ЭЛЕКТРОМАГНИТНО-ВОЛНОВОЙ ПЛАЗМЕННЫЙ ИСТОЧНИК СВЕТА НА ОСНОВЕ ПРОНИЦАЕМОГО ДЛЯ ИЗЛУЧЕНИЯ ВОЛНОВОДА
ELECTROMAGNETIC-WAVE PLASMA LIGHT SOURCE BASED ON RADIATION-PERMEABLE WAVEGUIDE

Данное изобретение относится к электромагнитно-волновому плазменному источнику света на основе проницаемого для излучения волновода.
В европейском патенте № EP2188829 Заявителя, именуемом далее «патентом EP2188829», описан и заявлен (согласно выданному патенту):
источник света, питаемый энергией микроволн, имеющий:
тело, имеющее герметизированную полость внутри;
клетку Фарадея, огораживающую микроволны, вокруг этого тела,
причем тело внутри клетки Фарадея представляет собой резонансный волновод;
наполнитель в полости, состоящий из материала, возбуждаемого энергией микроволн, для формирования светоизлучающей плазмы внутри полости; и
антенну, расположенную внутри тела, для передачи энергии микроволн, индуцирующих плазму, в наполнитель, причем антенна имеет:
соединение, выходящее наружу из тела, для подключения к источнику энергии микроволн;
при этом:
тело представляет собой твердый тигель для плазмы, состоящий из материала, являющегося проницаемым для выпуска из него света, а
клетка Фарадея является, по меньшей мере, частично светопропускающей для выпуска света из тигля для плазмы,
причем эта компоновка такова, что свет из плазмы в полости может проходить сквозь тигель для плазмы и излучаться из него через клетку.
В том смысле, в каком нижеследующие термины употребляются в патенте EP2188829:
определение «проницаемый для излучения» означает, что материал того элемента, который описывается как проницаемый для излучения, является прозрачным или полупрозрачным, в этом смысле также употребляется в данном описании применительно к заявляемому изобретению;
«тигель для плазмы» означает замкнутое тело, огораживающее плазму, причем последняя находится в полости, когда наполнитель полости возбуждается энергией микроволн от антенны.
Заявитель описывает технологию, защищенную патентом EP2188829, как свою технологию светоизлучающих резонаторов (LER).
Заявитель подал ряд заявок на патенты, направленных на усовершенствование технологии LER.
Существуют некоторые альтернативы технологии LER, главная из которых известна как Clam Shell и является предметом поданной Заявителем международной патентной заявки № PCT/GB08/003811. В ней (согласно опубликованному документу) описана и заявлена:
лампа, содержащая:
проницаемый для излучения волновод из твердого диэлектрического материала, имеющий:
резонатор для колбы,
замыкатель антенны и
по меньшей мере, частично светопроницаемую для излучения клетку Фарадея, и
колбу, имеющую наполнитель, возбуждаемый микроволнами, и заключенную в резонаторе для колбы.
Патент на LER, заявка на технологию Clam Shell и заявки на усовершенствованные LER имеют то общее, что они касаются:
микроволнового плазменного источника света, имеющего:
конструктивный элемент из твердого диэлектрического проницаемого для излучения материала, имеющий:
закрытую полость, содержащую материал, возбуждаемый электромагнитными волнами, обычно - микроволнами; и
клетку Фарадея:
ограничивающую волновод,
по меньшей мере, частично проницаемую для излучения, а обычно - по меньшей мере, частично прозрачную для излучения света из нее,
обычно имеющую непроницаемую для излучения оболочку и
огораживающую конструктивный элемент;
средство введения возбуждающих плазму электромагнитных волн, обычно - микроволн, в волновод,
при этом компоновка такова, что при введении электромагнитных волн, обычно - микроволн, определенной частоты в полости устанавливается плазма, а через клетку Фарадея излучается свет.
В этом описании речь идет о таком источнике света, как электромагнитно-волновой плазменный источник света на основе проницаемого для излучения волновода, причем такая формулировка этого термина не обязательно означает, что предполагается заполнение клетки Фарадея конструктивным элементом из твердого диэлектрического проницаемого для излучения материала. Отвергнув LUWAG EMPLIS в качестве акронима термина Lucent Waveguide Electromagnetic Wave Plasma Light Source, заявитель употребляет сокращенный акроним LUWPL для обозначения источника света согласно предыдущему абзацу. (Заявитель рекомендует произносить этот акроним следующим образом: «лупл»).
В целях этого описания, заявитель определяет термин «микроволна» как означающий диапазон трех порядков величины от примерно 300 МГц до примерно 300 ГГц. Заявитель ожидает, что нижний конец микроволнового диапазона - 300 МГц - обуславливает значение, превышающее то, которое могло бы стать расчетным для работы LUWPL согласно данному изобретению, т.е. предусматривается работа на частотах ниже 300 МГц. Однако на основании собственного опыта задания резонансных размеров заявитель предусматривает, что нормальной будет работа в микроволновом диапазоне. Заявитель считает, что для данного изобретения не обязательно задавать осуществимый рабочий диапазон.
В уже существующих предлагаемых источниках LUWPL, конструктивный элемент может состоять из непрерывного твердого диэлектрического материала между противоположными сторонами клетки Фарадея (за исключением закрытой полости с возбуждающим материалом) в качестве проницаемого для излучения тигля согласно разработанной заявителем технологии LER. В альтернативном варианте, этот конструктивный элемент может быть, по существу, непрерывным в форме колбы в резонаторе для колбы «проницаемого для излучения волновода» согласно разработанной заявителем технологии Clam Shell. В альтернативном варианте, конструктивные элементы согласно еще не опубликованным заявкам по усовершенствованиям разработанной заявителем технологии включают в себя изолируемые пространства, отличающиеся от закрытой полости с возбуждаемым материалом.
Соответственно, следует отметить, что хотя технология, известная в данной области техники и являющаяся предшественником технологии LER, разработанной заявителем, предусматривает имеющий гальваническое покрытие керамический блок в качестве волновода, а согласно технологии LER, разработанной заявителем, проницаемый для излучения тигель именуется волноводом, в этом описании заявитель употребляет термин «волновод» для совместного указания:
огораживающей клетки Фарадея, которая образует границу волновода,
конструктивного элемента из твердого диэлектрического материала внутри клетки,
другого твердого диэлектрического материала, если он есть, огороженного клеткой Фарадея, и
резонаторов, если они есть, огороженных клеткой Фарадея и не содержащих твердый диэлектрический материал,
причем твердый диэлектрический материал наряду с эффектом плазмы и клеткой Фарадея определяет характер распространения волн внутри этой клетки.
В той мере, в какой проницаемый для излучения материал может быть кварцем и/или может содержать стекло, а это материалы, обладающие определенными свойствами, типичными для твердых тел, и определенными свойствами, типичными для жидкостей, и как таковые именующиеся переохлажденными жидкостями, переохлажденные жидкости в целях этого описания именуются твердыми телами.
Кроме того, во избежание сомнений, отметим, что термин «твердый» употребляется в контексте физических свойств материала, о котором идет речь, а не в контексте сплошности компонента в противоположность наличию пор в нем.
