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Hintergrund
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Plasmalampen
liefern intensives Licht, das von ionisiertem Gas erzeugt wird.
Ein Wellenleiter, der einen Kolben enthält, empfängt elektromagnetische Mikrowellenenergie
von einer Quelle. Substanzen in dem Kolben bilden Plasma bei Vorhandensein von
ausreichender Energie. Bei einigen Plasmalampen weist der Wellenleiter
ein Feststoffdielektrikum auf. Der Kolben ist an der Kante des Wellenleiters
positioniert, so dass Licht von dem Wellenleiter durch ein Fenster
emittiert werden kann. Bei anderen Plasmalampen ist der Wellenleiter
gasgefüllt,
und ein Lichtreflektor, der um den Wellenleiter angeordnet ist, leitet
Licht weg von dem Kolben.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
ein Blockdiagramm eines Plasmalampensystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der
Erfindung.
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2 ist
ein Querschnitt einer Plasmalampe gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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3 ist
ein Graph, der eine exemplarische Abbildung eines relativen Ausgangs-/Eingangsleistungsverhältnisses
für einen
Ellipsoidresonanzwellenleiter darstellt, der für eine Plasmalampe verwendbar
ist, wie sie in 2 veranschaulicht ist.
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4 ist
ein Querschnitt einer Plasmalampe gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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5 ist
ein Querschnitt einer Plasmalampe gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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Detaillierte
Beschreibung
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1 zeigt
ein Blockdiagramm eines Plasmalampensystems, das allgemein bei 10 gezeigt
ist. System 10 kann eine Plasmalampe 12 umfassen,
die angepasst ist, um elektromagnetische Energie 14 von
einer Energiequelle 16 zu empfangen. Die Lampe 12 kann
einen Wellenleiter 18 umfassen, der einen Körper 19 aufweist,
der einen Umfang 20 definiert, in dem ein Kolben 22 angeordnet
ist. Der Kolben 22 enthält
eine Gasfüllung,
die Plasma bildet und Licht emittiert, wenn dieselbe durch eine
ausreichende elektromagnetische Energie angeregt wird. Licht 24,
das durch den Kolben erzeugt wird, wird aus dem Wellenleiter hinaus
gesendet.
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Eine
beliebige elektromagnetische Energie 14, die geeignet und
ausreichend ist, um Plasma in dem Kolben 22 zu erzeugen,
kann verwendet werden. Zum Beispiel kann elektromagnetische Energie eines
oder mehr von Hochfrequenz- (HF-) Energie, Unterinfrarotenergie,
Mikrowellenenergie, Millimeterwellenenergie, Licht- (infrarot, sichtbar
oder ultraviolett) Energie und Röntgenstrahlenenergie
umfassen. Bei einigen Beispielen kann Energie in dem Bereich von
1 Gigahertz (GHz) bis 10 GHz verwendet werden. Energie mit einer
einzigen Frequenz, mehreren Frequenzen und variierender oder konstanter
Phase, Amplitude und Frequenz kann verwendet werden.
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Die
elektromagnetische Energie 14 kann an den Wellenleiter 18 durch
eine beliebige geeignete Übertragungsverbindung
gesendet werden, wie z. B. durch eine koplanare, planare oder koaxiale Übertragungsleitung,
einen Verbindungswellen leiter, eine drahtlose Übertragungsverbindung oder
eine Kombination derartiger Verbindungen. Die Energie kann mit oder
ohne Umwandlung bezüglich
Form oder Frequenz an der Quelle 16, entlang der Übertragungsverbindung
oder an dem Lampenwellenleiter 18 übertragen werden.
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Eine
Resonanz erzeugt hohe relative Leistung, die mit dem Kolben 22 zum
Anregen einer Plasmabildung in der Gashülle gekoppelt werden kann. Der
Wellenleiter 18 kann dimensioniert sein, um eine Resonanz
der empfangenen Energie 14 in einer bestimmten Resonanzmode
zu erzeugen, wie z. B. eine transversale elektrische (TE) oder eine
transversale magnetische (TM) Mode. Ein Kolben kann an oder in der
Nähe von
einem Resonanzpunkt positioniert sein. Bei einer Grundmode kann
eine Resonanz auftreten, wenn eine Abmessung des Wellenleiters einem
ganzzahligen Vielfachen der Hälfte
der Wellenlänge
einer Frequenz der angelegten Energie in dem Dielektrikum oder den
Dielektrika, die den Körper 19 bilden,
entspricht. Ein Wellenleiter, bei dem eine Resonanz auftritt, kann
auch als ein Resonanzhohlraum oder ein Resonator bezeichnet werden.
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Bei
dem Kolben 22 kann es sich um eine kleine Kammer handeln,
die mit einem geeigneten Gas gefüllt
ist, wie z. B. einem Edelgas. Ein zweites Element oder eine zweite
Verbindung können
enthalten sein, um Licht in einem gewünschten Frequenzbereich zu
liefern. Zum Beispiel kann Licht erzeugt werden, das sich in einem
oder mehr der Infrarot-, sichtbaren und Ultraviolettfrequenzbereiche
befindet.
