TW201351474A

TW201351474A - 透光波導電磁波電漿光源

Info

Publication number: TW201351474A
Application number: TW102116499A
Authority: TW
Inventors: Andrew Simon Neate
Original assignee: Ceravision Ltd
Priority date: 2012-05-10
Filing date: 2013-05-09
Publication date: 2013-12-16
Also published as: GB201208368D0; JP2015528977A; EP2847783A2; US9299554B2; CN104428869B; JP6379086B2; US20150097481A1; CN104428869A; WO2013167879A2; TWI604501B; WO2013167879A3

Abstract

一種透光波導電磁波電漿光源，具有一石英材質之組構體1，其中一內部閉合缺空封閉體2由8毫米外徑、4毫米內徑之拉製管構成。其在其內側端與外側端3、4處被密封。微波可激發電漿材料被密封於封閉體內部。其外側端4突出穿過一端板5大約10.5毫米，而該封閉體之整體長度大約是20.5毫米。自其形成缺空的管體71從缺空封閉體之內側端繼續向後延伸成一天線護套72。該2毫米厚端板5係圓形的，且讓封閉體2密封於其內的一個中央鑽孔之中。一類似之平板6被設置以在其間留下一個10毫米的間隔，且在封閉體的內側端與內側平板6之間存在一個大約2毫米的微小間隙。天線護套被熔接至平板6，在平板中具有一孔隙73，使得天線可以穿入護套之中。該平板之直徑34毫米，且被密封於一拉製石英管7之中，該管具有一38毫米之外徑以及2毫米厚之管壁。外管7之外側端10與外端板5切齊，而該管之內側端從內側平板6的背表面向後延伸17.5毫米而成為一裙狀結構9。此結構提供一裙狀凹槽13，其內之空間74延伸入天線護套72之中。容納於裙狀結構凹槽內者係一個氧化鋁之塊體14。其外徑係33.9毫米而厚度係17.7毫米。其具有一2毫米直徑之中央鑽孔15。一天線18藏納於鑽孔15之中，且其長度延伸進入天線護套72之中。

Description

透光波導電磁波電漿光源

本發明係有關於一種透光波導電磁波電漿光源。

在我們編號EP2188829的歐洲專利-我們的'829專利，之中，描述並針對專利範圍請求如下(獲准之版本)：一種藉由微波能量(microwave energy)供電的光源，該光源具有：．一主體，其內具有一密封缺空(void)，．一包圍微波之法拉第籠(Faraday cage)，環繞該主體，．位於該法拉第籠內之該主體係一諧振波導(resonant waveguide)，．一填充物，位於該缺空之中，其材質能夠被微波能量激發以在其內形成一發光電漿，以及．一天線，配置於該主體之內，用以將電漿誘發之微波能量傳播至該填充物，該天線具有：．一連接，延伸於該主體外部，用以耦接至一微波能量源；其中：．該主體係一固體電漿坩堝(plasma crucible)，其材質係透光的，以供光的自其散出，且．該法拉第籠至少局部地傳播光線以供光從該電漿坩堝散出此配置使得來自該缺空中之電漿的光能夠穿透該電漿坩堝並經由該籠自其輻射出來。

如同於我們的'829專利之中的用法："透光(lucent)"表示，被描述成透光的物項之材料係透明(transparent)的或者半透明的(translucent)-此意義亦使用於針對本發明的本說明書之中；"電漿坩堝"表示一封閉主體，包圍一電漿，後者在前述缺空中的填充物被來自天線的微波能量激發之時，係位於該缺空之中。

受我們的829專利所保護的技術，我們稱其為我們的"LER"技術。

在我們編號PCT/GB2011/001744的專利申請案(我們的'744申請案)之中，我們將一LUWPL定義如下：一微波電漿光源，具有：．一固態介電質、透光材料的組構體(fabrication)，具有：．一封閉缺空，內含電磁波(通常是微波)可激發之材料；以及．一法拉第籠：．界限出一波導，．至少局部地透光，且通常至少局部地透明，以供光自其射出，．通常具有一不透光閉合體，並且．包圍該組構體；．提供以將電漿激發電磁波(通常是微波)引入該波導之中；此配置使得，針對一預定頻率電磁波(通常是微波)的引入，一電漿被建立於前述缺空之中，且光透過該法拉第籠被射出。

針對此說明書之目的，我們將"微波"定義為表示強度範圍從大約300MHz到大約300GHz的等級。我們預期微波範圍之中的300MHz較低端係高於本發明之一LUWPL能夠被設計以運作之處，意即，預計運作於300MHz以下。然而，根據我們合理範圍內之經驗，我們預期正常之運作將位於微波範圍之內。我們相信其無須對本發明具體指明一個適用的運作範圍。

在我們現有的LUWPL之中，前述之組構體可以是正如在我們LER技術之一透光坩堝之中，介於法拉第籠對立面之間的連續固態介電質材料(除了可激發材料、封閉缺空之外)。

或者，如同在我們蛤殼(Clam Shell)之"透光波導"的球狀腔穴中的球狀體(bulb)之中，其可以是有效地連續。又或者，在針對我們的技術之改良的尚未公開的申請案之中的組構體包含不同於可激發材料、封閉缺空的絕緣空間。

因此，其應注意，雖然在我們的LER技術之前的相關領域術語包含將電鍍陶瓷板塊視為一波導，且實際上我們的LER技術之透光坩堝已然被稱為一波導；但在本說明書之中，我們使用"波導"一詞以表示如下的所有涵義：．包圍之法拉第籠，其形成波導邊界，．籠內的固態介電質透光材料組構體，．被法拉第籠包圍的其他固態介電質材料，如果有的話，以及．被法拉第籠以及固態介電質材料之缺空處包圍的腔穴及/或中空部分，如果有的話，該固態介電質材料，夥同電漿及法拉第籠之效應，決定籠內的波的傳播方式。

由於透光材料可以是石英及/或可以包含玻璃，該等材料具有固態的某些典型性質以及液態的某些典型性質，因此被稱為過冷液體(super-cooled liquid)，依本說明書之目的，過冷液體被視為是固態。

