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[0002] 在以我们的名称授权的欧洲
专利No EP1307899中，
请求了一种光源，该光源包括
波导和
灯泡，波导被构成为用于连接至
能量源并且用于接收电磁能量，灯泡耦合至波导并且包含当从波导接收到电磁能量时发光的气体填充物，其特征在于：
[0003] (a)波导包括主要包含介电材料的主体，该介电材料具有大于2的
介电常数、小于0.01的损耗因数和大于200千伏/英寸的DC击穿
阈值，1英寸是2.54cm，
[0004] (b)波导的形状和大小能够以0.5~30GHz的范围内的至少一个操作
频率来在波导主体内支持至少一个
电场最大值，
[0005] (c)腔体沿着波导的第一面延伸，
[0006] (d)灯泡位于操作期间腔体中电场最大的
位置处，气体填充物在接收到来自谐振波导主体的
微波能量时形成发光等离子体，以及
[0007] (e)位于波导主体内的微波进给装置适用于从能量源接收微波能量并且与波导主体紧密
接触。
[0008] 在我们的欧洲专利No 2188829中，描述并请求了一种由微波能量供能的光源，该光源具有：
[0009] ·其中具有密封中空的主体，
[0010] ·围绕主体的微波密封法拉第罩，
[0011] ·法拉第罩内的主体为谐振波导，
[0012] ·在所述中空中的可由微波能量激发的材料的填充物，用于在其中形成发光等离子体，以及
[0013] ·布置在主体中的天线，用于将诱导等离子体的微波能量传输到填充物，该天线具有：
[0014] ·延伸到主体外部的连接部，用于耦合至微波能量源；
[0015] 其中：
[0016] ·所述主体为固态等离子体
坩埚，其材料是透明的，用于使光从中离开，以及[0017] ·法拉第罩至少部分透光，用于使光从该等离子体坩埚离开；
[0018] 该布置使得来自该中空中的等离子体的光能够传播通过该等离子体坩埚并且经由该罩从等离子体坩埚中
辐射出去。
[0019] 我们将此称为我们的发光
谐振器（Light Emitting Resonator，LER）或LER专利。其如上所述的主
权利要求就其
现有技术部分而言是基于首先描述的我们的EP 1307899所公开的内容的。
[0020] 在我们的公开号为No WO2010055275的欧洲专利
申请No 08875663.0中，描述和请求保护了一种光源，包括：
[0021] ·固态介电材料的透明波导，具有：
[0022] ·围绕波导的至少部分透光的法拉第罩，法拉第罩适于径向透光，[0023] ·波导和法拉第罩内的灯泡腔体，
[0024] ·波导和法拉第罩内的天线凹陷，以及
[0025] ·具有微波可激发填充物的灯泡，灯泡被容纳在灯泡腔体中。
[0026] 我们将此称为我们的蚌状壳（Clam Shell）申请，其中透明波导围绕灯泡形成蚌状壳。
[0027] 如在我们的LER专利中所使用的，我们的蚌状壳申请和本
说明书中：
[0028] ·“微波”不旨在指精确的
频率范围。我们使用“微波”来指从大约300MHz至大约300GHz的三个量级的范围；
[0029] ·“透明”是指构成被描述为透明的物品的材料是透明的或半透明的；
[0030] ·“等离子体坩埚”是指包封等离子体的封闭体，当中空中的填充物由来自天线的微波能量激发时，该等离子体位于中空中。
[0031] ·“法拉第罩”是指
电磁辐射、即微波、频率的导电
外壳，在操作中至少基本不透过
电磁波。
[0032] 我们近来在Nigel Brooks的案件编号为No 3133和3134申请日为2011年6月30日的专利申请中公开了LER改进。改进涉及将透明管整合在固态主体中的孔内，管与主体集成并且其中形成有中空。为了打消本改进使用了这两个申请的改进的疑虑，我们定义如下：
[0033] LER专利、蚌状壳申请和以上的LER改进申请的共同点在于以下方 面：
[0035] ·法拉第罩：
[0036] ·限定波导，
[0037] ·至少部分透明，并且通常对于从其发出的光至少是部分透射的，以及[0038] ·通常具有不透明的壳；
[0039] ·作为法拉第罩内的波导的、固态介电透明材料的主体；
[0040] ·波导中的密封中空，包含微波可激发材料；以及
[0041] ·用于将等离子体激发微波引入波导中的装置；
[0042] 该布置使得在中空中建立确定频率的等离子体的微波的引入并且经由法拉第罩发光。
[0043] 在本说明书中，我们将这种光源称为透明波导微波等离子体光源或LWMPLS（LUCENT WAVEGUIDE MICROWAVE PLASMA LIGHT SOURCE）。
[0044] 根据改进我们的LWMPLS的目标，我们已经认定通过与使用
电极灯泡的传统等离子体灯相比，我们可以实现更高的每单位长度的等离子体的瓦特数。
[0045] 为了正确地设置，传统的带电极等离子体、即HID（高强度放电）灯泡的光输出和寿命非常依赖于最小和最大壁
温度。最小壁温度设置添加物的
蒸汽压
力，添加物压力越高，光输出通常越高。最大壁温度对灯泡的寿命设置了限制。725°C以下的灯泡可以具有较长的寿命，850°C以上的灯泡的寿命迅速减少。
[0046] 灯泡的壁
载荷是其输入功率除以灯泡内部表面面积，通常由瓦特每cm2来表示。壁载荷用作包含这两个温度的粗略度量。已提出许多方案以最小化这两个温度之间的差。针2