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Der
Kolben kann auch positioniert sein, wo es sich eignet, um ein Ausgeben
des erzeugten Lichts von dem Wellenleiter zu liefern. Der Kolben kann
in einer lichtdurchlässigen
Kammer 26 positioniert sein, die durch einen Lichtkammerumfang 28 begrenzt
sein kann. Die Kammer 26 kann sich gemeinsam mit dem Wellenleiter
erstrecken, denselben überlappen,
in demselben enthalten sein oder denselben enthalten. Der Kolben
kann sich sowohl in dem Wellenleiter 18 als auch in der
lichtdurchlässigen
Kammer 26 befinden. Die Formen und/oder Größen des
Wellenleiters und der lichtdurchlässigen Kammer können unterschiedlich
sein. Bei einem Beispiel, bei dem der Wellenleiter und die lichtdurchlässige Kammer
sich gemeinsam erstrecken, kann der Kolben entlang dem Wellenleiterumfang
oder innerhalb des Wellenleiters beabstandet von dem Umfang positioniert
sein. Ein oder mehr Kolben können
an einem Ort oder Orten verwendet werden, die einer lokalen Energiespitze
oder -spitzen entsprechen können,
oder an einer anderen Position, die zum Zünden und Aufrechterhalten von
Plasma in dem Kolben oder den Kolben geeignet ist, wie z. B. an
einer Resonanzenergiespitze.
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Der
dielektrische Wellenleiterkörper 19 kann ein
oder mehr Gase (einschließlich
Luft und Vakuen), Flüssigkeiten
und Feststoffe und Kombinationen von zwei oder mehr dieser Dielektrika
umfassen. Dielektrika mit höheren
Dielektrizitätskonstanten
ermöglichen,
dass der Wellenleiter kleinere Abmessungen aufweist, während eine
Resonanz geliefert wird. Beispiele für Feststoffmaterialien, die
für Dielektrika
geeignet sind, umfassen Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid, Titanate und
Variationen und Kombinationen dieser Materialien. Andere Beispiele,
die eine weitere Charakteristik eines lichtdurchlässig Seins
umfassen können,
können
solche Materialien wie Silikonöl,
Saphir, Zirkoniumoxid, Magnesiumoxid oder ein beliebiges transparentes
oder anderes lichtdurchlässiges Dielektrikum
umfassen. Poröse
Materialien oder Materialien, die porös gemacht werden können, wie
z. B. Aerogel, Siliziumoxid, Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid und dergleichen,
können
ebenfalls verwendet werden.
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Licht,
das durch die Kolben erzeugt wird, kann aus dem Wellenleiter hinaus
gesendet werden. Ein Kolben kann neben einem Fenster in dem Wellenleiter
positioniert sein oder kann von einem Fenster beabstandet sein.
Licht, das durch einen Kolben erzeugt wird, kann entlang ein oder
mehr lichtdurchlässigen
Medien gesendet werden, die sich direkt oder indirekt zwischen dem
Kolben und einem Wellenleiterfenster oder einer -öffnung erstrecken.
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Viele
Variationen bezüglich
der Formen des Wellenleiters 18 und der lichtdurchlässigen Kammer 26 können verwendet
werden. Die 2, 4 und 5 zeigen
drei Beispielssätze
von Formen, die für Plasmalampen
verwendet werden können.
Diese Figuren veranschaulichen hauptsächlich Wellenleiter und lichtdurchlässige Kammern
mit durchgehend gebogenen Umfängen.
Abhängig
von den Ausführungsbeispielen
können
auch andere Konfigurationen verwendet werden. Zum Beispiel können Wellenleiter
eine Kombination von flachen Oberflächen, wie z. B. eine Kastenform,
eine Kombination von flachen und gebogenen Oberflächen, wie
z. B. ein Zylinder mit flachen Enden oder eine Parabel mit einem
flachen Ende, oder durchgehende gebogene Oberflächen, wie z. B. ein Zylinder
mit gebogenen Enden, eine Kugel, eine Kombination einer Halbkugel
und eines Abschnitts eines Ellipsoids oder Paraboloides, oder andere
geeignete regelmäßige oder
unregelmäßige Formen
aufweisen. In diesen Figuren können zusätzliche,
alternative oder optionale Ausführungsbeispiele
von Merkmalen mit dem gleichen Bezugszeichen mit oder ohne ein oder
mehr Striche identifiziert sein, wie z. B. 28a, 28a', 28a'' und 28a'''. Auf diese
verschiedenen Ausführungsbeispiele
kann auch gemeinsam Bezug genommen werden unter Verwendung des Grundbezugszeichens,
wie z. B. bei diesem Beispiel 28a.