同時為了避免有所疑義，本文之中有關材料的物理性質處均使用"固態"，以免於做出相關成分係連續的而不是在其內具有缺空的推斷。

以下係針對所用術語的進一步說明。依歷史的觀點而言，"法拉第籠"係一導電屏障，用以保護呈生命形式或其他形式的佔用者免於外部電場侵害。隨著科學的進展，此用語轉變成表示一種用以阻隔一寬廣頻率範圍電磁場的屏障。一法拉第籠將不需要阻隔呈可見光及不可見光形式的電磁輻射。由於一法拉第籠能夠屏蔽內部使其免於受外部電磁輻射之影響，故其同時亦能夠保持其內部本身的電磁輻射。使其能夠勝任某一工作的特性使得其能夠勝任另一項任務。雖然我們知道"法拉第籠"一詞係起源於屏蔽內部，但我們在先前的LUWPL專利及申請案之中，使用該詞表示一電性屏幕，特別是一種透光的電性屏幕，將電磁波包圍於由該籠界限出來的一個波導之內。在本發明之中，我們將繼續沿用該用法。

在我們的'744申請案之中，我們針對現在所謂的LEX技術加以說明並在第一態樣之中請求專利範圍如下：一種透光波導電磁波電漿光源，包含：．一固態介電質、透光材料之組構體，該組構體提供至少：．一封閉缺空，內含電磁波可激發電漿材料；．一法拉第籠：．包圍該組構體，．至少局部地透光，以供光自其射出，以及．界限出一波導，該波導具有：．一波導空間，該組構體佔據至少部分之該波導空間；以及．至少局部感應耦合裝置(inductive coupling means)，以將電漿激發電磁波引入位於一至少大致被固態介電質材料圍繞的位置處的波導之中；藉以使得針對一預定頻率電磁波的引入，一電漿被建立於前述缺空之中，且光透過該法拉第籠被射出；．該配置使得以下存在：．波導空間中之一第一區域，延伸於位於此區域處之法拉第籠的對立面之間，此第一區域：．容納該感應耦合裝置，且．具有一相對高之體積平均介電常數(volume average dielectric constant)，以及．波導空間中之一第二區域，延伸於位於此區域處之法拉第籠的對立面之間，此第二區域：．具有一相對低之體積平均介電常數。

在本說明書之中，此稱為一第一態樣LEX LUWPL。

本發明之目的係提出一種經過改良之LEX LUWPL。

依據本發明之一第一態樣，其提出一種第一態樣LEX LUWPL，其中用以將電漿激發電磁波引入波導的前述之至少局部感應耦合裝置延伸離開前述之第一區域而進入前述之第二區域。

換言之，依據本發明之該第一態樣，其提出：一種透光波導電磁波電漿光源，包含：．一固態介電質、透光材料的組構體，該組構體提供至少：．一封閉缺空，內含電磁波可激發電漿材料；．一法拉第籠：．至少大致包圍該組構體，．至少局部地透光，以供光自其射出，以及．界限出一波導，該波導具有：．一波導空間，該組構體佔據至少部分之該波導空間；以及．至少局部感應耦合裝置，以將電漿激發電磁波引入位於一至少大致被固態介電質材料圍繞的位置處的波導之中；藉以使得針對一預定頻率電磁波的引入，一電漿被建立於前述缺空之中，且光透過該法拉第籠被射出；．該配置使得其存在：．波導空間中之一第一區域，延伸於位於此區域處之法拉第籠的對立面之間，此第一區域：．至少局部地容納該感應耦合裝置，且．具有一相對高之體積平均介電常數，以及．波導空間中之一第二區域，延伸於位於此區域處之法拉第籠的對立面之間，此第二區域：．具有一相對低之體積平均介電常數，且．被以下項目佔據：．該固態介電質、透光材料的組構體，以及以下任何一項．僅有該內含電磁波可激發電漿材料的封閉缺空，或者．該內含電磁波可激發電漿材料的封閉缺空以及該組構體內之一腔穴，或者．該內含電磁波可激發電漿材料的封閉缺空以及介於該組構體與該法拉第籠之間的波導空間之一中空部分，或者．該內含電磁波可激發電漿材料的封閉缺空以及該組構體內之一腔穴和介於該組構體與該法拉第籠之間的波導空間之一中空部分二者；其中：．用以將電漿激發電磁波引入波導之該至少局部感應耦合裝置延伸離開該第一區域而進入該第二區域。

在較佳的實施方式之中：．該至少局部感應耦合裝置延伸至波導空間的該第二區域中之一位置，於此處該第二區域之中一未被固態介電質材料佔據之部分存在於該耦合裝置與該法拉第籠之間；．一固態介電質材料表面至少大致延伸於該法拉第籠的對立面之間，在較佳的實施方式之中，做為該組構體之透光材料之一面，而做為介於該波導空間之第一與第二區域之間之一介面。

雖然天線可以延伸穿過該組構體一背牆中之一孔隙並且未經由任何護套即進入其中之一腔穴，且該天線可以被密封於該背牆之中；但在較佳的實施方式之中，該天線係在一護套管內延伸進入該組構體，且該護套管可便利地由該組構體之材料製成。

在較佳實施例之中，除了做為天線的密封體之外，該護套管與內有電漿缺空形成於其中的管子係同一管子。

在我們的'744申請案之中，我們亦針對我們現在所謂的LEX技術於一第二態樣之中請求專利範圍如下：一種透光波導電磁波電漿光源，包含：．一固態介電質、透光材料的組構體，該組構體提供至少：．一封閉缺空之封閉體，內含電磁波可激發電漿材料；．一法拉第籠：．包圍該組構體，．至少局部地透光，以供光自其射出，以及．界限出一波導，該波導具有：．一波導空間，該組構體佔據至少部分之該波導空間，且該波導空間具有：．一對稱軸；以及．至少局部感應耦合裝置，以將電漿激發電磁波引入位於一至少大致被固態介電質材料圍繞的位置處的波導之中；藉以使得針對一預定頻率電磁波的引入，一電漿被建立於前述缺空之中，且光透過該法拉第籠被射出；其中：．此配置使得該波導空間理論上被分成相等的前半體及後半體：．該前半體係：．至少局部地被該組構體佔據，而位於該前半體之中的該缺空係．被該法拉第籠之一前端、透光部分包圍(後半體除外)，來自該缺空的光可以透過此部分輻射出來，．該後半體具有感應耦合器延伸於其中，並且．該前半體之內容之介電常數之體積平均小於該後半體。

