使用无电极等离子体源灯的光波导系统的制作方法

专利名称：使用无电极等离子体源灯的光波导系统的制作方法
技术领域：
本实用新型针对用等离子体灯产生光的装置和方法。更具体地，本实用新型提供由射频源驱动的无需使用电极的等离子体灯及相关的方法。仅作为实例，这种等离子体灯可应用于如下应用场合，例如运动场、安全设施、停车场、军事和国防设施、街道、大小建筑物、交通工具前灯、飞机着陆、桥梁、仓库、UV水处理、农业、建筑照明、舞台照明、医疗照明、 显微镜、投影仪和显示器、以及这些的任意组合等等。
背景技术：
等离子体灯提供非常亮的宽频带光，并且在诸如全面照明、投影系统和工业过程的场合非常实用。目前制造的典型的等离子体灯包含气体和痕量物质的混合物，利用流经紧密接触电极的强电流来激发所述混合物以形成等离子体。但是，这种结构由于电极的损耗，因此具有有限的寿命。现有技术中已经提出了由微波源驱动的无电极等离子体灯。传统的构造包括封装在灯泡中或形成波导的介电体内的密封凹部中的等离子体填充物，其中微波能量由诸如磁电管的源提供并被引入到波导内进而电阻地(resistively)加热等离子体。美国专利 No.6，737，809B2(ESpiau等)提供了另一实例，其示出了具有局限性的不同布置。Espiau 等人示出了封入等离子体(plasma-enclosing)的灯泡和一介电腔，该介电腔形成谐振微波电路的一部分，该谐振微波电路具有微波放大器以提供激发。但是，hpiau等人的专利存在几个缺陷。在集成的构造中，介电腔在空间上的位置围绕封入等离子体灯泡的周界，这在物理上阻挡了电磁辐射(为从灯泡发射的光的形式)的大部分，尤其是在能见区。另外， 集成的构造通常难以制造且限制了封入等离子体灯泡的操作和可靠性。传统技术的这些和其他的局限性可在本说明书通篇中并在下面更详细地进行描述。从以上可见，非常期望改进照明的技术。

实用新型内容根据本实用新型，提供了针对用等离子体灯产生光的装置和方法的技术。更具体地，本实用新型提供由射频源驱动的无需利用电极的等离子体灯及相关方法。仅作为实例， 这种等离子体灯可应用于如下应用场合，例如运动场、安全设施、停车场、军事和国防设施、 街道、大小建筑物、桥梁、仓库、农业、uv水处理、建筑照明、舞台照明、医疗照明、显微镜、投影仪和显示器、以及这些的任意组合等等。在一个具体实施方式
中，本实用新型提供一种光波导系统。该系统包括至少一个无电极等离子体灯源、光源耦合元件和至少一个光波导元件。光源耦合元件耦合至发射出电磁辐射的无电极等离子体灯源的输出。光源耦合元件耦接至至少一个光波导元件。光波导元件包括具有近端和远端的至少一个光学纤维。光波导元件的近端直接耦接至光源耦合元件，以使得电磁辐射被传输到波导元件的远端。可根据各种应用场合来定位波导元件的远端，这些应用场合包括但不限于路灯、体育场照明、剧场照明和医疗装置。[0007]根据本实用新型的一个优选实施方式，提供了一种使用无电极等离子体源灯光波导系统，光波导系统包括至少一个无电极等离子体灯源，具有一输出，输出包括发射的光； 至少一个光源耦合元件，具有能够接收和发送光的至少一个输入和至少一个输出，纤维光源耦合元件的输入耦合至至少一个无电极等离子体灯源的输出；以及至少一个光波导元件，包括具有相应的近端输入和远端输出的至少一个光学纤维，纤维光源耦合元件的输出耦合至光波导元件的至少一个光学纤维的相应的近端输入，使得从无电极等离子体灯源发出的光被发送到光波导元件的光学纤维中的至少一个中并通过光学纤维的至少一个经由远端输出而发出。在根据本实用新型的一个优选实施方式的光波导系统中，其中，无电极等离子体灯源包括导电壳体，具有限定在导电壳体内的空间体积，空间体积具有内部区域和外部区域；支撑体，具有设置在或部分设置在导电壳体的空间体积的内部区域内的外表面区域以及覆盖支撑体的外表面区域的导电材料；气体填充容器，具有包括内表面和外表面以及形成于内表面内的腔体的透明或半透明体，气体填充容器包括第一端部区域和第二端部区域以及限定于第一端部区域与第二端部区域之间的长度；第一耦合元件，空间地设置在导电壳体的内部区域内并耦接至气体填充容器的第一端部区域，第一耦合元件的另一端电连接至导电材料；RF源耦合元件，空间地设置在导电壳体的外部区域内并处在距离第一耦合元件的预定距离内，RF源耦合元件的一端电连接至导电材料；设置在RF源耦合元件与第一耦合元件之间的间隙，间隙由预定距离形成；RF源，包括一输出，RF源的输出通过间隙和RF源耦合元件耦合至第一耦合元件。在根据本实用新型的一个优选实施方式的光波导系统中，其中，RF源通过间隙和 RF源耦合元件至少电感性地耦合至第一耦合元件。在根据本实用新型的一个优选实施方式的光波导系统中，其中，RF源通过间隙和 RF源耦合元件至少电容性地、或电感性地、或电容性和电感性组合地耦合至第一耦合元件。在根据本实用新型的一个优选实施方式的光波导系统中，其中，RF源配置成引起基本上沿着气体填充容器的长度的电磁能量输出，同时第一端部区域基本上没有任何电磁
能量°在根据本实用新型的一个优选实施方式的光波导系统中，其中，电磁能量至少电感性地耦合至气体填充容器。在根据本实用新型的一个优选实施方式的光波导系统中，其中，电磁能量至少电容性地、电感性地、或电容性和电感性组合地耦合至气体填充容器。在根据本实用新型的一个优选实施方式的光波导系统中，其中，RF源耦合元件进一步包括一输入，RF源的输入耦合至第二耦合元件，第二耦合元件耦接至气体填充容器的第二端部区域。在根据本实用新型的一个优选实施方式的光波导系统中，其中，支撑体被配置成在气体填充容器的工作期间从气体填充容器转移热能。在根据本实用新型的一个优选实施方式的光波导系统中，其中，支撑体由介电材料制成，介电材料配置成提供机械支撑，介电材料进一步是导电材料与气体填充容器的第一端部区域之间的扩散屏障。在根据本实用新型的一个优选实施方式的光波导系统中，其中，支撑体基本上没有任何电磁能量的任何弓I导特征。在根据本实用新型的一个优选实施方式的光波导系统中，其中，气体填充容器包括惰性气体和能够放出光的一种或多种物质。在根据本实用新型的一个优选实施方式的光波导系统中，其中，气体填充容器包括惰性气体和能够放出光的一种或多种物质，一种或多种物质选自金属卤化物、金属卤化物混合物、以及一种或多种金属物质。在根据本实用新型的一个优选实施方式的光波导系统中，其中，第一耦合元件包括一第一耦合元件端部和一第二耦合元件端部，该第一耦合元件端部耦接至气体填充容器的第一端部区域，该第二耦合元件端部直接连接至接地电势。在根据本实用新型的一个优选实施方式的光波导系统中，其中，RF源耦合元件包括一第一耦合元件端部和一第二耦合元件端部，该第一耦合元件端部连接至RF源的输出， 该第二耦合元件端部直接连接至接地电势。在根据本实用新型的一个优选实施方式的光波导系统中，其进一步包括第二耦合元件，第二耦合元件包括一第一耦合元件端部和一第二耦合元件端部，该第一耦合元件端部耦接至气体填充容器的第二端部区域，该第二耦合元件端部直接耦接至接地电势。在根据本实用新型的一个优选实施方式的光波导系统中，其中，第一耦合元件包括在导电材料内的一暴露介电区域，第一耦合元件的暴露介电区域耦接至气体填充容器的第一端部区域。在根据本实用新型的一个优选实施方式的光波导系统中，其中，暴露介电区域配置有凹入形状，以紧密地插入气体填充容器的第一端部区域。在根据本实用新型的一个优选实施方式的光波导系统中，其进一步包括第二耦合元件，第二耦合元件包括在导电材料内的一暴露介电区域，第二耦合元件的暴露介电区域耦接至气体填充容器的第二端部区域。在根据本实用新型的一个优选实施方式的光波导系统中，其中，暴露介电区域配置有凹入形状，以紧密地插入气体填充容器的第二端部区域。在根据本实用新型的一个优选实施方式的光波导系统中，其进一步包括第二耦合元件，并且其中，电磁能量RF耦合在第一耦合元件与第二耦合元件之间。在根据本实用新型的一个优选实施方式的光波导系统中，其中，电磁能量电容性地、电感性地、或电容性和电感性组合地耦合至气体填充容器。在根据本实用新型的一个优选实施方式的光波导系统中，其进一步包括空间地耦合至气体填充容器的反射体装置。在根据本实用新型的一个优选实施方式的光波导系统中，其中，RF源选自RF放大
ο在根据本实用新型的一个优选实施方式的光波导系统中，其中，导体是金属的，导体被配置成约束空间体积内的电磁能量，并被配置为用作电磁能量的引导结构。在根据本实用新型的一个优选实施方式的光波导系统中，其中，导体进一步包括介电插入物。在根据本实用新型的一个优选实施方式的光波导系统中，其中，导体是密封的。在根据本实用新型的一个优选实施方式的光波导系统中，其中，导体包括一内表面区域，该内表面区域包括叠置的氧化物支承材料。在根据本实用新型的一个优选实施方式的光波导系统中，其中，导体包括一内表面区域，该内表面区域包括绝缘材料。在根据本实用新型的一个优选实施方式的光波导系统中，其中，空间体积基本上包括一种或多种气体的混合物。在根据本实用新型的一个优选实施方式的光波导系统中，其中，空间体积基本上
