(57)【要約】  着火促進無電極密封高輝度照明機器は、連続波（ＣＷ）レーザー光源からレーザービームを受け取るように構成される。密封チャンバは、イオン化可能媒体を収容するように構成される。チャンバは、レーザービームをチャンバに入射させるように構成されたチャンバ内面の壁の内部に配置された入口窓と、プラズマ維持領域と、チャンバから高輝度光を放出するように構成された高輝度光出口窓と、を有する。ＣＷレーザービームは、１１００ｎｍ未満の波長を生成するように構成された２５０ワット未満のＣＷレーザーによって生成可能である。この機器は、レーザービームを、１〜１５ミクロン２の半値全幅（ＦＷＨＭ）ビームウエスト及び６ミクロン以下のレイリー長に集束させるように構成され、プラズマは、ＣＷレーザービームによって着火されるように構成される。
2020505733.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続波（ＣＷ）レーザー光源からレーザービームを受け取るように構成された着火促進無電極密封高輝度照明機器であって、
イオン化可能媒体を収容するように構成された密封チャンバを含み、前記チャンバは更に、
前記ＣＷレーザーからのビームを前記チャンバに入射させるように構成されたチャンバ内面の壁内に配置された入口窓と、
プラズマ維持領域と、
前記チャンバから高輝度光を放出するように構成された高輝度光出口窓と、を含み、
前記ＣＷレーザービームは、１１００ｎｍ未満の波長を生成するように構成された２５０ワット未満のＣＷレーザーによって生成可能であり、前記ＣＷレーザー光源から前記入口窓を通って前記チャンバ内の焦点領域に至る前記ＣＷレーザービームの経路は直進的であり、前記ＣＷレーザービームを、半値全幅（ＦＷＨＭ）ビームウエストが１〜１５ミクロン２で、レイリー長が６ミクロン以下の領域に集束させ、前記プラズマは前記ＣＷレーザービームによって着火されるように構成される、着火促進無電極密封高輝度照明機器。
【請求項２】
完全に前記チャンバ内部に配置された非電極着火剤を更に含み、前記ＣＷレーザービームは５５０ｎｍ未満の波長を生成するように構成された１２５ワット未満のＣＷレーザーによって生成可能であり、前記入口窓は、前記ＣＷレーザービームを、半値全幅（ＦＷＨＭ）ビームウエストが０．５〜７．５ミクロン２で、レイリー長が４ミクロン以下の領域に集束させるように構成されている、請求項１に記載の密封高輝度照明機器。
【請求項３】
前記ＣＷレーザービームは、４６０ｎｍ未満の波長を生成するように構成された９０ワット未満のＣＷレーザーによって生成可能である、請求項２に記載の密封高輝度照明機器。
【請求項４】
前記ＣＷレーザービームは、４６０ｎｍ未満の波長を生成するように構成された１５０ワット未満のＣＷレーザーによって生成可能である、請求項１に記載の密封高輝度照明機器。
【請求項５】
前記入口窓は前記ＣＷレーザービームを前記チャンバ内のレンズ焦点領域に集束させるように構成されたレンズを更に含む、請求項１に記載の密封高輝度照明機器。
【請求項６】
前記ＣＷレーザー光源間の経路内に配置されたレンズを更に含み、前記入口窓は前記ＣＷレーザービームを前記密封チャンバ内部のレンズ焦点領域に集束させるように構成される、請求項１に記載の密封高輝度照明機器。
【請求項７】
一体型反射チャンバ内面は、前記プラズマ維持領域から前記出射窓へ高輝度光を反射するように構成される、請求項１に記載の密封高輝度照明機器。
【請求項８】
イオン化可能媒体は第１の希ガスを含む、請求項１に記載の密封高輝度照明機器。
【請求項９】
イオン化可能媒体は第２の希ガスを更に含む、請求項８に記載の密封高輝度照明機器。
【請求項１０】
前記機器は、前記ＣＷレーザービームを用いて前記第１の希ガスを着火させるように構成され、前記着火された第１の希ガスは、前記第２の希ガスを着火させるように構成される、請求項９に記載の密封高輝度照明機器。
【請求項１１】
前記チャンバからの出射の際に前記ＣＷレーザーの主要な波長をフィルタリングするように構成されたフィルタ部品を更に含む、請求項１に記載の密封高輝度照明機器。
【請求項１２】
密封チャンバを含む、着火電極の無い密封ビームランプを動作させるための方法であって、
前記チャンバの外部に配置された連続波（ＣＷ）レーザー光源から前記チャンバ内部の焦点領域へのエネルギーを受け取るように構成された窓を設けるステップと、
前記チャンバの圧力を所定の圧力レベルに設定するステップと、
前記ＣＷレーザー光源を、前記チャンバ内部の２００ミクロン３以下の所定の体積を有する前記チャンバ内部の焦点領域に集束させるステップと、
前記ＣＷレーザー光源のみを用いて、前記チャンバ内部のイオン化可能媒体を着火させて、着火剤を使用することなくプラズマを形成するステップと、
前記ＣＷレーザー光源を用いて前記チャンバ内部で前記プラズマを維持するステップと、を含む方法。
【請求項１３】
前記所定の圧力レベルは少なくとも３００ｐｓｉであり、前記ＣＷレーザー光源は２５０ワット以下の電力レベルを有する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
密封チャンバを含む、着火電極の無い密封ビームランプを動作させるための方法であって、
前記チャンバの外部に配置された連続波（ＣＷ）レーザー光源から前記チャンバ内部の焦点領域へのエネルギーを受け取るように構成された窓を設けるステップと、
前記チャンバの圧力を所定の圧力レベルに設定するステップと、
完全に前記チャンバ内部に配置された受動非電極着火剤を、前記焦点領域に隣接するように位置決めするステップと、
前記ＣＷレーザー光源を用いて、前記受動非電極着火剤を加熱するステップと、
前記チャンバ内部のイオン化可能媒体を、前記加熱された受動非電極着火剤を用いて着火させてプラズマを形成するステップと、
前記ＣＷレーザー光源を、前記チャンバ内部の２００ミクロン３以下の所定の体積を有する前記チャンバ内部の焦点領域に集束させるステップと、
前記ＣＷレーザー光源を用いて前記チャンバ内部で前記プラズマを維持するステップと、を含み、
前記受動非電極着火剤は電気的接続を含まず、前記所定の圧力レベルは少なくとも３００ｐｓｉであり、前記ＣＷレーザー光源は１２５ワットよりも低い電力レベルを有する、方法。
【請求項１５】
前記ＣＷレーザー光源を用いた前記受動非電極着火剤の前記加熱は間接的である、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記ＣＷレーザー光源を前記受動非電極着火剤に集束させるステップを更に含み、前記ＣＷレーザー光源を用いた前記受動非電極着火剤の前記加熱は直接的である、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記受動非電極着火剤はトリア入りタングステンを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
