JP2013231981A - 光波によって生じる放射圧を伝達する方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】特に、光波における放射圧を利用する技術を提供する。光波を伝達又はそうでなければ操作し、及び/又は光波によって生じる放射圧を伝達する方法及び装置も提供する。本発明の一態様では、光波によって生じる放射圧を伝達する方法を提供する。本方法は、最初の透過表面と、各々が最初の透過表面に対してある一定の角度で位置決めされた1対の反射面とを含む近全反射面を有する反射プリズムを位置決めする段階を伴う。次に、光波は、光波が透過表面に対してほぼ垂直であり、かつそれを通過するように反射プリズムの方向に誘導される。光波は、更に、第1及び次に第2の反射面から反射し、透過表面を通じてプリズムを出射する。このようにして、反射する光波によって伝達される放射圧が、プリズムに対して作用する。
【選択図】図1
Description
2次プリズム607は、シリンダ608、608’、及び従ってシリンダ608、608’の各々内のミラー612及びピストン610と連通する。図6bの側立面図には、4つの1次プリズム606及び4つの2次プリズム607を示しており、各対は、1対又は1列のシリンダ608及びピストン610、並びにシリンダ608内に位置するクランクアセンブリ611と作動的に関連付けられる。
そのような所定の光路を図6の双方向矢印AA’で表している。
好ましくは、光子エンジンの作動は、本明細書において大部分を説明してきた光ビーム集光、光ビーム増倍、及び光ビーム閉じ込めを含む他の重要な部分処理を含む。
Amは、各ミラーの面積であり、
t0は、初期ビーム衝突持続時間であり、
mは、ミラー/ピストンアセンブリの質量であり、
ρmは、ミラーの有効反射率であり、
tsは、光スイッチの有効透過率であり、
zは、運動量移行中に可能な跳ね返り時間であり、
v0は、ミラーの初期速度である。
この増幅相中に、集光ビームは、集光装置から連続して入力される。別の態様では、光増倍器820は、更に集光相の光変換相との同期を可能にする。その結果は、連続した光処理及びエンジン作動である。
図11Aを参照すると、最初にこの距離は有意に大きくなり(dr)、内部全反射が達成される。図11Cを参照すると、非常に小さい距離dtしか存在しないように2つのプリズムが互いに非常に近い時に光は全透過される。図11Bを参照すると、中途の表面が互いに移動している間には、光は他方の表面に触れ、光は、透過及び反射の両方を受けることになる。透過量は、フレネルの方程式[2]を用いて多重境界問題として解くことができる。
一方が低い表面速度に対するもの、及び他方が高い表面速度に対するものである2つの等しい力からの仕事出力は、同じではない。高い表面速度は、式(1)に示すように高い仕事出力を発生させることになり、これは、最終の速度(第1の二乗項)が初期速度(第2の二乗項)を基準とすることによる。ミラー表面を十分に速く移動することによって赤方偏移がミラーの反射率に接近すると、閉じ込められたエネルギは、赤方偏移によって発散することになり、それによって余熱が低下する。積層圧電アクチュエータは、共振して、機械的仕事を電気に効率的に変換し、赤方偏移に向けて高NTRS速度を得るための機構を提供する[5]。放射圧の機械的仕事への変換を起こすのに加えて、本明細書に教示するNTRSとアクチュエータの組合せは、熱制御の潜在的な技術的問題に対する技術的解決法としての役割を達成する。
5つの時間的光線追跡機能を提供する。
(1)反射によって及ぼされる放射圧からの力蓄積、
(2)光スイッチングを用いて閉じ込めをモデル化する可変光学器械、
(3)ビーム増倍及び分割からの光束デルタをモデル化する封入体、
(4)赤方偏移からのエネルギ損失、
(5)関与媒質内のエネルギ吸収。
106 1次プリズム
107 2次プリズム
114 圧縮境界インタフェース
Claims (29)
- 光波によって生じる放射圧を伝達する方法であって、