Необходимо дополнительное пояснение терминологии. Исторически сложилось так, что термин «клетка Фарадея» рассматривался как электропроводный экран для защиты обитателей - животных или других живых существ - от внешних электрических полей. С развитием науки этот термин стал означать экран для блокировки электромагнитных полей широкого диапазона частот. Клетка Фарадея не обязательно будет блокировать электромагнитное излучение в форме видимого и невидимого света. В той мере, в какой клетка Фарадея может экранировать внутренность от внешнего электромагнитного излучения, она также может удерживать электромагнитное излучение внутри себя. Ее свойства, позволяющие ей делать одно, позволяют ей делать и другое. Хотя ясно, что термин «клетка Фарадея» возникает применительно к приложениям, касающимся экранирования внутренних пространств, заявитель употребил этот термин в своих ранних патентах и заявках на LUWPL для того, чтобы обозначить электрический экран, в частности - проницаемый для излучения, огораживающий электромагнитные волны внутри волновода, ограничиваемого этой клеткой. Заявитель продолжает это употребление в данном описании.
Задача данного изобретения состоит в том, чтобы разработать усовершенствованный электромагнитно-волновой плазменный источник света на основе проницаемого для излучения волновода или источник LUWPL.
В соответствии с изобретением, предложен электромагнитно-волновой плазменный источник света на основе проницаемого для излучения волновода, содержащий:
конструктивный элемент из твердого диэлектрического проницаемого для излучения материала, обеспечивающий, по меньшей мере:
закрытую полость, содержащую плазменный материал, возбуждаемый электромагнитными волнами;
клетку Фарадея:
огораживающую конструктивный элемент,
являющуюся, по меньшей мере, частично проницаемой для излучения света из нее и
ограничивающую волновод, имеющий:
пространство волновода, причем конструктивный элемент занимает, по меньшей мере, часть пространства волновода; и
по меньшей мере, частично индуктивное средство связи для введения возбуждающих плазму электромагнитных волн в волновод в положении, по меньшей мере, по существу, окруженном твердым диэлектрическим материалом;
вследствие чего при введении электромагнитных волн определенной частоты в полости устанавливается плазма, а через клетку Фарадея излучается свет;
причем эта компоновка такова, что имеются:
первая область пространства волновода, простирающаяся между противоположными сторонами клетки Фарадея, и эта первая область:
содержит заключенные в ней средства индуктивной связи и
имеет относительно большое среднее по объему значение диэлектрической постоянной, и
вторая область пространства волновода, простирающаяся между противоположными сторонами клетки Фарадея у упомянутой области, и эта вторая область:
имеет относительно малое среднее по объему значение диэлектрической постоянной.
Заявитель определяет, является ли средство связи «по меньшей мере, частично индуктивным», в соответствии с тем, имеет ли импеданс источника света, оцениваемый на входе в средство связи, индуктивную составляющую.
Можно предусмотреть определенные компоновки, в которых средство связи может не быть полностью окружено твердым диэлектрическим материалом. Например, средство связи может простираться от твердого диэлектрического материала в пространстве волновода и пересекать воздушный зазор в нем. Вместе с тем, обычно не предполагается, что такой воздушный зазор существует.
Полость, содержащая возбуждаемый плазменный материал, может быть полностью расположена в пределах второй области с относительно малым средним по объему значением диэлектрической постоянной. В альтернативном варианте, полость может простираться через клетку Фарадея, быть частично не огражденной клеткой и не располагаться во второй области.
В некоторых вариантах осуществления вторая область простирается за пределы полости в направлении от индуктивного средства связи за полостью. В первом предпочтительном варианте осуществления, описываемом ниже, это не так.
Как правило, конструктивный элемент будет иметь, по меньшей мере, один резонатор, отличающийся от полости с плазменным материалом. В таком случае, резонатор может простираться между оболочкой полости и, по меньшей мере, одной периферийной стенкой в конструктивном элементе, причем эта периферийная стенка имеет толщину, меньшую, чем протяженность резонатора от оболочки до периферийной стенки.
В возможном - но не предпочтительном - варианте осуществления, конструктивный элемент имеет, по меньшей мере, один внешний размер, который меньше, чем соответствующий размер клетки Фарадея, причем на протяжении участка пространства волновода между упомянутым конструктивным элементом и клеткой Фарадея нет твердого диэлектрического материала.
В еще одном возможном - но не предпочтительном - варианте осуществления, конструктивный элемент расположен в клетке Фарадея на расстоянии от того конца пространства волновода, который противоположен его концу, где расположен индуктивный элемент связи.
В еще одном варианте осуществления, твердый диэлектрический материал, окружающий индуктивное средство связи, является таким же, как твердый диэлектрический материал конструктивного элемента.
В первом предпочтительном варианте осуществления, описываемом ниже, твердый диэлектрический материал, окружающий индуктивное средство связи, представляет собой материал с диэлектрической постоянной, большей, чем диэлектрическая постоянная материала конструктивного элемента, причем материал с большей диэлектрической постоянной находится в теле, окружающем индуктивное средство связи и расположенном рядом с конструктивным элементом.
Клетка Фарадея обычно будет проницаемой для излучения света в радиальном направлении из нее. Кроме того, клетка Фарадея предпочтительно является проницаемой для излучения света вперед из нее, то есть из первой области - с относительно большой диэлектрической постоянной - пространства волновода.
И опять, индуктивное средство связи обычно будет представляющим собой или включающим в себя удлиненную антенну, которая может быть гладкой проволокой в канале в теле из материала с относительно большой диэлектрической постоянной. Как правило, канал будет сквозным каналом в упомянутом теле, а проходящая в нем антенна будет упираться в конструктивный элемент. В передней грани отдельного тела, упирающегося в заднюю грань конструктивного элемента, может быть предусмотрена выточка, а антенна (в профиль) при этом является T-образной, и ее Т-образная головка занимает выточку и упирается в конструктивный элемент.
В соответствии с еще одним аспектом изобретения, предложен электромагнитно-волновой плазменный источник света на основе проницаемого для излучения волновода, содержащий:
конструктивный элемент из твердого диэлектрического проницаемого для излучения материала, обеспечивающий, по меньшей мере:
оболочку закрытой полости, содержащей плазменный материал, возбуждаемый электромагнитными волнами;
материал, возбуждаемый электромагнитными волнами;
клетку Фарадея:
огораживающую конструктивный элемент,
являющуюся, по меньшей мере, частично проницаемой для излучения света из нее и
ограничивающую волновод, имеющий:
пространство волновода, причем конструктивный элемент занимает, по меньшей мере, часть пространства волновода, а пространство волновода имеет:
ось симметрии; и
по меньшей мере, частично индуктивное средство связи для введения возбуждающих плазму электромагнитных волн в волновод в положении, по меньшей мере, по существу, окруженном твердым диэлектрическим материалом;
вследствие чего при введении электромагнитных волн определенной частоты в полости устанавливается плазма, а через клетку Фарадея излучается свет;
причем:
эта компоновка такова, что пространство волновода умозрительно разделено на равные передний и задний полуобъемы, а
передний полуобъем:
по меньшей мере, частично занят упомянутым конструктивным элементом, причем в переднем полуобъеме находится упомянутая полость, и
огорожен (за исключением заднего полуобъема) передним, проницаемым для излучения участком клетки Фарадея, через который можно излучать часть света из полости,
задний полуобъем имеет внутри индуктивный элемент связи, а
среднее по объему значение диэлектрической постоянной содержимого переднего полуобъема меньше, чем среднее по объему значение диэлектрическое постоянной содержимого заднего полуобъема.
Различие в средних по объему значениях диэлектрической постоянной переднего и заднего полуобъемов может быть обусловлено упомянутым конструктивным элементом, обладающим асимметрией от конца к концу и ассиметрично расположенным в клетке Фарадея.
В предпочтительном варианте:
упомянутый конструктивный элемент занимает все пространство волновода,
конструктивный элемент включает в себя, по меньшей мере, один вакуумированный или газонаполненный резонатор в пределах переднего полуобъема, что обеспечивает меньшее среднее по объему значение диэлектрической постоянной переднего полуобъема, а
резонатор простирается между оболочкой полости и, по меньшей мере, одной периферийной стенкой в конструктивном элементе, причем эта периферийная стенка имеет толщину, меньшую, чем протяженность резонатора от оболочки полости до периферийной стенки.