在本說明書之中，此稱為一第二態樣LEX LUWPL。

依據本發明之一第二態樣，其提出一種第二態樣LEX LUWPL，其中用以將電漿激發電磁波引入波導的前述之至少局部感應耦合裝置延伸離開前述之後半體而進入前述之前半體。

其亦應注意，在此等段落之中："封閉體"係表示前述段落中的"組構體"，至少在組構體包含一不同於缺空封閉體的腔穴之處，而"球狀體"則表示上述段落中的"缺空封閉體"。

截至本申請案的優先權日期之前，我們的'744申請案尚未被公開。鑒於本發明係對於我們'744申請案的發明之一改良，針對其不同的態樣，如上所引述，故包含描述於我們'744申請案之中的特徵的LUWPL均可以藉由本發明加以改善。因此，為了本發明之揭示之目的，來自我們'744申請案的詞句被複述以下的引號之中。

"我們依據光源之阻抗在一通往耦合裝置之輸入端處評估其是否具有一感應成分，而判定耦合裝置是否"至少局部地感應"。

"我們可以預期某些配置，其中耦合裝置可以未全部被固態介電質材料環繞。例如，該耦合裝置可以延伸自波導空間中的固態介電質材料並穿過其中之一空氣間隙。然而，我們通常並不預期此空氣間隙存在。

"包含缺空的可激發電漿材料可以完全被配置於第二、相對低平均介電常數區域之內。或者，其可以延伸通過法拉第籠，且局部地位於法拉第籠以及第二區域的範圍之外。

"在某些實施例之中，該第二區域自該感應耦合裝置經過該缺空而在一方向上延伸越過該缺空。此並非以下所述的第一較佳實施例的情形。

"通常，組構體會具有至少一不同於電漿材料缺空的腔穴。在此情形之中，該腔穴可以延伸於該缺空之一封閉體與該組構體中的至少一周邊圍壁之間，該周邊圍壁具有一厚度，小於該腔穴從該封閉體到該周邊圍壁的延伸範圍。

"在一可能的但非較佳的實施例之中，該組構體具有至少一外形尺寸，小於對應的法拉第籠之尺寸，波導空間介於組構體與法拉第籠之間的部分的延伸範圍未被固態介電質材料佔據。

"在另一可能的但非較佳的實施例之中，該組構體被配置於法拉第籠之中，與配置感應耦合器的一端對立的波導空間之一端有所間隔。

"在另一實施例之中，圍繞感應耦合裝置的固態介電質材料與組構體係同一材料。

"在以下所述的第一較佳實施例之中，圍繞感應耦合裝置的固態介電質材料是一種比該組構體之材料具有較高介電常數的材料，此較高介電常數材料位於一圍繞該感應耦合裝置的主體之中且被配置成毗鄰該組構體。

"通常，該法拉第籠會透光，以供其中的光的徑向輻射。並且該法拉第籠最好是透光的，以供其中的光的向前輻射，意即遠離波導空間的第一、相對高介電常數區域。

"同樣地，通常該感應耦合裝置會是，或者會包含，一伸長形天線，其可以是一單純的導線，延伸於該相對高介電常數材料的主體中的一鑽孔(bore)之中。通常，該鑽孔會是一位於該主體中的穿通鑽孔，使天線毗連該組構體。其可以在毗連組構體背面的分離主體的正面之中提供一鏜孔(counterbore)，且該天線係T形的(就剖面輪廓而言)，使其T形的頭部佔據該鏜孔並毗連該組構體。

"在第三態樣之情形，前半體與後半體的介電常數體積平均之差異可以是由該具有端對端不對稱性及/或被以不對稱形式置放於法拉第籠之中的組構體所造成。

"在較佳實施例之中：．該組構體佔據整個波導空間，．至少一淨空或填充氣體之腔穴被納入前半體內的組構體之中，從而提供前半體較低的介電常數體積平均，並且．該腔穴延伸於該缺空之封閉體與該組構體中的至少一周邊圍壁之間，該周邊圍壁具有一厚度，小於該腔穴從該缺空之封閉體到該周邊圍壁的延伸範圍。

"可能的情況是：．該組構體佔據波導空間之一前端部分，．一個相同材料的分離主體佔據波導空間的其餘部分，並且．至少一淨空或填充氣體之腔穴被納入前半體內的組構體之中，從而提供前半體較低的介電常數體積平均，並且．該腔穴延伸於封閉體缺空與該組構體中的至少一周邊圍壁之間，該周邊圍壁具有一厚度，小於該腔穴從該缺空之封閉體到該周邊圍壁的延伸範圍。

"此外，在較佳的實施方式之中：．該組構體佔據整個波導空間之一前端部分，並且．一個較高介電常數材料之分離主體佔據該波導空間的其餘部分或者至少大部分。

"在一分離主體使用與組構體相同或不同介電質材料之情況，該感應耦合裝置能夠延伸越過後半體進入前半體之中而遠及組構體所及之處。

"同樣地，在較佳的實施方式之中：．至少一淨空或填充氣體之腔穴被納入前半體內的組構體之中，從而提高前半體與後半體之間的介電常數體積平均之差異，並且．該腔穴延伸於該缺空之封閉體與該組構體中的至少一周邊圍壁之間，該周邊圍壁具有一厚度，小於該腔穴從該缺空之封閉體到該周邊圍壁的延伸範圍。

"雖然該腔穴或每一腔穴均可以被淨空及/或被吸除空氣，但通常該腔穴或每一腔穴均會被一處於一大氣壓的一半到十分之一的低壓力等級氣體所佔據，特別是氮氣。或者可能的情況是，該腔穴或每一腔穴均可以開放至周遭大氣(註1)。