前記受動非電極着火剤はＫｒ−８５を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１９】
高輝度光を生成するためのシステムであって、
７００ｎｍ以下の波長を有するＣＷレーザービームを生成するように構成された連続波（ＣＷ）レーザー光源、及び
着火促進無電極密封高輝度照明機器であって、
イオン化可能媒体を収容するように構成された密封チャンバであって、
前記ＣＷレーザービームを前記チャンバに入射させるように構成されたチャンバ内面の壁内に配置された入口窓と、
プラズマ維持領域と、
前記チャンバから高輝度光を放出するように構成された高輝度光出口窓と、を更に含む密封チャンバを含む、着火促進無電極密封高輝度照明機器を含み、
前記ＣＷレーザー光源から前記入口窓を通って前記チャンバ内の焦点領域に至る前記ＣＷレーザービームの経路は直進的であり、前記ＣＷレーザービームを、半値全幅（ＦＷＨＭ）ビームウエストが１〜１０ミクロン２で、レイリー長が６ミクロン以下の領域に集束させ、前記プラズマは前記ＣＷレーザービームによって着火されるように構成される、システム。
【請求項２０】
前記ＣＷレーザー光源は、２５０ワット未満を生成するように構成される、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２１】
前記着火促進無電極密封高輝度照明機器は、非電極着火剤を更に含み、前記ＣＷレーザー光源は、１２５ワット未満を生成するように構成される、請求項１９に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１７年１月１９日に出願された、「Electrodeless Single Low Power CW Laser Driven Plasma Lamp」と題された米国特許出願第１５／４０９，７０２号の優先権を主張するものであり、この出願は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
発明の分野
本発明は照明機器に関し、より具体的には高輝度ランプに関する。
【背景技術】
【０００３】
発明の背景
高輝度アークランプは、高輝度ビームを放射する機器である。ランプは一般的に、ガス収容チャンバ、例えば、ガラスバルブを含み、チャンバ内にはガスを励起させるのに使用されるアノード及びカソードがある。アノードとカソードとの間で放電が発生して、励起した（例えば、イオン化した）ガスに電力が供給され、光源の動作中にイオン化したガスによって放射される光が維持される。
【０００４】
図１は、低ワット数の放物線状の従来技術によるキセノンランプ１００の絵画図及び断面を示す。このランプは一般的に、金属及びセラミックから作製される。充填ガス、キセノンは、不活性で無毒である。ランプのサブアセンブリは、アセンブリを厳格な寸法公差に抑える固定具に高温蝋付けすることにより作製されることがある。図２は、蝋付け後のこれらのランプサブアセンブリ及び固定具の一部を示す。
【０００５】
従来技術によるランプ１００には３つの主要なサブアセンブリがある、即ち、カソード、アノード、及び反射器である。カソードアセンブリ３ａは、ランプカソード３ｂ、カソード３ｂをウィンドウフランジ３ｃに保持する複数の支柱、ウィンドウ３ｄ、及びゲッター３ｅを含む。ランプカソード３ｂは、例えば、トリア（酸化トリウム）入りタングステンから作製される、小型の鉛筆状の部品である。動作中、カソード３ｂはランプアークギャップを横切って移動しアノード３ｇに衝突する電子を放出する。電子は、カソード３ｂから熱電子的に放出されるので、カソードの先端は機能するために高温及び低電子放出を維持しなくてはならない。
【０００６】
カソード支柱３ｃはカソード３ｂを所定の位置に強固に保持し、カソード３ｂに電流を伝導する。ランプウィンドウ３ｄは、研削され且つ研磨された単結晶サファイア（ＡｌＯ２）であり得る。サファイアにより、ウィンドウ３ｄの熱膨張がフランジ３ｃのフランジ熱膨張と調和することが可能になり、その結果、広い動作温度範囲に渡って気密シールが維持される。サファイアの熱伝導性によりランプのフランジ３ｃに熱が運ばれ、その熱は均等に分配されてウィンドウ３ｄが割れるのが回避される。ゲッター３ｅは、カソード３ｂの周りに巻かれて、支柱に接して配置される。ゲッター３ｅは、動作中にランプ内で放出される汚染ガスを吸収し、汚染物質がカソード３ｂの作用を損なわせるのを防止することにより、且つ、望ましくない物質を反射器３ｋ及びウィンドウ３ｄに運ぶことにより、ランプの寿命を延ばす。
【０００７】
アノードアセンブリ３ｆは、アノード３ｇ、基部３ｈ、及び管状部３ｉから構成される。アノード３ｇは一般的に、純タングステンから構成され、カソード３ｂよりもはるかに太い形状をしている。この形状は、主として、アークをその正の電気的付着点で広げる放電物理学の結果である。アークは典型的には幾分か円錐形の形状をしており、円錐の先端部はカソード３ｂに接触し、円錐の底面はアノード３ｇ上に載っている。アノード３ｇは、より多くの熱を伝導するために、カソード３ｂよりも大きくなっている。ランプ内で伝導される廃熱の約８０％はアノード３ｇを通じて外部に伝導され、２０％がカソード３ｂを通じて伝導される。アノードは一般的に、ランプのヒートシンクに至るより低い熱抵抗の経路を有するように構成されるので、ランプの基部３ｈは比較的に大きくて重い。基部３ｈは、ランプのアノード３ｇから熱負荷を伝導するために、鉄又は他の熱伝導性材料から構成される。
【０００８】
管状部３ｉは、ランプ１００を排気し、キセノンガスで充填するためのポートである。充填後、管状部３ｉは密封される、例えば、液圧式工具で挟んで締め付けられるか又は冷間圧接されるので、ランプ１００は、密封され、同時に充填及び処理ステーションから切り離される。反射器アセンブリ３ｊは、反射器３ｋ及び２つのスリーブ３ｌから構成される。反射器３ｋは、反射器に鏡面を与えるために高温材料で艶出し被覆された、ほぼ純粋な多結晶アルミナ体であり得る。次いで、反射器３ｋをスリーブ３ｌに封止し、艶出しされた内面に反射コーティングを施す。
【０００９】
動作中、アノードとカソードとの間に配置されたイオン化されたガスに与えられる放電に起因して、アノード及びカソードは非常に高温になる。例えば、着火されたキセノンプラズマは１５，０００Ｃ以上で燃焼することがあり、タングステンのアノード／カソードは３６００Ｃ度以上で溶けることがある。アノード及び／又はカソードは、摩耗して粒子を放出することがある。そのような粒子は、ランプの動作を損ない、アノード及び／又はカソードの劣化を引き起こすことがある。
【００１０】
