專利名稱：燈的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種燈。
背景技術：
在申請人的國際專利申請W02006/129102號中，已經(jīng)披露具有無電極燈泡的燈， 其通過微波波導來激發(fā)。該燈泡是短的并且包含在波導的深度之內(nèi)。在還未公開的另一個專利申請中，已經(jīng)披露略微從波導中突出的燈泡。該燈泡沒 有突出超過波導的深度。在Thorn公司的美國專利5072157號中，披露了一種用于在放電管中激發(fā)等離子 體的發(fā)射器或者激勵器(surfatron)。根據(jù)本專利，激勵器“產(chǎn)生平行于放電體的縱軸的振 蕩電場”。這就激發(fā)等離子體來發(fā)射紫外輻射。美國專利4810933號描述了激勵器和放電管類型的改進的燈。其提示，在放電管 中產(chǎn)生駐波的激勵器裝置是應該避免的。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)可使用本申請人的專利中描述的微波波導類型在放電管中激發(fā)等離子 體放電。波導設置為管穿過波導時，這是令人^C喜的，特別是考慮到放電中的表面波的電場 (雖然是微波頻率的)沿管的軸向，而波導的電場和該管正交。
發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，提供一種燈，包括·固態(tài)電介質材料的微波波導，該波導是具有如下特征的體·在相對兩側之間具有厚度，·從一側延伸進波導體中的放電管縫隙，和·在相對兩邊之間具有橫向尺寸，該尺寸是以驅動頻率在上述邊緣之間的波導中 微波振蕩的波長的整數(shù)和/或分數(shù)倍，上述邊緣電接地；·容納在波導中用于激發(fā)微波振蕩的驅動探頭，和 放電管，該放電管·長度大于波導厚度的兩倍，·從波導的至少一側延伸并且延伸進波導中的縫隙中，以將微波振蕩從波導耦合 到放電管，并且·包含可通過微波振蕩激發(fā)的材料，以在放電管中產(chǎn)生發(fā)光等離子體。通常，波導的厚度小于其橫向尺寸。波導是長方體時，相對的兩邊可以是平行的平面邊，或者，波導是圓形或橢圓形 時，相對的兩邊可以是相反凸起彎曲的。優(yōu)選地，固態(tài)介質材料從包括如下材料的組中選擇氧化鋁、石英、包括聚四氟乙 烯的塑料材料、鈦酸鋇和鈦氧化物；并且放電管是石英、玻璃或者多晶氧化鋁。在燈開發(fā)的本階段，測試了多種放電管，大部分的數(shù)量級是波導厚度的十倍。預計長度短至波導厚度兩倍的放電管可以工作。然而，和發(fā)明人的專利申請W02006/129102號的燈涉及高能電子與熱氣體分子的碰撞相比，這些管中發(fā)光放電涉及高能電子和冷氣體分 子的碰撞，因而，這樣短的管可能處于可用性極限處。后者通過惰性氣體載體中的金屬鹵化 物激發(fā)發(fā)射可見光。本發(fā)明的放電管根據(jù)其填充物發(fā)射可見光和/或紫外(UV)光。填充物是稀有氣體 和/或游離鹵素氣體和/或包括汞時，發(fā)射UV光。這樣的填充物是作為受激子而公知的。 發(fā)射UV光的燈可以用于需用UV光對水殺菌的情況，或者，放電管可鍍以產(chǎn)生可見光的熒光 材料。填充物是具有金屬鹵化物、金屬鹵氧化物和金屬氫化物的稀有氣體的情況下，發(fā)射可 見光。合適的化合物包括鈦、錫、銦、鉈的碘化物、溴化物和氯化物。氯氧化鈮和氫化鎂也是 適合的。注意，預計包含受激子和上述金屬鹵化物、金屬鹵氧化物以及金屬氫化物的所有 鹵素會腐蝕具有電極的放電燈的電子，而本發(fā)明的燈的放電管并不具有電極。