JP2020505733A - 無電極単一低電力cwレーザー駆動プラズマランプ - Google Patents
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Abstract
Description
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。
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。
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。
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。
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。
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。
Claims (21)
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。 - 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。
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。 - 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。
- 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。
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