従来技術による密封ランプの１つは、バブルランプとして知られており、これは、２つのアームを有するガラスランプである。このランプは、湾曲した表面を有するガラスバブルを有し、これは、イオン化可能媒体を保持する。外部レーザーが、２つの電極間に焦点を当てて、ランプに向けてビームを発射する。イオン化可能媒体は、例えば、紫外線着火源、容量性着火源、誘導性着火源、フラッシュランプ、又はパルスランプを使用して、着火される。着火後、レーザーはプラズマを生成し、プラズマの熱／エネルギーレベルを維持する。あいにく、湾曲したランプの表面はレーザーのビームを歪ませる。ビームの歪みは、鮮明に画定されていない焦点領域をもたらす。この歪みは、レーザーとランプの湾曲した表面との間に光学系を挿入することにより、部分的に補正することができるが、そのような光学系はランプの費用及び複雑さを増大させ、それでもなお正確に集束されたビームをもたらすことはない。
【００１１】
他のランプは、高エネルギーパルスレーザーの使用によるプラズマの着火に頼っている。一旦プラズマが着火されると、低エネルギー連続波（ＣＷ）レーザーを使用してプラズマを維持する。しかしながら、高エネルギーパルスレーザーと低エネルギーＣＷレーザーの両方を使用することにより、ランプの費用、かさ、及び複雑さが増す。従って、上述した欠点のうちの１つ又は複数に対処することが必要である。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１２】
発明の概要
本発明の実施形態は、無電極単一低電力連続波（ＣＷ）レーザー駆動ランプを提供する。簡単に説明すると、本発明は、連続波（ＣＷ）レーザー光源からレーザービームを受け取るように構成された着火促進無電極密封高輝度照明機器に関する。密封チャンバは、イオン化可能媒体を収容するように構成される。チャンバは、レーザービームをチャンバに入射させるように構成されたチャンバ内面の壁の内部に配置された入口窓と、プラズマ維持領域と、チャンバから高輝度光を放出するように構成された高輝度光出口窓と、を有する。ＣＷレーザービームは、１１００ｎｍ未満の波長を生成するように構成された２５０ワット未満のＣＷレーザーによって生成可能である。この機器は、レーザービームを、１〜１５ミクロン２の半値全幅（ＦＷＨＭ）ビームウエスト及び６ミクロン以下のレイリー長に集束させるように構成され、プラズマは、ＣＷレーザービームによって着火されるように構成される。
【００１３】
本発明の他のシステム、方法、及び特徴が、以降の図面及び詳細な説明を検討することで、当業者には明らかになるであろう。全てのそのような追加のシステム、方法、及び特徴は、本明細書の中に含まれ、本発明の範囲内であり、添付の特許請求の範囲によって保護されることが意図されている。
【００１４】
図面の簡単な説明
添付の図面は、本発明の更なる理解をもたらすために含まれ、本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成する。図面中の構成要素は必ずしも正確な縮尺ではなく、その代わりに、本発明の原理を明確に示すことに重点が置かれている。図面は本発明の実施形態を示しており、説明文と共に、本発明の主役を説明するのに役立つ。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】従来技術による高輝度ランプの概略図を分解図で示す図である。
【図２】従来技術による高輝度ランプの概略図を断面図で示す図である。
【図３】レーザー駆動無電極密封ビームランプの第１の例示的な実施形態の概略図である。
【図４】レーザー駆動無電極密封ビームランプの第２の例示的な実施形態の概略図である。
【図５】レーザー駆動無電極密封ビームランプの第３の例示的な実施形態の概略図である。
【図６】レーザー駆動無電極密封ビームランプの第４の例示的な実施形態の概略図である。
【図７】レーザー駆動無電極密封ビームランプを動作させるための第１の例示的な方法の流れ図である。
【図８】レーザー駆動無電極密封ビームランプを動作させるための第２の例示的な方法の流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
詳細な説明
以下の定義は、本明細書で開示する実施形態の特徴に当てはまる用語を解釈するのに有用であり、本開示内の要素を定義することだけを意図している。それによって、特許請求の範囲内で使用される用語を制限することは意図されておらず、また、導き出されるべきではない。添付の特許請求の範囲内で使用される用語は、応用可能な技術分野内でのそれらの用語の慣例的な意味によってのみ限定されるべきである。
【００１７】
ここで、本発明の実施形態を詳細に参照するが、それらの実施形態の例が、添付の図面に示されている。可能な限り、同じ又は同様の部品を指すために、図面及び説明において同じ参照番号が使用されている。
【００１８】
上述したように、以前の密封プラズマランプは、プラズマチャンバに電極を挿入することによる、又は高エネルギーパルスレーザーによる着火に頼っていた。対照的に、以下に説明する実施形態は、特定の条件下で単一のＣＷレーザーを使用することによる複数の構成のキセノンランプ内でプラズマを着火させることに関する。一般的に、着火のためのこれらの条件としては、基礎として、約２００ワット以上で開始するレーザー出力、チャンバ内部のレーザー光の最小焦点サイズ、例えば３５０ｐｓｉ以上で開始する最小のランプ充填圧力、が挙げられる。幾つかの実施形態は、１００ワット未満で開始するレーザー出力での着火を可能にする。
【００１９】
一般的に、これらの実施形態の各々は、レーザー光をチャンバに入れる入口窓を含んでおり、入口窓は平坦であるか、又は集束レンズを組み込んでいる。以下で説明する実施形態における自動着火を可能にするための高充填圧力は、従来技術による石英バブルランプでは実現不可能であることに留意することが重要である。
【００２０】
図３は、無電極レーザー駆動密封ビームランプ３００の第１の例示的な実施形態を示す。ランプ３００は、イオン化可能媒体、例えばキセノン、アルゴン、又はクリプトンガスを収容するように構成された密封チャンバ３２０を含む。チャンバ３２０は一般的に、例えば２９０〜１１５０ｐｓｉの範囲内の圧力レベルに加圧されている。対照的に、キセノン石英「バブル」ランプは典型的に、２５０〜３００ｐｓｉである。圧力がより高いと、プラズマスポットがより小さくなることがあり、レーザーエネルギーの光子への変換効率が改善される。より高い圧力でのより小さなスポットサイズは、小さな開口部、例えば、ランプの焦点とファイバー開口部との間で１：１の反射が使用される場合のファイバー開口部、への結合に有利であることがある。チャンバ３２０は、高輝度出射光３２９を放出するための出口窓３２８を有する。出口窓３２８は、適切な透明材料、例えば石英ガラス又はサファイアで形成されることがあり、特定の波長を反射するために反射材料で被覆されることがある。反射被覆は、レーザービーム波長がランプ３００から出射するのを妨げることがあるか、又は、可視光などの特定の範囲の波長を通過させるように、若しくは紫外線エネルギーがランプ３００から出ていくのを防止するように構成されることがある。出口窓３２８はまた、反射防止被覆を有して、意図した波長の光線の透過を高めることもある。これは、例えば、ランプ３００によって放出される出射光３２９から望ましくない波長をフィルタリングするための、部分反射又はスペクトル反射であり得る。入射レーザー光３６５の波長を反射してチャンバ３２０に戻す出口窓３２８被覆は、チャンバ３２０内でプラズマを維持するのに必要なエネルギーの量を低減することがある。