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2 zeigt
insbesondere eine Plasmalampe 12', die angepasst ist, um in einem
Lampensystem 10 verwendet zu werden. Die Lampe 12' kann einen Wellenleiter 18', der einen
Körper 19' mit einem Umfang 20' aufweist, und
einen Kolben 22' umfassen. Elektromagnetische
Energie von einer Quelle kann mit dem Wellenleiter 18' gekoppelt werden,
z. B. durch eine Energiezuführvorrichtung 30.
Es können mehr
als eine Energiezuführvorrichtung
von ein oder mehr Energiequellen und mehr als ein Kolben verwendet
werden. Jede Zuführvorrichtung
und jeder Kolben kann an einem beliebigen jeweiligen Ort platziert
sein, der hinsichtlich der Geometrie des Wellenleiters, der Frequenz
oder Frequenzen der angelegten Energie und der relativen Orte der
Zuführvorrichtungen
und Kolben geeignet ist. Zum Beispiel kann eine optionale Zuführposition
die Mitte des Wellenleiters oder die Mitte eines Endabschnitts sein,
wie z. B. in der Mitte des Halbkugelumfangabschnitts 20a', wie es durch
die Zuführvorrichtung 30 dargestellt
ist, die in gestrichelten Linien gezeigt ist und sich von einer Seite
des Wellenleiters hinein erstreckt.
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Bei
diesem Beispiel kann der Körper 19' ein Feststoffdielektrikum 32 umfassen,
das auch Licht sendet. Der Wellenleiterkörper 19' und die lichtdurchlässige Kammer 26' können sich
somit gemeinsam erstrecken. Zum Beispiel kann es sich bei dem Dielektrikum 32 um
Saphir handeln, der eine Dielektrizitätskonstante k größer als
9 aufweisen kann, was den Wellenleiterkörper kleiner macht, als wenn
die Dielektrizitätskonstante
geringer wäre,
wie im Fall von Luft. Der Wellenleiter kann auch gasgefüllt oder teilweise
oder vollständig
mit einem porösen
Dielektrikum gefüllt
sein, wie z. B. Aerogel, fasriges Siliziumoxid, Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid
oder dergleichen, um eine Wärmeentfernung
durch einen Luftfluss durch das Dielektrikum zu erleichtern. Ein
flüssigkeitsgefüllter Wellenleiter
kann die Verwendung von konduktivem oder konvektivem Kühlen ermöglichen.
Das Dielektrikum 32 kann auch aus einer Mehrzahl von unterschiedlichen
dielektrischen Abschnitten gebildet sein, bei denen es sich um eines oder
mehr von einem Feststoff, einer Flüssigkeit, einem Gas, einem
lichtdurchlässigen
Material und einem nicht lichtdurchlässigen Material handeln kann. Bei
der lichtdurchlässigen
Kammer 26' kann
es sich auch um eines oder eine Kombination von bezüglich elektromagnetischer
Energie leitenden Materialien und bezüglich elektromagnetischer Energie
nicht leitenden Materialien handeln, abhängig von der bestimmten Anwendung
und Konfiguration, die gewünscht
sind.
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Ein
Umfang 20' kann
durch eine Grenze 34 definiert sein, die eines oder beide
von Licht, egal ob Infrarot, sichtbar oder ultraviolett, und elektromagnetischer
Energie reflektieren kann. Die Grenze 34 kann dadurch als
eine Wellenleiterabschirmung 36 bei dem Wellenleiterumfang 20', als eine Lichtabschirmung
oder Leitvorrichtung 38 bei einem Lichtumfang 28' oder als sowohl
eine Wellenleiterabschirmung als auch eine Lichtabschirmung fungieren.
Die Leitvorrichtung 38 kann auch zusätzliche Elemente innerhalb
der lichtdurchlässigen
Kammer 26' umfassen.
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Bei
einer Wellenleiterabschirmung 36 kann es sich um ein beliebiges
geeignetes Material handeln, das elektromagnetische Energie reflektiert
oder leitet. Zum Beispiel kann es sich um ein durchgehendes leitfähiges Material,
wie z. B. massives Metall, oder nicht durchgehende leitfähige Materialien,
wie z. B. ein massives Metall mit Öffnungen, ein Metallgitter oder
ein Sieb, handeln. Nicht durchgehende Materialien können regelmäßig oder
unregelmäßig beabstandete Öffnungen
aufweisen, wie z. B. Öffnungen zwischen
Linien von sich kreuzenden Drähten,
die ein Gitter bilden. Eine Wellenleiterabschirmung, wie z. B. ein
Gitter, kann ein heißer
Spiegel sein, dahingehend, dass dieselbe elektromagnetische Energie reflektiert
und Licht durchlässt
(bezüglich
desselben durchlässig
ist). Eine Lichtleitvorrichtung beeinflusst das Senden von Licht
und kann ein oder mehr Lichtleitelemente umfassen, wie z. B. Reflexionselemente,
Brechungselemente und Filter. Eine Leitvorrichtung, die als ein
Reflektor fungiert, wie z. B. eine dünne Metallbeschichtung, kann
ein kalter Spiegel sein, dahingehend, dass dieselbe Licht reflektiert
und elektromagnetische Energie durchlässt.