是空气。在根据本实用新型的一个优选实施方式的光波导系统中，其中，空间体积维持在
真空中。在根据本实用新型的一个优选实施方式的光波导系统中，其中，空间体积基本上是氮气。在根据本实用新型的一个优选实施方式的光波导系统中，其中，空间体积基本上是介电常数大于2的介电材料。在根据本实用新型的一个优选实施方式的光波导系统中，其进一步包括设置在导电壳体的空间体积的外部区域的一部分内的反馈耦合元件，反馈耦合元件配置成向RF源发送指示。在根据本实用新型的一个优选实施方式的光波导系统中，其进一步包括在反馈耦合元件与第一耦合元件之间的反馈耦合元件间隙，反馈耦合元件间隙基本上没有固体介电材料。在根据本实用新型的一个优选实施方式的光波导系统中，其中，导体基本上是中空的。在根据本实用新型的一个优选实施方式的光波导系统中，其中，气体填充容器基本上不与导电材料接触。在根据本实用新型的一个优选实施方式的光波导系统中，其中，半透明的材料是半透明氧化铝材料。在根据本实用新型的一个优选实施方式的光波导系统中，其中，导电壳体配置成圆柱形、矩形、环形、方形、三角形、多边形、金字塔形、卵形、或这些形状的任意组合。在根据本实用新型的一个优选实施方式的光波导系统中，其中，光波导系统用在街道灯柱照明系统中，无电极等离子体灯源位于街道灯柱的底座处，并且纤维元件延伸到灯柱的顶部，以从升高的位置提供照明。在根据本实用新型的一个优选实施方式的光波导系统中，其中，无电极等离子体灯源包括导电壳体，具有限定在导电壳体内的空间体积，空间体积具有内部区域和外部区域；金属支撑体，具有设置在或部分设置在导电壳体的空间体积的内部区域内的外表面区域；气体填充容器，具有包括内表面和外表面以及形成在内表面内的腔体的透明或半透明体，气体填充容器包括第一端部区域和第二端部区域以及限定于第一端部区域与第二端部区域之间的长度；第一耦合元件，空间地设置在导电壳体的内部区域内并耦接至气体填充容器的第一端部区域，第一耦合元件的另一端电连接至导电材料；第二耦合元件，耦接至气体填充容器的第二端部区域，第二耦合元件电连接至导电材料；以及RF源耦合元件，空间地设置在导电壳体的外部区域内并处在距离第一耦合元件的预定距离内，RF源耦合元件的一端电连接至导电材料；设置在RF源耦合元件与第一耦合元件之间的间隙，间隙由预定距离提供；RF源，包括一输出，RF源的输出通过间隙和RF源耦合元件耦合至第一耦合元件。在根据本实用新型的一个优选实施方式的光波导系统中，其中，金属支撑体是选自钼、铝、铜、金、银、复合金属、或金属合金、或具有金属涂层的氧化铝的导电材料。在根据本实用新型的一个优选实施方式的光波导系统中，其中，金属支撑体包括下部区域和上部区域，上部区域具有耐熔金属，耐熔金属耦接至气体填充容器的第一端部区域。在根据本实用新型的一个优选实施方式的光波导系统中，其中，金属支撑体包括下部区域和上部区域，上部区域具有耐熔金属，耐熔金属耦接至气体填充容器的第一端部区域。在根据本实用新型的一个优选实施方式的光波导系统中，其中，气体填充容器由石英材料制成，耐熔金属不会扩散到气体填充容器的石英材料的一部分内。在根据本实用新型的一个优选实施方式的光波导系统中，其中，金属支撑体可操作地耦接且电耦接至气体填充容器。在根据本实用新型的一个优选实施方式的光波导系统中，其中，光波导系统用在街道灯柱照明系统中，无电极等离子体灯源位于街道灯柱的底座处，并且纤维元件延伸到灯柱的顶部，以从升高的位置提供照明。在根据本实用新型的一个优选实施方式的光波导系统中，其中，无电极等离子体灯源包括导电壳体，具有限定在导电壳体内的空间体积，空间体积具有内部区域和外部区域；金属支撑体，具有设置在或部分设置在导电壳体的空间体积的内部区域内的外表面区域；气体填充容器，具有包括内表面和外表面以及形成于内表面内的腔体的透明或半透明体，气体填充容器包括第一端部区域和第二端部区域以及限定于第一端部区域与第二端部区域之间的长度；第一耦合元件，空间地设置在导电壳体的内部区域内并耦接至气体填充容器的第一端部区域，第一耦合元件的另一端电连接至导电材料；RF源耦合元件，空间地设置在导电壳体的外部区域内并处在距离第一耦合元件的预定距离内；设置在RF源耦合元件与第一耦合元件之间的间隙；RF源，包括一输出，RF源的输出通过间隙和RF源耦合元件耦合至第一耦合元件。在根据本实用新型的一个优选实施方式的光波导系统中，其中，金属支撑体是选自钼、铝、铜、金、银、复合金属、或金属合金、或具有金属涂层的氧化铝的导电材料。在根据本实用新型的一个优选实施方式的光波导系统中，其中，金属支撑体包括下部区域和上部区域，上部区域具有耐熔金属，耐熔金属耦接至气体填充容器的第一端部区域。在根据本实用新型的一个优选实施方式的光波导系统中，其中，金属支撑体包括下部区域和上部区域，上部区域具有耐熔金属，耐熔金属耦接至气体填充容器的第一端部区域。在根据本实用新型的一个优选实施方式的光波导系统中，其中，气体填充容器由石英材料制成，耐熔金属没有扩散到气体填充容器的石英材料的一部分内。在根据本实用新型的一个优选实施方式的光波导系统中，其中，金属支撑体可操作地耦接且电耦接至气体填充容器。[0061]在根据本实用新型的一个优选实施方式的光波导系统中，其中，光波导系统用在街道灯柱照明系统中，无电极等离子体灯源位于街道灯柱的底座处，并且纤维元件延伸到灯柱的顶部，以从升高的位置提供照明。在根据本实用新型的一个优选实施方式的光波导系统中，其中，一透镜定位在无电极等离子体灯源与光源耦合元件之间。在根据本实用新型的一个优选实施方式的光波导系统中，其中，一多路转接器用在光源耦合元件与至少一个光波导元件之间，以允许传输特定波长的电磁辐射。在根据本实用新型的一个优选实施方式的光波导系统中，其中，一透镜定位在无电极等离子体灯源与光源耦合元件之间。在根据本实用新型的一个优选实施方式的光波导系统中，其中，一多路转接器用在光源耦合元件与至少一个光波导元件之间，以允许传输特定波长的电磁辐射。在根据本实用新型的一个优选实施方式的光波导系统中，其中，一透镜定位在无电极等离子体灯源与光源耦合元件之间。在根据本实用新型的一个优选实施方式的光波导系统中，其中，一多路转接器用在光源耦合元件与至少一个光波导元件之间，以允许传输特定波长的电磁辐射。在一个具体实施方式
中，等离子体无电极灯包括基本上被涂覆以导电外涂层的介电体，该介电体紧密地收容(receive)两个耦合元件，第一耦合元件连接至RF放大器的输出，且第二耦合元件连接至RF放大器的输入。第一耦合元件在灯体的顶表面处电导连接 (接地)至灯体的导电涂层，而第二耦合元件不是这样的。灯进一步包括灯泡-耦合元件组件，该组件在灯体的底表面接地而到达灯体的导电涂层。电磁能量RF耦合在第一耦合元件与灯泡-耦合元件组件之间，并且RF耦合在灯泡-耦合元件组件与第二耦合元件之间。电磁能量电容性地或电感性地或电容性和电感性组合地耦合到灯泡/耦合元件组件内的灯泡。所述灯可以进一步包括反射体，以引导灯泡-耦合元件组件中的灯泡的流明输出 (luminous output，光输出)。替换地，也可以不是这样的。所述灯进一步包括接地母线，以将灯泡/耦合元件组件的顶部电导连接至灯体的导电外涂层。替换地，接地母线可以将灯泡-耦合元件组件的顶部电导连接至反射体，反射体进而电连接至灯体。在另一实施方式中，省去了第二耦合元件，并且第一耦合元件连接至RF源的输出，该RF源可进一步包括RF振荡器和放大器。在又一实施方式中，灯体包括部分填充以介电插入物的金属导体。在又一实施方式中，灯体包括基本上中空而没有介电插入物的金属导体。在又一实施方式中，等离子体无电极灯内的灯泡-耦合元件组件包括单一的或多部分的本体。在第一部分中，包括实心导体的第一耦合元件被介电体紧密地收容，但不是被完全包围。第一部分的一部分可被导电地涂覆。在第二部分中，气体填充容器(灯泡)被介电体紧密地收容；气体填充容器可以被或可以不被介电体完全包围。在第三部分中，包括实心导体的第二耦合元件被介电体紧密地收容，但不是被完全包围。第三部分的一部分可以被导电地涂覆。电磁能量经过第二部分而电容性地或电感性地或电容性和电感性组合地耦合在它们之间。在又一方面，第一耦合元件和第二耦合元件包括被涂覆以导电饰面的介电材料， 并且气体填充容器被第一电极和第二电极的中心介电部分部分地但紧密地收容。电磁能量经过第二部分电容性地或电感性地或电容性和电感性组合地耦合在它们之间，并耦合至气体填充容器。在一个具体实施方式
