第一方向に形成する。例えば、第一方向の加速電場の作用下では、グラフェン物質１０上の自由電子が、第一方向に沿って、加速電場電源２０の負電極に接続された電極４０から、加速電場電源２０の正電極に接続された電極４０まで移動する。負電極に接続された電極４０から正電極に接続された電極４０までの自由電子の移動過程においては、アンペールの左手の法則に従って、交番磁場の作用下において、電子が磁場及び電場の方向に垂直なローレンツ力を受けて、また、交番磁場の磁場方向が交互に反転するので、自由電子に印加される磁力は、グラフェン物質１０が配置される平面上にあり、加速電場に垂直で、交番磁場の方向において交互に反転する。従って、グラフェン物質１０の自由電子は、加速電場及び交番磁場の作用下において曲線運動を行い、その曲線は正弦曲線である。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
図２に示されるように、グラフェン照明器は、反射ミラーセット５０を更に含み、反射ミラーセット５０は、一方の電極４０の上方の第一反射ミラーセット５２と、他方の電極の上方で第一反射ミラーセット５２の反対側の第二反射ミラーセット５４とを含み、自由電子によって励起された光子の一部が、第一反射ミラーセット５２を介して放出されて、自由電子の他の一部が、第一反射ミラーセット５２によって反射され、第二反射ミラーセット５４が、その第二反射ミラーセットに当たる光子を第一反射ミラーセット５２に向けて反射することによって、自由電子によって励起される光子を単一方向に収束する。第一反射ミラーセット５２はフィルタリング機能を有し、つまり、第一反射ミラーセット５２に当たる光子のうち、特定の波長を有する光子のみを透過させることができて、自由電子によって励起された光子のうち単一の波長を有する光子が、反射ミラーセット５０を介してレーザービームに収束されるようになる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
［実施形態２］
図４に示されるように、本発明の一実施形態は、熱を散逸させるためにグラフェン照明器を用いた放熱装置を更に提供する。放熱装置は、二つの電極４０と、加速電場電源２０と、複数の電極セット３０と、自由電子を提供するのに用いられるグラフェン物質１０とを含み、二つの電極４０はそれぞれグラフェン物質１０の両側又は両端に配置され、また、両方ともグラフェン物質１０が配置される平面上に配置される。加速電場電源２０の正電極及び負電極はそれぞれ二つの電極４０に接続されて、グラフェン物質１０に対する加速電場を第一方向に印加する。グラフェン物質１０は加熱素子に接触して、加熱素子の熱を吸収して、自由電子の運動エネルギーを増大させる。磁石セット３０は、グラフェン物質１０が配置される平面の上側及び下側に配置されて、グラフェン物質１０が配置される平面に垂直な磁場を発生させる。磁石セットのＳ極及びＮ極は交互に配置されて、第二方向に交番磁場を発生させて、その第二方向は、第一方向と、グラフェン物質が配置される平面との両方に垂直であり、グラフェン物質１０の自由電子が、加速電場及び交番磁場の作用下において曲線運動を行うことができるようになり、また、光子を発生させるように励起されて、熱を散逸させる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
［実施例３］
図５に示されるように、本発明の一実施形態は、光学伝送ネットワークノードを提供し、その光学伝送ネットワークノードは、グラフェン照明器と、光学伝送信号を変調するための反射ミラーセット５０とを含む。グラフェン照明器は、自由電子を提供するのに用いられるグラフェン物質１０と、二つの電極４０と、加速電場電源２０と、複数の磁石セット３０とを含み、二つの電極４０はそれぞれグラフェン物質１０の両側又は両端に配置され、また、両方ともグラフェン物質１０が配置される平面に配置される。加速電場電源２０の正電極及び負電極はそれぞれ二つの電極に接続されて、グラフェン物質１０に対する加速電場を第一方向に印加する。磁石セット３０は、グラフェン物質１０が配置される平面の上側及び下側に配置されて、グラフェン物質１０が配置される平面に垂直な磁場を発生させる。磁石セット３０のＳ極及びＮ極が交互に配置されて、第二方向に交番磁場を発生させて、グラフェン物質１０の自由電子が、加速電場及び交番磁場の作用下において曲線運動を行うことができて、光子を発生させるように励起され、その第二方向は、第一方向と、グラフェン物質１０が配置される平面との両方に垂直である。反射ミラーセット５０は、自由電子の運動の発光方向に沿って配置された第一反射ミラーセット５２と、第一反射ミラーセット５２の反対側に第二反射ミラーセット５４とを含み、自由電子によって励起された光子の一部が発光方向に沿って通過し、自由電子の他の一部は、第一反射ミラーセット５２によって反射されて、第二反射ミラーセット５４が発光方向の反対方向に光子を反射することによって、自由電子によって励起される光子を単一方向に収束させる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