透過表面と各々が該透過表面に対してある一定の角度で位置決めされた1対の反射面とを含む近全反射面(NTRS)を有する反射プリズムを位置決めする段階と、
光波を、該光波が前記透過表面に対してほぼ垂直であり、かつそれを通過するように前記反射プリズムの方向に誘導し、それによって該光波が、第1及び次に第2の反射面から更に反射して該透過表面を通じて該プリズムを出射し、それによって該反射する光波によって伝達された放射圧が、該反射プリズムに対して作用する段階と、
を含むことを特徴とする方法。 - 前記反射面は、前記光波が該反射面上で入射角に対してほぼ90°の角度で反射し、かつ前記プリズムを前記透過表面に対してほぼ垂直な角度で出射するように位置決めされることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記誘導する段階は、前記光波によって伝達される放射圧が前記反射プリズムに対して繰り返して作用するように複数回繰り返されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 光学スイッチと、前記反射プリズム、該光学スイッチ、及び第2の反射ミラーを含む閉じ込めチャンバとを更に含み、
前記誘導する段階は、光波を前記閉じ込めチャンバ内に導入する段階を更に含み、
前記導入する段階は、該導入した光波を前記第1の反射面の方向に誘導し、それによって前記反射プリズムに接触させてそこから反射させ、かつ放射圧をして前記NTRSに作用させ、それによって該反射した光波が所定の反射光路に沿って移動させられ、それによって該反射光波が、該光波が再度該反射プリズムで反射させられるように、前記第2の反射ミラーで反射して該初期反射光路の方向に戻り、かつそれによって該光波が、複数のサイクルにわたって該所定の光路に沿って継続して伝播して、放射圧が、該反射プリズムに対して繰り返して作用する段階を含み、
前記反射面は、前記近全反射面(NTRS)を有する石英プリズムによって提供される、
ことを特徴とする請求項3に記載の方法。 - 前記光波は、光源から所定の光路に沿って選択的に誘導され、それによって該光波は、該光波が赤方偏移して余熱を低減するように、前記透過表面を通過して前記反射面の各々に対して45°の角度で反射し、かつ前記プリズムを該透過表面に対してほぼ垂直に出射することを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 光波によって生じる放射圧を伝達する方法であって、
光波の伝播を閉じ込めるための閉じ込めチャンバを準備する段階と、
前記閉じ込めチャンバの第1の位置に第1の反射面を位置決めし、かつ該閉じ込めチャンバの第2の位置に第2の反射面を位置決めし、それによって該第1及び第2の反射面の該位置及び向きが予め決められて、少なくとも部分的に所定の反射光路を形成する段階と、
第1のプリズムを準備し、該第1のプリズムの少なくとも1つの面が前記閉じ込めチャンバの境界を形成するように該第1のプリズムを位置決めする段階と、
導入される光波を前記第1の反射面の方向に誘導し、それによって該第1の反射面に接触させ、かつ放射圧をして該第1の反射面に作用させ、次に、該第1の反射面で反射させ、それによって該反射した光波が、前記所定の反射光路に沿って移動させられ、それによって該反射光波が、該光波が再度該第1の反射面で反射させられるように、前記第2の反射面で反射して該初期反射光路の方向に戻り、かつそれによって該光波が、複数のサイクルにわたって該所定の光路に沿って該反射面間を継続して伝播して、放射圧が、該第1の反射面に対して繰り返して作用する段階を含む、光波を前記閉じ込めチャンバ内に導入する段階と、
を含み、
前記反射面のうちの少なくとも1つは、近全反射面(NTRS)を有するミラーによって提供される、
ことを特徴とする方法。 - 前記導入する段階は、前記光波が前記1つの面を通じて前記閉じ込めチャンバに入射するように前記プリズムの該1つ面を開放し、かつ該光波が該閉じ込めチャンバに入射した後に該1つの面を遮断することにより、該光波を該1つの面を通じて該プリズム内に誘導する段階を含むことを特徴とする請求項6に記載の方法。