В возможном варианте:
упомянутый конструктивный элемент занимает переднюю часть пространства волновода,
отдельное тело из того же материала занимает остальную часть пространства волновода и
конструктивный элемент включает в себя, по меньшей мере, один вакуумированный или газонаполненный резонатор в пределах переднего полуобъема, что обеспечивает меньшее среднее по объему значение диэлектрической постоянной переднего полуобъема, а
резонатор простирается между огороженной полостью и, по меньшей мере, одной периферийной стенкой в конструктивном элементе, причем эта периферийная стенка имеет толщину, меньшую, чем протяженность резонатора от оболочки полости до периферийной стенки.
Кроме того, в предпочтительном варианте:
упомянутый конструктивный элемент занимает переднюю часть пространства волновода, а
отдельное тело из материала с большей диэлектрической постоянной занимает остальную часть, по меньшей мере, большинства пространства волновода.
Если используется отдельное тело из диэлектрического материала, такого же, как диэлектрический материал конструктивного элемента, или отличающегося от него, то индуктивное средство связи может простираться за пределы заднего полуобъема в передний полуобъем, как и конструктивный элемент.
К тому же, в предпочтительном варианте:
конструктивный элемент включает в себя, по меньшей мере, один вакуумированный или газонаполненный резонатор в пределах переднего полуобъема, тем самым усугубляя различие в средних по объему значениях диэлектрической постоянной между передним и задним полуобъемами, а
резонатор простирается между оболочкой полости и, по меньшей мере, одной периферийной стенкой в конструктивном элементе, причем эта периферийная стенка имеет толщину, меньшую, чем протяженность резонатора от оболочки полости до периферийной стенки.
Хотя единственный или каждый резонатор может быть вакуумированным и/или геттерированным, единственный или каждый резонатор обычно будет занят газом, в частности, азотом под низким давлением порядка половины десятой части атмосферного давления. В возможном варианте, единственный или каждый резонатор может быть открыт в окружающую атмосферу.
Огороженная полость может простираться поперек резонатора, пересекая центральную ось конструктивного элемента. Однако оболочка полости обычно будет простираться по центральной продольной оси конструктивного элемента (т.е. спереди назад).
Оболочка полости может быть соединена и с задней стенкой, и с передней стенкой конструктивного элемента. Однако в предпочтительном варианте, оболочка полости соединена только с передней стенкой конструктивного элемента.
Оболочка полости предпочтительно простирается через переднюю стенку и - частично - через клетку Фарадея.
Передняя стенка предпочтительно может быть куполообразной. Однако передняя стенка обычно будет плоской и параллельной задней стенке конструктивного элемента.
Оболочка полости и остальная часть конструктивного элемента обычно будут выполнены и одного и того же проницаемого для излучения материала. Несмотря на это оболочка полости и, по меньшей мере, внешние стенки конструктивного элемента могут быть выполнены из отличающегося проницаемого для излучения материала. Например, внешние стенки могут быть выполнены из более дешевого стекла, например, боросиликатного стекла или алюмосиликатного стекла. Кроме того, внешняя стенка может быть выполнена (внешние стенки могут быть выполнены) из материала, непроницаемого для ультрафиолетового излучения.
В предпочтительном варианте осуществления, часть пространства волновода, занимаемая конструктивным элементом, по существу, приравнивается к переднему полуобъему.
В случае если оно предусматривается, отдельное тело может отстоять от конструктивного элемента, но предпочтительно упирается в заднюю грань конструктивного элемента и огорожено в поперечном направлении клеткой Фарадея. Конструктивный элемент может иметь юбку, а отдельное тело при этом может и упираться в грань конструктивного элемента и быть огороженным в поперечном направлении в пределах юбки.
Оболочка полости предпочтительно является трубчатой.
Конструктивный элемент и отдельное тело из твердого диэлектрического материала, если последнее предусмотрено, предпочтительно представляют собой тела вращения вокруг центральной продольной оси.
В альтернативном варианте, конструктивный элемент и твердое тело могут иметь другие формы, например иметь прямоугольное поперечное сечение.
Для удобства, источник LUWPL выполнен в комбинации с:
электромагнитно-волновой схемой, имеющей:
вход для энергии электромагнитных волн из их источника и
выходное соединение схемы с индуктивным средством связи источника LUWPL;
причем электромагнитно-волновая схема представляет собой
схему с комплексным импедансом, имеющую конфигурацию полосового фильтра и согласующую выходной импеданс источника энергии электромагнитных волн с индуктивным входным импедансом источника LUWPL.
В предпочтительном варианте, электромагнитно-волновая схема представляет собой настраиваемый фильтр на гребенчатой линии.
Электромагнитно-волновая схема может содержать:
металлический корпус,
пару идеальных электрических проводников (PEC), каждый из которых заземлен внутри корпуса,
пару соединений, соединенных с PEC, одно - для входа, а другое - для выхода, и
соответствующий настроечный элемент, предусмотренный в корпусе напротив дистального конца каждого PEC.
В диафрагме между этими PEC можно предусмотреть дополнительный настроечный элемент.
В соответствии с третьим аспектом изобретения, предложен электромагнитно-волновой плазменный источник света на основе проницаемого для излучения волновода, содержащий:
конструктивный элемент из твердого диэлектрического проницаемого для излучения материала, обеспечивающий, по меньшей мере:
закрытую полость, содержащую плазменный материал, возбуждаемый электромагнитными волнами;
клетку Фарадея:
огораживающую конструктивный элемент,
являющуюся, по меньшей мере, частично проницаемой для излучения света из нее и
ограничивающую волновод, имеющий:
пространство волновода, причем конструктивный элемент занимает, по меньшей мере, часть пространства волновода; и
по меньшей мере, частично индуктивное средство связи для введения возбуждающих плазму электромагнитных волн в волновод в положении, по меньшей мере, по существу, окруженном твердым диэлектрическим материалом,
вследствие чего при введении электромагнитных волн определенной частоты в полости устанавливается плазма, а через клетку Фарадея излучается свет;
причем:
конструктивный элемент состоит из кварца, а
в пространстве волновода предусмотрено тело из оксида алюминия для увеличения среднего по объему значения диэлектрической постоянной пространства волновода, при этом индуктивное средство связи предусмотрено в теле из оксида алюминия.
Для удобства, конструктивный элемент и тело из оксида алюминия совместно заполняют пространство волновода.
В соответствии с четвертым аспектом изобретения, предложен электромагнитно-волновой плазменный источник света на основе проницаемого для излучения волновода, содержащий:
конструктивный элемент из твердого диэлектрического проницаемого для излучения материала, обеспечивающий, по меньшей мере:
закрытую полость, содержащую плазменный материал, возбуждаемый электромагнитными волнами;
клетку Фарадея:
огораживающую конструктивный элемент,
являющуюся, по меньшей мере, частично проницаемой для излучения света из нее и
ограничивающую волновод, имеющий:
пространство волновода, причем конструктивный элемент занимает, по меньшей мере, часть пространства волновода; и
по меньшей мере, частично индуктивное средство связи для введения возбуждающих плазму электромагнитных волн в волновод в положении, по меньшей мере, по существу, окруженном твердым диэлектрическим материалом,
вследствие чего при введении электромагнитных волн определенной частоты в полости устанавливается плазма, а через клетку Фарадея излучается свет;
причем:
среднее по объему значение диэлектрической постоянной конструктивного элемента меньше, чем диэлектрическая постоянная его материала.