对大于15000小时寿命的带电极灯泡的长寿命，20瓦特每cm被认为是上限，而50瓦特每
2
cm的灯泡寿命被认为小于2000小时。
[0047] 在所有其他条件相等的情况下，将微波能量转换成光的效率——以流明每瓦特为单位——在我们的LWMPLS中随着它们的工作瓦特数而增大。这起因于等离子体中的最大温度增大并且与随着每单位长度的功率增大等离子体的
导电性或透入深度减小有关。
[0048] 我们惊讶于该效果的显著性，因此，我们现在相信我们可以改进 LWMPLS和LER性能，从而用于其操作功率的LWMPLS和LER更短或者至少其等离子体中空更短。
发明内容
[0049] 根据本发明，提供一种具有中空长度L和额定功率P的透明波导微波等离子体光源，其中：
[0050] ·额定功率除以中空长度所得到的等离子体载荷，即P/L是至少100W/cm，[0051] 中空长度是整个中空长度减去中空的中央部分的两个半径。
[0052] 我们优选以125W/cm或以上来操作，并且针对较高的功率，以至少140W/cm来操作。
[0053] 中空中的等离子体的实际长度是可以通过透明波导而被观察到的，但根据中空中的等离子体的实际长度来测量等离子体载荷不是优选的。由于等离子体在有拱形端部的中空的中央平行部分中最强并且不延伸至较平的端部中空的末端，基于此，我们优选测量中空的整体长度并且从其各端部减去其半径。同时，可以测量实际微波功率，或者至少被传送至对LWMPLS供能的磁电管的功率，我们优选根据光源的额定功率，即光源的整体功耗来测量功率。
[0054] 在我们的LWMPLS中的一些中，如在我们的LER中那样，等离子体中空直接位于透明坩埚中，以及在其它中，如在我们的蚌状壳申请中那样，等离子体中空位于透明波导内的透明灯泡中。本发明和我们的LWMPLS的定义不限于这两种布置。其它布置是我们的未决和未公开的专利申请的某些主题。
[0055] 此外，在我们的某些LWMPLS中，我们能够以低得多的其中空的内部表面面积来来实现其操作功率。
[0056] 特别地，我们优选在100W/cm2和300W/cm2之间的壁载荷下操作。针对较高的功率，2 2 2
我们通常期望以至少125W/cm操作，优选地在150W/cm 和250W/cm 之间的范围中操作。
[0057] 我们根据我们所测量等离子体载荷的中空部分的内部表面面积来测量壁载荷，其中功率是额定功率。
[0058] 我们认为我们之所以能够在这种比传统技术更高的壁载荷下操作，归因于从我们的透明坩埚和波导产生的传导和辐射热传送。
附图说明
[0059] 为了帮助理解发明，现在将通过示例的方式并参考附图来描述本发明的具体
实施例，其中：
[0060] 图1是根据本发明的LER的侧视图；以及
具体实施方式
[0062] 参考附图，用于LER LWMPLS的透明坩埚1具有中央的中空2，中空2的内部具有微波可激发材料3。中空直径是4mm，长度是21mm。坩埚是熔融
石英，在端部平台4之间长21mm，并且是具有49mm外径的圆柱。中空的长度和坩埚的端部平台之间的长度的一致性是由于其由具有孔并且在孔的端部封闭的一
块石英构成。坩埚的长度（而不是中空的长度）对于本目的来说在某种程度上说是任意的，因为在优选的TM010模式中，谐振与坩埚长度无关。
该LER被设计为以280瓦特、2.45GHz操作。
[0063] 还示出了用于天线6的孔5以将微波引入坩埚和法拉第罩7以保持坩埚内的微波谐振。坩埚由
铝载体8支持，其被罩固定到铝载体8。
[0064] LER在TM010模式中在280瓦特下工作，这对应于133W/cm的等离子体载荷和106W/2
cm的壁载荷，我们测量到700°C的壁温度。这个装置具有高达110流明每瓦特的效能。
[0065] 为了测量等离子体载荷，我们将LER的额定功率除以等离子体的长度。在我们的实验中，等离子体11在短于中空的全部长度12处停止，如图2所示。中空一般具有拱形的端部14。
[0066] 等离子体在有拱形端部的中空的中央平行部分中最强并且不延伸至较平的端部中空的末端，基于此我们测量中空的整体长度并且从各端部减去其半径15。
[0067] 为了实现大于110流明每瓦特的效能，我们发现需要将每单位长度的等离子体的载荷增大至大于150W/cm。同时，为了使
灯具有合理的寿命，我们发现需要将最大壁载荷限2 2
制为小于300W/cm，并且优选小于250W/cm。
[0068] 用于在TM010模式中操作的坩埚的较高等离子体载荷的例子是：
[0069] 1.
[0070]
[0071] 2.
[0072] 由此对于具有合理的长寿命的高效能LER，工作条件可以被设置如下：
[0073]
电弧或等离子体载荷 每单位长度的等离子体的功率输入＞100W/cm
壁载荷 100W/cm2＜等离子体坩埚壁载荷＜300W/cm2
优选的壁载荷 100W/cm2＜等离子体坩埚壁载荷＜250W/cm2
[0074] 尽管这些条件应用于在任何模式中操作的谐振器，但是与在其它模式中操作的谐振器相比，在TM010和TM110模式中操作的圆柱LER具有容易操作和成本上的优势。这是因为，这两个模式具有谐振频率与腔体的长度无关的性质。这使得通过改变LER的长度来改变每单位长度的等离子体的功率输入特别容易，并且通过在谐振器的各端部使用头部密封的管，将成本保持为最小。