中，本实用新型提供一种无电极等离子体灯。该灯具有导电壳体，导电壳体具有限定于该导电壳体内的空间体积。在一个具体实施方式
中，空间体积具有内部区域和在导电壳体内的外部区域。所述灯具有支撑体，该支撑体具有设置在或部分设置在导电壳体的空间体积的内部区域内的外表面区域和覆盖支撑体的该外表面区域的导电材料。所述灯具有气体填充容器，该气体填充容器具有包括内表面和外表面以及形成于内表面内的腔体的透明体或半透明体。在一个具体实施方式
中，所述灯还可包括透明和半透明部分。气体填充容器包括第一端部区域和第二端部区域以及限定于第一端部区域与第二端部区域之间的长度(length)。第一元件耦接至气体填充容器的第一端部区域。第一耦合元件电耦接至导电材料。第二耦合元件耦接至气体填充容器的第二端部区域。RF源耦合元件空间地设置在导电壳体的外部区域内并处在距离第一耦合元件的预定距离内。所述灯具有设置在源耦合元件与第一耦合元件之间的间隙(如，气体间隙)。根据一具体实施方式
，该间隙由所述预定距离提供。所述灯具有包括输出和可选的输入的RF源。RF源的输出通过间隙和RF源耦合元件耦合至第一耦合元件。在一替换的具体实施方式
中，本实用新型提供一替换的无电极等离子体灯。所述灯具有导电壳体，导电壳体具有限定于该导电壳体内的空间体积。该空间体积具有内部区域和在导电壳体内的外部区域。在一个具体实施方式
中，所述灯具有支撑体，该支撑体具有设置在或部分设置在导电壳体的空间体积的内部区域内的外表面区域和覆盖支撑体的该外表面区域的导电材料。所述灯具有气体填充容器，该气体填充容器具有包括内表面和外表面以及形成于该内表面内的腔体的透明体或半透明体。该气体填充容器包括第一端部区域和第二端部区域以及限定于第一端部区域与第二端部区域之间的长度。在一个具体实施方式
中，所述灯具有耦接至气体填充容器的第一端部区域的第一元件。第一元件电耦接至导电材料。所述灯具有空间地设置在导电壳体的外部区域内并处在距离第一耦合元件的预定距离内的RF源耦合元件。在一个具体实施方式
中，所述灯具有设置在RF源耦合元件与第一耦合元件之间的间隙。该间隙由上述预定距离形成。在一个具体实施方式
中，所述灯具有包括输出和可选的输入的RF源。RF源的输出通过上述间隙和RF源耦合元件耦合至第一耦合元件。在另一替换的具体实施方式
中，本实用新型提供了一无电极等离子体灯。该灯具有导电壳体，导电壳体具有限定于该导电壳体内的空间体积。该空间体积具有内部区域和外部区域。该灯具有金属支撑体，该支撑体具有设置在或部分设置在导电壳体的空间体积的内部区域内的外表面区域。灯具有气体填充容器，该气体填充容器具有包括内表面和外表面以及形成在该内表面内的腔体的透明体或半透明体。气体填充容器包括第一端部区域和第二端部区域以及限定于第一端部区域与第二端部区域之间的长度。该灯具有耦接至气体填充容器的第一端部区域的第一元件。在一个具体实施方式
中，第一耦合元件电耦接至导电材料。该灯还具有耦接至气体填充容器的第二端部区域的第二元件。RF源耦合元件空间地设置在导电壳体的外部区域内并处在距离第一耦合元件的预定距离内。在源耦合元件与第一耦合元件之间设置有间隙。该灯具有包括输出的RF源，该输出通过上述间隙和源耦合元件耦合至第一耦合元件。[0077]再进一步，本实用新型提供一种操作无电极等离子体灯装置的方法。该方法包括提供等离子体灯，该等离子体灯可以是这里描述的任一种。该方法包括将RF能量从RF源传递到输入耦合元件，该输入耦合元件通过第一耦合元件和一空气间隙耦合至气体填充容器。在一优选实施方式中，RF能量具有范围从大约IOOMHz至大约20GHz的频率，但也可以是其他频率。该方法包括基本上从气体填充容器的长度内从气体填充容器的放电而启发电磁能量。可选地，该方法包括通过第一耦合元件的导电材料从气体填充容器传递热能。在一优选实施方式中，导电材料可以以热导体和电导体为特征。而且，本实用新型提供一种操作无电极等离子体灯装置的方法。该方法包括提供等离子体灯装置，该等离子体灯装置可以是这里描述的任一种。该方法包括将RF源耦合元件与耦接至气体填充容器的第一耦合元件之间的预定距离从第一距离调整到第二距离，以将第一间隙改变成不同于第一间隙的第二间隙。在一优选实施方式中，该预定距离是空气间隙或其他非固体区域。当然，可存在其他的变化、修改和替换。利用本实用新型实现了优于现有技术的益处。在一个具体实施方式
中，本实用新型提供了具有输入、输出和反馈耦合元件的构造的方法和装置，提供这些耦合元件是为了电磁耦合至灯泡，灯泡的能量传递和频率谐振特性很大程度上与传统的介质谐振器无关。 在一优选实施方式中，本实用新型提供具有加工性和设计灵活性改进的布置的方法和构造。其他实施方式可包括与现有耦合元件构造以互补方式起作用的输出耦合元件和灯泡的集成组件，还包括相关的方法。更进一步，该方法和装置提供了改进的热传递特性，并且进一步简化了制造。在一具体实施方式
中，该方法和所得到的结构对于商业应用而言相对简单且在制造方面成本低廉。根据实施方式，可实现这些益处中的一个或多个。这些和其他益处可以在整个说明书进行描述，并在下面更具体地描述。本实用新型实现了这些益处和公知过程技术背景下的其他益处。但是，参照本说明书后面的部分和附图，可实现对本实用新型的本质和优点的进一步理解。

考虑下面对优选实施方式的描述，并与这里提供的附图相结合来阅读，能够获得对本实用新型及其优点更全面的理解。在附图和说明中，参考标号表示本实用新型的各个特征，且在所有的附图和说明中，相似的参考标号表示相似的特征。图1是根据本实用新型的一个实施方式的利用无电极等离子体灯作为电磁辐射源的光波导系统的简化横截面示意图。图2是根据本实用新型的一个实施方式的集成到灯柱系统中的光波导系统的简化透视图。图3A是由RF源驱动并电容性地耦接到该源的气体填充容器的一般性示意图；为了优化灯效率和光输出，根据本实用新型的一个实施方式，在RF源与谐振器之间以及在谐振器与气体填充容器之间设有多个阻抗匹配网络。图:3B是由RF源驱动并电感性地耦接到该源的气体填充容器的一般性示意图；为了优化灯效率和光输出，根据本实用新型的一个实施方式，在RF源和谐振器之间以及在谐振器和气体填充容器之间设有多个阻抗匹配网络。图4A是外部谐振器无电极灯的简化透视图，其包括连接在维持振荡的正反馈构造中的外部RF放大器，其将能量耦合到灯泡。输入耦合元件与输出耦合元件之间的耦合的谐振特性在反馈环中提供频率选择振荡。图4B是一替换的外部谐振器无电极灯的简化透视图，其包括外部RF源，根据本实用新型的一个实施方式，该外部RF源可包括振荡器和放大器。图4C是一替换的外部谐振器无电极灯的简化透视图，根据本实用新型的一个实施方式，其包括外部RF放大器。该外部RF放大器连接在维持振荡的正反馈构造中，其将能量耦合到灯泡。输入耦合元件与输出耦合元件之间的耦合的谐振特性在反馈环中提供频率选择性振荡。图5A是根据本实用新型的一个实施方式的集成灯泡/输出耦合元件组件的简化透视图，该组件包括多个部分，多个部分包括输出耦合元件、作为灯泡的气体填充容器、以及顶部耦合元件。输出耦合元件和顶部耦合元件是实心电导体。图5B是图5A中所示的根据本实用新型的一个实施方式的包括多个部分的集成灯泡/输出耦合元件组件的简化侧截面图，多个部分包括输出耦合元件、作为灯泡的气体填充容器、以及顶部耦合元件。输出耦合元件和顶部耦合元件是实心电导体。图5C是根据本实用新型的一个实施方式的包括多个部分的替换的集成灯泡/输出耦合元件组件的简化透视图，多个部分包括输出耦合元件、作为灯泡的气体填充容器、以及顶部耦合元件。输出耦合元件和顶部耦合元件是被导电涂覆的介电材料。图5D是图5C中所示的根据本实用新型的一个实施方式的包括多个部分的替换的集成灯泡/输出耦合元件组件的简化侧截面图，多个部分包括输出耦合元件、作为灯泡的气体填充容器、以及顶部耦合元件。输出耦合元件和顶部耦合元件是被导电涂覆的介电材料。图5E是根据本实用新型的一个实施方式的包括多个部分的替换的集成灯泡/输出耦合元件组件的简化透视图，多个部分包括输出耦合元件、作为灯泡的气体填充容器、以及顶部耦合元件。输出耦合元件和顶部耦合元件是被导电涂覆的介电材料。图5F是图5E中所示的根据本实用新型的一个实施方式的包括多个部分的替换的集成灯泡/输出耦合元件组件的简化侧截面图，多个部分包括输出耦合元件、作为灯泡的气体填充容器、以及顶部耦合元件。输出耦合元件和顶部耦合元件是被导电涂覆的介电材料。图5G是根据本实用新型的一个实施方式的替换图5E中所示的集成灯泡/输出耦合元件组件的透视图，该组件包括多个部分，多个部分包括输出耦合元件、作为灯泡的气体填充容器，但没有顶部耦合元件。输出耦合元件由被导电涂覆的介电材料制成。图5H是图5G中所示的根据本实用新型一个实施方式的包括多个部分的替换的集成灯泡/输出耦合元件组件的侧截面图，多个部分包括输出耦合元件、作为灯泡的气体填充容器，但没有顶部耦合元件。输出耦合元件由被导电涂覆的介电材料制成。图6是根据本实用新型的一个实施方式的图4A、图4B和图4C中所示的灯的灯体 /金属罩(enclosure)的简化透视图。中空的导电灯体收容集成灯泡/输出耦合元件组件以及输入耦合元件和反馈耦合元件。图7A是根据本实用新型一个实施方式的替换的无电极灯设计的简化侧截面图， 该无电极灯设计采用图6中所示的导电灯体和图5D中所示的集成灯泡/输出耦合元件组CN 202189755 U