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Optisch
in hohem Maße
reflektierende, dünne
Metallbeschichtungen können
für die
Lichtleitvorrichtung 38 verwendet werden, die den Lichtumfang 28' bildet. In
hohem Maße
reflektierende Beschichtungen können
undurchlässig
sein und Licht reflektieren, das von dem Kolben emittiert wird.
Zum Beispiel kann die Beschichtung bei sichtbarem Breitspektrumlicht
Licht reflektieren, das Wellenlängen
in dem Bereich von 0,4 und 0,7 Mikrometern aufweist. Bei Ausführungsbeispielen,
bei denen es erwünscht
ist, dass elektromagnetische Wellen, wie z. B. Hochfrequenz- (HF-)
Wellen, Mikrowellen und Millimeterwellen, durch dieselbe hindurchgehen,
kann eine Beschichtung verwendet werden, die für derartige Wellen durchlässig ist.
Die Kolben können
sehr heiß sein, wie
z. B. bis zu 1.000°C,
und die Beschichtung kann hohe Temperaturen tolerieren. Um zum Entfernen von
Wärme aus
der Lampe beizutragen, kann eine hohe Wärmeleitfähigkeit erwünscht sein. Derartige Beschichtungen
können
in einer geeigneten Form vorliegen, wie z. B. ein dünnes Metall,
das einen Hauteffekt aufweist, eine dünne Metallbeschichtung mit
einer dielektrischen Reflexionsbeschichtung und eine dielektrische
Hochreflexionsbeschichtung.
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Eine
dielektrische Beschichtung kann auch ein Breitlichtspektrumsreflexionsvermögen aufweisen,
wie z. B. ein Reflexionsvermögen über einen Wellenlängenbereich
von 0,35 bis 0,8 Mikrometer. Als ein weiteres Beispiel kann eine
dielektrische Schicht verwendet werden, die eine Dicke aufweist, die
in etwa gleich einem Viertel einer Wellenlänge von angelegter elektromagnetischer
Energie ist, die als ein Laminat von mehreren dielektrischen Schichten,
einschließlich
Lichtreflexionsschichten, gebildet ist. Eine dielektrische Reflexionsbeschichtung
kann verwendet werden, die den gewünschten Bereich von Lichtfrequenzen
reflektiert, der durch den Kolben erzeugt wird. Metallspiegel, die
mit dünnen
dielektrischen Filmen verstärkt
werden, können
verwendet werden. Derartige Überbeschichtungen
können
dauerhafter gemacht werden mit der Verwendung von dielektrischen
Schutzschichten, die eine geeignete Dicke aufweisen, wie z. B. eine
Dicke, die in etwa eine Ganzzahl von Halbwellenlängen einer ausgewählten zu
reflektierenden optischen Frequenz beträgt.
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Bei
dem gezeigten Ausführungsbeispiel
umfassen die Umfänge 20', 28' Teilkugelabschnitte 20a', 28a', die eine gemeinsame
im Allgemeinen halbkugelförmige
Form mit einem Radius R aufweisen. Die Umfänge können auch nicht kugelförmige Abschnitte 20b', 28b' umfassen. Bei
einigen Beispielen bilden die Abschnitte 20b', 28b' eine teilweise im Allgemeinen
ellipsoide, paraboloide oder andere Form. Wie es erwähnt wurde,
bildet die Metallbeschichtung die Lichtleitvorrichtung 38.
Dementsprechend bildet der Abschnitt der Metallbeschichtung (oder
eine andere Reflexions- oder Brechungsvorrichtung), der dem Lichtkammerumfangsabschnitt 28a' entspricht,
ein Lichtleitelement 39, das eine reflektierende Oberfläche 39a aufweist.
Auf ähnliche
Weise bildet der Abschnitt der Metallbeschichtung, der dem Umfangsabschnitt 28b' entspricht,
ein Leitelement 41, das eine reflektierende Oberfläche 41a aufweist.
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Eine
oder mehr Öffnungen,
wie z. B. eine Öffnung 40,
können
das Senden von Licht aus dem Wellenleiter 18' ermöglichen. Optische Leitvorrichtung 42,
wie z. B. ein Integrationsstab 44, können das Licht 24 weiter
verarbeiten, nachdem dasselbe aus dem Hohlraumwellenleiter 18' ausgetreten
ist. Andere Formen von optischen Vorrichtungen, wie z. B. Linsen,
Filter und Reflektoren, können
ebenfalls enthalten sein.