(註1)雖然此段落在我們'744申請案申請時係我們的偏好，但我們目前較傾向於該腔穴被以氣體填充至一個5毫巴(mbar)到1500毫巴的壓力，特別是填充處於100毫巴到700毫巴之壓力的氮氣。

"封閉體缺空有可能延伸於腔穴之側向，交越組構體之一中心軸。然而，通常缺空之封閉體會延伸於組構體的中央縱軸之上，意即，從前端到背面的軸上。

"缺空之封閉體可以連接至組構體之一後牆與一前牆二者。然而，在較佳的實施方式之中，缺空之封閉體僅連接至組構體之前牆。

"在較佳的實施方式之中，缺空之封閉體延伸穿過前牆且局部穿過法拉第籠。

"可能的情況是，該前牆可以是圓頂狀。然而，通常該前牆會是平的，且平行於組構體之一後牆。

"通常，缺空之封閉體以及組構體的其餘部分會是相同的透光材料。"然而，缺空之封閉體以及至少組構體之外牆可以是不同的透光材料。例如，外牆可以是較便宜的玻璃，像是硼矽酸鹽玻璃(borosilicate glass)或鋁矽酸鹽玻璃(aluminosilicate glass)。此外，外牆可以是隔絕紫外線之材料。

"在較佳實施例之中，波導空間被組構體佔據的部分大致等同於前半體。

"只要有提供，前述之分離主體可以與組構體隔開，但在較佳的實施方式之中，其毗接組構體之一背面，且被側向地設置於法拉第籠之旁。該組構體可以具有一裙狀結構(skirt)，與該分離主體二者毗連該組構體之一背面，且該分離主體被側向地設置於該裙狀結構之內。

"在較佳的實施方式之中，該缺空封閉體係管狀的。

"在較佳的實施方式之中，組構體與固態介電質材料之分離主體，只要有提供，係以一中央縱軸為中心旋轉而成之主體。

"或者，該組構體與固態主體可以是其他形狀，例如長方形剖面。

"其方便地提供LUWPL與以下項目結合．一電磁波電路，具有：．電磁波能量之一輸入，該電磁波能量來自其之一來源，以及．其之一輸出連接，通往LUWPL之感應耦合裝置；其中該電磁波電路係．一複阻抗電路(complex impedance circuit)，被組構成一帶通濾波器(bandpass filter)且使電磁波能量來源之輸出阻抗匹配LUWPL的感應輸入阻抗。

"在較佳的實施方式之中，該電磁波電路係一可調式梳型傳輸線濾波器(tunable comb line filter)；並且"該電磁波電路可以包含：．一金屬外殼，．一對理想電導體(perfect electric conductor；PEC)，各自於該外殼之內接地，．一對連接，連接至該PEC，其中之一者用於輸入，另一者用於輸出，以及．各自之一調諧(tuning)元件，提供於該外殼之中，每一PEC之遠端之對側。

"其可以提供另一調諧元件於PEC之間的隔膜(iris)之中。

"很方便地，特別是在第三態樣的情形中，組構體與氧化鋁主體一起填充波導空間。

"很方便地，特別是在第五態樣的情形中：．該感應耦合裝置延伸遠及介於主體與組構體之間的毗連介面；．組構體與主體係同一材料。

"或者：．該主體係不同材料，該主體具有一較高之介電常數。

"所提供的分離主體可以毗接至組構體之一背面且被側向地設置於法拉第籠之旁。然而，在較佳的實施方式之中，該組構體可以具有一裙狀結構，與該分離主體二者毗連該組構體之一背面，且該分離主體被側向地設置於該裙狀結構之內。

"雖然主體與封閉體可以是同一透光材料，但與我們的WO 2009/063205申請案的主要差異在於，提供其中延伸有球狀體的腔穴；在較佳的實施方式之中，固態介電質材料之主體會比封閉體的透光材料具有較高之介電常數，且通常會是不透光的。

"其應特別注意，我們可以預期本發明的某些實施例落入LER專利的範疇之中，因為其係範圍較寬廣的專利。

"該腔穴可以是開放式的，允許空氣或者其他周遭氣體進入封閉體以大致圍繞球狀體。然而，該腔穴通常會是閉合且密封的，而封閉體之中保持一真空或者一特定引入之氣體。

"封閉體及密封其內的腔穴可以是各種不同的形狀。在較佳實施例中，該封閉體係一旋轉之主體。其可以是球狀、半球狀，具有一平面背牆毗連固態介電質主體之一平面正面，或者如同於較佳實施例之中，圓柱狀，同樣地具有一平面背牆以毗連固態介電質主體。

"通常封閉體會具有固定厚度的牆壁，藉以使得該封閉體與腔穴具有同一形狀。

"雖然預計球狀體可以是球狀的，但較佳之實施方式係伸長形而具有一圓形剖面，基本上由管狀的材料構成，於兩端封閉。

"該球狀體可以自封閉體之一前牆朝其背牆延伸入腔穴。或者，其可以延伸自平行於背牆之封閉體之一側壁。

"其亦可以設想該球狀體可以延伸自該封閉體之背牆。

"雖然其可以設想該球狀體可以在該球狀體的對立側/端連接至該封閉體之多個牆面，但在較佳的實施方式之中，其僅連接至一個牆面。以此種方式，球狀體之材料大致與封閉體之材料熱隔離；雖然其較佳之實施方式係相同的透光材料。

"通常，該球狀體，或其一部分，會位於發光器的中央，在共振期間承受最高的電場。

"在一簡單的配置之中，封閉體及固態主體可以是直徑相等且毗連在一起，從背牆到正面，藉由法拉第籠彼此托承。然而，較佳的方式是封閉體向後延伸，以一框緣契合主體中之一互補的回折處，或者以一裙狀結構接收主體於其內。

"在較佳的實施方式之中，主體之中供天線所用之鑽孔位於中央並通往主體之正面，天線延伸所到之處，使得球狀體被配置成其一部分與封閉體的背牆之間的間隔等於該封閉體從前到後的尺寸之一微小比例。在較佳實施例之中，主體之正面具有一凹槽，被天線的扁圓頭佔用。