以上、本発明の実施形態によって提供されるグラフェン照明器を用いた自由電子レーザー、放熱装置、ネットワークノードを詳細に説明してきた。明細書において、具体的な例を用いて、本発明の原理及び実施方法を説明している。これらの実施形態は、本発明の方法及び中核的アイディアを理解するのに役立てるためだけのものである。当業者は、本発明のアイディアから逸脱せずに、本発明に対して多様な修正及び変更を行い得る。従って、明細書の開示は、本発明を限定するものとして理解されるものではない。
【手続補正９】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二つの電極と、加速電場電源と、複数の磁石セットと、自由電子を提供するのに用いられるグラフェン物質とを備えたグラフェン照明器であって、
前記二つの電極がそれぞれ前記グラフェン物質の両側又は両端に配置され、且つ前記グラフェン物質が配置される平面に配置され、
前記加速電場電源の正電極及び負電極が、前記グラフェン物質に対して加速電場を第一方向に印加するようにそれぞれ前記二つの電極に接続され、
前記磁石セットが、前記グラフェン物質が配置される平面に垂直な磁場を発生させるように前記グラフェン物質が配置される平面の上側及び下側に配置され、前記磁石セットのＳ極及びＮ極が、第二方向に交番磁場を発生させるように交互に配置されて、
前記第二方向が、前記第一方向と、前記グラフェン物質が配置される平面との両方に垂直であることによって、前記グラフェン物質の自由電子が前記加速電場及び前記交番磁場の作用下において曲線運動して、光子を発生させるように励起される、グラフェン照明器。
【請求項２】
前記グラフェン物質が矩形又はストリップ状のグラフェンシートであり、前記二つの電極がそれぞれ前記グラフェン物質の両側又は両端に配置されることが、前記二つの電極が前記矩形のグラフェンシートの両側に又は前記ストリップ状のグラフェンシートの両端に配置されることを意味する、請求項１に記載のグラフェン照明器。
【請求項３】
前記グラフェン物質が円形又は環状のグラフェンシートであり、前記二つの電極がそれぞれ前記グラフェン物質の両側又は両端に配置されることが、一方の電極が前記円形又は環状のグラフェンシートの中心に配置され、他方の電極が前記円形又は環状のグラフェンシートの周囲又は円周に配置されることを意味する、請求項１に記載のグラフェン照明器。
【請求項４】
前記交番磁場が、前記加速電場の方向に沿って前記第二方向に均一且つ交互に反転する、請求項１に記載のグラフェン照明器。
【請求項５】
前記曲線運動が正弦波運動である、請求項１から４のいずれか一項に記載のグラフェン照明器。
【請求項６】
前記磁石セットのＳ極及びＮ極が交互に配置されることが、前記磁石セットが第一磁石セット及び第二磁石セットを備え、前記第一磁石セット及び前記第二磁石セットが前記加速電場の方向において交互に配置され、前記第一磁石セットが、前記グラフェン物質が配置される平面に垂直な方向に沿ってＳ極からＮ極に配置されて、前記第二磁石セットの二極の配置が前記第一磁石セットの二極の配置と逆であることを意味する、請求項１から４のいずれか一項に記載のグラフェン照明器。
【請求項７】
反射ミラーセットを更に備え、前記反射ミラーセットが、一方の電極の上方の第一反射ミラーセットと、他方の電極の上方で且つ前記第一反射ミラーセットの反対側の第二反射ミラーセットとを備え、前記自由電子によって励起される光子の一部が前記第一反射ミラーセットを介して放出され、光子の他の一部が前記第一反射ミラーセットによって反射され、前記第二反射ミラーセットが該第二反射ミラーセットに当たる光子を前記第一反射ミラーセットに向けて反射することによって、前記自由電子によって励起される光子を単一方向に収束させる、請求項１から４のいずれか一項に記載のグラフェン照明器。
【請求項８】