说明书
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件。灯体的内部填充有空气，并且输入耦合元件周围使用介电层，以防止电弧(arc)。图7B是图7A所示的灯设计的修改灯设计的简化侧截面图。根据本实用新型的一个实施方式，灯泡组件的输出耦合元件周围的介电层的一部分被移除。图7C是图7A所示的灯设计的替换灯设计的简化侧截面图。根据本实用新型的一个实施方式，灯体的下部被局部填充以电介质。图7D是图7A所示的灯设计的替换灯设计的侧截面图。类似于图7C，灯体被局部填充以电介质，除了介电层是圆柱形的且围绕灯组件的输出耦合元件以外。
具体实施方式
根据本实用新型，提供针对用等离子体灯产生光的装置和方法的技术。更具体地， 本实用新型提供由气体填充容器(灯泡)内的射频源无需利用电极来驱动的等离子体灯及相关方法。仅作为实例，这种等离子体灯可应用于如下应用场合，例如运动场、安全设施、 停车场、军事和国防设施、街道、大小建筑物、桥梁、仓库、农业、uv水处理、建筑照明、舞台照明、医疗照明、显微镜、投影仪和显示器、这些的任意组合等等。提供下面的描述，使得本领域技术人员能够实施并利用本实用新型并能将本实用新型结合在特定应用场合中。对本领域技术人员而言，各种修改以及在不同应用场合的多种应用是显而易见的，并且这里限定的一般原理可应用于宽范围的实施方式。因此，本实用新型不限于所提供的实施方式，而是符合与这里公开的原理和新颖特征相一致的最宽范围。在下面的详细描述中，阐述了许多具体的细节，以便提供对本实用新型的更全面理解。但是，对本领域技术人员来说很显然，可以实施本实用新型，而不必限于这些具体的细节。在其他情况下，众所周知的结构和装置以框图形式示出，而不是详细地示出，以突显本实用新型。读者应注意与本说明书一起提交的所有的材料和文献，这些与本说明书一起对公众开放查阅，并且所有这些材料和文献的内容都以引证方式结合于此。除非以其他方式明确说明以外，本说明书(包括所附权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征可以由实现相同、等同或相似目的的替换特征代替。因此，除非以其他方式明确表示，所公开的每个特征仅是一般意义上的一系列等同或类似特征的一个实例。此外，权利要求中没有明确地说明用于执行某一特定功能的“装置”或用于执行某一特定功能的“步骤”的任何要素不应解释为35 U. S. C.第112章第6段所规定的“装置”或“步骤”的款项。具体地，这里，权利要求中的“步骤”或“动作”的使用不旨在援引35 U. S. C.第112章第6段的规定。请注意，如果使用，则标识左、右、前、后、顶部、底部、前进、后退、顺时针和逆时针仅是为了便利的目的而使用，不旨在意指任何特定的固定方向。相反，使用这些标识是来表示物体的各个部分之间的相对位置和/或方向。此外，术语“第一”和“第二”或其他的类似描述不必然意指顺序，而是应该用普通的意思来解释。图1示出了利用本实用新型所提供的无电极等离子体灯源的光波导系统的简化横截面图。该光波导系统包括至少一个无电极等离子体灯，至少一个无电极等离子体灯作为用来发射电磁辐射到光波导系统中的源。该系统可包括多个无电极等离子体源，以便产生更大量的电磁辐射，或者产生不同波长的电磁辐射。无电极等离子体灯源可包括环绕灯泡的反射体，以便引导并集中从灯泡发射的电磁辐射。反射体的内部由高反射材料制成，以便确保最大量的所发射的电磁辐射被集中。此外，反射体的外侧可设置透镜，以进一步集中所发射的电磁辐射。关于无电极等离子体灯源的进一步的细节可在2009年6月22日提交的题为 “ELECTRODELESSLAMPS WITH EXTERNALLY-GROUNDED PROBES AND IMPROVEDBULB ASSEMBLIES(具有外接地探针的无电极灯以及改进的灯泡组件)，，的相关的PCT专利申请 No. PCT/US09/48174中找到，该专利申请是共同所有的，并为所有目的以引证方式整体结合于此。在光波导系统中的使用无电极等离子体灯源在某种程度上会是有益的，这是因为这种灯比普通的白炽灯泡光源或者以高功率水平操作的LED具有更高的每流瓦(lumen perwatt)比率。此外，无电极灯的更小尺寸的电弧允许光更高效地耦合到光波导系统中。 因此，使用无电极等离子体灯源减少了操作和产生光波导系统所需的功率的量。由本实用新型提供的光波导系统包括光源耦合元件。该源耦合元件包括与至少一个无电极等离子体灯源的输出耦合的输入。该源耦合元件被配置成接收从无电极等离子体灯源发射出的被集中的电磁辐射。光源耦合元件可包括被环绕的光通道，所发射的电磁辐射经过该光通道。光通道由允许传输所发射的各种波长的电磁辐射的材料形成，包括但不限于塑料或玻璃(诸如石英)。光通道可由反射材料环绕，以确保光通道内包含最大量的电磁辐射。替换地，该光通道可被包覆层环绕，该包覆层具有不同于光通道的反射系数。这种反射系数用来确定电磁辐射在通道内的入射角度，因此允许光源的定位，以确保在光通道内发生全内反射。光源耦合元件可以是任何形状的，以允许耦接至多个光波导元件。在本实用新型的一替换实施方式中，光源耦合元件包括在光通道中的腔体。无电极等离子体灯源设置在光通道中的腔体内。通过将灯源设置在光源耦合元件的光通道内， 最大量的电磁辐射被发射到并包含在光源耦合元件的光通道内。这又进一步提高了光源耦合元件的耦合效率。光源耦合元件包括与至少一个光波导元件的近端输入直接耦合的至少一个输出。 光波导元件可包括用来形成光纤电缆的单个光学纤维或一束光学纤维。光波导元件的纤维可通过任何适当的方式耦接至光源耦合元件，包括但不限于拼接(splice)、熔融拼接或对接。光源耦合元件可包括耦合至多个光波导元件的多个输出。波导的光学纤维可由玻璃或者塑料材料制成，以允许光传输通过光波导元件并从至少一个光学纤维的远端出来。在光学纤维的远端可设置一光散射体，以从光波导元件适当地发射光。该散射体可包括反射体， 以反射光并提供期望的照明。在本实用新型的替换实施方式中，在光源耦合元件与至少一个光波导元件之间耦接有多路转接器。该多路转接器用来与发射各种波长的电磁辐射的多个无电极电磁辐射源结合。该多路转接器可包含与电磁辐射的期望输出波长的数量对应的2η个输出。然后，多路转接器的输出耦合至单独的光学纤维(这些单独的光学纤维被捆成束以形成电缆光波导元件)，或耦合至单独的波导元件。输出的数量对应于从所发射的电磁辐射中提取的不同波长的电磁辐射的数量。在形成能够发射变化波长的光的光波导系统中，增加了波导系统的应用，包括但不限于大显示器照明。图2示出了由本实用新型提供的光波导系统的一种应用的简化透视图。具体地， 该应用是从灯柱上的升高位置提供照明。可包括单个或多个无电极等离子体灯的无电极等离子体灯电磁辐射源位于灯柱的底部上。电磁辐射源耦接至光源耦合元件，使得电磁辐射源的输出被输入到源耦合元件中。该源耦合元件位于灯柱的底座上且临近电磁辐射源。在将电磁辐射源和对应的源耦合元件定位在灯柱底部时，在电磁辐射源的无电极等离子体灯中使用的灯泡更容易接近且更容易更换。源耦合元件的单个输出或多个输出直接耦合至至少一个光波导元件。光波导元件包括柔性的光学纤维。通过利用柔性的光学纤维，光波导元件可延伸穿过灯柱并定位在灯柱的顶端处，使得光学纤维的远端向下定位，从而提供灯柱底座周围的区域的照明。当然，光学纤维的远端可配置在任何位置，以提供期望的照明。 由本实用新型提供的光波导系统的应用不限于路灯，而是可包括任何照明应用，诸如运动场照明、剧院照明、显示器照明或医疗照明。替换地，光波导系统可用在需要精确地定位所发射的电磁辐射的任何医疗装置应用中。其余的描述示出了由本实用新型提供的可在光波导系统中用作源的各种无电极灯的构造。图3A示出了从RF源110到气体填充容器130的有效能量传递的一般性示意图。该图仅是示例性的，这里不应该不恰当地限制权利要求的范围。本领域的普通技术人员将认识到其他的变化、修改和替换。来自RF源的能量被引导到阻抗匹配网络210，该阻抗匹配网络210能够将能量从RF源有效传递到谐振结构220。这种阻抗匹配网络的实例是E 场或H场耦合元件，但也可以是其他形式的。根据本实用新型的一个实施方式，进而，另一阻抗匹配网络230能够高效地将能量从谐振器传递到气体填充容器130。该阻抗匹配网络的实例是E场或H场耦合元件。当然，可存在其他的变化、修改和替换。在一具体实施方式