В соответствии с пятым аспектом изобретения, предложен электромагнитно-волновой плазменный источник света на основе проницаемого для излучения волновода, содержащий:
конструктивный элемент из твердого диэлектрического проницаемого для излучения материала, обеспечивающий, по меньшей мере:
закрытую полость, содержащую плазменный материал, возбуждаемый электромагнитными волнами;
клетку Фарадея:
огораживающую конструктивный элемент,
являющуюся, по меньшей мере, частично проницаемой для излучения света из нее и
ограничивающую волновод, имеющий:
пространство волновода, причем конструктивный элемент занимает, по меньшей мере, часть пространства волновода; и
по меньшей мере, частично индуктивное средство связи для введения возбуждающих плазму электромагнитных волн в волновод в положении, по меньшей мере, по существу, окруженном твердым диэлектрическим материалом;
тело из твердого диэлектрического материала в пространстве волновода, упирающееся в конструктивный элемент и имеющее упомянутое индуктивное средство связи, простирающееся в нем,
вследствие чего при введении электромагнитных волн определенной частоты в полости устанавливается плазма, а через клетку Фарадея излучается свет.
Для удобства:
индуктивное средство связи простирается настолько же, насколько простирается поверхность раздела, являющаяся поверхностью примыкания, между телом и конструктивным элементом;
конструктивный элемент и тело состоят из одного и того же материала.
В альтернативном варианте:
конструктивный элемент и тело состоят из разных материалов, причем тело обладает большей диэлектрической постоянной.
Отдельные тела, если они предусмотрены, упираются в заднюю грань конструктивного элемента и огорожены в поперечном направлении клеткой Фарадея. Вместе с тем, конструктивный элемент предпочтительно имеет юбку, а отдельное тело при этом может и упираться в грань конструктивного элемента, и быть огороженным в поперечном направлении в пределах юбки.
В соответствии с шестым вариантом осуществления изобретения, предложен излучатель света для применения с источником электромагнитных волн, антенной и клеткой Фарадея, причем излучатель света содержит:
оболочку из проницаемого для излучения материала, имеющую, по меньшей мере, одну внешнюю стенку и заднюю стенку;
резонатор в пределах оболочки;
колбу, содержащую возбуждаемый материал и выступающую в резонатор, по меньшей мере, из одной из стенок резонатора, причем колба имеет полость, содержащую возбуждаемый материал; и
тело из твердого диэлектрического материала, посаженное в оболочку и имеющее переднюю грань, являющуюся взаимно дополняющейся с задней стенкой резонатора, и канал для антенны;
причем компоновка излучателя света такова, что когда комбинация оболочки, включающей в себя колбу, и тела окружена клеткой Фарадея, они образуют электромагнитно-резонансную систему, в которой резонанс может быть установлен путем подвода электромагнитных волн к антенне в канале для излучения света из плазмы в возбуждаемом материале.
Во избежание сомнения, отметим, что вышеуказанная формулировка изобретения является той, которая изложена в приоритетной заявке № GB1021811.3. Понятно, что она является более узкой, чем некоторые из других формулировок изобретения, изложенных выше. В нижеследующих абзацах вплоть до описания чертежей также дословно передается содержание приоритетной заявки. Их предмет ограничивается не узкой приоритетной формулировкой изобретения, а применим к изобретению, в широком смысле изложенному выше, и в действительности является таким, как заявляется ниже.
Следует также отметить, что в этих абзацах термин «оболочка» относится к «конструктивному элементу» из вышеизложенных абзацев, по меньшей мере, в тех случаях, когда конструктивный элемент включает в себя резонатор, отличающийся от оболочки полости, а «колба» относится к «оболочке полости» в вышеизложенных абзацах.
Хотя тело может состоять из того же самого проницаемого для излучения материала, что и оболочка, а основным отличием от светоизлучающих резонаторов (LER) согласно поданной заявителем заявке WO 2009/063205 является наличие резонатора, в которой простирается колба; в предпочтительном варианте, тело из твердого диэлектрического материала будет иметь диэлектрическую постоянную, которая больше, чем у проницаемого для излучения материала оболочки, и это тело обычно будет непрозрачным.
В частности, следует отметить, что заявитель полагает определенные варианты осуществления данного изобретения охватываемыми рамками объема притязаний патентов на LER, поскольку те являются патентами с широким объемом охраны.
Резонатор может быть открытым, позволяя воздуху или другому окружающему газу попадать в оболочку, по существу, окружающую колбу. Вместе с тем, резонатор обычно будет закрыт и герметизирован, а в оболочке будет либо вакуум, либо специально введенный газ.
Оболочка и герметизированный в нем резонатор могут принимать множество форм. Оболочка предпочтительно представляет собой тело вращения. Оно может быть сферическим, полусферическим с плоской задней стенкой для упора в плоскую переднюю грань тела из твердого диэлектрика, или - как в предпочтительном варианте осуществления - может иметь форму кругового цилиндра, опять - с плоской задней стенкой для упора в плоскую переднюю грань тела из твердого диэлектрика.
Оболочка обычно будет иметь стенки постоянной толщины, а форма оболочки и резонатора при этом будет одной и той же.
Хотя предусматривается, что колба будет сферической, она предпочтительно является удлиненной с круглым поперечным сечением и, как правило, будет выполнена из трубчатого материала, закрытого на противоположных концах.
Колба может простираться в резонатор из передней стенки оболочки к его задней стенке. В альтернативном варианте, она может простираться от боковой стенки оболочки параллельно боковой стенке.
Можно также предусмотреть колбу, простирающуюся от задней стенки оболочки.
Хотя можно предусмотреть колбу, соединенную со стенками оболочки на противоположных сторонах или концах колбы, она предпочтительно соединена лишь с одной стенкой. Таким образом, материал колбы, по существу, теплоизолирован от материала оболочки; тем не менее они предпочтительно состоят из одного и того же проницаемого для излучения материала.
Колба или ее часть обычно будет находиться в центре излучателя света, подвергаясь воздействию самого сильного электрического поля во время резонанса.
В простой компоновке, оболочка и твердое тело могут иметь одинаковые диаметры и упираться друг в друга (задней стенкой в переднюю грань), будучи удерживаемыми друг у друга клеткой Фарадея. Однако предпочтительным является вариант, в котором оболочка простирается назад, имея обод, посаженный в имеющее дополняющую его форму гнездо в теле, или юбку, в пределах которой заключено тело.
Канал для антенны предпочтительно является центральным в теле и проходит к передней грани тела, куда простирается и антенна, при этом колба расположена так, что ее участок отстоит от задней стенки оболочки на расстояние, составляющее малую долю размера спереди назад оболочки. В предпочтительном варианте осуществления, передняя грань тела имеет выемку, занятую кнопочной головкой антенны.
В альтернативном варианте, можно предусмотреть, что антенна может быть:
эксцентричной в теле, либо оканчиваясь как стержень у передней грани тела, либо оканчиваясь кнопкой, или
эксцентричной в теле и простирающейся в нем до оболочки, удобно проходя через апертуру-отверстие в резонаторе наружу или через трубку с закрытым концом в резонатор из задней стенки, вследствие чего резонатор можно герметизировать.
