DE3626922C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine mit Mikrowellen gespeiste elektrodenlose Lichtquelle gemäß dem Oberbegriff des Patentan­ spruchs 1.

Eine solche Lichtquelle ist aus der DE-PS 24 39 961 bekannt. Diese bekannte Lichtquelle weist einen Mikrowellenhohlraum auf, der mit Wänden aus massivem Metall umgeben ist; für den Licht­ austritt ist eine Wandfläche von einem lichtdurchlässigen Git­ ter gebildet. Ein weiteres Beispiel einer Lichtquelle mit ei­ nem Mikrowellenhohlraum, der von Wänden aus massivem Metall umgeben ist, ist in der DE-PS 27 11 278 beschrieben. Auch bei der aus dieser Druckschrift bekannten Lichtquelle ist für den Lichtaustritt eine der Wände durch ein lichtdurchlässiges Git­ ter ersetzt. Eine Lichtquelle, bei der der gesamte Hohlraum durch ein gitterartiges Material begrenzt ist, so daß der ge­ samte Hohlraum lichtdurchlässig ist, ist in der JP-OS 59-6 032 beschrieben.

Die zuerst genannte Art der Lichtquelle mit einem Mikrowellen­ hohlraum, der von massiven Metallwänden umgeben ist, ermöglicht zwar eine Ausnutzung der Metallwände des Mikrowellenhohlraums als Reflektor für das erzeugte Licht, jedoch legt dabei die Form des Mikrowellenhohlraums die Form des austretenden Licht­ strahls fest; eine Flexibilität hinsichtlich der Gestaltung des Lichtstrahls besteht dabei nicht. Bei einer Lichtquelle mit einem von gitterartigem Material umgebenden Mikrowellenhohl­ raum hat zwar den Vorteil, daß das erzeugte Licht nach allen Seiten ausgestrahlt wird und somit von einem außerhalb des Mi­ krowellenhohlraums befindlichen Reflektor in beliebiger Weise gerichtet und gelenkt werden kann, jedoch ist das Ankoppeln der Mikrowellenenergie dabei sehr schwierig, da das Anbringen von Schlitzen in dem gitterartigen Wandmaterial nicht ohne wei­ teres möglich ist. An den Schlitzrändern würden nämlich im Git­ termaterial hohe Ströme entstehen, die das Gittermaterial zum Schmelzen bringen können. Außerdem ist das Anbringen von Wellen­ leitern an dem Gittermaterial schwierig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lichtquelle der eingangs geschilderten Art zu schaffen, bei der ein einfaches Ankoppeln der Mikrowellenenergie an den Mikrowellenhohlraum möglich ist und gleichzeitig das Licht so aus dem Mikrowellen­ hohlraum abgestrahlt wird, daß es mit Hilfe außerhalb des Mi­ krowellenhohlraums angebrachter Reflektoren geformt und gelenkt werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Die erfindungs­ gemäße Lichtquelle kann als "Hybrid"-Lichtquelle bezeichnet werden, da ein Teil des Mikrowellenhohlraums Wände aus gitter­ artigem Material aufweist, während ein zweiter Teil Wände aus massivem Material aufweist. Der Teil mit massiven Wänden kann das erzeugte Licht wie im Reflektor bündeln und lenken, während die Wände aus gitterartigem Material des anderen Teils so viel Licht durchlassen, daß dieses durch extern angebrachte Reflek­ toren in beliebiger Weise weitergebündelt und gelenkt werden kann. Das Ankoppeln der Mikrowellenenergie kann in dem Teil mit massiven Wänden erfolgen, bietet somit keine Probleme, da ohne weiteres Hohlleiter angeschlossen werden können.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unter­ ansprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung beispielshalber erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Lichtquelle nach der Erfindung,

Fig. 2 ein Diagramm der elektrischen Felder im Mikrowel­ lenhohlraum der Lichtquelle von Fig. 1,

Fig. 3 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemä­ ßen Lichtquelle,

Fig. 4 und 5 Darstellungen einer Ausführungsform mit gefalte­ tem zylindrischen Hohlraum.