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Ein
Kolben 22' kann
innerhalb des Wellenleiters 18' an etwa einem optischen Brennpunkt
F eines nicht kugelförmigen
Abschnitts 28b' positioniert
sein. Dieser nicht kugelförmige
Abschnitt kann angepasst sein, um Licht, das durch den Kolben 22' erzeugt wird,
zu der Öffnung 40 zu
leiten. Andere Konfigurationen und Ausrichtungen können ebenfalls
bereitgestellt werden. Bei einem Beispiel, bei dem der Abschnitt 28b' eine Teilellipsoid-
oder -paraboloidform umfasst, wobei der Kolben 22' an einem optischen Brennpunkt
angeordnet ist, kann Licht, das von dem Umfangsabschnitt 28b' reflektiert
wird, in eine gemeinsame, parallele Richtung geleitet werden. Bei
einem Ausführungsbeispiel,
bei dem der obere Abschnitt 28a' kein Licht reflektiert, würde dieses
Licht dann einen breiten Strahl bilden, der nach oben geleitet wird,
wie es in 2 zu sehen ist.
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Bei
Ausführungsbeispielen,
bei denen das Dielektrikum 32 ein Feststoffdielektrikum
ist, kann der Kolben 22' in
dem Wellenleiterkörper 19' durch ein Bohren
oder anderweitiges Bilden eines Kanals 46 von dem Umfang 20' zu der gewünschten
Position des Kolbens positioniert werden. Der Kolben kann dann in
dem Kanal platziert werden, oder der Leerraum, der durch den Kanal
gebildet wird, kann mit dem geeigneten Plasmabildungsmaterial, einschließlich einem
beliebigen Lichtemittermaterial, gefüllt werden. Der Kanal kann
durch Einführung
eines Sockels oder Stabes 48, der an den Körper entlang
der Wände
des Kanals angehaftet oder mit demselben verschmolzen wird, wie
es gezeigt ist, abgedichtet oder blockiert werden. Eine oder mehr
Energiezuführvorrichtungen 30 können in
der Basis des Stabes 48 oder an anderen Orten, wie es angemessen
ist, positioniert sein. Der Kolben 22' kann somit in dem Dielektrikum 32 gebildet
werden, oder derselbe kann in einer Hülle oder Schale 50,
die in dem Dielektrikum eingebettet ist, eingeschlossen werden,
oder durch einen ausreichend breiten Kanal 46 platziert
werden. Die Schale 50 kann aus einem beliebigen geeigneten lichtdurchlässigen,
feuerfesten dielektrischen Material gebildet werden, wie z. B. Quarz,
Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid, Magnesiumoxid oder dergleichen.
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Ein
oder mehr Kolben 22' können an
einem beliebigen geeigneten Ort innerhalb der Schnittstelle von
Wellenleiter 18' und
lichtdurchlässiger
Kammer 26' positioniert
sein. Zum Beispiel ist eine optionale Position für den Kolben 22' in gestrichelten
Linien gezeigt. Derartige Positionen können einem Ort mit einem Hochenergiefeld
entsprechen oder können
einer Position entsprechen, von der emittiertes Licht ohne weiteres
fokussiert wird oder anderweitig aus dem Wellenleiter und/oder der
lichtdurchlässigen Kammer
gesendet wird.
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Eine
optionale Konfiguration für
die Lampe 12' besteht
darin, dass eines oder beide des Wellenleiters 18' und der lichtdurchlässigen Kammer 26' als ein volles
Ellipsoid geformt sind. Bei einem derartigen Ausführungsbeispiel
können
die oberen Umfangsabschnitte 20a', 28a' eine Form aufweisen, die etwa
so ist, wie es in 2 durch gestrichelte Linien
dargestellt ist. Bei diesem Beispiel, bei dem eine Ellipsoidform
verwendet wird, können
verschiedene Ellipsoidformen verwendet werden, so dass die gezeigte Form
zu Veranschaulichungszwecken dient. Wie es im Vorhergehenden erörtert ist,
können
die Orte der Energiezuführvorrichtungen
und Kolben basierend auf den bestimmten Merkmalen und Charakteristika der
gewünschten
Lampe ausgewählt
werden. Bei einigen Konfigurationen kann ein Kolben an einem oder
jedem der zwei Fokusse der lichtdurchlässigen Kammer angeordnet sein.
Energiezuführvorrichtungen
können
dann platziert werden, um den oder die Kolben geeignet mit Energie
zu versorgen.
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Eine Öffnung kann
an einem oder beiden Enden der Kammer in einer Linie mit den beiden
Fokussen angeordnet sein. Zum Beispiel ist eine Öffnung 40 an dem oberen
Ende der Kammer gezeigt. Licht, das von einem idealisierten punktgroßen Kolben
an einem der Fokusse emittiert wird, kann dazu tendieren, durch
die Lichtabschirmung durch den anderen Fokus reflektiert zu werden.