Теперь, чтобы поспособствовать пониманию изобретения, в качестве примера будет приведено описание конкретного варианта его осуществления со ссылками на прилагаемые чертежи, при этом:
на фиг. 1 представлено изображение в разобранном виде кварцевого конструктивного элемента, блока из оксида алюминия и антенны источника LUWPL в соответствии с изобретением;
на фиг. 2 представлен вид сбоку в разрезе по центру источника LUWPL согласно фиг. 1;
на фиг. 3 представлен схематичный вид источника LUWPL, аналогичный фиг. 2;
на фиг. 4 представлен вид в разрезе источника LUWPL согласно фиг. 1 вместе со схемой согласования для проведения микроволн в источник LUWPL, выполненной с возможностью испытания прототипа;
на фиг. 5 представлен схематичный вид модифицированного источника LUWPL согласно фиг. 3;
на фиг. 6 представлен аналогичный вид еще одного модифицированного источника LUWPL;
на фиг. 7 представлен аналогичный вид третьего модифицированного источника LUWPL;
на фиг. 8 представлен аналогичный вид четвертого модифицированного источника LUWPL;
на фиг. 9 представлен аналогичный вид пятого модифицированного источника LUWPL;
на фиг. 10 представлен аналогичный вид шестого модифицированного источника LUWPL;
на фиг. 11 представлен схематичный вид излучателя света согласно изобретению в лампе вместе с клеткой Фарадея, магнетроном, схемой согласования и антенной, как описано в приоритетной заявке № GB1021811.3;
на фиг. 12 представлен схематичный вид в увеличенном масштабе излучателя света согласно фиг. 10;
на фиг. 13 представлен вид сбоку - снова в увеличенном масштабе - компонентов излучателя света согласно фиг. 11;
на фиг. 14 представлен вид сбоку в разрезе оболочки согласно фиг. 12 в сборе с телом из диэлектрического материала, антенной с кнопочной головкой, клеткой Фарадея и экраном ультрафиолетового излучения.
Согласно фиг. 1-3, показанный здесь электромагнитно-волновой плазменный источник света на основе проницаемого для излучения волновода представляет собой конструкцию-прототип. Он был испытан и найден работоспособным. В самом деле, ожидается, что промышленный вариант будет аналогичен тому, который показан на чертежах и описывается ниже. Он имеет конструктивный элемент 1 из кварца, то есть расплава - в противоположность листу из кристаллического диоксида кремния и цельнотянутой трубке из него. Оболочка 2 внутренней закрытой полости выполнена из цельнотянутой трубки, имеющей внешний диаметр 8 мм и внутренний диаметр 4 мм. Она герметизирована на ее внутреннем конце 3 и ее внешнем конце 4. Пригодны способы герметизации, известные из поданных заявителем международных заявок №№ WO 2006/070190 и WO 2010/094938 на патенты. Внутри оболочки герметизирована плазма, возбуждаемая микроволнами. Внешний конец 4 оболочки выступает сквозь торцевую пластину 5 приблизительно на 10,5 мм, а общая длина оболочки составляет приблизительно 20,5 мм.
Торцевая пластина 5 является круглой, а в ее центральном отверстии, которое не обозначено позицией, приварена оболочка 2. Пластина имеет толщину 2 мм. Аналогичная пластина 6 расположена с оставлением между ними промежутка 10 мм и с малым зазором приблизительно 2 мм между внутренним концом оболочки и внутренней пластиной 6. Пластины имеют диаметр 34 мм и герметизированы в цельнотянутой кварцевой трубке 7, имеющей внешний диаметр 38 мм и толщину стенки 2 мм. Эта компоновка обуславливает концентричное расположение, при котором обе пластины простираются под прямыми углами к их центральной оси. Концентричная ось A и является центральной осью волновода, как описывается ниже.
Внешний конец 10 внешней трубки 7 располагается заподлицо с наружной поверхностью внешней пластины 5, а внутренний конец трубки простирается на 17,5 мм от задней поверхности внутренней пластины 6 как юбка 9. Эта конструкция обеспечивает:
кольцевой резонатор 11 между пластинами, вокруг оболочки и внутри внешней трубки. Внешняя трубка имеет герметизированную точку 12, через которую резонатор вакуумируют и повторно наполняют его азотом под низким давлением, имеющим давление порядка одной десятой атмосферного;
выемку 13 для юбки.
В выемке для юбки заключен блок 14 в форме прямого кругового цилиндра из алюминия, имеющий размеры, обеспечивающие установку по скользящей посадке в выемку. Его вешний диаметр составляет 33,9 мм, а его толщина составляет 17,7 мм. Он имеет центральный канал 15 диаметром 2 мм и выточку 16 диаметром 6 мм и глубиной 0,5 мм на своей внешней грани, упирающейся в заднюю грань внутренней пластины 6. Обод внешней грани снабжен фаской от выбивания уплотнения, препятствующей упору при сближении. В канале 15 и расточке 16 заключена антенна 18 с Т-образной кнопочной головкой 19.
Кварцевый конструктивный элемент 1 заключен в шестиугольной перфорированной клетке 20 Фарадея. Она простирается по упомянутому конструктивному элементу у торцевой пластины 5 назад вдоль внешней трубки на протяжении резонатора 10. Клетка имеет центральную апертуру 21 для внешнего конца оболочки полости неперфорированную юбку 22, простирающуюся назад на 8 мм дальше, чем кварцевая юбка 9, в которой заключен блок 14 из оксида алюминия. Алюминиевый блок 23 шасси несет конструктивный элемент и блок из оксида алюминия, при этом неперфорированная юбка клетки частично перекрывает алюминиевый блок. Таким образом, клетка Фарадея удерживает эти два компонента вместе и у блока 23. Этот блок обеспечивает не только механическую опору, но электромагнитное замыкание клетки Фарадея.
Вышеуказанные размеры обеспечивают резонанс клетки Фарадея на частоте 2,45 ГГц.
Пространство волновода, представляющее собой объем в пределах клетки Фарадея, обычно делится на две области, разделенные плоскостью P, в которой блок 14 из оксида алюминия примыкает к внутренней пластине 6 конструктивного элемента. Первая внутренняя область 24 содержит антенну, но это оказывает пренебрежимо малое влияние на среднее по объему значение диэлектрической постоянной материала в этой области. В пределах этой области находятся блок из оксида алюминия и кварцевая юбка. Они вносят следующий вклад в средние по объему значения:
Блок 14 из оксида алюминия:
2
Объем = π×(33,9/2)×17,7=15967,7;
Диэлектрическая постоянная = 9,6;
Объем × Диэлектрическая постоянная = 153289,9.
Кварцевая юбка 9:
2
2
Объем = π×(38/2)-(34/2)×18=4069,4;
Диэлектрическая постоянная = 3,75;
Объем × Диэлектрическая постоянная = 15260,3
Первая область 24
2
Объем = π×(38/2)×18=20403,7;
Среднее по объему значение диэлектрической постоянной =
(153289,9+15260,3)/20403,7=8,26
Вторая область 25 содержит конструктивный элемент, меньший, чем юбка. Частичный вклад этой области в средние по объему значения являются следующим:
Оболочка полости:
2
2
Объем = π×(8/2)-(4/2)×8=301,4;
Диэлектрическая постоянная = 3,75;
Объем × Диэлектрическая постоянная = 1130,3.
Оболочка резонатора:
2
2
Объем = π×(38/2)-(34/2)×10=2260,8;
Диэлектрическая постоянная = 3,75;
Объем × Диэлектрическая постоянная = 8478,1.
Внешняя пластина:
2
Объем = π×(38/2)×2=2267,1;
Диэлектрическая постоянная = 3,75;
Объем × Диэлектрическая постоянная = 8501,6.
Внутренняя пластина:
2
Объем = π×(38/2)×2=2267,1;
Диэлектрическая постоянная = 3,75;
Объем × Диэлектрическая постоянная = 8501,6.
Резонатор:
Объем = Полный объем за вычетом суммы кварцевых частей =
15869,5-30,4-2260,8-2267,1-2267,1=8773,1;
Диэлектрическая постоянная = 1,00;
Объем × Диэлектрическая постоянная = 8773,1.