盡管美國專利4810933號中有所教導，要避免形成駐波，特別是通過使用非相干 發(fā)射器來避免，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)通過使用一定長度的放電管用要產(chǎn)生的等離子放電產(chǎn)生輻射駐波 可以獲取有益的效果。另外令人驚訝地發(fā)現(xiàn)，用頻率相同長度不同的放電管驅動燈，可以激發(fā)不同波長 的駐波，這是因為輻射的波節(jié)間距離是變化的。在此階段，并不了解源于何種機制而產(chǎn)生這 種現(xiàn)象。此外，我們用相對低的功率驅動長的放電管，使得放電在波導內(nèi)從驅動點起指數(shù) 衰減，并且不在管的全長產(chǎn)生放電。這對于如對液體流進行殺菌的場合來說并不令人滿意， 其中波節(jié)的變化不太可能成為問題，但是從管的一端到另一端的衰減使得部分液體流未受 照射。
為了有助于理解本發(fā)明，現(xiàn)在通過示例并且參考附圖來描述本發(fā)明的特定實施 例，其中圖1是本發(fā)明的燈的透視圖；圖2是具有短放電管的燈的側面示意圖；圖3是具有長放電管的燈的側面示意圖。
具體實施例方式參考附圖，圖1示出填充低壓鹵素/惰性氣體混合物的石英放電管1，在和一端4 距離1/4波長(λ)的縫隙3處(即在中心處)穿過1/2波長的氧化鋁波導2。該波導鍍 銀，以在其相對端4、5之間建立諧振。該諧振的模式與波導的厚度無關，因此該厚度可以是 薄的，比如1/20波長。天線/探頭6位于另一縫隙7中，用放大器9經(jīng)由匹配電路8驅動。 該匹配電路可以是如在申請人的國際申請PCT/GB2007/001935號中描述的帶通梳狀濾波 器類型。該放大器可以是固態(tài)裝置。此外，可以使用磁控管。通常，驅動頻率是2. 4GHz，在該頻率，介電常數(shù)為10的氧化鋁的波長是100mm， λ /2的波導長50mm。天線縫隙位于距波導各端12. 5mm的中心處，并且波導厚5mm。
如圖2所示，波導接近一端時，200mm短管中發(fā)生等離子體放電，沿管長度方向有 三個駐波波節(jié)，彼此間隔50mm。波導用來將來自波導中諧振的微波能量耦合到放電管中的 表面波。下面將波導稱為“耦合器”。管的介電常數(shù)不是10，并且可以認為管中波節(jié)間的距 離與波導的λ/2長度相同屬于巧合。該管是石英的，其介電常數(shù)是3. 78。典型地，其外徑 是6mm，壁厚1mm。采用2托(2mm Hg)的填充壓力。在此壓力下，所有氣體填充物中出現(xiàn)發(fā) 光等離子體放電，而且認為從微波、表面波、電場到填充物的能量擴散出現(xiàn)在接近氣體填充 柱外部之處，產(chǎn)生高能電子，該高能電子移動進入填充物的體，并在其中撞擊氣體顆粒并且 引起發(fā)光。已經(jīng)注意到，隨著填充壓力的增加，存在發(fā)射的趨勢，即等離子體更多地沿氣體 填充物的軸聚集。預計不使用大于一個大氣壓的填充壓力。相應地，為了增加光擴散，優(yōu)選增加管的直徑并且保持低填充壓力，填充壓力典型 地低于10托。圖3示出使用25mm的管直徑來實現(xiàn)的具體方式，該管直徑與一些波導的尺 寸相當，并且比縫隙3大(令其過大會干擾波導中的振蕩模式)。所示的管具有直徑6mm長 IOmm的頸部21和外徑25mm長IOOmm的大直徑部分22。