"或者，其可以設想，該天線可以是：．主體之中呈偏心狀，以一桿狀形式終結於主體的正面處，或者具有一扁圓鈕狀，或者．主體之中呈偏心狀並延伸進入封閉體，方便地透過腔穴中之一孔隙通道通往周遭環境，或者透過一閉口導管自背牆延伸入腔穴，藉以使得該腔穴能夠被密封。

在我們描述於我們'744申請案的所有實施例之中，前述之感應耦合裝置係一天線，較佳之實施方式係具有一扁圓頭，阻絕進入具有較低體積平均介電常數的第二區域或前半體。

1‧‧‧組構體

2‧‧‧內部閉合缺空封閉體

3‧‧‧內側端

4‧‧‧外側端

5‧‧‧端板

6‧‧‧內側平板

7‧‧‧外側管體

9‧‧‧裙狀結構

10‧‧‧外側端

11‧‧‧環狀腔穴

12‧‧‧密封點

13‧‧‧裙狀凹槽

14‧‧‧正圓柱形塊體

15‧‧‧中央鑽孔

18‧‧‧天線

20‧‧‧六角形穿孔法拉第籠

21‧‧‧中央孔隙

22‧‧‧無穿孔裙狀結構

23‧‧‧鋁質底座塊體

24‧‧‧第一內部區域

25‧‧‧第二區域

26‧‧‧第一、後半體

27‧‧‧第二、前半體

31‧‧‧板凳振盪器

32‧‧‧同軸纜線

33‧‧‧輸入連接器

34‧‧‧帶通濾波器

35‧‧‧空氣波導

36‧‧‧第一PEC

37‧‧‧第二PEC

38‧‧‧第三PEC

39‧‧‧調諧螺絲

40‧‧‧導線

41‧‧‧導線

42‧‧‧連接器對

43‧‧‧接合套管

44‧‧‧鑽孔

45‧‧‧陶瓷絕緣套管

71‧‧‧管體

72‧‧‧天線護套

73‧‧‧孔隙

74‧‧‧空間

101‧‧‧組構體

114‧‧‧鋁質塊體

120‧‧‧法拉第籠

121‧‧‧孔隙

151‧‧‧凹槽

152‧‧‧環狀空氣間隙

172‧‧‧天線護套

201‧‧‧組構體

214‧‧‧鋁質塊體

220‧‧‧法拉第籠

272‧‧‧天線護套

301‧‧‧組構體

302‧‧‧缺空封閉體

310‧‧‧環狀腔穴

314‧‧‧石英塊體

318‧‧‧天線

372‧‧‧天線護套

401‧‧‧組構體

409‧‧‧裙狀結構

411‧‧‧腔穴

414‧‧‧鋁質塊體

418‧‧‧天線

420‧‧‧法拉第籠

423‧‧‧底座塊體

461‧‧‧波導空間之部分

472‧‧‧天線護套

502‧‧‧電漿缺空封閉體

505‧‧‧圓頂

510‧‧‧腔穴

518‧‧‧天線

572‧‧‧天線護套

602‧‧‧小直徑管體

605‧‧‧前端圓盤

606‧‧‧圓盤

607‧‧‧長度

611‧‧‧腔穴

613‧‧‧凹槽

614‧‧‧鋁質塊體

651‧‧‧顆粒體

672‧‧‧天線護套

673‧‧‧中央孔隙

675‧‧‧缺空閉合體

706‧‧‧內側端板

718‧‧‧天線

1011‧‧‧缺空

1012‧‧‧固態圍壁

1201‧‧‧圓盤

1202‧‧‧穿孔圓柱形部分

3011‧‧‧缺空

4091‧‧‧裙狀結構

4201‧‧‧前端圓盤

6021‧‧‧近側頸部

6022‧‧‧遠側頸部

6051‧‧‧中央鑽孔

6071‧‧‧邊緣

7061‧‧‧密封孔隙

7062‧‧‧密封

7181‧‧‧鎢質中段

7182‧‧‧內側焊接末端

7183‧‧‧外側焊接末端

A‧‧‧軸線

P‧‧‧平板

V‧‧‧平板

為了輔助對於本發明之理解，以下將藉由舉例並參照所附圖式說明本發明之特定實施例，其中：圖1係依據本發明之一石英組構體、一氧化鋁塊體以及一LUWPL之天線之展開視圖；圖2係圖1之LUWPL之一中央剖面側視圖；圖3係該LUWPL類似圖2之一示意圖；圖4係圖1之LUWPL之一剖面視圖，配合一匹配電路以將微波導入 LUWPL，配置供原型測試之用；圖5係一經過修改之LUWPL類似圖3之一視圖；圖6係另一經過修改之LUWPL之一類似視圖；圖7係一第三經過修改之LUWPL之一類似視圖；圖8係一第四經過修改之LUWPL之一類似視圖；圖9係一第五經過修改之LUWPL之一類似視圖；圖10係一第六經過修改之LUWPL之一類似視圖；而圖11係一變異之LUWPL類似圖2之一視圖。

基於避免混淆之故，以下的說明包括對於我們'744申請案的內容依據本發明之修改。為了協助讀者，描述修改之詞句被以斜體字呈現。

參見圖式之中的圖1至圖3，此透光波導電磁波電漿光源具有一石英材質之組構體1，換言之，熔接而成，而非結晶矽片(crystalline silica sheet)或拉製管(drawn tube)之形式。一內部封閉之缺空封閉體2形成於其內，呈外徑8毫米，內徑4毫米的拉製管。其在其內側端3與其外側端4處被密封。我們編號WO 2006/070190與WO 2010/094938的國際專利申請案之中的習知密封方法均可適用。微波可激發電漿材料被密封於封閉體內部。其外側端4突出穿過一端板5大約10.5毫米，而該封閉體之整體長度大約是20.5毫米。