Вторая область 25:
2
Объем = π×(38/2)×14=15869,5;
Среднее по объему значение диэлектрической постоянной =
(1130,3+8478,1+8501,6+8501,6+8773,1)/15869,5=2,23
Таким образом, можно заметить, что среднее по объему значение диэлектрической постоянной первой области ощутимо больше, чем среднее по объему значение диэлектрической постоянной второй области. Это происходит из-за большой диэлектрической постоянной блока из оксида алюминия. Результат этого, в свою очередь, заключается в том, что первая область оказывает преобладающее влияние на резонансную частоту совокупности частей, содержащихся внутри волновода.
Сопоставляемые средние значения 8,26 и 2,23 для двух областей полезно сопоставить со средним значением для всего пространства волновода: (20403,7×8,26)+(15869,5×2,23)/(20403,7+15869,5)=5,62.
Если сравнение областей делают не на основе первой и второй областей, разделенных плоскостью примыкания между конструктивным элементом и блоком из оксида алюминия, а между двумя одинаковыми полуобъемами, то это сравнение имеет, по существу, аналогичный результат. Разделяющая плоскость V, параллельная плоскости примыкания, заходит в блок из оксида алюминия на 1,85 мм. Последняя величина является неизменной в направлении оси A. Поэтому среднее по объему значение для первого, заднего полуобъема остается равным 8,26. Второй - другой - передний полуобъем 27 имеет вклад от тонкого слоя оксида алюминия и кварцевой юбки. Этот вклад можно рассчитать исходя из среднего по объему значения диэлектрической постоянной для упомянутого слоя:
Тонкий слой толщиной 1,85 мм:
2
Объем = π×(38/2)×1,85=301,4;
Диэлектрическая постоянная = 8,26;
Объем × Диэлектрическая постоянная = 2097,0
Передний полуобъем:
2
2
Объем = π×(38/2)×14+π×(38/2)×1,85=16170,9;
Среднее по объему значение диэлектрической постоянной =
(15869,5×2,23+2097,0)/16170,9=2,32
Таким образом, для этого конкретного варианта осуществления, предусматривающего применение кварца и оксида алюминия, толщину стенки, составляющую 2 мм, и рабочую частоту 2,45 ГГц, можно получить соотношение между
отношением упомянутых постоянных для передней и задней областей, составляющем 2,23:8,26, и
отношением упомянутых постоянных для переднего и заднего полуобъемов, составляющем 2,32:8,26.
Это соотношение составляет 0,270:0,280 или 0,96:1,00.
Таким образом, можно сказать, что эти два отношения отображают альтернативные сравнения, причем оба они являются определяющими один и тот же изобретательский замысел.
Должно быть заметно, что этот источник LUWPL ощутимо меньше, чем кварцевый тигель для LER, работающий на частоте 2,45 ГГц, например, 49 мм в диаметре и длиной 19,7 мм.
Обращаясь теперь к фиг. 4 и имея в виду, что размеры конструкции-прототипа согласно фиг. 1-3 обеспечивают работу на частоте 2,45 ГГц, отмечаем, что на фиг. 4 показана совокупность конструкции источника LUWPL и полосового фильтра для согласования генерируемых микроволн с источником LUWPL. При работе на этой частоте, упомянутые волны должны генерироваться магнетроном. При испытании прототипа, они генерировались стендовым генератором 31 и подавались по коаксиальному кабелю 32 во входной генератор 33 полосового фильтра 34. Его можно воплотить в виде волновода 35 с воздушным заполнением, имеющего два идеальных электрических проводника (PEC) 36, 37, выполненные с возможностью ввода и вывода микроволн. Третий PEC 38 предусмотрен в диафрагме между упомянутыми двумя. Напротив дистальных концов PEC предусмотрены настроечные винты 39. Входной PEC соединен проводом 40 с жилой коаксиального кабеля 32. Выход соединен с еще одним проводом 41, который подключен к антенне 18 посредством пары проводников 42, по центру которых расположена соединительная муфта 43. В промежутке между фильтром 34 и источником LUWPL предусмотрен алюминиевый блок 23 шасси. Он имеет канал 44, по которому проходит провод 41, а между ними располагается керамическая изолирующая втулка 45.
Следует отметить, что самопроизвольный запуск вышеописанной компоновки невозможен. При эксплуатации прототипа, инициирование плазмы возможно за счет возбуждения посредством устройства с катушкой Тесла. В альтернативном варианте, инертный газ в полости может быть радиоактивным, таким, как криптон 85. И опять, предполагается, что плазменный разряд можно инициировать путем приложения разряда типа автомобильного зажигания к электроду, расположенному близко к концу 4 оболочки кожуха.
Резонансная частота системы, в которую входят конструктивный элемент и блок из оксида алюминия, немного изменяется в период между запуском, когда плазма только что установилась, и состоянием полной мощности, когда плазма полностью установилась и действует как проводник внутри полости с плазмой. Чтобы это могло происходить, между генератором микроволн и источником LUWPL используют полосовой фильтр, такой, как описанный выше.
На фиг. 5 показан модифицированный источник LUWPL, в котором конструктивный элемент 101 имеет меньший внешний диаметр, чем блок 114 из оксида алюминия и клетка 120 Фарадея. Передняя грань блока из оксида алюминия имеет неглубокую выемку 151, размеры которой обеспечивают прием и размещение задней части конструктивного элемента. Передняя часть конструктивного элемента находится в апертуре 121 в передней части клетки Фарадея. Эта передняя часть может иметь металлический диск 1201, простирающийся в поперечном направлении относительно перфорированного цилиндрического участка 1202, через который возможно излучение света из плазмы, находящейся в полости 1011 в конструктивном элементе. Эта компоновка оставляет кольцевой воздушный зазор 152 вокруг конструктивного элемента и внутри клетки Фарадея, который вносит вклад в малое среднее по объему значение диэлектрической постоянной конструктивного элемента. Хотя можно предусмотреть кольцевой резонатор, такой, как резонатор 10, он может быть узким, а предпочтительным является формирование конструктивного элемента со сплошной стенкой 1012 вокруг полости 1011. Этот вариант обладает преимуществом упрощенного формирования упомянутого конструктивного элемента, но не ожидается, что он даст такую же хорошую передачу энергии микроволн от антенны к плазме. При дальнейшем распространении света вдоль оси конструктивного элемента, свет не будет излучаться в этом направлении через клетку Фарадея, отражаясь от диска 1201. Однако это не обязательно является недостатком, поскольку большинство света излучается в радиальном направлении из конструктивного элемента и будет собираться для коллимации рефлектором (не показан) снаружи источника LUWPL.
Согласно еще одному модифицированному источнику LUWPL, показанному на фиг. 6, конструктивный элемент 201 имеет такой же диаметр, как блок 214 из оксида алюминия и клетка Фарадея 220. Однако он состоит из твердого кварца. Это дает менее заметное различие в среднем по объему значении диэлектрической постоянной между областями, ограниченными упомянутым конструктивным элементом и блоком, представляющее собой различие между диэлектрическими постоянными их соответствующих материалов.
В модифицированном источнике LUWPL согласно фиг. 7, конструктивный элемент 301, в сущности, идентичен конструктивному элементу 1 согласно первому варианту осуществления. Разница заключается в блоке из твердого диэлектрика, являющемся кварцевым блоком 314. Как показано, кварцевый блок отделен от конструктивного элемента. Вместе с тем, он может быть и частью конструктивного элемента. Эта компоновка может обеспечивать меньшие поверхности раздела между антенной 318 и полостью 3011. Полагается, что это даст преимущества интенсификации передачи (энергии) от антенны к полости. Разность средних по объему значений диэлектрической постоянной между конструктивным элементом и блоком или, по меньшей мере, твердым куском кварца, в котором простирается антенна, становится меньше ввиду присутствия кольцевого резонатора 310 вокруг оболочки 302 полости.