Abhängig
von dem Winkel des Lichts und von Größe und Ort der ein oder mehr Öffnungen
kann das Licht dann direkt durch eine Öffnung aus der Kammer gesendet
werden oder durch die jeweiligen Fokusse hin und her reflektiert werden,
bis der Winkel des Lichts ausreichend mit einer Achse oder Linie 51 ausgerichtet
ist, die durch die Fokusse hindurchgeht, so dass das Licht durch
eine Öffnung
austritt.
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3 veranschaulicht
das relative Verhältnis von
Leistung, die von einer Energiezuführvorrichtung, die in der Nähe der Mitte
eines Ellipsoidwellenleiters angeordnet ist, zu einer Ausgangssonde
gekoppelt wird, die in der Nähe einer
alternativen Öffnung 40 angeordnet
ist, die in 2 gezeigt ist, für Frequenzen
in dem Bereich von 2722 Megahertz (MHz) bis 2732 MHz, mit –4,75 dB
Vorwärtsübertragungskoeffizient,
was das Koppeln von Leistung von der Eingangssonde zu der Ausgangssonde
darstellt. Der Wellenleiter, der für diese Messungen verwendet wird,
weist eine in etwa ellipsoide Form auf, die etwa fünf Zoll
lang und vier Zoll breit ist, und weist Luft als das Dielektrikum
auf. Es ist ersichtlich, dass eine Resonanz bei einer Mittenfrequenz
von etwa 2727 MHz auftritt. Wenn ein Gütefaktor Q als das Verhältnis der Mittenfrequenz
zu der Bandbreite (± 3
dB) definiert wird, weist dieser Wellenleiter ein Q ≈ 2727 MHz/1,2 MHz ≈ 2300 für die Position
von Eingangs- und Ausgangssonden auf, die zur Messung verwendet
werden. Dieser Wert kann abnehmen, wenn eine erhöhte Kopplung mit einem Kolben
geliefert wird, und kann abhängig
von den Positionen der ein oder mehr Energiezuführvorrichtungen und Kolben
und der Frequenz und Amplitude der angelegten elektromagnetischen
Energie variieren. Zum Beispiel besteht durch ein Bewegen der Ausgangssonde
tiefer in die Mikrowelle hinein eine erhöhte Kopplung mit der Ausgangssonde
(–1,4
dB), jedoch ein verringerter Gütefaktor
(etwa 270). Beim Entwerfen einer Lampe zur Verwendung bei einer
bestimmten Anwendung kann ein Gleichgewicht zwischen Gütefaktor
und Kopplungskoeffizient ausgewählt
werden.
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4 veranschaulicht
ein weiteres Beispiel einer Plasmalampe, die im Allgemeinen bei 12'' gezeigt ist, die einen Wellenleiter 18'' und eine sich gemeinsam erstreckende
lichtdurchlässige
Kammer 26'' aufweist. Ein
Umfang 20'' des Wellenleiters
kann einen oberen Abschnitt 20a'',
der eine im Wesentlichen halbkugelförmige Form aufweist, und einen
unteren Abschnitt 20b'', der eine modifizierte
Ellipsoid- oder
Paraboloidform aufweist, aufweisen. Elektromagnetische Energie kann
durch eine oder mehr Energiezuführvorrichtungen,
wie z. B. die Energiezuführvorrichtung 30,
in den Wellenleiter gesendet werden. Die lichtdurchlässige Kammer 26'' kann einen ähnlich geformten Umfang 28'' mit einem halbkugelförmigen Abschnitt 28a'' und einem nicht kugelförmigen Abschnitt 28b'' aufweisen. Die lichtdurchlässige Kammer 26'' ist durch eine Leitvorrichtung 38' definiert,
die Leitelemente 39' und 41' umfasst. Oberflächen 39a' und 41a' der jeweiligen
Leitelemente 39' und 41' entsprechen
Lichtkammerumfangsabschnitten 28a'' und 28b''. Ein Kolben 22" kann in der
Radialmitte C des Abschnitts 28a'' positioniert
sein, wobei diese Position auch ein Brennpunkt des Abschnitts 28b'' sein kann. Es kann auch angemessen
sein, den Kolben von einem Spitzenresonanzpunkt zu verschieben.
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Licht,
das von dem Kolben 22'' gesendet wird,
das anfangs zu dem Abschnitt 28a'' geleitet wird,
kann zurück
durch den Kolben 22'' zu dem Abschnitt 28b'' reflektiert werden. Licht von
dem Kolben, das zu dem Abschnitt 28b'' geleitet
wird, kann zu einer Öffnung 40' reflektiert
werden, wie es durch Licht 24 dargestellt ist. Bei einem
Ausführungsbeispiel,
bei dem der obere Abschnitt 28a'' nicht
alles Licht reflektiert, das von dem Kolben 22'' emittiert wird, z. B. wenn die
Wellenleiterabschirmung 36' aus einem
Gitter mit mehreren regelmäßig beabstandeten Öffnungen 40' gebildet ist,
kann der Umfangsabschnitt 28b'',
wie derselbe durch das Segment als eine gestrichelte Linie gezeigt
ist, angepasst sein, um Licht von dem Kolben in einer parallelen
Richtung durch den Abschnitt 28a'' zu
reflektieren, wie es durch Licht 24' gezeigt ist.