【００２１】
チャンバ３２０は、金属、サファイア、又はガラス、例えば石英ガラスで形成された本体を有することがある。チャンバ３２０は、高輝度光を出口窓３２８に向けて反射するように構成された一体型反射チャンバ内面３２４を有する。内面３２４は、出口窓３２８に向けて反射される高輝度光の量を最大化させるのに適切な形状、例えば、他の可能な形状の中でも特に、放物線状又は楕円形の形状に従って、形成されることがある。一般的に、内面３２４は焦点３２２を有し、高輝度光は、内面３２４が高輝度光の適切な量を反射するように配置される。
【００２２】
ランプ３００によって出力される高輝度出射光３２９は、チャンバ３２０内部の着火され励起されたイオン化可能媒体から形成されたプラズマによって、放出される。イオン化可能媒体は、以下で更に説明するように、チャンバ３２０内部の幾つかの手段のうちの１つによって、チャンバ３２０内で着火される。プラズマは、ランプ３００内部で且つチャンバ３２０の外部に配置されたレーザー光源３６０によって生成された入射レーザー光３６５によって提供されるエネルギーによって、チャンバ３２０内部のプラズマ生成及び／又は維持領域３２６で連続的に生成され維持される。第１の実施形態では、プラズマ維持領域３２６は、固定位置で内面３２４の焦点３２２と同じ場所に配置される。代替的な実施形態では、レーザー光源３６０は、ランプ３００の外部にあることがある。
【００２３】
チャンバ３２０は、内面３２４の壁内に配置された実質的に平坦な入口窓３３０を有する。実質的に平坦な入口窓３３０は、特に１つ又は２つの湾曲した表面を有するチャンバ窓を介した光の伝達と比べて、最小の歪み又は損失で、入射レーザー光３６５をチャンバ３２０に伝達する。入口窓３３０は、適切な透明材料、例えば石英ガラス又はサファイアから形成されることがある。
【００２４】
レンズ３７０は、レーザー光源３６０と入口窓３３０との間の経路内に配置され、入射レーザー光３６５をチャンバ内部のレンズ焦点領域３７２に集束させるように構成される。例えば、レンズ３７０は、レーザー光源３６０によって放出されたコリメートされたレーザー光３６２をチャンバ３２０内部のレンズ焦点領域３７２に向けるように構成されることがある。或いは、レーザー光源３６０は、集束された光を提供することがあり、例えば、レーザー光源３６０内部の光学系を使用して入射レーザー光３６５をレンズ焦点領域３７２に集束させるなど、レーザー光源３６０と入口窓３３０との間のレンズ３７０無しで、集束された入射レーザー光３６５を、入口窓３３０を介してチャンバ３２０に直接的に伝達することがある。第１の実施形態では、レンズ焦点領域３７２は、チャンバ３２０の内面３２４の焦点３２２と同じ場所に配置される。
【００２５】
入口窓３３０の内面及び／又は外面は、プラズマによって生成される高輝度出射光３２９を反射するように扱われることがあり、同時に、入射レーザー光３６５のチャンバ３２０への透過を許す。レーザー光がチャンバに入るチャンバ３２０の部分はチャンバ３２０の近位端と呼ばれ、高輝度光がチャンバを出てゆくチャンバ３２０の部分はチャンバ３２０の遠位端と呼ばれる。例えば、第１の実施形態では、入口窓３３０はチャンバ３２０の近位端に配置され、出口窓３２８はチャンバ３２０の遠位端に配置される。
【００２６】
凸状双曲線反射器３８０は、チャンバ３２０内部に任意選択的に配置されることがある。反射器３８０は、プラズマ維持領域３２６においてプラズマによって放出された高輝度出射光３２９の一部又は全部を反射して内面３２４に向けて戻し、これに加えて、入射レーザー光３６５の吸収されていない部分を反射して内面３２４に戻す。反射器３８０は、内面３２４の形状に従って成形されて、出口窓３２８から所望のパターンの高輝度出射光３２９を提供することがある。例えば、放物線状の内面３２４が、双曲線状の反射器３８０と対になっていることがある。反射器３８０は、チャンバ３２０の壁によって支持される支柱（図示せず）によってチャンバ３２０内部に固定されることがあり、或いは、支柱（図示せず）は、出口窓３２８の構造によって支持されることがある。反射器３８０は、高輝度出射光３２９が出口窓３２８を通って直接的に出てゆくのを防止する。焦点プラズマ点を通り越すレーザービームの多重反射により、反射器３８０、内面３２４、及び出口窓３２８上の適切に選択された被覆を通じて、レーザー波長を減衰させるのに十分な機会が提供される。そのため、高輝度出射光３２９のレーザーエネルギーを最小限に抑えることができ、レーザー３６０に戻るように反射されるレーザー光も同様である。後者は、レーザービームがチャンバ３２０内部で干渉する場合の不安定性を最小にする。
【００２７】
内面３２４の好ましくは逆の輪郭をした反射器３８０を使用することにより、波長に関わりなく、光子が直接的な線放射を通じて出口窓３２８を出てゆくことがないことが確実になる。代わりに、全ての光子は、波長に関わりなく、内面３２４から跳ね返って出口窓３２８を出てゆく。これは、全ての光子が、反射器光学系の開口数（ＮＡ）内に含まれ、そのため、出口窓３２８を通って出て行った後で最も適切なように収集され得ることを確実にする。吸収されなかったＩＲエネルギーは内面３２４に向けて分散され、このエネルギーは、最小の熱衝撃で広い表面に渡って吸収されるか、又は、内面３２４による吸収若しくは反射のために内面３２４に向けて反射されるか、又は、通過するように出口窓３２８に向けて反射され、反射光学系若しくは吸収光学系のいずれかを用いてラインの下方で更に処理されることがある。
【００２８】
レーザー光源３６０は、パルスレーザーではなく、連続波（ＣＷ）レーザーである。レーザー光源３６０は、単一レーザー、例えば単一赤外（ＩＲ）レーザーダイオードであることがあり、又は、２つ以上のレーザー、例えばＩＲレーザーダイオードのスタックを含むことがある。レーザー光源３６０の波長は、利用可能な市販のレーザーを用いてキセノンガスを最適且つ経済的にポンピングするように、近赤外から中間赤外領域にあるように選択されるのが好ましい。しかしながら、レーザー光源３６０は、遠赤外線波長、例えば、１０．６ｕｍのＣＯ２レーザーを代替的に生成することがある。複数のＩＲ波長が、キセノンガスの吸収帯域との結合を改善するために、適用されることがある。当然ながら、他のレーザー光の解決策も可能であるが、とりわけ、原価要素、熱放射、寸法、又はエネルギー要件に起因して、望ましくないことがある。
【００２９】