中，气体填充容器由适当的材料制成，诸如石英或者其他透明或半透明的材料。该气体填充容器填充有惰性气体(如氩气)和荧光体或发光体(如汞、 纳、镝、硫或金属卤化盐(如三溴化铟、溴化钪或碘化铯))(或者可同时包含多种荧光体或发光体)。根据一具体实施方式
，气体填充容器还可包括金属卤化物或将会放出电磁辐射的其他金属物(piece)。当然，可存在其他的变化、修改和替换。在一具体实施方式
中，利用一电容耦合结构131将RF能量传递给填充在灯泡130 内的气体。如众所周知的，电容耦合器通常包括有限程度地封闭一体积的两个电极并主要地至少利用电场(E场)来耦合能量。本领域技术人员将会认识到，如这里示意形式示出的， 阻抗匹配网络210和230以及谐振结构220可理解为RF源与电容耦合结构之间的分布电磁耦合的等效电路模型。阻抗匹配网络的使用还允许所述源具有除50欧姆之外的阻抗；这可提供关于RF源性能的优点，其形式为降低来自RF源的发热或能量消耗。降低来自RF源的能量消耗和损失在整体上能够为灯提供更高的效率。本领域技术人员还将认识到，阻抗匹配网络210和230并不必相同。图;3B示出了从RF源110到气体填充容器130的有效能量传递的一般性示意图。 该图仅是示例性的，这里不应该不恰当地限制权利要求的范围。本领域的普通技术人员将认识到其他的变化、修改和替换。来自RF源的能量被引导到阻抗匹配网络210，该阻抗匹配网络210能够将能量从RF源有效传递到谐振结构220。进而，另一阻抗匹配网络230能够高效地将能量从谐振器传递到气体填充容器130。利用一电感耦合结构140将RF能量传递给灯泡130内的气体填充物。如众所周知的，电感耦合装置通常包括有限长度(extent) 的电线或线圈形式的电线并主要地利用磁场(H场)来耦合能量。本领域的普通技术人员将会认识到，如这里示意形式示出的，阻抗匹配网络210和230以及谐振结构220可解释为RF源与电感耦合结构之间的分布电磁耦合的等效电路模型。阻抗匹配网络的使用还允许源具有除50欧姆之外的阻抗；这可以提供关于RF源性能方面的优点，其形式为减小了来自 RF源的发热或能量消耗。降低来自RF源的能量消耗和损失能够在整体上使灯具有更高的效率。本领域的普通技术人员还将认识到，阻抗匹配网络210和230并不必相同。图4A是采用灯体600的无电极灯的透视图，该灯体的外表面601是导电的并接地。该图仅是示例性的，这里不应该不恰当地限制权利要求的范围。本领域技术人员将认识到其他的变化、修改和替换。描述了圆柱形的灯体，但也可以采用矩形或其他形状。这种导电性可通过应用导电饰面或通过选择导电材料来实现。导电饰面的示例性实施方式是银粉漆，或者替换地，灯体可由诸如铝的导电材料的薄片制成。集成的灯泡/输出耦合元件组件100通过开口 610被灯体600紧密地收容。灯泡/输出耦合元件组件100包含灯泡130， 该灯泡是最终产生照明输出的气体填充容器。本实用新型的一个方面是组件100的底部，输出耦合元件120在平面101处接地而达到灯体600及其导电表面601。来自灯泡的照明输出由外部反射体670收集并引导， 该外部反射体是导电的或由具有导电背衬(backing)的介电材料制成，并且该外部反射体附接至灯体600并与之电接触。本实用新型的另一方面是组件100的顶部，顶部耦合元件 125在平面102处经由接地母线710和反射体670接地而达到灯体600。替换地，可以不存在反射体670，而是接地母线与灯体600进行直接电接触。反射体670被描述为抛物线形状的，且灯泡130位于其焦点附近。本领域的普通技术人员将认识到，可设计出范围宽泛的可能的反射体形状来满足光束方向的需要。在一具体实施方式
中，所述形状可以是圆锥形、 凸形、凹形、梯形、金字塔形、或这些形状的任意组合等等。较短的反馈E场耦合元件635耦合来自灯泡/输出耦合元件组件100的少量RF能量，并向RF放大器210的RF放大器输入 211提供反馈。反馈耦合元件635通过开口 612被灯体600紧密地收容，因此不是与灯体的导电表面601直接DC电接触。输入耦合元件630与RF放大器输出212电连接。输入耦合元件630通过开口 611被灯体600紧密地收容，因此不是与灯体的导电表面601直接DC电接触。然而，本实用新型的另一关键方面是，输入耦合元件的顶部在平面631处接地而达到灯体600及其导电表面601。RF功率主要从输入耦合元件630强烈地电感耦合至灯泡/输出耦合元件组件 100，这通过物理接近、它们的相对长度及它们的接地平面的相对布置实现。灯泡/输出耦合元件组件的表面637被涂覆以导电饰面或导电材料，并连接至灯体600及其导电表面 601。灯泡/输出耦合元件组件的其他表面(包括表面638、639和640)没有被涂覆以导电层。此外，表面640在光学上是透明的或半透明的。通过电磁仿真并通过直接测量发现，输入耦合元件630与输出耦合元件120和灯组件100之间的耦接是高度频率选择性的且主要是电感式的。这种频率选择性在包括输入耦合元件630、灯泡/输出耦合元件组件100、反馈耦合元件635和放大器210的电路中提供了谐振振荡器。本领域的普通技术人员将认识到，所述谐振振荡器等同于图3A和图;3B中示意性示出的RF源110。本实用新型的一个显著优点是谐振频率强烈地依赖于输入耦合元件和输出耦合元件的相对长度。这允许使用固有谐振频率可远远高于实际工作频率的紧凑的灯体。在一个示例性实施方式中，灯体600的底部可由直径1. 5”和高度0. 75”的中空的铝圆柱体构成。这种空气腔体谐振器的基础谐振频率是大约4GHz，但在一具体实施方式
中，通过CN 202189755 U
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利用针对输入耦合元件和输出耦合元件的上述设计，并通过调整输出耦合元件的长度，灯组件的整体谐振频率可减小至900MHz或不大于大约900MHz。本实用新型的另一显著优点是耦合于灯泡130的RF功率强烈地依赖于输入耦合元件630与灯泡/输出耦合元件组件 100内的输出耦合元件120之间的物理间隔。这允许在组装时精细地调整由尺寸公差宽松的各部件组成的灯的亮度输出。本实用新型的另一显著优点是输入耦合元件630和灯泡/ 输出耦合元件组件100分别在平面631和101处接地，这与灯体600外表面相符合。这消除了精细调整它们在灯体内的插入深度、以及它们之间的RF耦合对深度的任何敏感度的需要，从而简化了灯的制造、同时提高了灯亮度产生(yield)的一致性。图4B是一无电极灯的透视图，与图4A所示的无电极灯的不同之处仅在于RF源， 该实例中的RF源不是分布式振荡器电路，而是与RF放大器210的RF放大器输入211电连接的单独的振荡器205。RF放大器输出212与输入耦合元件630电连接，该输入耦合元件向灯泡/输出耦合元件组件100传送RF功率。输入耦合元件630与灯泡/输出耦合元件组件100中的输出耦合元件之间的耦合的谐振特征与RF源是频率匹配的，以优化RF功率传递。当然，可存在其他的变化、修改和替换。图4C是一无电极灯的透视图，其与图4A中所示的无电极灯相似，除了其不具有反射体670之外。灯泡组件中的顶部耦合元件125利用接地母线715直接连接至灯体600。 该图仅是示例性的，这里不应该不恰当地限制权利要求的范围。本领域的普通技术人员将认识到其他的变化、修改和替换。图5A是一集成的灯泡/输出耦合元件组件100的透视图，其与图4A、图4B和图 4C中所示的组件100相同。该图仅是示例性的，这里不应该不恰当地限制权利要求的范围。 本领域技术人员将认识到其他的变化、修改和替换。该组件包括下部110、中部111和上部 112。替换地，这些部分可以不是物理地隔开的。下部110被钻孔，以紧密地收容为实心导体的输出耦合元件120。耦合元件120在平面121处从下部110突出。本实用新型的关键方面在于，耦合元件120在平面121处与灯体600进行接地接触，如图4A、图4B和图4C中所示的。中部111是中空的，以紧密地收容灯泡130，该灯泡是最终产生灯的照明输出的气体填充容器。该气体填充容器包含惰性气体(如氩气)和荧光体或发光体(如汞、纳、硫或金属卤化盐(如三溴化铟或碘化铯))(或者可同时包含多种荧光体或发光体)。