圖4示出具有位于其長度1/4處的耦合器的600mm長的放電管。為了增強驅動微 波信號，出現(xiàn)的等離子體放電的波節(jié)位于其短部分中，而在其較長部分中沒有波節(jié)，在較長 部分中，激發(fā)的表面波沿著長度衰減，這也是由于來自等離子體的紫外輻射。因此，沒有足 夠的微波輻射達到管的遠端，以產(chǎn)生反射從而建立駐波。圖5中示出將本發(fā)明的燈實際安裝在總水管101中，以用燈的UV光照射水W來對 水殺菌。在總水管中的彎曲處102，玻璃管103在總水管的上游部分的中心軸上突出。該 管具有封閉的上游端部104，并且用0形環(huán)105密封，防止從彎頭中的配件106處漏水。該 配件具有使用不透光板108封閉的開口 107，防止UV光射出。該燈的放電管109延伸進玻 璃管中，耦合器110和驅動電路111位于開口中。來自該管的UV光照射在總水管中流動的 水。應該注意，在此實施例中，放電管縫隙112不延伸通過耦合器110，并且放電管僅在耦合 器一側延伸。圖6中示出配置為條形燈的本發(fā)明的燈。其包括中央耦合器201，匹配電路和微 波源202位于頂部殼體203中的。從該殼體的每一側并且與其整體模制的向下延伸的是開 口反射器204。為了反射并且作為法拉第籠的一部分，開口反射器和殼體的內(nèi)部被金屬化 205，并通過反射器的唇緣207所夾持的線狀網(wǎng)格206形成法拉第籠。燈的放電管208從耦 合器201側向延伸，在兩個反射器中具有相等部分。圖7中示出另一個燈，形式是具有壁殼301和透明蓋302的照明燈。在壁殼的上 部區(qū)域，燈的耦合器303沿徑向延伸，匹配電路和微波源304置于中央。放電管305是環(huán)狀 的，沒有可分離的明顯端部，在壁殼內(nèi)圍繞該源。線306卷繞于該管，作為法拉第籠。圖8中示出作為燈絲燈泡替換物的另一種燈。其具有模制的外殼401和螺紋狀配 件402。從外殼向前延伸的是透明封閉體403，除了用于光輻射的前端外，該透明封閉體403 被金屬化404為可反光的，并且該前端具有金屬化線405的樣式，以在此處形成法拉第籠。 在外殼內(nèi)安裝耦合器406和微波源407。放電管408穿過耦合器并且自身折回，以將其長度 容納在封閉體中。管的端部409鄰接以沿耦合器彼此支撐，但其內(nèi)部不相連并且僅物理連 接到耦合器的外部。本發(fā)明并不意于限于上述實施例的細節(jié)。例如，在所使用的填充物并不腐蝕硼硅酸鹽玻璃的情況下，硼硅酸鹽玻璃可用來代替石英用于放電管。其他的替代物可以是多晶 氧化鋁。雖然也可以采用其它的材料，但考慮到經(jīng)濟因素不太可行，例如YAG和人工藍寶 石。如果期望使用具有延伸通過波導的小直徑部分的大直徑放電管并且放電管在波導兩側 延伸，那么該管可以是如腰般收縮的，波導可以分為兩部分，圍繞該管如腰般收縮的部分封 閉。
權利要求
一種燈，包括·固態(tài)介質材料的微波波導，該波導是具有如下特征的體·在相對兩側之間具有厚度，·從一側延伸進所述波導體中的放電管縫隙，和·在相對兩邊之間的橫向尺寸，該尺寸是以驅動頻率在所述邊緣之間的波導中微波振蕩的波長的整數(shù)和/或分數(shù)倍，所述邊緣電接地；·容納在所述波導中用于激發(fā)所述微波振蕩的驅動探頭，和·放電管，該放電管·長度大于所述波導厚度的兩倍，·從所述波導的至少一側延伸并且延伸進所述波導上的縫隙中，以將所述微波振蕩從所述波導耦合到所述放電管，并且·包含可通過所述微波振蕩激發(fā)的材料，以在所述放電管中產(chǎn)生發(fā)光等離子體。
2.如權利要求1所述的燈，其中，所述波導的厚度小于其橫向尺寸。
3.如權利要求1或者2所述的燈，其中，所述放電管從所述波導向兩側延伸。
4.如權利要求3所述的燈，其中，所述燈被設置為用從波導向兩側延伸的放電管部分 輻射光。
5.如前述任一權利要求所述的燈，其中，所述放電管為彎曲的，所述放電管的中心軸大 體位于一平面中，并且所述波導大體和所述平面成直角地延伸。