自其形成缺空的管體71從缺空封閉體之內側端繼續向後延伸成一天線護套72。

端板5係圓形的，且讓封閉體2密封於其內的一個中央鑽孔之中，該鑽孔於此處並未被編號。該端板係2毫米厚。一類似之平板6被設置以在其間留下一個10毫米的間隔，且在封閉體的內側端與內側平板6之間存在一個大約2毫米的微小間隙。天線護套被熔接至平板6，在平板中具有一孔隙73，使得以下所述之天線可以穿入護套之中。該平板之直徑34毫米，且被密封於一拉製石英管7之中，該管具有一38毫米之外徑以及2毫米厚之管壁。此配置將二管體佈放成與二平板同心，該二平板在與其中軸成直角的方向延伸。同心軸A係定義於下的波導之中軸。

外側管體7之外側端10與外端板5之外側表面切齊，而該管之內側端從內側平板6的背表面向後延伸17.5毫米而成為一裙狀結構9。此結構提供：

．一環狀腔穴11介於該等平板之間，環繞缺空封閉體且位於外側管體之內。該外側管體具有一密封點12，腔穴透過其被淨空並被再填充壓力等級係一大氣壓的十分之一的低壓氮氣。

．一裙狀凹槽13，其內之空間74延伸入天線護套72之中。

容納於該裙狀凹槽內者係一氧化鋁之正圓柱形塊體14，被製做成恰可在該凹槽內滑動。其外徑係33.9毫米而厚度係17.7毫米。其具有一2毫米直徑之中央鑽孔15。外表面之邊緣針對密封之濺出物被去角化，以防止封閉到鄰近之處。

一天線18藏納於鑽孔15之中。天線之長度可延伸進入天線護套72之中。後者具有一2毫米之內部長度。

石英組構體1被容納於六角形穿孔法拉第籠20之中。此在端板5處延伸越過組構體，並在腔穴10的範圍內沿著外側管體返回。該籠具有一中心孔隙21，供缺空封閉體之外側端所用，以及一無穿孔裙狀結構22，比石英裙狀結構9更向後延伸8毫米，其容納氧化鋁塊體14。一鋁質底座塊體23支承組構體以及氧化鋁主體，使無穿孔籠體之裙狀結構局部地交疊該鋁質塊體。因此，法拉第籠將該二組件托持在一起並倚靠於塊體23之側。該塊體不僅提供機械支撐，同時亦提供法拉第籠之電磁封閉。

上述的尺寸提供給法拉第籠於2.45GHz處共振。我們相信天線之延伸成僅在位於缺空封閉體之內側端處的密封厚度之內，有助於微波能量從天線傳到缺空內的電漿的較佳傳輸，因此就耗用於供給LUWPL的每瓦特電力所產生的光的流明值(lumen)而言，有助於LUWPL之效率之提升。

法拉第籠內的體積構成的波導空間理論上被分成二個區域，由平面P隔開，氧化鋁體塊14於此處毗連組構體之內側平板6。第一內部區域24包含天線，但此對於該區域內之材料之介電常數之體積平均之影響微不足道。位於該區域之內者係氧化鋁塊體及石英裙狀結構。其對於體積平均之貢獻如下：

氧化鋁塊體14：體積=π x(33.9/2)² x 17.7=15967.7，介電常數=9.6，體積x介電常數=153289.9。

石英裙狀結構9 體積=π x((38/2)²-(34/2)²)x 18=4069.4，介電常數=3.75，體積x介電常數=15260.3。

第一區域24 體積=π x((38/2)²)x 18=20403.7，體積平均介電常數=(153289.9+15260.3)/20403.7=8.26。

第二區域25包含組構體但不包含裙狀結構。其部件對於體積平均的貢獻如下：

缺空封閉體體積=π x((8/2)²-(4/2)²)x 8=301.4，介電常數=3.75，體積x介電常數=1130.3，

腔穴封閉體體積=π x((38/2)²-(34/2)²)x 10=2260.8，介電常數=3.75，體積x介電常數=8478.1。

外部平板體積=π x((38/2)²)x 2=2267.1，介電常數=3.75，體積x介電常數=8501.6。

內側平板體積=π x((38/2)²)x 2=2267.1，介電常數=3.75，體積x介電常數=8501.6，

天線護套體積=π x((8/2) ² -(4/2) ² )x2=75.4，介電常數=3.75，體積x介電常數=282.6，

腔穴體積=整體體積扣除石英部分之總和=15869.5-301.4-75.4-2260.8-2267.1-2267.1=8773.1，介電常數=1.00，體積x介電常數=8697.7，

第二區域25 體積=π x((38/2)²)x 14=15869.5，體積平均介電常數=(1130.3+8478.1+8501.6+8501.6+8697.7+282.6)/15869.5=2.24.

因此其可以看出，第一區域之體積平均介電常數顯著高於第二區域。此係肇因於氧化鋁塊體之高介電常數。其結果從而係第一區域對於波導內所包含的部件之組合之諧振頻率具有一決定性之影響。然而，本修改在此方面造成微不足道的差異。

該二區域對照的平均數值，8.26及2.24，可以有效地對照整個波導空間的平均，(20403.7 x 8.26)+(15869.5 x 2.24)/(20403.7+15869.5)=5.62。此圖並未因該修改而被大幅地變更。

若區域之比較並非在第一與第二區域被介於組構體與氧化鋁塊體之間的毗連平面分隔的基礎上進行，而是介於二個相等的半體之間，則該比較具有一基本上類似的結果。該分隔平面V，平行於該毗連平面，下降1.85毫米而落入氧化鋁塊體之中。後者在軸線A的方向上是均勻的。因此，第一、後半體26之體積平均維持於8.26。第二、其餘的、前半體27因氧化鋁及石英裙狀結構之片段而有所貢獻。此貢獻可以自其體積平均介電常數估算出來：

1.85毫米片段體積=π x(38/2)²x 1.85=301.4，介電常數=8.26，體積x介電常數=2097.0。

前半體體積=π x((38/2)²)x 14+π x(38/2)²x 1.85=15869.5+301.4=16170.9，體積平均介電常數=(15869.5 x 2.24+2097.0)/16170.9=2.33。