替换地， 中部111是中空的，由此得到的腔体形成灯泡130的体积，使得两者成为一体的单元。中部 111可利用高温粘合剂附接至下部110和上部112。上部112被钻孔，以紧密地收容为实心导体的顶部电极125。顶部电极125在平面1 处从上部112突出。本实用新型的关键方面在于，顶部耦合元件125在平面1 处与灯体600进行接地接触，如图4A、图4B和图4C 中所示。这是通过接地母线710和反射体本体670或接地母线715实现的。总体而言，RF 能量通过输出耦合元件120和顶部耦合元件125电容性地或电感性地或电容性和电感性组合地耦合到由石英、半透明的氧化铝或其他类似材料制成的灯泡130，使得惰性气体离子化并使荧光体汽化，从而获得从灯发射出的强光115。部分110、111和112可由相同的材料或不同的材料制成。中部111对于可见光必须是透明的且具有高熔点，如石英或半透明的氧化铝。下部Iio和上部112可由透明的 (石英或半透明的氧化铝)或不透明的(氧化铝)材料制成，但它们在RF频率下必须具有低损耗。在所有这三部分使用相同材料的情况下，组件可由单件材料制成，如石英或半透明氧化铝的中空管。上部112可涂覆以导电饰面116，其目的是屏蔽来自顶部电极125的电磁辐射。下部110可以部分地涂覆以导电饰面117，其目的是屏蔽来自输出耦合元件120的电磁辐射。这种部分涂覆将延伸至下部110的从灯体600突出的部分，如图4A、图4B和图4C 所示，并且不会与输入耦合元件630重叠。分割从灯体突出的部分的平面以虚线140示意性示出。导电饰面116和117的示例性实施方式是银粉漆。替换地，代替导电饰面部分，下部110可被金属环650覆盖，该金属环作为灯体600的延伸部分，如图6中所示。中部111 的外表面未被涂覆。图5B是图5A中所示的集成的灯泡/输出耦合元件组件的侧截面图。该图仅是示例性的，这里不应该不恰当地限制权利要求的范围。本领域技术人员将认识到其他的变化、 修改和替换。该组件可由单件材料制成，如中空石英管或半透明的氧化铝，或者可由三个不同的构件组装在一起来制成。图5C是集成的灯泡/输出耦合元件组件100的替换设计的透视图。该图仅是示例性的，这里不应该不恰当地限制权利要求的范围。本领域技术人员将认识到其他的变化、 修改和替换。该组件类似于图5A，除了输出耦合元件120和顶部耦合元件125利用导电涂覆的电介质而不是实心导体制成之外。该灯泡组件包括三部分110、111和112，它们可分别由不同的材料制成并集成在一起，或者可由单件制成(如石英或半透明的氧化铝的中空管)。输出耦合元件120包括由诸如氧化铝的材料制成的介电柱122，其外表面被涂覆以诸如银的导电饰面。下部110被钻孔，以收容输出耦合元件120。顶部耦合元件125也包括由诸如氧化铝的材料制成的介电柱127，其外表面被涂覆以诸如银的导电饰面。本实用新型的关键方面在于，输出耦合元件120和顶部耦合元件125的介电柱被钻孔，以紧密地收容灯泡 130，使得通过它们的介电中心的热传递和通过它们的导电外涂层的RF耦合同时发生。输出耦合元件和顶部耦合元件的介电柱的与灯泡相接触的区域没有被涂覆以导电饰面。利用这种灯泡组装方式，使得高RF场远离灯泡的端部，从而获得更可靠的灯。本实用新型的另一关键方面在于，输出耦合元件120和顶部耦合元件125分别在平面121和1 处与灯体 600进行接地接触，如图4A、4B和4C中所示。下部110被图4A、图4B和图4C中所示的灯体600收容(并与输入耦合元件630 的长度重叠)且如图5C中所示位于虚线140以下的部分没有被涂覆以导电层。部分110 位于灯体600以上但基本上位于灯泡130以下的部分以线140和141之间的区域示出；该部分可以被涂覆以导电饰面。下部110的基本上位于灯泡130以上的部分以线142以上的区域示出；该部分可以被涂覆以导电饰面116。导电涂覆的目的是屏蔽不想要的电磁辐射。 导电饰面116和117的示例性实施方式是银粉漆。替换地，代替导电饰面部分，下部110可被金属环650覆盖，该金属环作为灯体600的延伸部分，如图6中所示。中部111的外表面未被涂覆。图5D是图5C中所示的集成的灯泡/输出耦合元件组件100的侧截面图。该图仅是示例性的，这里不应该不恰当地限制权利要求的范围。本领域的普通技术人员将认识到其他的变化、修改和替换。该组件可由单件材料制成，如中空石英管或半透明的氧化铝，或者可由三个不同的构件组装在一起而制成。图5E是集成的灯泡/输出耦合元件组件100的替换设计的透视图。该图仅是示例性的，这里不应该不恰当地限制权利要求的范围。本领域的普通技术人员将认识到其他的变化、修改和替换。该组件类似于图5C，除了组件的中部和顶部没有位于介电管(诸如石英管)内之外。该组件包括三部分。底部110与图5C相同，且包含输出耦合元件120，该输出耦合元件包括由诸如氧化铝的材料制成的介电柱122，其外表面被涂覆以诸如银的导电饰面。中部包括灯泡(气体填充容器)130，该灯泡由对于可见光是透明的材料制成，诸如石英或半透明的氧化铝。顶部包括顶部耦合元件125，该顶部耦合元件也包括介电柱127，该介电柱由诸如氧化铝的材料制成，其外表面被涂覆以诸如银的导电饰面。本实用新型的关键在于，输出耦合元件120和顶部耦合元件125的介电柱被钻孔，以紧密地收容灯泡130，使得通过它们的介电中心的热传递和通过它们的导电外涂层的RF耦合同时发生。输出耦合元件和顶部耦合元件的介电柱的与灯泡相接触的区域没有被涂覆以导电饰面。利用这种灯泡组装方式，使得高RF场远离灯泡的端部，从而获得更可靠的灯。本实用新型的另一关键方面在于，输出耦合元件120和顶部耦合元件125分别在平面121和1 处与灯体600进行接地接触，如图4A、图4B和图4C中所示。下部110的被图4A、图4B和图4C中所示的灯体600收容(并与输入耦合元件630 的长度重叠)且如图5C中所示位于虚线140以下的部分没有被涂覆以导电层。下部110的位于灯体600以上但基本上位于灯泡130以下的部分以线140与141之间的区域示出；该部分可被涂覆以导电饰面117。导电涂覆的目的是屏蔽不想要的电磁辐射。导电饰面117 的示例性实施方式是银粉漆。替换地，代替导电饰面部分，下部110可被金属环650覆盖， 该金属环作为灯体600的延伸部分，如图6中所示。图5F是图5D中所示的集成的灯泡/输出耦合元件组件100的侧截面图。该图仅是示例性的，这里不应该不恰当地限制权利要求的范围。本领域的普通技术人员将认识到其他的变化、修改和替换。除了组件的中部和顶部没有位于由诸如石英的材料制成的介电管内以外，该组件类似于图5E中所示的组件。图5G是集成的灯泡/输出耦合元件组件100的替换设计的透视图。该图仅是示例性的，这里不应该不恰当地限制权利要求的范围。本领域的普通技术人员将认识到其他的变化、修改和替换。该组件类似于图5E，除了没有顶部耦合元件之外。该组件包括两部分。底部110与图3E相同，且包含输出耦合元件120，该输出耦合元件120包括由诸如氧化铝的材料制成的介电柱122，该介电柱的外表面被涂覆以诸如银的导电饰面。灯泡(气体填充容器)130的顶部由对于可见光是透明的材料制成，诸如石英玻璃或半透明的氧化铝。 本实用新型的关键方面在于，输出耦合元件120的介电柱被钻孔，以紧密地收容灯泡130， 使得通过它的介电中心的热传递和通过它的导电外涂层的RF耦合同时发生。输出耦合元件的介电柱的与灯泡相接触的区域没有被涂覆以导电饰面。利用这种灯泡组装方式，使得高RF场远离灯泡的端部，从而获得更可靠的灯。本实用新型的另一关键方面在于，输出耦合元件120在平面121处与灯体600进行接地接触，如图4A、图4B和图4C中所示。底部110的被图4A、图4B和图4C中所示的灯体600收容(并与输入耦合元件630 的长度重叠)且如图5G中所示位于虚线140以下的部分没有被涂覆以导电层。底部110的位于灯体600以上但基本上位于灯泡130以下的部分以线140与141之间的区域示出；该部分可被涂覆以导电饰面117。导电涂覆的目的是屏蔽不想要的电磁辐射。导电饰面117 的示例性实施方式是银粉漆。替换地，代替导电饰面，底部110的线140与141之间的部分可被金属环650覆盖，该金属环作为灯体600的延伸部分，如图6中所示。[0135]图5H是图5G中所示的集成的灯泡/输出耦合元件组件100的侧截面图。该图仅是示例性的，这里不应该不恰当地限制权利要求的范围。本领域的普通技术人员将认识到其他的变化、修改和替换。该组件类似于图5F，只是没有顶部耦合元件。图6是图4A、图4B和图4C中所示的灯的灯体/金属外壳的透视图。该图仅是示例性的，这里不应该不恰当地限制权利要求的范围。