В еще одной модификации, как показано на фиг. 8, конструктивный элемент 401 имеет простирающуюся вперед юбку 4091 в дополнение к юбке 409 вокруг блока 414 из оксида алюминия. При этом участок 461 пространства волновода, заключенный в пределах клетки 420 Фарадея, пуст, тем самым увеличивая разность средних по объему значений диэлектрической постоянной. Юбка 4091 поддерживает клетку Фарадея и гарантирует, что завершающий последнюю передний диск 4201, который может быть или не быть перфорированным, сохранит упомянутые конструктивный элемент и блок у блока 423 шасси.
В еще одной модификации, показанной на фиг. 9, конструктивный элемент 501, по существу, аналогично конструктивному элементу 1 согласно фиг. 1 и 2, за исключением двух особенностей. Во-первых, оболочка 502 полости для плазмы ориентирована поперечно по отношению к продольной оси A пространства волновода. Оболочка заварена в противоположные стороны 507 резонатора 510, окружающего оболочки. Кроме того, передняя пластина заменена куполом 505.
Показанный на фиг. 10 источник LUWPL имеет конструктивный элемент, несколько отличающийся от показанного на фиг. 1-4. Он будет описан со ссылками на способ изготовления:
1. к диску 606 из кварца по центру приваривают трубку 602 малого диаметра; эта трубка имеет ближнюю шейку 6021 и дальнюю шейку 6022;
2. к диску 606 приваривают секцию 607 трубки большого диаметра, чтобы обеспечить резонатор 611 и выемку 613 для блока 614 из оксида алюминия в пределах юбки;
3. к ободу 6071 трубки большого диаметра и к трубке меньшего диаметра приваривают передний диск 605 из кварца с центральным отверстием 6051, при этом ближняя шейка находится чуть-чуть снаружи переднего диска;
4. во внутреннюю трубку бросают таблетку 651 из материала, возбуждаемого микроволнами, а эту трубку вакуумируют, снова наполняют инертным газом и заваривают в ее внутренней шейке;
5. потом заваривают внутреннюю трубку в ее внутренней шейке.
Как правило, компоненты, которые подвергают сварке для формирования упомянутого конструктивного элемента, будут состоять из кварца, который прозрачен для широкого спектра света. Вместе с тем, когда желательно ограничить излучение света определенного цвета и/или невидимого света определенного диапазона, такого, как ультрафиолетовый свет, кварц, который непрозрачен для такого света, можно использовать для других компонентов упомянутого конструктивного элемента или, на самом деле, для всего конструктивного элемента. И опять, другие части конструктивного элемента, помимо оболочки корпуса, могут быть выполнены из менее дорогого стеклянного материала.
Вариант осуществления, описанный выше со ссылками на фиг. 1-4, является испытывавшимся прототипом и отображает способ осуществления изобретения, наилучший из тех, о которых осведомлен Заявитель. Во избежание сомнений, ниже приводится дословное повторение описания патентной заявки № GB1021811.3-приоритетной заявки - со ссылками на приведенные в ней фиг. 11-14 и с увеличением позиций на 1000.
Согласно фиг. 11 и 12, лампа 1001 имеет излучатель 1002 света в фокусе отражателя 1003. Магнетрон 1004 выдает микроволны в схему 1005 согласования, из которой микроволны распространяются по антенне 1006 для возбуждения излучателя света.
Излучатель как таковой имеет центральный резонатор 1011, в котором находится колба 1012, имеющая полость 1013, содержащую материал 1014, возбуждаемый электромагнитными волнами. Как правило, колба состоит из прозрачного кварца. Резонатор окружен плоскими задней и передней стенками 1015, 1016 и боковой стенкой 1017 в форме кругового цилиндра. Стенки приварены друг к другу, вследствие чего резонатор герметизирован, а в нем, как правило, поддерживается вакуум. В иллюстрируемом варианте осуществления, колба выполнена как единое целое с передней стенкой 1016 и простирается к задней стенке при наличии изолирующего зазора 1018, установленного на дистальном или заднем конце 1019 колбы.
Передняя, задняя и боковая стенки колбы ограничивают оболочку 1020 для резонатора и тоже выполнены из прозрачного кварца, вследствие чего они не только поддерживают резонатор 1011 герметизированным, но и обеспечивают излучение света из колбы, как подробнее поясняется ниже.
Цилиндрическая боковая стенка простирается назад от задней стенки, играя роль юбки 1021, вместе с задней стекой ограничивающей выемку 1022. В этой выемке - посредством обычно предусматриваемой при проектировании скользящей посадки вместо посадки с натягом - устанавливают непрозрачное тело 1023, имеющее форму кругового цилиндра и выполненное из оксида алюминия, который является материалом с большей диэлектрической постоянной, чем кварц, и в типичном случае составляющей от 9,6 до 3,75. По центру расположен канал 10231 для антенны, в котором проходит антенна 1006. Последняя имеет кнопочную головку 1024, заключенную в имеющей дополняющую форму выточке 1025 в передней грани 1026 тела, причем эта грань упирается в заднюю стенку 1015 оболочки. Эта компоновка обуславливает присутствие сильного электрического поля у кнопки в ближней окрестности колбы с находящимся в ней возбуждающим материалом.
Клетка 1027 Фарадея окружает оболочку, включая юбку 1021, простираясь назад до того места, где упомянутая юбка устанавливается на заземленный алюминиевый пьедестал 1028, на которой установлен излучатель света, а в этот пьедестал ввинчены винты 1029, удерживающие клетку. Таким образом, клетка заземлена. Клетка является сетчатой, то есть сеткообразной, с отверстиями в области резонатора 1011, а также надета на пьедестал 1028.
При использовании, микроволны подаются на антенну и излучаются в оболочку с кнопочной головки 1024 антенны. Происходит не только распространение их в колбу, но и образование внутри клетки Фарадея резонансной системы посредством оболочки вместе с телом - с учетом диэлектрических постоянных их материалов, в результате чего микроволны, распространяющиеся с антенны, создают резонансное электрическое поле в излучателе света. Результирующее электрическое поле в полости колбы значительно сильнее, чем оно было бы при отсутствии компонентов, размеры которых подобраны для резонанса. Это поле устанавливает плазму в возбуждаемом материале в полости, а испускаемый из нее свет излучается через переднюю и заднюю стенки. За исключением колбы, ничего не выступает в резонатор, и вследствие этого не создается тень - как могло бы быть, если бы антенна выступала в резонатор, - за исключением какой-либо тени от клетки Фарадея. Однако ее сетка является столь мелкой, что не создает заметную тень.
Согласно фиг. 13 и 14, оболочка выполнена следующим образом.
1. Секцию 1101 кварцевой трубки и юбки монтируют совместно с плоским круглым диском 1102 в качестве задней стенки. Их устанавливают на токарном станке для обработки стекла на оправках так, что диск перпендикулярен оси трубки. Затем диск вплавляют в нужное положение.
2. В трубке - в положении оболочки - проделывают отверстие 1103.
3. Монтируют второй кварцевый диск 1104 в качестве передней стенки, который несколько больше первого и упирается в конец секции 1101. В диске сверлят центральное отверстие 1105. В отверстие 1105 вставляют деталь в виде заглушенной кварцевой трубки 1106 малого диаметра и вплавляют в нужное положение.