6.如權利要求1到4的任一項所述的燈，其中，所述放電管是三維彎曲的，所述波導設 置在由所述放電管的中心軸限定的形狀的一端或者一側。
7.如權利要求5或者6所述的燈，其中，所述放電管的兩個端部互相接觸，但在其接觸 點處管的內(nèi)部不連接。
8.如權利要求5或者6所述的燈，其中，所述放電管的兩個端部互相接觸，并且在其接 觸點處管的內(nèi)部是連續(xù)的。
9.如前述任一權利要求所述的燈，其中，所述燈的長度的量級是所述波導厚度的十倍 或者更大。
10.如前述任一權利要求所述的燈，其中，所述放電管的長度是放電管中處于微波驅動 頻率的駐波波長的倍數(shù)。
11.如前述任一權利要求所述的燈，其中，固態(tài)介質材料從包括如下材料的組中選擇 氧化鋁、石英、包括聚四氟乙烯的塑料材料、鈦酸鋇和鈦氧化物。
12.如前述任一權利要求所述的燈，其中，所述放電管是石英的、玻璃的或者多晶氧化 鋁的。
13.如前述任一權利要求所述的燈，其中，所述可激發(fā)材料是通過用微波能量在其中激 發(fā)的等離子體輻射紫外光的類型。
14.如權利要求13所述的燈，其中，所述可激發(fā)材料是稀有氣體和/或游離鹵素氣體， 可能包括汞。
15.如權利要求13或者14所述的燈，其中，所述放電管具有熒光材料內(nèi)層，用于通過所 述紫外光產(chǎn)生可見光。
16.如權利要求1到12的任一項所述的燈，其中，所述可激發(fā)材料是通過用微波能量在其中激發(fā)的等離子體輻射可見光的類型。
17.如權利要求16所述的燈，其中，所述可激發(fā)材料是具有金屬鹵化物、金屬鹵氧化物 或者金屬氫化物的稀有氣體。
18.如前述任一權利要求所述的燈，其中，所述放電管封裝在法拉第籠中以封閉微波輻 射。
19.如權利要求18所述的燈，其中，所述法拉第籠包括位于所述管一側的可見光反射 器和位于所述管相對側上透射可見光的構件。
20.如前述任一權利要求所述的燈，其中，所述放電管在波所述導容納處是如腰般收縮 或者如頸般收縮的。
21.如權利要求20所述的燈，其中，所述頸部處于所述放電管的端部。
22.如權利要求20所述的燈，其中，所述如腰般收縮的部分遠離所述放電管的端部，所 述波導分為固定在所述管的腰部的兩部分。
23.如前述任一權利要求所述的燈，其中，所述放電管中可激發(fā)材料的靜態(tài)蒸汽壓力低 于一個大氣壓。
24.如權利要求23所述的燈，其中，所述靜態(tài)蒸汽壓力為10托或者更小。
25.如前述任一權利要求所述的燈，其中，所述整數(shù)是一或者二，使用所述燈時在波導中建立基頻諧振。
26.如前述任一權利要求所述的燈，其中，所述相對兩邊是平行的平面邊。
27.如權利要求1到25的任一項所述的燈，其中，所述相對兩邊是相反凸起地彎曲的邊。
28.如前述任一權利要求所述的燈，其中，設置所述相對邊、探頭和放電管縫隙，使得耦 合到放電管的波導中的振蕩與波導的厚度無關。
29.如前述任一權利要求所述的燈，包括微波能量源和連接在所述源和波導之間的匹 配電路。
全文摘要
填充鹵素/惰性氣體混合物的玻璃放電管(1)，從距離一端(4)1/4波長的縫隙(3)處穿過1/2波長的氧化鋁波導(2)。該波導鍍銀，以在其相對端(4，5)之間建立諧振。天線/探頭(6)位于另一個縫隙(7)中，用放大器(9)經(jīng)由匹配電路(8)來驅動。放電管的長度大于波導厚度的兩倍，從波導的至少一側延伸。
文檔編號H01J65/04GK101868846SQ200880112259
公開日2010年10月20日 申請日期2008年10月17日 優(yōu)先權日2007年10月19日
發(fā)明者B·普雷斯頓, E·C·奧德爾 申請人:塞拉維申有限公司