- 第2のプリズムを準備して、該第2のプリズムの1つの面が前記第1のプリズムの前記1つの面に隣接して位置決めされるように該第2のプリズムを位置決めする段階を更に含み、
前記1つの面を開放する前記段階は、前記第1のプリズムの該1つの面を前記第2のプリズムの前記1つの面に向けて圧縮し、それによって該圧縮された面が、該第1及び第2のプリズム間の透過インタフェースを形成する段階を含む、
ことを特徴とする請求項7に記載の方法。 - 前記第1の反射面は、該第1の反射面を形成する初期反射面と、該第1の反射面から反射する光波が前記プリズムから離れる方向に該反射面上で反射されるように位置決めされた戻り反射面とを有する反射プリズムによって提供され、かつそれによって前記導入する段階は、該初期反射面、該戻り反射面、及び少なくとも前記第2の反射面の間の該光波の伝播を引き起こすことを特徴とする請求項6に記載の方法。
- 前記プリズムは、可動プリズムであることを特徴とする請求項9に記載の方法。
- 別の光波に対して前記導入する段階を繰り返し、それによって前記プリズムの前記表面の該光波との繰り返される接触が放射圧をして該可動プリズムを所定の経路に沿って移動させる段階を更に含むことを特徴とする請求項10に記載の方法。
- 前記NTRSは、透過表面、前記初期反射面、及び前記戻り反射面を含み、かつ前記光波が、該透過表面を通過することによって前記プリズムに入射し、前記第1の反射面及び該戻り反射面から反射し、該透過表面を通じて出射するように該光波に対して位置決めされていることを特徴とする請求項9に記載の方法。
- 光波によって生じる放射圧を伝達するための装置であって、
光波の伝播を閉じ込めるように構成された閉じ込めチャンバと、
開放モード及び遮断モードで選択的に作動可能であり、開放モードで光波を前記閉じ込めチャンバに入射させ、遮断モードで該閉じ込めチャンバからの該光波の漏出を阻止する光学スイッチと、
前記閉じ込めチャンバの一端に位置決めされ、かつ近全反射面(NTRS)を有する反射ミラーと、
を含み、
前記光学スイッチ及び反射ミラーは、該光学スイッチが、前記閉じ込めチャンバ内に該反射ミラーの方向に光波を導入し、それによって該光波が前記NTRSで反射し、放射圧をして該反射ミラーに作用させるように作動可能であるように位置決めされる、
ことを特徴とする装置。 - 前記反射ミラーは、初期反射面と戻り反射面とを有する石英プリズムであることを特徴とする請求項13に記載の装置。
- 前記プリズムは、透過表面を更に含み、それを通じて光波が該プリズムに入射して前記反射面に接触し、かつそれを通じて光波が該プリズムを出射することを特徴とする請求項14に記載の装置。
- 前記反射面の各々は、前記透過表面に対してほぼ45°に位置決めされることを特徴とする請求項15に記載の装置。
- 前記反射面は、前記光波が、該反射面上で入射角に対してほぼ90°の角度で反射し、かつ前記プリズムを前記透過表面に対してほぼ垂直な角度で出射するように位置決めされることを特徴とする請求項16に記載の装置。
- 前記ミラーは、複数のNTRSを有することを特徴とする請求項13に記載の装置。
- 前記反射ミラーは、同心状に互いに隣接して配置された複数のNTRSを有する石英プリズムであることを特徴とする請求項18に記載の装置。
- プリズムの容積が前記閉じ込めチャンバの一部分を形成するように、かつプリズムの1つの面が前記光学スイッチに対するゲートを形成するように該閉じ込めチャンバに位置決めされた第1のプリズムと、
プリズムの面が前記第1のプリズムの前記1つの面に隣接して位置決めされるように、かつ該第1のプリズムとの間のプリズムの圧縮が前記開放及び遮断モード間で前記光学スイッチを作動させるように前記閉じ込めチャンバに隣接した第2のプリズムと、
を更に含むことを特徴とする請求項13に記載の装置。 - 前記光学スイッチに関連付けられ、かつ前記開放及び遮断モード間で前記第1及び第2のプリズムの圧縮を駆動するように作動可能な圧電アクチュエータを更に含むことを特徴とする請求項20に記載の装置。
- 光波によって生じる放射圧を伝達する方法であって、