二つの電極と、加速電場電源と、複数の磁石セットと、自由電子を提供するのに用いられるグラフェン物質とを備えた放熱装置であって、
前記二つの電極がそれぞれ前記グラフェン物質の両側又は両端に配置され、且つ前記グラフェン物質が配置される平面に配置され、
前記加速電場電源の正電極及び負電極が、前記グラフェン物質に対して加速電場を第一方向に印加するようにそれぞれ前記二つの電極に接続され、前記グラフェン物質が、加熱素子に接触していて、前記加熱素子の熱を吸収して前記自由電子の運動エネルギーを増大させ、
前記磁石セットが、前記グラフェン物質が配置される平面に垂直な磁場を発生させるように前記グラフェン物質が配置される平面の上側及び下側に配置され、前記磁石セットのＳ極及びＮ極が、第二方向に交番磁場を発生させるように交互に配置されて、
前記第二方向が、前記第一方向と、前記グラフェン物質が配置される平面との両方に垂直であることによって、前記グラフェン物質の自由電子が前記加速電場及び前記交番磁場の作用下において曲線運動して、光子を発生させて熱を散逸させるように励起される、放熱装置。
【請求項９】
前記グラフェン物質が矩形又はストリップ状のグラフェンシートを備え、前記グラフェンシートが加熱素子に接触していることが、前記加速電場電源の負極に接続された電極に近い前記グラフェン物質の一端が加熱素子に接触していることを意味する、請求項８に記載の放熱装置。
【請求項１０】
前記グラフェン物質が円形又は環状のグラフェンシートを備え、前記グラフェンシートが加熱素子に接触していることが、前記円形又は環状のグラフェンシートの中心又は該中心近くの領域が加熱素子に接触していて、前記加速電場電源の負極に接続された電極が前記中心に配置されることを意味する、請求項８に記載の放熱装置。
【請求項１１】
グラフェン照明器と、光学伝送信号を変調するのに用いられる反射ミラーセットとを備えた光学伝送ネットワークノードであって、
前記グラフェン照明器が、自由電子を提供するのに用いられるグラフェン物質と、二つの電極と、加速電場電源と、複数の磁石セットとを備え、
前記二つの電極がそれぞれ前記グラフェン物質の両側又は両端に配置され、且つ前記グラフェン物質が配置される平面に配置され、
前記加速電場電源の正電極及び負電極が、前記グラフェン物質に対して加速電場を第一方向に印加するようにそれぞれ前記二つの電極に接続され、前記磁石セットが、前記グラフェン物質が配置される平面に垂直な磁場を発生させるように前記グラフェン物質が配置される平面の上側及び下側に配置され、前記磁石セットのＳ極及びＮ極が、第二方向に交番磁場を発生させるように交互に配置されることによって、前記グラフェン物質の自由電子が前記加速電場及び前記交番磁場の作用下において曲線運動して、光子を発生させるように励起され、
前記第二方向が、前記第一方向と、前記グラフェン物質が配置される平面との両方に垂直であり、
前記反射ミラーセットが、一方の電極の上方の第一反射ミラーセットと、他方の電極の上方で且つ前記第一反射ミラーセットの反対側の第二反射ミラーセットとを備え、
前記自由電子によって励起される光子の一部が、前記第一反射ミラーセットを介して放出され、光子の他の一部が前記第一反射ミラーセットによって反射され、前記第二反射ミラーセットが、該第二反射ミラーセットに当たる光子を前記第一反射ミラーセットに向けて反射することによって、前記自由電子によって励起される光子を単一方向に収束させる、光学伝送ネットワークノード。
【請求項１２】
前記グラフェン物質が矩形又はストリップ状のグラフェンシートを備え、前記二つの電極がそれぞれ前記グラフェン物質の両側又は両端に配置されることが、前記二つの電極が前記矩形のグラフェンシートの両側に又は前記ストリップ状のグラフェンシートの両端に配置されることを意味する、請求項１１に記載の光学伝送ネットワークノード。
【請求項１３】
前記グラフェン物質が円形又は環状のグラフェンシートを備え、前記二つの電極がそれぞれ前記グラフェン物質の両側又は両端に配置されることが、一方の電極が前記円形又は環状のグラフェンシートの中心に配置され、他方の電極が前記円形又は環状のグラフェンシートの周囲又は円周に配置されることを意味する、請求項１１に記載の光学伝送ネットワークノード。
【国際調査報告】
2015520951.tif 000010
2015520951.tif 000011
2015520951.tif 000012
2015520951.tif 000013
2015520951.tif 000014
2015520951.tif 000015