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Der
Wellenleiter 18" kann
einen Körper 19'' aufweisen, der mit einem Gas,
einer Flüssigkeit und/oder
einem Feststoffdielektrikum 32' gefüllt ist, die von einer Wellenleiterabschirmung 38' umgeben sind.
Der Kolben 22'' kann in dem
Dielektrikum getragen werden, wie es für die Lampe 12' beschrieben wurde,
die in 2 gezeigt ist. Der Kolben 22'' kann in einer Schale 50' enthalten sein,
die wiederum auf einem Dielektrikumtragebein, -sockel oder -stab 48' oder einer
anderen Trägervorrichtung
getragen werden kann.
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5 veranschaulicht
weitere Ausführungsbeispiele
einer Plasmalampe, die im Allgemeinen bei 12''' gezeigt ist.
Bei einem Ausführungsbeispiel,
das in 5 gezeigt ist, kann der gesamte Umfang 20''' eines
Wellenleiters 18''', einschließlich der Abschnitte 20a''' und 20b''',
kugelförmig
sein, wobei elektromagnetische Energie über eine Energiezuführvorrichtung 30 eingegeben
wird. Diese Struktur kann dimensioniert sein, um eine Elektromagnetische-Energie-Resonanz mit einem
hohen Q zu erzeugen, wenn Energie einer geeigneten Frequenz für eine Resonanzmode
zugeführt
wird. Bei anderen Ausführungsbeispielen
kann der Wellenleiter andere Formen aufweisen. Zum Beispiel kann
ein Wellenleiter 18''', der mit Strich-Punkt-Linien gezeigt
ist, kastenförmig
oder zylindrisch sein.
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Eine
lichtdurchlässige
Kammer 26''' kann eine beliebige von verschiedenen
Formen annehmen, von denen jede zumindest teilweise durch eine Leitvorrichtung 38'' definiert sein kann, die ein oder mehr
Leitelemente umfasst, wie z. B. Leitelemente 39'' und 41'',
die den Umfang 28''' definieren. Bei diesen Beispielen
sind die Leitelemente Reflektoren und können jeweilige Oberflächen 39a'' und 41a'' umfassen.
Zum Beispiel kann die lichtdurchlässige Kammer der Form des Wellenleiters
entsprechen. Aufgrund der Kugelform des Umfangs 28''' kann
jedoch bei diesem Ausführungsbeispiel
relativ wenig Licht durch eine Öffnung 40'' geführt werden.
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Bei
einem weiteren Beispiel kann der obere Umfangsabschnitt 28a''' einem
oberen Umfangsabschnitt 20a''' des Wellenleiters entsprechen,
wie bei den Ausführungsbeispielen,
die unter Bezugnahme auf die 2 und 4 beschrieben
sind. Optional kann der teilweise kugelförmige Umfangsabschnitt 28a''' innerhalb
des Wellenleiters 18''' getragen werden, wie es durch
die Umfangsabschnitte 28a''' reduzierter Größe gezeigt ist, optional durch
eine Lichtöffnung 52 getrennt.
Optional kann der Umfangsabschnitt 28a''' außerhalb
des Wellenleiters getragen werden, wie es durch die gestrichel ten
Linien dargestellt ist. In diesem Fall ermöglicht die Wellenleiterabschirmung 36'', dass Licht durch mehrere Öffnungen 40'' hindurchgeht, wie es durch ein
leitfähiges
Gitter gekennzeichnet ist.
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Bei
anderen Beispielen kann der untere Abschnitt 28b''' des
Lichtkammerumfangs innerhalb des Wellenleiters 18''' oder
außerhalb
des Wellenleiters 18''' positioniert sein, wie es gezeigt
ist. Dieser untere Abschnitt kann dann eine Form aufweisen, die Licht
zu der Öffnung
oder einer anderen ausgewählten
Richtung reflektiert. Wenn der untere Abschnitt 28b''' sich
innerhalb des Wellenleiters befindet, kann ein Abschnitt 32a'' des Wellenleiterdielektrikums 32'' unter dem unteren Umfangsabschnitt 28b''' Licht durchlassen
oder nicht. Ein beliebiger Teil des Abschnitte 32a'' des Dielektrikums 32'', durch den Licht gesendet wird,
kann dementsprechend in der lichtdurchlässigen Kammer 26''' enthalten
sein. Verschiedene andere Kombinationen von oberen Umfangsabschnitten 28a und
unteren Abschnitten 28b können ebenfalls verwendet werden.