光波の伝播を閉じ込めるための閉じ込めチャンバを準備する段階と、
近全反射面(NTRS)を有するミラーを前記閉じ込めチャンバの第1の位置に、かつ第2の反射面を該閉じ込めチャンバの第2の位置に位置決めする段階と、
第1のプリズムを準備し、該第1のプリズムの少なくとも1つの面が前記閉じ込めチャンバの境界を形成するように該第1のプリズムを位置決めする段階と、
第2のプリズムを準備し、該第2のプリズムの1つの面が前記第1のプリズムの前記1つの面に隣接して位置決めされるように該第2のプリズムを位置決めする段階と、
前記第2のプリズムに外部光源からの光波を受光する段階と、
導入される光波を前記NTRSの方向に誘導し、それによって該NTRSに接触させて、放射圧をして該NTRSに対して作用させ、それによって該光波が、所定の反射光路に沿って該NTRSから反射して前記第2の反射面で反射し、該初期反射光路の方向に戻って該NTRSで反射し、それによって該光波が、該NTRSに繰り返し接触してそこで反射し、放射圧をしてそこに対して作用させる段階を含む、該光波を前記第2のプリズムから前記閉じ込めチャンバ内に導入する段階と、
を含むことを特徴とする方法。 - 前記導入する段階は、
前記光波が前記第1のプリズムの前記1つの面を通じて前記閉じ込めチャンバに入射するように該1つの面を開放し、該1つの面を開放する該段階が、該第1のプリズムの該1つの面を前記第2のプリズムの前記1つの面に向けて圧縮し、それによって該圧縮面が該第1及び第2のプリズム間の透過インタフェースを形成する段階を含み、かつ該光波が該閉じ込めチャンバに入射した後に該1つの面を遮断することにより、該第1のプリズムの該1つの面を通じて該閉じ込めチャンバ内に該光波を誘導する段階と、
前記開放する段階を含む前記導入する段階を繰り返して、放射圧をして前記ミラーに対して作用させる段階と、
を含む、
ことを特徴とする請求項22に記載の方法。 - 前記光波を分割し、前記導入する段階の前に前記第2のプリズム内で分割された光波をもたらし、それによって分割後に圧縮ビーム長さを有する光波をもたらす段階を含む、該導入する段階の前に該第2のプリズムにおいて前記光波を複数回増倍し、それによって前記閉じ込めチャンバ内に導入される該光波の強度を高める段階、
を更に含むことを特徴とする請求項22に記載の方法。 - 光波によって生じる放射圧を伝達するための装置であって、
近全反射面(NTRS)を有し、かつ初期透過表面と1対の反射面とを有する石英プリズムである反射プリズムと、
光波が前記透過表面を通過して前記反射面から反射し、それによって該光波によって伝達された放射圧をして前記NTRSに対して作用させるように、前記反射プリズムの方向に該透過表面に対してほぼ垂直に該光波を誘導するように位置決めされた光波源と、
を含むことを特徴とする装置。 - 前記NTRSは、前記誘導される光波の経路に対してほぼ垂直に位置決めされた透過表面と、各々が該透過表面に対して45°に位置決めされた2つの反射面とを含むことを特徴とする請求項25に記載の装置。
- 前記光波源は、前記反射ミラーまで前記透過表面に対して垂直に所定の光路に沿って前記光波を誘導するように選択的に作動可能な光学スイッチを含むことを特徴とする請求項25に記載の装置。
- 前記光波の伝播を閉じ込めるように構成された閉じ込めチャンバを更に含むことを特徴とする請求項27に記載の装置。
- 前記光学スイッチは、
プリズムの容積が前記閉じ込めチャンバの一部分を形成するように、かつプリズムの1つの面が前記光学スイッチに対するゲートを形成するように該閉じ込めチャンバに位置決めされた第1のプリズムと、
プリズムの面が前記第1のプリズムの前記1つの面に隣接して位置決めされるように、かつ該第1のプリズムとの間のプリズムの圧縮が開放及び遮断モード間で前記光学スイッチを作動させるように前記閉じ込めチャンバに隣接した第2のプリズムと、
を含む、
ことを特徴とする請求項28に記載の装置。
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