因此，對於此特別的實施例，使用石英、氧化鋁、2毫米壁厚以及2.45GHz之運作頻率，其間比例上的差異如下：前/後區域2.24：8.26，相較於前/後半體2.33：8.26。此比例相當於0.271：0.281或者0.96：1.00。

因此其可以說，本身是我們'744申請案之創造性概念之替代性比較之該二比例，並未受本修改影響。

其應注意，此LUWPL明顯地小於一個運作於2.45GHz的LER石英坩堝，例如，直徑49毫米而長度19.7毫米者。

以下參見圖4，並記住圖1至圖3的原型結構之尺寸被調整成運作於2.45GHz。圖4顯示LUWPL結構與一帶通濾波器之結合，以使產生之微波匹配LUWPL。該圖顯示天線延伸入護套之中。在此頻率的產品之中，其將由一磁控管(magnetron)產生。在原型測試之中，其由一板凳振盪器(bench oscillator)31產生，並藉由同軸纜線32饋入一帶通濾波器34之輸入連接器33。此被實施成一空氣波導35，具有二理想電導體(PEC)36、37，配置成供微波之輸入及輸出。一第三PEC 38被提供於介於前述二者之間的隔膜之中。調諧螺絲39被提供於該等PEC之遠端之對側。輸入PEC藉由一導線 40連接至同軸纜線32之纜芯。輸出連接至另一導線41，其透過一對連接器42連接通往天線18，而該對連接器42之中央係一接合套管(junction sleeve)43。濾波器34與LUWPL中間處，提供有鋁質底座塊體23。其具有一鑽孔44，導線41穿過其延伸，其間插入一陶瓷絕緣套管45。

其應注意，所述之配置無法自發性地啟動。在原型運作之中，電漿可以藉由一特斯拉線圈裝置(Tesla coil device)的激發而被起始。或者，缺空之中的惰性氣體可以是放射性的，諸如氪(Krypton)85或者至少其之一較低比例。同樣地，預計藉由施用一汽車點火型態之放電至位於接近缺空封閉體之末端4之一電極，能夠起始電漿放電。

組構體與氧化鋁塊體系統之諧振頻率在電漿才僅剛剛建立時的啟動與電漿被完全建立並在電漿缺空之內充當一導體時的最大功率之間來回變化。為了調適此點，一諸如前述之帶通濾波器被使用於微波產生器與LUWPL之間。

以下參見圖5，其顯示一經過修改之LUWPL，其中組構體101相較於氧化鋁塊體114及法拉第籠120具有一較小之外圍直徑。氧化鋁塊體之正面具有一淺凹槽151，其尺寸被製做成用以接收及置納組構體之背面。後者係由一天線護套172構成，天線進入其中並延伸至凹槽151之外。組構體之正面被安置於一位於法拉第籠正面的孔隙121之中。此可以具有一金屬圓盤1201，側向延伸至穿孔圓柱形部分1202，光可以透過其自組構體之中的缺空1011中之電漿輻射出來。此配置在組構體周圍和法拉第籠內部留下一環狀空氣間隙152，這有助於組構體區域之低體積平均介電常數。雖然其可以提供一諸如腔穴10之環狀腔穴，但其將顯得狹窄且組構體最好由一固態圍壁1012環繞缺空1011構成。此變異具有組構體之形成較簡易之優點，但從天線到電漿的微波能量預計不會具有如此良好之耦合。組構體的更多軸向光傳播將無法透過法拉第籠在此方向上輻射，被圓盤1201反射。然而，大部分的光線自組構體徑向輻射出來而被收集以藉由一位於LUWPL外部之反射器(圖中未顯示)進行準直化未必是一個缺點。

參見如圖6所示之另一經過修改的LUWPL，組構體201與氧化鋁塊體214和法拉第籠220的直徑相同。然而，其係固態之石英。此在組構體與塊體所界定的區域之間的體積平均介電常數上的差異較不顯著，其係各別材料的介電常數之間的差異。天線護套272係石英塊體201中之一鑽孔。

在圖7的經過修改的LUWPL之中，組構體301實際上等同於第一實施例中之組構體1。差異在於固態介電質塊體係一石英塊體314。如圖所示，該石英塊體與該組構體分離。然而其可以是組構體的一部分，使得天線護套372延伸於環狀腔穴310之背牆前方。此配置將在天線318與缺空3011之間提供較少之介面。相信其具有增強天線至缺空之耦合的優點。介於組構體與塊體或者至少天線延伸於其中的石英固態件之間的介電常數體積平均差異較小，全仗環繞缺空封閉體302之環狀腔穴310之存在。

在另一修改之中，如圖8所示，組構體401除了環繞氧化鋁塊體414的裙狀結構409之外，另具有一向前延伸的裙狀結構4091。由於包圍於法拉第籠420內的波導空間之一部分461係空的，因而增加了介電常數體積平均差異。裙狀結構4091支承法拉第籠並使得後者處加入前端圓盤4201，其可以是穿孔或無穿孔，以將組構體及塊體維持於底座塊體423之側。同樣地，天線護套472與天線418自圍繞缺空封裝體的組構體之腔穴411之背面向前延伸。

在又另一修改之中，顯示於圖9之中，組構體501基本上類似圖1及圖2中的組構體1，除了二處特徵之外。首先，電漿缺空封閉體502之方位相對於波導空間之縱軸A係呈橫向之配置。該封閉體被密封入圍繞封閉體之腔穴510之對立側507。此外，前平板被置換成一圓頂505。一天線護套572使得天線518可以緊密地朝電漿缺空封閉體502接近。

以下參見圖10，其中所示之LUWPL具有與圖1至圖4之中者稍微不同的組構體。以下將參照其製造的方法對其加以說明：

1.一小直徑石英管體602被熔接於一石英圓盤606之中央，其實施一天線護套672之鑽孔對齊圓盤606中之一中央孔隙673。在天線護套的末端處，該管體被封閉成一缺空閉合體675。該管體同時亦具有一近側頸部6021與一遠側頸部6022；