4. Трубку 1106 вакуумируют, наполняют возбуждаемым наполнителем и плотно приваривают к поверхности диска 1104 для формирования колбы 1107.
5. Диск 1104 примеривают к концу трубки 1101 и вплавляют в нее.
6. В отверстие 1103 заваривают вторую деталь 1108 в виде кварцевой трубки малого диаметра. Сформированный в оболочке 1110 резонатор 1109 вакуумируют, а трубку 1108 в отверстии 1103 «опорожняют».
Для работы на частоте 2,45 ГГц, трубка 1101 имеет длину 28,7 мм, а также имеет внешний диаметр 38 мм и толщину стенки 2 мм. Диски представляют собой пластину толщиной 3 мм, причем диск 1102 установлен по скользящей посадке в трубке 1101, а диск 1104 имеет диаметр 38 мм. Диск 1102 вплавлен с открытого конца трубки 1101. Колба, образующая трубку, установлена так, что простирается на 8 мм от диска 1104, задавая зазор - в сборе - величиной 1 мм от пластины 1102. Эта трубка имеет диаметр 6 мм с толщиной стенки, составляющей 1,5 мм.
Таким образом, сформированы:
центральная полость 1011;
колба 1012;
полость 1013;
задняя и передняя стенки 1015, 1016;
боковая стенка 1017 в форме кругового цилиндра;
изолирующий зазор 1018;
оболочка 1020;
юбка 1021;
выемка 1022.
При получаемых размерах, когда тело 1023 из оксида алюминия полностью занимает выемку 1022 в пределах юбки 1021, а клетка Фарадея 1027 плотно окружает эмиттер, резонанс возможен на частоте 2,45 ГГц.
Для максимального переноса энергии в резонансную систему, важны размеры антенны и ее кнопочной головки 1024. Антенна выполнена из латуни и имеет диаметр 2 мм, а кнопка имеет диаметр 6 мм и толщину 0,5 мм. Антенна заходит в пьедестал 1028, внутрь которого изолирующая втулка 1030 из оксида алюминия ввинчена в соединение 1031 от схемы 1005 согласования.
Окружая оболочку 1020 и юбку 1021, снаружи клетки Фарадея 1027 простирается крышка 1032 из боросиликатного стекла. Она обеспечивает физическую защиту для клетки и кварцевой оболочки с юбкой. Она также фильтрует и защищает от любой малой дозы количества ультрафиолетового излучения из плазмы, тогда как клетка Фарадея защищает от микроволнового излучения. В качестве завершающей подробности, отметим канал 1033 сквозь тело 1023 из оксида алюминия для оптического волокна 1034, предназначенный для обнаружения установления плазмы, и в этом канале можно управлять энергией микроволн для непрерывного излучения света.
Как можно заметить из фиг. 11, излучатель 1002 света обладает преимуществом, заключающимся в том, что рефлектор 1003 может собирать и фокусировать большую часть света, излучаемого плазмой. В частности, антенна находится внутри непрозрачного тела и не затеняет никакую часть света. Следует также отметить, что колба окружена вакуумом в оболочке 1020, вследствие чего из нее возможен отвод незначительного тепла, а его конвекция вообще невозможна. Таким образом, колба нагреться не может. Это дает преимущество, заключающееся в том, что энергия, которая в противном случае могла бы рассеиваться в виде тепла, теперь доступна для поддержания высокой температуры в плазме и эффективного излучения света.
Не следует считать изобретение ограничиваемым подробностями вышеописанных конкретных вариантов осуществления. Например, клетка Фарадея описана как являющаяся сетчатой там, где она непроницаема для излучения, и неперфорированной вокруг блока из оксида алюминия и алюминиевого блока шасси. Она сформирована из листового металла толщиной 0,12 мм. В альтернативном варианте, ее можно было бы сформировать из проволочной сетки. К тому же, клетку можно сформировать путем осаждения оксида индия-олова на упомянутом конструктивном элементе, в подходящем варианте - как цилиндр из листового металла, окружающего цилиндры из оксида алюминия и самого алюминия. К тому же, если конструктивный элемент и блок из оксида алюминия установлены на алюминиевом блоке шасси, свет сквозь блок из оксида алюминия пройти не сможет. Если блок из оксида алюминия заменен кварцем, свет сможет пройти сквозь него, но не сквозь алюминиевый блок. Блок электрически замыкает клетку Фарадея. Неперфорированная часть клетки может простираться назад до алюминиевого блока. В самом деле, клетка может быть надета на кварц в случае уменьшенного диаметра алюминиевого блока.
Другая возможность заключается в том, что между конструктивным элементом и блоком из оксида алюминия может быть воздушный зазор, причем антенна пересекает этот воздушный зазор, упираясь в конструктивный элемент.
Хотя конструктивный элемент описан выше как состоящий из кварца, а имеющее большую диэлектрическую проницаемость тело - как состоящее из оксида алюминия, конструктивный элемент мог бы состоять из другого материала, проницаемого для излучения, и тело из материала с большей диэлектрической проницаемостью также могло бы состоять из другого - керамического - материала.
Что касается рабочей частоты, то все вышеизложенные подробности размеров приведены для рабочей частоты 2,45 ГГц. Можно предвидеть, что поскольку источник LUWPL согласно изобретению при любой конкретной рабочей частоте может быть компактнее, чем эквивалентный источник LUWPL на основе LER, источники LUWPL согласно этому изобретению найдут применение на более низких частотах, таких, как 434 МГц (это значение опять находится в объеме обычно допустимого определения микроволнового диапазона), благодаря балансу между размером, увеличенным из-за большей длины волны, присущей электромагнитным волнам, и уменьшенным размером источника LUWPL, вытекающим из данного изобретения. Для частоты 434 МГц можно ожидать, что жизнеспособным - взамен такого магнетрона, который используется в производстве источников LUWPL, работающих на частоте 2,45 ГГц, - окажется твердотельный генератор. Ожидается, что такие генераторы будут экономичнее в производстве и/или эксплуатации.
Во всех вышеизложенных вариантах осуществления конструктивный элемент асимметричен относительно его центральной продольной оси, в частности, благодаря его обычно предусматриваемой юбке. Тем не менее можно предусмотреть наличие такой симметрии у конструктивного элемента. Например, вариант осуществления согласно фиг. 10 можно сделать, по существу, симметричным, если переднее уплотнение выполнить заподлицо при отсутствии юбки.
Кроме того, вышеупомянутые конструктивные элементы расположены асимметрично в пространстве волновода. Причина заключается не только в том, что конструктивные элементы не расположены в плоскости примыкания между областями, совпадающей с плоскостью V раздела полуобъемов, но и в том, что конструктивный элемент смещен к одному концу пространства волновода, тогда как отдельное тело из твердого диэлектрического материала смещено к другому концу. Тем не менее можно предусмотреть встраивание отдельного тела в конструктивный элемент, и тогда оно выполнено из того же материала. В этой компоновке, конструктивный элемент не расположен асимметрично в пространстве волновода. Все же он асимметричен сам по себе, имея резонатор на одном конце и являясь, по существу, сплошным на другом, вследствие чего предусматривается различие в среднем по объему значении его диэлектрической постоянной от одного конца к другому.
Еще один возможный вариант состоит в том, чтобы предусмотреть простирающуюся вперед юбку на алюминиевом блоке шасси. Ее можно предусмотреть как при наличии, так и при отсутствии юбки на конструктивном элементе. При этом клетка Фарадея может простираться назад наружу от юбки блока шасси и может быть прикрепленной к ней. В альтернативном варианте, где клетка надета на конструктивный элемент, блок шасси с юбкой можно отводить радиально внутрь на материал надетой клетки для контакта с ней.