本领域的普通技术人员将认识到其他的变化、修改和替换。灯体/金属外壳包括两部分底部600和顶部650。在这种情况下， 灯体的底部是圆柱形的，但也可制成为矩形或其他形状。灯体的顶部是金属环的形式，但也可是矩形/方形的形式。灯体由金属制成，诸如铝或铜。该灯体可由多个件制成，多个件利用螺钉或通过钎焊或焊接或其他技术附接在一起。灯体的内部638是中空的，并通过孔610 和510来收容集成的灯泡/输出耦合元件组件100 (图5A、图5C和图5E)。输出耦合元件 120和顶部耦合元件125电连接至接地的灯体。灯体中还有孔611和612，以收容输入耦合元件630和反馈耦合元件635，如图4A、图4B和图4C中所示。这两个耦合元件的底部处将不接触灯体的壁。但是，输入耦合元件630将在灯体600的顶表面处突出穿过孔731，并连接至接地的灯体。图7A是替换的无电极灯设计的侧截面图，其采用图6中所示的灯体/金属外壳和图5E中所示的集成的灯泡/输出耦合元件组件。该图仅是示例性的，这里不应该不恰当地限制权利要求的范围。本领域的普通技术人员将认识到其他的变化、修改和替换。灯体的内部638基本上是中空的。在输入耦合元件630的周围使用诸如特氟龙(Teflon)的介电层605，以防止电弧。输入耦合元件的端部631连接至接地的灯体。该灯组件还在平面101 和102处接地。灯组件的位于灯体600内部的下部110未被涂覆以任何金属。这允许RF 能量从输入耦合元件630耦合到输出耦合元件120。与灯泡的耦接及阻抗匹配依赖于两个耦合元件之间的分隔以及它们的尺寸(包括长度和直径)。灯体和灯组件的谐振频率强烈地依赖于输出耦合元件的长度，但不太依赖于圆柱形灯体的直径。反馈耦合元件635通过开口 612被灯体600紧密地收容，因此不是与灯体600直接DC电接触。较短的反馈E场耦合元件635耦合来自灯泡/输出耦合元件组件100的少量RF能量，并向RF放大器210提供反馈。虽然图5A中所示的构造是类似于图4A的反馈构造，但利用类似于图4B的无反馈构造来实现这种设计也是可行的。图7B是图7A中所示的无电极灯设计替换无电极灯设计的侧截面图。该图仅是示例性的，这里不应该不恰当地限制权利要求的范围。本领域的普通技术人员将认识到其他的变化、修改和替换。该设计是类似的设计，除了图7A中所示的介电层110的在灯体600 的底部内围绕输出耦合元件120的一部分被去除之外。图7C是图7A中所示的无电极灯设计的替换无电极灯设计的侧截面图。该图仅是示例性的，这里不应该不恰当地限制权利要求的范围。本领域的普通技术人员将认识到其他的变化、修改和替换。该设计是类似的设计，除了灯体600在灯体的下部被部分填充以电介质602之外。图7D是图7C中所示的灯设计的替换灯设计的侧截面图。该图仅是示例性的，这里不应该不恰当地限制权利要求的范围。本领域的普通技术人员将认识到其他的变化、修改和替换。该设计也具有被部分填充以电介质的灯体600，除此之外，介电层是围绕灯组件的输出耦合元件的圆柱形。灯体还有可能完全填充以电介质。[0141]通过电磁仿真示出了图4A和图4B中所示的灯设计的两个显著优点，即，谐振频率强烈地依赖于输入耦合元件和输出耦合元件的相对长度以及耦合于灯泡130的RF功率强烈地依赖于输入耦合元件630与灯泡/输出耦合元件组件100内的输出耦合元件120之间的物理分隔，这两个优点在图7A和图7B所示的设计中保留。本领域的普通技术人员还将认识到，图7A和图7B中所示的分布式RF振荡器构造(其包括反馈耦合元件635和放大器 210以及输入耦合元件630，形成围绕灯泡/输出耦合元件组件100的正反馈环，且类似于图4A所示的构造)，可被图4B中所示的集总(lumped) RF源构造替代，这对本实用新型没有实质改变。尽管以上是对具体实施方式
的全面描述，但也可采用各种修改、替换结构和等同结构。因此，以上描述和说明不应该认为是限制本实用新型的范围，本实用新型的范围由所附权利要求限定。
权利要求1.一种使用无电极等离子体源灯的光波导系统，其特征在于，所述光波导系统包括 至少一个无电极等离子体灯源，具有一输出，所述输出包括发射的光；至少一个光源耦合元件，具有能够接收和发送光的至少一个输入和至少一个输出，所述纤维光源耦合元件的输入耦合至至少一个无电极等离子体灯源的输出；以及至少一个光波导元件，包括具有相应的近端输入和远端输出的至少一个光学纤维，所述纤维光源耦合元件的输出耦合至所述光波导元件的至少一个光学纤维的相应的近端输入，使得从所述无电极等离子体灯源发出的光被发送到所述光波导元件的光学纤维中的至少一个中并通过所述光学纤维的至少一个经由远端输出而发出。
2.根据权利要求1所述的光波导系统，其特征在于，所述无电极等离子体灯源包括 导电壳体，具有限定在所述导电壳体内的空间体积，所述空间体积具有内部区域和外部区域；支撑体，具有设置在或部分设置在所述导电壳体的空间体积的内部区域内的外表面区域以及覆盖所述支撑体的外表面区域的导电材料；气体填充容器，具有包括内表面和外表面以及形成于所述内表面内的腔体的透明或半透明体，所述气体填充容器包括第一端部区域和第二端部区域以及限定于所述第一端部区域与所述第二端部区域之间的长度；第一耦合元件，空间地设置在所述导电壳体的内部区域内并耦接至所述气体填充容器的第一端部区域，所述第一耦合元件的另一端电连接至所述导电材料；RF源耦合元件，空间地设置在所述导电壳体的外部区域内并处在距离所述第一耦合元件的预定距离内，所述RF源耦合元件的一端电连接至所述导电材料；设置在所述RF源耦合元件与所述第一耦合元件之间的间隙，所述间隙由所述预定距离形成；RF源，包括一输出，所述RF源的输出通过所述间隙和所述RF源耦合元件耦合至所述第一耦合元件。
3.根据权利要求2所述的光波导系统，其特征在于，所述RF源通过所述间隙和所述RF 源耦合元件至少电感性地耦合至所述第一耦合元件。
4.根据权利要求2所述的光波导系统，其特征在于，所述RF源通过所述间隙和所述RF 源耦合元件至少电容性地、或电感性地、或电容性和电感性组合地耦合至所述第一耦合元件。
5.根据权利要求2所述的光波导系统，其特征在于，所述RF源配置成引起基本上沿着所述气体填充容器的所述长度的电磁能量输出，同时所述第一端部区域基本上没有任何电磁能量。
6.根据权利要求2所述的光波导系统，其特征在于，所述电磁能量至少电感性地耦合至所述气体填充容器。
7.根据权利要求2所述的光波导系统，其特征在于，所述电磁能量至少电容性地、电感性地、或电容性和电感性组合地耦合至所述气体填充容器。
8.根据权利要求2所述的光波导系统，其特征在于，所述RF源耦合元件进一步包括一输入，所述RF源的输入耦合至第二耦合元件，所述第二耦合元件耦接至所述气体填充容器的第二端部区域。
9.根据权利要求2所述的光波导系统，其特征在于，所述支撑体被配置成在所述气体填充容器的工作期间从所述气体填充容器转移热能。
10.根据权利要求2所述的光波导系统，其特征在于，所述支撑体由介电材料制成，所述介电材料配置成提供机械支撑，所述介电材料进一步是所述导电材料与所述气体填充容器的第一端部区域之间的扩散屏障。
11.根据权利要求2所述的光波导系统，其特征在于，所述第一耦合元件包括一第一耦合元件端部和一第二耦合元件端部，该第一耦合元件端部耦接至所述气体填充容器的第一端部区域，该第二耦合元件端部直接连接至接地电势。
12.根据权利要求2所述的光波导系统，其特征在于，所述RF源耦合元件包括一第一耦合元件端部和一第二耦合元件端部，该第一耦合元件端部连接至所述RF源的输出，该第二耦合元件端部直接连接至接地电势。
13.根据权利要求2所述的光波导系统，其特征在于，进一步包括第二耦合元件，所述第二耦合元件包括一第一耦合元件端部和一第二耦合元件端部，该第一耦合元件端部耦接至所述气体填充容器的第二端部区域，该第二耦合元件端部直接耦接至接地电势。
14.根据权利要求2所述的光波导系统，其特征在于，所述第一耦合元件包括在所述导电材料内的一暴露介电区域，所述第一耦合元件的暴露介电区域耦接至所述气体填充容器的第一端部区域。
15.根据权利要求2所述的光波导系统，其特征在于，所述暴露介电区域配置有凹入形状，以紧密地插入所述气体填充容器的第一端部区域。
16.根据权利要求2所述的光波导系统，其特征在于，进一步包括第二耦合元件，所述第二耦合元件包括在所述导电材料内的一暴露介电区域，所述第二耦合元件的暴露介电区域耦接至所述气体填充容器的第二端部区域。
17.根据权利要求16所述的光波导系统，其特征在于，所述暴露介电区域配置有凹入形状，以紧密地插入所述气体填充容器的第二端部区域。
18.根据权利要求2所述的光波导系统，其特征在于，进一步包括第二耦合元件，并且其中，所述电磁能量RF耦合在所述第一耦合元件与第二耦合元件之间。