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Unter
allgemeiner Bezugnahme auf die verschiedenen Ausführungsbeispiele,
die in den 1, 2, 4 und 5 gezeigt
sind, kann eine lichtdurchlässige
Kammer 26 Regionen umfassen, die durch jeweilige Lichtkammerumfangsabschnitte 28a, Umfangsabschnitte 28b und
beliebige zugeordnete Lichtöffnungen,
wie z. B. die Öffnungen 40 und 52, begrenzt
sind. Auf ähnliche
Weise kann in dem Maße,
in dem der gesamte Wellenleiter oder ein Abschnitt desselben sich
mit einer lichtdurchlässigen Kammer 26 gemeinsam
erstrecken kann, der gesamte sich gemeinsam erstreckende Abschnitt
des Wellenleiterkörpers
oder ein Abschnitt desselben auch lichtdurchlässig sein. Die Beispiele von
Wellenleitern und lichtdurchlässigen
Kammern, die gezeigt sind, dienen zur Veranschaulichung, wobei es
möglich
ist, Wellenleiter und lichtdurchlässige Kammern auf eine Vielzahl
von Weisen zu konfigurieren, um eine Plasmalampe 12 zu
erzeugen. Zum Beispiel können
mehr oder weniger optische Vorrichtungen zum Leiten von Licht, das
durch die ein oder mehr Kolben erzeugt wird, entlang anderer Lichtwege
zu ein oder mehr Öffnungen
verwendet werden.
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Wie
es erwähnt
wurde, können
die sich gemeinsam erstreckenden Abschnitte eines Wellenleiters 18 und
einer lichtdurchlässigen
Kammer 26 eines oder mehr von einem Gasdielektrikum, einem Flüssigdielektrikum
und einem Feststoffdielektrikum sein und können teilweise oder vollständig lichtdurchlässig sein.
Dementsprechend können
Abschnitte eines Wellenleiters, die sich nicht gemeinsam mit einer lichtdurchlässigen Kammer
erstrecken, auch eines oder mehr von einem Gasdielektrikum, einem
Flüssigdielektrikum
und einem Feststoffdielektrikum sein und können lichtdurchlässig sein
oder nicht. Ein Wellenleiterkörper
kann solange als lichtdurchlässig
betrachtet werden, wie zumindest ein Abschnitt des Körpers lichtdurchlässig ist,
egal ob derselbe aus einem einzigen Dielektrikum oder einer Kombination von
Dielektrika hergestellt ist.
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Somit
können,
obwohl die vorliegende Offenbarung auf die vorangegangenen Ausführungsbeispiele
verweist, viele Variationen vorgenommen werden, ohne von der Wesensart
und dem Schutzbereich der folgenden Ansprüche abzuweichen. Die vorangegangenen
Ausführungsbeispiele
dienen der Veranschaulichung, und kein einzelnes Merkmal, keine
einzelne Prozedur oder kein einzelnes Element ist wesentlich für alle möglichen
Kombinationen, die in dieser oder einer späteren Anmeldung beansprucht werden
können.
Außerdem
umfasst die Beschreibung alle neuartigen und nicht offensichtlichen
Kombinationen von hier beschriebenen Elementen, und Ansprüche können in
dieser oder einer späteren
Anmeldung auf jegliche neuartige und nicht offensichtliche Kombination
dieser Elemente präsentiert
werden. Wenn die Ansprüche „ein", „ein erstes" oder „ein weiteres" Element oder das Äquivalent
desselben anführen,
umfassen derartige Ansprüche
eine Eingliederung von ein oder mehr derartigen Elementen, wobei
zwei oder mehr derartige Elemente weder erforderlich sind noch ausgeschlossen
werden. Außerdem
werden Kardinalanzeigeelemente, wie z. B. erster, zweiter oder dritter,
für identifizierte
Elemente verwendet, um zwischen den Elementen zu unterscheiden,
dieselben zeigen keine erforderliche oder beschränkte Anzahl derartiger Elemente
an, und dieselben zeigen keine bestimmte Position oder Reihenfolge
derartiger Elemente an, außer
es ist speziell anders angegeben.
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Zusammenfassung
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Eine
Lampe (10) kann einen Wellenleiter (18) umfassen,
der einen dielektrischen Feststoffkörper (19) aufweist,
und kann einen Kolben (22) aufweisen, der in dem Körper (19)
angeordnet ist. Der Kolben (22) kann angepasst sein, um
Licht (24) zu erzeugen, wenn derselbe durch elektromagnetische Energie
(14) angeregt wird. Der Wellenleiterkörper (19) kann zumindest
einen Abschnitt aufweisen, der für
Licht (24) durchlässig
ist. Der Wellenleiter (18) kann konfiguriert sein, um elektromagnetische
Energie (14), die von einer Quelle (16) empfangen
wird, zu leiten, und kann eine oder mehr Öffnungen (40) aufweisen,
die angepasst sind, um zu ermöglichen, dass
Licht (24) aus dem Wellenleiterkörper (19) austritt.