なお、一般的に、強い吸収線の１０ｎｍ以内でイオン化ガスを励起することが好ましいとされているが、これは蛍光プラズマの代わりに熱プラズマを生成する場合には必須ではない。従って、フランク−コンドンの原理は、必ずしも当てはまらない。例えば、イオン化ガスは、１０７０ｎｍでの励起ＣＷであることがあり、これは、非常に弱い吸収線から１４ｎｍ（１％ポイント離れており、例えば、吸収線を２０％ポイントで９７９．９ｎｍに有する９８０ｎｍの放射で、蛍光プラズマを使用したランプよりも概ね２０倍弱い。しかしながら、１０．６μｍのレーザーは、この波長の近傍に既知の吸収線がなくても、キセノンプラズマを着火させることができる。特に、ＣＯ２レーザーを使用して、キセノンのレーザープラズマを着火させ維持することができる。例えば、米国特許第３，９００，８０３号を参照されたい。
【００３０】
レーザー光源３６０からレンズ３７０及び入口窓３３０を通ってチャンバ３２０内部のレンズ焦点領域３７２に至るレーザー光３６２、３６５の経路は直進的である。レンズ３７０は、チャンバ３２０内部のレンズ焦点領域３７２の位置を変えるように調節することができる。例えば、電子又は電気／機械的制御システムなどの制御システム（図示せず）を使用してレンズ焦点領域３７２を調節し、レンズ焦点領域３７２が内面３２４の焦点３２２と確実に一致するようにすることができ、その結果、プラズマ維持領域３２６は安定し、最適に配置される。例えば、コントローラは、重力及び／又は磁場などの力の存在下で、レンズ焦点領域３７２の所望の位置を維持することができる。コントローラは、フィードバック機構を組み込んで、焦点領域及び／又はプラズマアークを安定化した状態に維持して、変化を補償することができる。コントローラを使用して、１軸、２軸、又は３軸で焦点範囲の位置を調節することができる。
【００３１】
図４は、無電極高輝度ランプ５００の第２の例示的な実施形態の断面図を示す。第１の実施形態とは対照的に、密封されたチャンバ５２０は、２つの窓の円筒形のハウジングによって密閉されている。
【００３２】
チャンバ５２０は、チャンバ５２０の第１の壁として機能する、実質的に平坦な入口窓５３０を有する。実質的に平坦な入口窓５３０は、特に湾曲したチャンバ表面を介した光の伝達と比べて、最小の歪み又は損失で、入射レーザー光３６５をチャンバ５２０に伝達する。入口窓５３０は、適切な透明材料、例えば石英ガラス又はサファイアから形成されることがある。
【００３３】
レンズ３７０は、第１の実施形態と同様の態様で、レーザー光源３６０と入口窓５３０との間の経路内に配置され、入射レーザー光３６５をチャンバ５２０内部のレンズ焦点領域３７２に集束させるように構成される。第１の実施形態と同様に、レンズ焦点領域３７２は、プラズマ維持領域３２６、及び密封チャンバ５２０の焦点３２２と同じ場所に配置される。
【００３４】
チャンバ５２０内部のプラズマ維持領域３２６の位置は可変であることがある、というのも、円筒形ハウジングは反射器を必要としないので、光学焦点が無いからである。しかしながら、円筒形の本体を観察すると、プラズマを中心から外れて、例えばランプの底部よりランプの上部の近くで動作させることによって、イオン化されたガスの内部乱気流が影響を受け、その結果、安定性に影響を及ぼすことがあることが、分かる。
【００３５】
チャンバ５２０は、高輝度出射光５２９を放出するための出口窓５２８を有する。出口窓５２８は、適切な透明材料、例えば石英ガラス又はサファイアから形成されることがある。
【００３６】
レーザー光がチャンバに入るチャンバ５２０の部分はチャンバ５２０の近位端と呼ばれ、高輝度光がチャンバを出てゆくチャンバ５２０の部分はチャンバ５２０の遠位端と呼ばれる。例えば、第３の実施形態では、入口窓５３０はチャンバ５２０の近位端に配置され、出口窓５２８はチャンバ５２０の遠位端に配置される。
【００３７】
任意選択的に、第３の実施形態は、密封チャンバ５２０の圧力レベルを調節するための要素を含むことがある。密封ランプ５００は、外部キセノンガス源をガス進入充填／放出弁５９４に接続する充填ライン５９２を介して、外部キセノンガス源を密封チャンバ５２０に接続するポンプシステム５９６を含むことがある。
【００３８】
チャンバ５２０内のキセノンガス／プラズマの着火方法は、とりわけ、チャンバ５２０内部の圧力量及び／又は温度に応じて、変化することがある。３２５ｐｓｉ未満の充填圧力及び／又は２００ワット未満の低レーザー動作電力では、電極、例えば背景技術の章で考察したような二重カソード電気着火システムを用いた電気着火が好ましいことがある。しかしながら、チャンバ内への電極の装備、及び電極の電気的接続を提供することにより、ランプの設計の複雑さが増す。従って、例示的な実施形態の目的は、電極を省いたチャンバ内のガス／プラズマの着火を提供することである。
【００３９】
第１及び第２の実施形態の下では、チャンバ５２０内部の十分に高い圧力／温度により、ＣＷレーザーを使用して、電極又は受動非電極着火剤のいずれも存在することなく、チャンバ内部のキセノンガスを熱的に着火させることができる。
【００４０】
例えば、２５０ワット（＋／−１５％）で自動着火させるために、０．３１ＮＡの集束光学系を通じて１０７０ｎｍレーザーを用いて動作する、５００ｐｓｉで充填された、平坦な入口窓を有するキセノンランプを考える。４５０ｐｓｉの充填圧力では、同じ装置は、いかなる着火剤も使用することなく自己着火させるために、２６５ワット（＋／−１５％）のレーザー電力を必要とする。３００ｐｓｉの充填圧力では、同じ装置は自己着火させるために、４５０ワット（＋／−１５％）を必要とする。対照的に、３００ｐｓｉで充填された石英バブルランプは、露出時間に関わりなく５００ワットに曝されても自己着火しない。典型的に湾曲した容器の壁のレンズ効果により、封入されたキセノンガスを首尾よく自動着火させるために、十分に小さなレーザー集束ビームウエストを得ることが妨げられる。
【００４１】
数分の１秒以内でイオン化可能媒体の自己着火を達成するために、ビームウエストにおいて１×１０１０Ｗ／ｃｍ２程度の電力密度が一般的に必要とされる。これは、上述した条件の下で達成することができる。プラズマを着火させるのに必要な電力は、ガスの充填圧力及び励起レーザー波長によって影響を受ける。後者は、ビームウエストの直径に影響を与え、より長い波長のレーザーは、より多くの電力を必要とする。前者は、原子間の距離に影響を与え、イオン化プロセスを開始するのに必要なエネルギーに影響を及ぼす。
【００４２】
集束レンズの開口数（ＮＡ）は、自己着火に必要な電力に同様に影響を与える。ＮＡが高くなると、典型的には、より小さな断面のビームウエストがもたらされ、結果として電力密度がより高くなる。この着火が成功するために、ＣＷレーザー光源３６０は、チャンバ内部のレンズ焦点領域３７２において十分に小さな断面のビームウエスト、例えば、およそ１〜１５ミクロン２の断面に集束される。この狭い焦点を達成するために、チャンバ５２０の入口窓５３０は、好ましくは平坦な表面であるべきである。対照的に、入口窓が凹状又は凸状の湾曲表面、例えば、バブルチャンバの側面を有する場合、入射レーザー光３６５をＣＷレーザー光源３６０から十分に小さなレンズ焦点領域３７２に集束させて、チャンバ５２０内部のプラズマを首尾よく着火させることは、困難であるか又は不可能であることがある。或いは、入口窓５３０は、焦点領域３７２に入射レーザー光３６５を集束させるように構成された平坦な窓の代わりのレンズとして、作製されることがある。