Die in Fig. 1 dargestellte Lichtquelle weist einen zylindrischen Mikrowellenhohlraum 70 auf, der mit zwei parallelen Schlitzen 72 und 74 versehen ist, die längs der zylindrischen Wand im Abstand von 90° voneinander angebracht sind. Die Schlitze 72 und 74 werden von Wellenleitern 76 bzw. 78 gespeist, an die Magnetrons 80 und 82 angekoppelt sind.

Der Mikrowellenhohlraum 70 ist so dimensioniert, daß in ihm der Wellen­ typ TE_11N entsteht, und da die Schlitze um 90° gegenein­ ander versetzt sind, verlaufen die von den jeweiligen Magnetrons 80, 82 in dem Mikrowellenhohlraum erzeugten elektrischen Felder senkrecht zueinander.

Dies ist in Fig. 2 dargestellt, in der ein Diagramm der zwei elektrischen Felder des zylindrischen Schwingungs­ typs TE_11N gezeigt ist. Das Feld 84 wird durch die über den Schlitz 72 eingekoppelte Energie erzeugt, während das Feld 86 von der über den Schlitz 74 eingekoppelten Energie erzeugt wird. Es sei bemerkt, daß der Schwin­ gungstyp TE_11N erforderlich ist, damit die Felder senk­ recht zueinander stehen, da beispielsweise die Felder im zylindrischen Schwingungstyp TM₀₁₁ radial und im zylin­ drischen Schwingungstyp TE₀₁₁ in Umfangsrichtung verlau­ fen, unabhängig von der Anordnung der Schlitze in der zylindrischen Wand.

In dem Mikrowellenhohlraum 70 ist ein Kolben 60 angebracht, der in bekannter Weise ultraviolette oder sichtbare Strahlung aussendet, wenn das in ihm enthaltene plasmabildende Medium durch die in den Mikrowellenhohlraum 70 eingespeiste Mikrowel­ lenenergie angeregt wird. Der Kolben 60 wird von einem Stab 62 gehalten, der gedreht wird, während Kühlmittelströme gegen den Kolben 60 gelenkt werden, damit dessen Überhitzung vermieden wird.

Es sei bemerkt, daß in der Lichtquelle von Fig. 1 der Kol­ ben 60 axial gegenüber den Schlitzen 72, 74 versetzt ist, so daß er tatsächlich die Schlitze 72, 74 überhaupt nicht "sieht". Diese Anordnung trägt zur Gleichmäßigkeit der Kolbenabstrahlung bei, da örtliche Verzerrungen, die durch die Schlitz­ nähe verursacht werden, vermieden werden können.

Der in Fig. 1 obere Abschnitt 88 des Mikrowellenhohlraums 70 weist Wände aus einem gitterartigen Material auf, durch das die vom Kolben 60 abgestrahlte ultraviolette oder sichtbare Strahlung austreten kann.

In der Ausführung von Fig. 3 ist ein zylindrischer Mikrowellenhohl­ raum 90 vorgesehen, der Kopplungsschlitze 92, 94 und 96 aufweist, die im Abstand von 120° voneinander in der zylindrischen Wand angebracht sind. Der Mikrowellenhohlraum 90 wird im zylindrischen Schwingungstyp TE_11N betrieben. Anders als bei der Ausführung von Fig. 1 tritt eine gewisse Kreuzkopplung zwischen den elektrischen Feldern auf, da die Schlitze nicht um 90° gegeneinander versetzt sind. Das Vorsehen einer zusätzlichen Energiequelle führt je­ doch zu beträchtlich mehr Energie, und es hat sich ge­ zeigt, daß für manche Anwendungsfälle der bei der Ausfüh­ rung von Fig. 3 erzielte Ausgleich zwischen der Gesamt­ energie und der Feldkopplung die besten Gesamtergebnisse liefert.

In den Fig. 4 und 5 ist eine Lichtquelle dargestellt, bei der ein gefalteter zylindrischer Hohlraum 100 verwendet wird. Der Ausdruck "gefalteter zylindrischer Mikrowellenhohlraum" bezieht sich auf einen Hohlraum, der aus zwei zylindri­ schen Abschnitten besteht, die im Winkel von 90° zuein­ ander angeordnet sind.