2.一大直徑管體之長度607被密封至圓盤606，密封之方式給位於一裙狀結構609內之氧化鋁塊體614提供一腔穴611和一凹槽613。

3.另一具有一中央鑽孔6051之前端石英圓盤605被密封至該大直徑管體之邊緣6071以及較小直徑之管體，使得該近側頸部恰好位於前端圓盤之外部；

4.一微波可激發材料之顆粒體651被置入內管之中，而留置於缺空閉合體675之上。接著該管被淨空。而後圓盤606被加熱以使得該顆粒體昇華並重新凝聚於近側頸部6021以內的管體之中。顆粒體之中的雜質蒸發而被清除。該管體從而被從背端填充惰性氣體並於外側的頸部處被密封；

5.內管接著在內側的頸部處被密封。

通常，被密封以形成組構體之構件係石英材質，其在一寬廣的光譜範圍內是透明的。然而，若需要限制某些色光及/或諸如紫外線的某些不可見光的散發，則可以將對該等光線不透明的經過摻雜之石英使用於組構體之外部構件或者甚至整個組構體。同樣地，組構體的其他部件，除了缺空封閉體之外，均可以由較不昂貴的玻璃材料製成。

本發明並未被限定於上述實施例的細節。例如，法拉第籠被描述成在透光處係網狀，而在氧化鋁塊體及鋁質底座塊體周圍則無穿孔。其係形成自0.12毫米之金屬板片。或者，其可以是由金屬線網構成。同樣地，該籠可以是由沉積於組構體上之氧化銦錫(indium tin oxide)形成，合宜地具有一金屬板片圓柱體環繞氧化鋁及鋁質圓柱體。同樣地，組構體與氧化鋁塊體裝載於鋁質底座塊體上之處，沒有光亮能夠通過該氧化鋁塊體離開。在氧化鋁塊體置換成石英之處，光線可以通過該處，但無法穿過鋁質塊體。該塊體電性封閉法拉第籠。該籠的無孔部分可以向後延伸遠及鋁質塊體。該籠甚至能夠延伸到具有縮減直徑的鋁質塊體的石英背側。

另一個可能性是其可能存在一空氣間隙介於組構體與氧化鋁塊體之間，其中天線越過空氣間隙以延伸進入組構體之中。我們預計此通常會透過一天線護套，以使得環繞缺空封閉體的腔穴可以至少局部地被淨空。然而，我們認為，不管其是否存在一空氣間隙，天線本身均可以延伸進入腔穴，其中該腔穴透過穿過天線的孔隙通連周遭空氣層。另一個可能性是孔隙針對天線被密封。

雖然在上述內容，組構體被描述成係由石英構成，而較高介電常數主體被描述成係由氧化鋁構成；但組構體可以是其他的透光材料，諸如多晶氧化鋁(polycrystalline alumina)，而該較高介電質材料主體亦可以是其他高介電質材料，諸如鈦酸鋇(barium titanate)。

至於運作頻率，所有上述的尺寸細節均係針對2.45GHz之運作頻率。由於本發明之LUWPL在任何特定之運作頻率均能夠較一等效LER LUWPL更精巧，故其預計本發明之LUWPL會在諸如434MHz的較低頻率(仍然位於一般接受的微波範圍的定義之內)找到應用，肇因於在因電磁波較長波長的較大尺寸與因本發明之縮減LUWPL尺寸之間的平衡。對於434MHz頻率，預計一固態振盪器適合取代一磁控管，諸如使用於在2.45GHz處運作的LUWPL產品。預計此種振盪器之生產及/或運作更加經濟。

在所有上述的實施例之中，組構體相對於其中央縱軸係不對稱的，特別是由於其通常具備裙狀結構。然而，其可以預期組構體可以具有此對稱性。例如，實施例圖10將是大致對稱的，若前方密封被處理修平且其不具有裙狀結構的話。

此外，上述之組構體被不對稱地安置於波導空間之中。不僅由於組構體未被配置成區域間之毗連平面P重合半體平面V，並且由於組構體朝向波導空間之一端；而分離的固態介電質材料主體則朝向其他端。然而，其可以預計分離的主體可以被併入同一材料的組構體之中。在此配置之中，組構體並未被不對稱地安置於波導空間之中。但其本身係不對稱的，在一端具有一腔穴，且在其他端大致上不具有缺空，以提供其介電常數之不同的端對端體積平均。

另一個可能的變異係提供一前向延伸裙狀結構於鋁質承載塊體之上。此可以在組構體上提供或不提供一裙狀結構。在有提供的情況下，法拉第籠可以向後延伸至承載塊體裙狀結構之外，且被固定至其上。或者，在該籠體係一組構體上之沉積的情況，具裙狀結構之承載塊體可以被徑向地向內推入沉積籠體材料之上以與其接觸。

本發明並未被限定於上述實施例的細節。例如，缺空封閉體相較於包圍環狀腔穴的外側管體在運作時炙熱許多。為了避免石英組構體中的高熱應力，天線護套可以以類似圖9的方式與缺空封閉體分離，其中天線護套與缺空封閉體被以一間隙分隔。此可以參照圖2設想成圖中所示介於缺空封閉體2與天線護套72之間的石英的連續體中之一裂縫。在此設想的變異之中，缺空封閉體之方位如同在其他實施例之中被軸向地設置，其中間隙位於介於缺空封閉體與天線護套之間的中軸之上。

在圖9的實施例之一變異之中，缺空封閉體僅能從環狀腔穴之一側上的一端延伸，在其另一端與外側管體隔開。

在另一變異之中，參照圖11進行描述，天線718無須延伸於一天線護套之中，而是以一密封的方式延伸進入外圍封閉體之中。此可以透過位於內側端板706中之一密封孔隙7061達成。

為了避免熱應力，天線較佳之實施方式係具有一鎢質中段7181通過內側平板，具有內側及外側之焊接銅質末端7182、7183。無可避免地，天線相較於熔接石英具有較大之延展係數，位於4.5到0.5 x 106。為了化解此差異，具有中等延展係數之一鋁矽酸鹽玻璃之密封7062被使用於孔隙7061之中。