【００４３】
第３の実施形態６００の下では、図５に示すように、受動非電極着火剤６１０がチャンバ５２０に導入される。本開示で使用される場合、受動非電極着火剤６１０は、ＣＷレーザー光源３６０の刺激によって、外部誘導電流なしに、電荷キャリアの流れを生成するように励起されることができる、チャンバ５２０の内部に導入された材料である。対照的に、電極は、能動着火源と呼ばれる、というのも電極は、外部電流を電極に能動的に印加することによってイオン化可能媒体を着火させるからである。受動非電極着火剤６１０は、例えば、イオン化着火源、とりわけ、２％トリア入りタングステン又はＫｒ−８５などを含むことがある。受動非電極着火剤６１０への温度伝達を伴うキセノンガスの自己発熱により、第１及び第２の実施形態のトリア入りではない解決策の場合に必要であった電力のおよそ半分の電力で、キセノンランプを自己着火させるのに十分な電荷キャリアを受動非電極着火剤６１０が生成するようになる。例えば、着火は、中間の圧力／温度範囲で引き起こされることがあり、例えば、４５０ｐｓｉで充填されたキセノンランプは、ランプチャンバ５２０の内部にトリア入りタングステンなどの受動非電極着火剤６１０を導入することによって、１７５ワット（＋／−１５％）で自己着火する。
【００４４】
第３の実施形態６００は、第１の実施形態のランプ３００（図３）、特に一体型の放物線状又は楕円状反射器を有するセラミック又は金属ボディのCermaxランプなどの密封ビームキセノンランプ、の要素を有する反射型チャンバ５２０と、受動非電極着火剤６１０とを含む。受動非電極着火剤６１０は、能動電極ではない、というのも、外部電圧／電流は印加されないからである。しかしながら、固体ＣＷレーザー光源３６０を介したキセノンガスの自己発熱により、受動非電極着火剤６１０、例えばトリア入り材料へ温度が伝達され、トリア入りではない解決策の場合に必要であった電力のおよそ半分の電力で、キセノンランプを自己着火させるのに十分な電荷キャリアがチャンバ内部で生成される。好ましくは、ＣＷレーザー光源３６０は、加熱及び熱的着火を速めるために、トリア入りタングステン６１０の比較的に近くの、チャンバ５２０内部の固定位置に集束される。トリア入りタングステン６１０は、単一の受動素子、又は、例えば互いに向き合った幾何学的構成での多数の受動素子、又はチャンバ５２０内部のリングとして構成されることがあり、その結果、ＣＷレーザー光源３６０は、受動素子の近くの位置に集束されるか、又は、リングの中心などのトリア入りタングステン６１０のリングの内部に集束される。例えば、トリア入りタングステンリング６１０は、リングの中心が、チャンバ５２０内部のレンズ焦点領域３７２と同じ場所に配置され、更に、プラズマ維持領域３２６、及び密封チャンバ５２０の焦点３２２と同じ場所に配置されるように、位置決めされることがある。受動非電極着火剤６１０は、リングとして構成されないことがあり、例えば、受動非電極着火剤６１０は、ロッド、ディスク、又は他の形状として構成されることがあり、その結果、受動非電極着火剤６１０の少なくとも一部が、チャンバ焦点領域３７２と実質的に隣接する。例えば、受動非電極着火剤６１０の少なくとも一部が、焦点領域３７２から１〜５ｍｍの範囲内にあり得ることが望ましいことがある。なお、焦点領域３７２からの受動非電極着火剤６１０の適切な距離は、他のパラメータ、例えばチャンバ３２０の圧力、又はＣＷレーザー３６０の出力などに依存することがある。
【００４５】
プラズマを着火させるのに使用されたのと同じＣＷレーザー光源３６０が、着火後にプラズマを維持するために使用される。トリア入りタングステンリング６１０は、蝋付けされるか、又は浮いていることがある。なお、図５及び図６の概略図では、トリア入りタングステンリング６１０及び／又はプラズマ維持領域３２６及び密封チャンバ５２０の焦点３２２は、必ずしも正確な縮尺で描かれてはいない。
【００４６】
図６は、無電極高輝度ランプ７００の第４の例示的な実施形態の断面図を示す。第３の実施形態とは対照的に、密封されたチャンバ５２０は、２つの窓の円筒形のハウジングによって密閉されている。第４の実施形態７００は、第２の実施形態のランプ５００（図４）の要素を含み、且つ受動非電極着火剤６１０を含む、円筒形チャンバ５２０を含む。
【００４７】
上記の実施形態において電極が無いことは、従来技術に勝る複数の利点を提供する。例えば、ランプ内に電極が無いことは、壁へのタングステンの付着を解消し、ランプの窓は、ランプ内の光出力の劣化又は低下の主な原因を排除する。ランプ内に電極が無いことにより、ランプ本体を通る電極用の出口シールを設ける必要がなく、より安価な構築が可能になる。出口シールは、寿命を通して劣化し、潜在的にランプの寿命の終わりの原因となることが知られている。ランプ内にトリア入りの電極が無いことにより、イオン化放射汚染の可能性を低くすることができる。ランプのチャンバの壁を通る電極が無いことにより、より小型のランプ構造が可能になり、次いでそれにより内部充填圧力を増加させることができ、次いで、ランプの変換効率を高めることができる。これにより、より堅牢なランプがもたらされる。更に、電極が無いことにより、ランプ内のセラミック絶縁材料の必要性がなくなる。セラミック絶縁材料は、ランプの動作中にガス放出することがあり、光出力の劣化に寄与することがあるので、これは有利である。
【００４８】
無電極ランプの他の利点には、ランプを電気的に着火させるための電源の必要性がないことが含まれる。充填圧力がより高くなると、より小型のランプの使用が促進され、これは、費用を削減し、エネルギーから光子への変換効率を高めることができる。電極を無くすことにより、電極がランプ内のガス乱気流に干渉するなどの、電極の望ましくない副作用が更に排除され、それによって光出力の安定性が改善される。更に、電極が無いことにより、高輝度光によって生じる影の原因が取り除かれる。
【００４９】
図７は、レーザー駆動無電極密封ビームランプを動作させるための第１の例示的な方法の流れ図である。なお、流れ図中のいかなるプロセスの説明又はブロックも、そのプロセスの特定の論理機能を実装するための１つ又は複数の命令を含む、モジュール、セグメント、コード部分、又はステップを表すものとして理解されるべきであり、代替的な実装は、本発明の範囲内に含まれ、この中では、本発明の技術分野の当業者によって理解されるように、機能は、含まれる機能に応じて、実質的に同時に、又は逆の順序を含めて、図示した又は考察したのとは異なる順序で実行されることがある。
【００５０】