19.根据权利要求2所述的光波导系统，其特征在于，所述电磁能量电容性地、电感性地、或电容性和电感性组合地耦合至所述气体填充容器。
20.根据权利要求2所述的光波导系统，其特征在于，进一步包括空间地耦合至所述气体填充容器的反射体装置。
21.根据权利要求2所述的光波导系统，其特征在于，所述RF源选自RF放大器。
22.根据权利要求2所述的光波导系统，其特征在于，所述导体是金属的，所述导体被配置成约束所述空间体积内的电磁能量，并被配置为用作所述电磁能量的引导结构。
23.根据权利要求22所述的光波导系统，其特征在于，所述导体进一步包括介电插入物。
24.根据权利要求2所述的光波导系统，其特征在于，所述导体是密封的。
25.根据权利要求2所述的光波导系统，其特征在于，所述导体包括一内表面区域，该内表面区域包括叠置的氧化物支承材料。
26.根据权利要求2所述的光波导系统，其特征在于，所述导体包括一内表面区域，该内表面区域包括绝缘材料。
27.根据权利要求2所述的光波导系统，其特征在于，所述空间体积基本上是空气。
28.根据权利要求2所述的光波导系统，其特征在于，所述空间体积维持在真空中。
29.根据权利要求2所述的光波导系统，其特征在于，所述空间体积基本上是氮气。
30.根据权利要求2所述的光波导系统，其特征在于，所述空间体积基本上是介电常数大于2的介电材料。
31.根据权利要求2所述的光波导系统，其特征在于，进一步包括设置在所述导电壳体的空间体积的外部区域的一部分内的反馈耦合元件，所述反馈耦合元件配置成向所述RF 源发送指示。
32.根据权利要求31所述的光波导系统，其特征在于，进一步包括在所述反馈耦合元件与所述第一耦合元件之间的反馈耦合元件间隙，所述反馈耦合元件间隙基本上没有固体介电材料。
33.根据权利要求31所述的光波导系统，其特征在于，所述导体基本上是中空的。
34.根据权利要求2所述的光波导系统，其特征在于，所述气体填充容器基本上不与所述导电材料接触。
35.根据权利要求2所述的光波导系统，其特征在于，所述半透明的材料是半透明氧化铝材料。
36.根据权利要求2所述的光波导系统，其特征在于，所述导电壳体配置成圆柱形、矩形、环形、方形、三角形、多边形、金字塔形、或卵形。
37.根据权利要求1所述的光波导系统，其特征在于，所述光波导系统用在街道灯柱照明系统中，所述无电极等离子体灯源位于所述街道灯柱的底座处，并且所述纤维元件延伸到所述灯柱的顶部，以从升高的位置提供照明。
38.根据权利要求1所述的光波导系统，其特征在于，所述无电极等离子体灯源包括导电壳体，具有限定在所述导电壳体内的空间体积，所述空间体积具有内部区域和外部区域；金属支撑体，具有设置在或部分设置在所述导电壳体的空间体积的内部区域内的外表面区域；气体填充容器，具有包括内表面和外表面以及形成在所述内表面内的腔体的透明或半透明体，所述气体填充容器包括第一端部区域和第二端部区域以及限定于所述第一端部区域与所述第二端部区域之间的长度；第一耦合元件，空间地设置在所述导电壳体的内部区域内并耦接至所述气体填充容器的第一端部区域，所述第一耦合元件的另一端电连接至所述导电材料；第二耦合元件，耦接至所述气体填充容器的第二端部区域，所述第二耦合元件电连接至所述导电材料；以及RF源耦合元件，空间地设置在所述导电壳体的外部区域内并处在距离所述第一耦合元件的预定距离内，所述RF源耦合元件的一端电连接至所述导电材料；设置在所述RF源耦合元件与所述第一耦合元件之间的间隙，所述间隙由所述预定距离提供；RF源，包括一输出，所述RF源的输出通过所述间隙和所述RF源耦合元件耦合至所述第一耦合元件。
39.根据权利要求38所述的光波导系统，其特征在于，所述金属支撑体是选自钼、铝、 铜、金、银、复合金属、或金属合金、或具有金属涂层的氧化铝的导电材料。
40.根据权利要求38所述的光波导系统，其特征在于，所述金属支撑体包括下部区域和上部区域，所述上部区域具有耐熔金属，所述耐熔金属耦接至所述气体填充容器的第一端部区域。
41.根据权利要求38所述的光波导系统，其特征在于，所述金属支撑体包括下部区域和上部区域，所述上部区域具有耐熔金属，所述耐熔金属耦接至所述气体填充容器的第一端部区域。
42.根据权利要求40所述的光波导系统，其特征在于，所述气体填充容器由石英材料制成，所述耐熔金属不会扩散到所述气体填充容器的石英材料的一部分内。
43.根据权利要求40所述的光波导系统，其特征在于，所述金属支撑体可操作地耦接且电耦接至所述气体填充容器。
44.根据权利要求38所述的光波导系统，其特征在于，所述光波导系统用在街道灯柱照明系统中，所述无电极等离子体灯源位于所述街道灯柱的底座处，并且所述纤维元件延伸到所述灯柱的顶部，以从升高的位置提供照明。
45.根据权利要求1所述的光波导系统，其特征在于，所述无电极等离子体灯源包括导电壳体，具有限定在所述导电壳体内的空间体积，所述空间体积具有内部区域和外部区域；金属支撑体，具有设置在或部分设置在所述导电壳体的空间体积的内部区域内的外表面区域；气体填充容器，具有包括内表面和外表面以及形成于所述内表面内的腔体的透明或半透明体，所述气体填充容器包括第一端部区域和第二端部区域以及限定于所述第一端部区域与所述第二端部区域之间的长度；第一耦合元件，空间地设置在所述导电壳体的内部区域内并耦接至所述气体填充容器的第一端部区域，所述第一耦合元件的另一端电连接至所述导电材料；RF源耦合元件，空间地设置在所述导电壳体的外部区域内并处在距离所述第一耦合元件的预定距离内；设置在所述RF源耦合元件与所述第一耦合元件之间的间隙；RF源，包括一输出，所述RF源的输出通过所述间隙和所述RF源耦合元件耦合至所述第一耦合元件。
46.根据权利要求45所述的光波导系统，其特征在于，所述金属支撑体是选自钼、铝、 铜、金、银、复合金属、或金属合金、或具有金属涂层的氧化铝的导电材料。
47.根据权利要求45所述的光波导系统，其特征在于，所述金属支撑体包括下部区域和上部区域，所述上部区域具有耐熔金属，所述耐熔金属耦接至所述气体填充容器的第一端部区域。
48.根据权利要求45所述的光波导系统，其特征在于，所述金属支撑体包括下部区域和上部区域，所述上部区域具有耐熔金属，所述耐熔金属耦接至所述气体填充容器的第一端部区域。
49.根据权利要求47所述的光波导系统，其特征在于，所述气体填充容器由石英材料制成，所述耐熔金属没有扩散到所述气体填充容器的石英材料的一部分内。
50.根据权利要求47所述的光波导系统，其特征在于，所述金属支撑体可操作地耦接且电耦接至所述气体填充容器。
51.根据权利要求45所述的光波导系统，其特征在于，所述光波导系统用在街道灯柱照明系统中，所述无电极等离子体灯源位于所述街道灯柱的底座处，并且所述纤维元件延伸到所述灯柱的顶部，以从升高的位置提供照明。
52.根据权利要求2所述的光波导系统，其特征在于，一透镜定位在所述无电极等离子体灯源与所述光源耦合元件之间。
53.根据权利要求2所述的光波导系统，其特征在于，一多路转接器用在所述光源耦合元件与至少一个光波导元件之间，以允许传输特定波长的电磁辐射。
54.根据权利要求38所述的光波导系统，其特征在于，一透镜定位在所述无电极等离子体灯源与所述光源耦合元件之间。
55.根据权利要求38所述的光波导系统，其特征在于，一多路转接器用在所述光源耦合元件与至少一个光波导元件之间，以允许传输特定波长的电磁辐射。
56.根据权利要求45所述的光波导系统，其特征在于，一透镜定位在所述无电极等离子体灯源与所述光源耦合元件之间。
57.根据权利要求45所述的光波导系统，其特征在于，一多路转接器用在所述光源耦合元件与至少一个光波导元件之间，以允许传输特定波长的电磁辐射。
专利摘要本实用新型涉及使用无电极等离子体源灯的光波导系统，该无电极等离子体源灯作为电磁辐射源。该系统包括至少一个无电极等离子体灯源，其具有包括发射的光的输出；具有能够接收和发送光的至少一个输入和至少一个输出的至少一个光源耦合元件，其输入耦合至至少一个无电极等离子体灯源的输出；以及至少一个光波导元件，包括具有相应的近端输入和远端输出的至少一个光学纤维，纤维光源耦合元件的输出耦合至光波导元件的至少一个光学纤维的相应的近端输入，使得从无电极等离子体灯源发出的光被发送到光波导元件的光学纤维中的至少一个中并通过光学纤维的至少一个经由远端输出而发出。
文档编号F21V8/00GK202189755SQ201120085740
公开日2012年4月11日 申请日期2011年3月29日 优先权日2009年9月2日
发明者弗雷德里克·M·埃斯皮奥, 迈赫兰·马特路比安 申请人:托潘加科技有限公司