Der Mikrowellenhohlraum 100 besteht somit aus einem Abschnitt 102, in dem der Kolben 104 untergebracht ist, sowie aus einem Abschnitt 106, in dem die Kopplungsschlitze 108 und 110 angebracht sind. Diese Schlitze sind um 90° gegeneinan­ der versetzt, so daß zueinander senkrecht verlaufende elektrische Felder im Schwingungstyp TE_11N entstehen.

Der Zweck des gefalteten Mikrowellenhohlraums ist die Kürzung der Länge des Abschnitts 102, was eine zweckmäßigere Umhül­ lung ermöglicht, die aus physikalischen Gründen notwen­ dig oder bei gewissen Anwendungsfällen der Lichtquelle er­ wünscht sein kann.

Der Mikrowellenhohlraum 100 ist in seiner Gesamtheit eine Resonanzstruk­ tur mit "gefalteter" Form. An­ hand durchgeführter Experimente konnte gezeigt werden, daß bei der gefalteten Ausführung eine starke Ankopplung der Felder an den Kolben erzielt wird.

In der Ausführung nach den Fig. 4 und 5 ist der Kolben 104 zu Austauschzwecken durch den Boden 120 des Mikrowellenhohlraums leicht zugänglich, da sich die die Verbindung zwischen dem Kolben und einem Motor 124 herstellende Welle 122 durch den Boden 120 erstreckt.

Es ist zu erkennen, daß der gefaltete Mikrowellenhohlraum 100 auch bei Ausführungen verwendbar ist, bei denen nur ein einziger Kopplungsschlitz vorhanden ist.

In einem Ausführungsbeispiel des zylindrischen Mikrowellenhohlraums mit parallelen Kopplungsschlitzen (Fig. 1) beträgt der Durchmesser des Hohlraums 7,35 cm, und seine Länge be­ trägt 25,65 cm; die Mitte des Kolbens liegt im Abstand von 2,9 cm vom Gitter und von 17,15 cm von der Mitte der Kopplungsschlitze.

Claims (7)

1. Mit Mikrowellen gespeiste elektrodenlose Lichtquelle zum Aussenden von Strahlung mit einem Mikrowellenhohlraum mit zylindrischen Querschnitt, einem in dem Mikrowellenhohlraum angeordneten Kolben, der ein Plasma bildendes Medium enthält, mehreren Kopplungsschlitzen in dem Mikrowellenhohlraum, die parallel zu dessen Achse verlaufen, einem Wellenleiter für jeden Kopplungsschlitz zu dessen Speisung und Mitteln zum Erzeugen von Mikrowellenenergie für die Zuführung zu den Wellenleitern, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikrowellen­ hohlraum aus einem ersten zylindrischen Abschnitt aus einem gitterartigen Wandmaterial und aus einem zweiten zylindri­ schen Abschnitt aus einem massiven Wandmaterial besteht und daß die Kopplungsschlitze in dem zweiten Wandabschnitt ange­ bracht sind.

2. Lichtquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei um 90° gegeneinander versetzte Kopplungsschlitze vorge­ sehen sind.

3. Lichtquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß drei um 120° gegeneinander versetzte Kopplungsschlitze vor­ gesehen sind.

4. Lichtquelle nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Kolben in dem ersten zylindrischen Ab­ schnitt angeordnet ist.

5. Lichtquelle nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Kolben gegenüber den Kopplungsschlitzen axial versetzt angeordnet ist.

6. Lichtquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Mikrowellenhohlraum ein gefalteter Hohlraum ist, bei dem der zweite Abschnitt gegenüber dem ersten Ab­ schnitt gefaltet ist, wobei ein dritter zylindrischer Ab­ schnitt aus massivem Wandmaterial vorgesehen ist, der ko­ axial zu dem ersten Abschnitt verläuft und zwischen diesem und dem dritten Abschnitt angeordnet ist.

7. Lichtquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben von einem Stab gehalten ist, der sich in Richtung der Achse des Mikrowellenhohlraums erstreckt.