図７の流れ図に関しては、図３及び図４を参照する。窓、例えば入口窓５３０が設けられる。ブロック７１０によって示されるように、この窓は、密封ランプチャンバ３２０の外側に配置されたＣＷレーザー光源３６０からチャンバ３２０内部の焦点領域３７２へのエネルギーを受け取るように構成される。ブロック７２０によって示されるように、チャンバ３２０の圧力レベルは、チャンバ３２０内部のイオン化可能媒体を着火させるのに適切な所定の圧力レベルに設定される。例えば、ＣＷレーザー光源が（２５０〜５００Ｗ）の範囲内にある場合、（３００〜６００ｐｓｉ）の圧力レベルが、ＣＷレーザーエネルギーのみを用いてイオン化可能媒体を着火させるのに適していることがある。レーザー光源３６０からの入射レーザー光３６５は、ブロック７３０によって示されるように、所定の体積を有するチャンバ３２０内部の焦点領域３７２に集束され、例えば、６〜１８ミクロンのレイリー長を有する１〜１５ミクロン２の断面ビームウエストになる。ブロック７４０によって示されるように、チャンバ３２０内部のイオン化可能媒体は、レーザー光源を用いて着火されてプラズマを形成する。ブロック７５０によって示されるように、プラズマは、連続波レーザー光源３６０によってチャンバ３２０内部で維持される。
【００５１】
図８は、レーザー駆動無電極密封ビームランプを動作させるための第２の例示的な方法の流れ図８００である。図８の流れ図に関しては、図５及び図６を参照する。ブロック８１０によって示されるように、窓は、密封ランプチャンバ３２０の外側に配置された連続波レーザー光源３６０からチャンバ３２０内部の焦点領域３７２へのエネルギーを受け取るように構成される。ブロック８２０によって示されるように、チャンバ３２０の圧力レベルは、チャンバ３２０内部のイオン化可能媒体を着火させるのに適切な所定の圧力レベルに設定される。レーザー光源３６０からの入射レーザー光３６５は、ブロック８３０によって示されるように、所定の体積を有するチャンバ３２０内部の焦点領域３７２に集束され、例えば、６〜１８ミクロンのレイリー長を有する１〜１５ミクロン２の断面ＦＷＨＭ（その最大強度の半分におけるビームの全幅）ビームウエストになる。
【００５２】
ブロック８４０によって示されるように、完全にチャンバ３２０内部に配置された受動非電極着火剤６１０は、焦点領域３７２に隣接して位置決めされる。受動非電極着火剤６１０は、直接的又は間接的に加熱されることができる。受動非電極着火剤６１０は、レーザー光をトリアに集束させることにより、また、一旦熱くなると、レーザーをランプ空洞の所望の焦点に向け直すことにより、直接的に加熱される。ブロック８５０によって示されるように、レーザー光源３６０を用いたイオン化ガスの熱対流を通じて、トリアの間接的な加熱がおこる。ブロック８６０によって示されるように、チャンバ３２０内部のイオン化可能媒体は、加熱された受動非電極着火剤６１０によって着火されてプラズマを形成する。例えば、ＣＷレーザー光源が１２５〜２００ワットの範囲内にある場合、３００〜６００ｐｓｉの圧力レベルが、ＣＷレーザー３６０からのエネルギーを用いて加熱された受動非電極着火剤６１０によりイオン化可能媒体を着火させるのに適していることがある。ブロック８７０によって示されるように、チャンバ３２０内部のプラズマは、連続波レーザー光源３６０からのエネルギーを用いて維持される。
【００５３】
本明細書で使用する場合、「自己着火」とは、受動非電極着火剤６１０の有無に関わりなく、定常状態（ＣＷ）レーザー３６０のみによる、密封され加圧されたチャンバ３２０の内部での、不活性ガス、例えばキセノン、又はガスの組み合わせ、例えばキセノン及びクリプトンの着火を指す。
【００５４】
定常状態レーザーを用いたプラズマの自己着火に必要な電力レベルに関する上記の考察は、規定されたビームウエスト基準を有する１０７０ｎｍのファイバーレーザーに一般的に関し、チャンバ３２０はキセノンガス（純度９９．９９５％）で充填され、約３５０ｐｓｉでの充填圧力を有する。これは一般的に、非電極着火剤６１０を使用することなく、例えばＩＰＧフォトニクス社のＣＷファイバーレーザーを使用した、４００ワット未満のレーザー出力を用いた自己着火をもたらす。チャンバ３２０に非電極着火剤６１０を含めることにより、自己着火は２００ワット以下という低さで観察されることがある。以降の開示の中では図３（第１の実施形態）及び図５（第３の実施形態）を参照するが、この考察は一般的に、他の開示された実施形態にも同様に当てはまる。
【００５５】
チャンバ３２０内部の圧力を変えることなく低電力での自己着火プラズマを伴うランプ３００、６００を生成するために、１つの方式は、ビームウエスト、特に、レンズ焦点領域３７２におけるビームウエストをより小さくすることであり、レンズ焦点領域３７２は一般的に、プラズマ維持領域３２６と同じ場所に配置される。しかしながら、光学系、例えばレンズ３７０を使用してビームウエストサイズを縮小することには、実用上の且つ費用的な限界があることがある。例えば、光学系３７０のＮＡを０．３８から０．５以上に変えることにより、ビームウエスト体積の減少に基づくレーザー光源３６０の明らかにより低い出力で予期される自己着火は、幾つかの理由により、実際には起こらないことがあり、この理由には、光学系３７０の研削の精度の限界、並びにレーザー光源３６０のパラメータ、例えば発散の調節の難しさ、等が含まれる。これらの及び他の実際の製造上の限界及び公差の積み重ねは、光学系３７０を使用したウエストサイズの縮小を、あまり望ましくないものにする。
【００５６】
光学製造上の制限に影響を与えることなくビームウエストを縮小するように調節することができる第１のパラメータは、レーザー光源３６０の波長である。一般的に、波長がより高くなると、ビームウエストがより小さくなりレイリー長がより短くなる。例えば、１０７０ｎｍレーザー光源３６０から５３２ｎｍポンピングレーザー光源３６０（周波数２倍Ｎｄ：ＹＡＧレーザー、また約５３５ｎｍの周波数２倍Ｎｄ：ＹＬＦレーザー）に切り替えると、４倍程度のビームウエストの体積の減少が生じることがある。従って、ビームウエストの直径及び長さは両方とも、２分の１低減する。実際的な不完全な光学系３７０の場合でさえ、例えば、１０６４〜１０７０ｎｍのレーザー光源３６０と比較して、全ての他の設計パラメータ（ランプ圧力等など）を変更しないで、５３２〜５３５ｎｍのポンプレーザー光源３６０を使用して、約半分（又はそれ以下）の電力を引き出すレーザー光源３６０を使用して、自己着火は起こり得る。
【００５７】
多くの実用的なランプ３００、６００の用途について、レーザー光源３６０の波長は、特に可視光用途に対して、ランプ３００、６００によって放出される出射光３２９から除去されることが望ましいことがある。可視光用途は典型的に、レーザー光源３６０の波長を、その用途に望まれる黒体放射スペクトルの外側になるように強制する。従って、レーザー光源３６０は、通常、４００〜７００ｎｍの範囲内の可視光の生成のために、７００〜２０００ｎｍの中から選択されるか、又は、４００〜９００ｎｍの範囲内のアプリケーションスペクトルの生成のために１０６４〜１０７０ｎｍを使用する。
【００５８】
焦点が５００ｎｍから近赤外（ＮＩＲ）にある用途については、５３２〜５３５ｎｍの波長をレーザー光源３６０に対して使用することがあり、この場合には、余分なエネルギーが、チャンバ３２０の出口窓３２８及び／又は入口窓３３０において除去されることがある。半導体ウェハ計測測定については、一般的に、５５０〜４００ｎｍの測定よりも、現在のウェハに対する５００〜９００ｎｍの測定において、より実用的な情報がある。従って、５００〜９００ｎｍの限定された光源は、１０６４〜１０７０ｎｍのレーザー光源３６０でポンピングされる４００〜９００ｎｍのシステムと比べて、より低い電力５３２〜５３５ｎｍのレーザー光源３６０でポンピングされた場合に、自己着火することがあり、また、熱／重力の条件に基づいて、より小さなプラズマサイズを実現することもある。例えば、５３２〜５３５ｎｍのポンプレーザーは、１０６４〜１０７０ｎｍのレーザー光源３６０に必要とされる電力の約半分の電力で、全ての他の境界条件は同じままであると仮定して、キセノンを自己着火させることができる。
【００５９】
レーザー光源３６０の波長を短くすることにより、より正確な光学系３７０を用いることなく、ビームウエストをより小さくすることができる。レーザー光源３６０、例えばＩＰＧファイバーレーザーの波長を、１０００ｎｍ以上から例えば５３２ｎｍ〜５３５ｎｍの範囲に短くすることにより、ビームウエスト体積を、より高い帯域幅のレーザー光源３６０を使用した場合よりも約４倍小さくすることができる。これにより、例えば、非電極着火剤６１０なしでランプ３００、６００について２００ワット未満を引き出すレーザー光源３６０を用いたキセノンベースのイオン化可能媒体の自己着火がもたらされ、且つ、光学系３７０を最適化することなく、１つ又は複数の非電極着火剤６１０を用いたランプ３００、６００について１００ワット未満の自己着火がもたらされることがある。
【００６０】
１０００ｎｍ未満の波長を有するレーザー光源３６０を使用すると、例えば、プラズマにレーザー駆動電力の約２０％が流出することがあり得る。この流出は、吸収されなかったレーザー電力を含み、１０７０ｎｍのレーザー光源３６０を使用した場合と同様に、ランプ３００、６００の出力に現れる。いずれにせよ、このレーザー波長は、例えばレーザーラインフィルタを使用して、出射光３２９から取り除かれることがある。これは、当業者には一般的に知られている技術であり、本明細書では更には説明しない。レーザー光源３６０の出力から５３２ｎｍのレーザー波長を除去又は減衰させることは、一般的に、照明用途に悪影響を及ぼすことはない。
【００６１】
プラズマを着火させ維持するのに使用されるレーザー光源３６０の波長を変えることによって、ビームウエストのサイズは、より高い波長のウエストサイズから縮小される。例えば、ＩＰＧからの４５０ｎｍのダイオードレーザーは、非電極着火剤６１０が使用される場合には、７５ワットを大きく下回って自己着火プラズマを生成することができ、一方、電極が存在しない場合には、自己着火は１２５ワット範囲で生じることがある。
【００６２】
より低いレーザー出力でランプ３００、６００を動作させることの利点は、より小さなプラズマサイズが結果として得られることを含む。プラズマサイズは、熱（重力）性能によって左右されるので、より低い電力は、より小さなプラズマサイズをもたらし、これは、高輝度光用のより小さな出口開口部３２８と結合することができる。これは、例えば、光子出力に対して小さな開口部が好まれる用途にとって、望ましいことがある。
【００６３】
上記の考察は全般的に、チャンバ３２０内の圧力が一定であると仮定しているが、ガス圧の変動も考慮されることがある。例えば、チャンバ３２０内部の充填圧力を増加させると、自己着火が容易になるが、動作中により大きなプラズマが生成されることもある。光学製造上の制限に影響を与えることなくビームウエストを縮小するように調節することができる別のパラメータは、より低いエネルギーでイオン化するガスを選択することである。ラドンは、キセノンよりも低いエネルギーで活性化するが、放射能を含むので、多くの用途で使用するには実用的ではないことがある。キセノンは最もイオン化が容易な希ガスであり、これにクリプトンが続く。２種以上の希ガスでチャンバ３２０を充填することも、有利であることがある。例えば、クリプトンガスは一般的に、純粋な形態ではキセノンガスよりも自己着火しにくいが、クリプトンガスに加えてチャンバ３２０に幾らかのキセノンガスを加えることにより、キセノンガスはより低い電力／圧力／波長で自己着火することができ、それによって、例えば、体積で約１０％のＸｅから９０％Ｋｒを有するチャンバを使用して、クリプトンガスを着火させる。当然ながら、用途に応じて、他のＸｅ／Ｋｒ比率が望ましいことがある。
【００６４】
キセノン充填ランプ３００、６００を用いて黒体プラズマを生成しようとすると、黒体スペクトルにおいて約８８５ｎｍを中心として、ディップ（減少）が起こることがある。従って、出射光３２９が黒体スペクトルを示すことはなく、用途によっては、この波長における出力の低下が問題になる。８８５ｎｍでのディップは、軸上の細長い「葉巻状の」プラズマ円錐体の端部として、高密度キセノンガスにより生成された光子の再吸収によって、引き起こされることがある。そのため、プラズマ軸に沿っている観測器は、約８８５ｎｍでスペクトル性能が低下する。この特性を低減又は解消するプラズマを生成するための１つの方法は、キセノンの代わりにクリプトンを使用するか又は、クリプトンとキセノンの組み合わせを使用することである。９０％Ｘｅと１０％Ｋｒとの混合物を伴うランプ３００、６００は、依然として８８５ｎｍでディップを示すものの、着火の問題を全く示さず、且つ、効率損失を殆ど示さないことがある。このディップは、Ｋｒ／Ｘｅ比率が増加するにつれて、小さくなる。
【００６５】
要約すると、本発明の範囲又は趣旨から逸脱することなく、本発明の構造に様々な修正及び変更を加えることができることが、当業者には明らかである。前述の事柄を考慮して、本発明は、本発明の修正例及び変更例が以下の特許請求の範囲及びそれらの均等物の範囲内に該当するようであれば、それらの修正例及び変更例を包含することが意図されている。
【図１】
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【図２】
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【図３】
2020505733.tif 000005
【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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【国際調査報告】
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