光纤照明系统和方法技术方案

本文披露了包括至少一个光漫射光纤的照明系统。该照明系统包括至少一个低散射光导光纤，其光学地将所述至少一个光漫射光纤偶联到至少一个光源。光漫射光纤包括具有一定长度的光源光纤部分，散射光在该长度上连续地发射。光源光纤部分可以弯曲，包括卷绕成盘卷形状。光漫射光纤光纤包括多个纳米级结构，该结构构造成将在光漫射光纤内行进的导向光散射出光纤的外表面。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交互参照本申请要求对2011年10月7日提交的美国专利申请系列N0.13/269055的优先权益，本文依赖于该专利的内容，并以参见方式引入其全部内容。
本专利技术总的涉及具有纳米大小结构区域的光漫射的光纤，尤其是，涉及光纤照明系统和使用如此光纤用于不同应用的方法，不同的应用包括生物反应器、引导标识以及特殊照明应用。
技术介绍
光纤被用于需要将光线从光源递送到远处部位的各种应用中。例如，光远程通讯系统依赖于光纤网络，以将光从服务提供商传送到系统最终用户。远程通讯光纤设计成在近红外波长上运行，其波长在800nm至1675nm的范围内，其中，只有相当低水平的因吸收和散射造成的衰减。这使得大部分光线注入到光纤的一端，而从光纤的相对端射出，只有少量的光线通过光纤侧面朝外围射出。近来，越来越需求比传统光纤不对弯曲敏感的光纤。这是因为越来越多远程通讯系统正在部署成需要将光纤绷紧弯曲的构造。该种需要已经导致开发出这样的光纤，其使用具有包围内芯区域的非周期性地布置的小孔洞的环。包含孔洞的环用来提高弯曲不敏感性，即，光纤可具有较小的弯曲半径而不会遭受通过其中光信号的衰减的很大变化。在这些光纤中，含有孔洞的环区域在光纤的包层内放置在离内芯一定的距离处，以使通过含有孔洞的环区域的光传播量最小化，因为它会增加光损失。因为光纤通常设计成有效地在长距离上将光线从光纤一端递送到光纤另一端，非常少的光线从典型的光纤侧面跑逸掉，因此，不被认为能很好地适用于形成延伸的照明光源。而且，还有诸如特殊照明、引导标识或生物应用之类的许多应用，包括细菌培养、光-生物能的产生以及生物质量燃料，其中，选定的光量需要以有效的方式提供到规定的区域。对于生物质量生长来说，需要开发出将光能量转换为生物基-燃料的过程。对于特殊照明来说，光源需要是薄的、柔性的且是容易被修改成各种不同的形状。
技术实现思路
根据某些实施例，本专利技术的第一方面是照明系统，其产生至少一个波长(λ)在200nm至2000nm范围内的光。该系统包括光源和至少一个光漫射光纤。光漫射光纤具有玻璃内芯和包层。多个纳米级结构(这里也称作“纳米结构”)位于所述玻璃内芯内或在内芯-包层的边界处。光纤还包括外表面和光学上偶联到光源的端部。光纤构造成藉由所述纳米级结构将导向光散射远离玻璃内芯和通过外表面，以形成具有一定长度的光源光纤部分，该光源光纤部分在其长度上发射大致均匀的辐射，所述光纤对于所述波长具有大于50dB/km的散射诱发的衰减。根据某些实施例，偶联到光纤的光源产生波长在200nm至500nm范围的光，光纤涂层内的荧光材料产生白、绿、红或NIR(近红外)光。根据某些实施例，照明系统包括单个光漫射光纤。根据另一些实施例，照明系统包括多个光漫射光纤。这些光漫射光纤可在直的构造中使用，或可以是弯曲的。根据某些示范的实施例，照明系统可用于生物生长系统，并还可包括生物腔室，该腔室带有构造成含有生物材料的内部。在这些实施例中，光源产生光线，该光线具有生物材料对其敏感的波长。光纤可具有多个形成在其中的弯头，以便从内芯散射出远离中心轴线的导向光，并通过外表面而形成具有一定长度的光源光纤部分，该光源光纤部分在其长度上发射大致均匀的辐射。根据某些实施例，照明系统包括至少一个光源，其产生至少一个在200nm和2000nm之间波长的光线。照明系统还包括至少一个低散射光导光纤，该光纤具有光学上偶联到至少一个光源的输入端，并具有输出端，其构造成将被至少一个光源接受的光提供到输出端，作为导向光。该照明系统还具有至少一个光漫射光纤，其具有玻璃内芯、初级包层以及多个位于所述内芯内或内芯-包层边界上的纳米级结构。至少一个光漫射光纤具有外表面，以及光学地偶联到至少一个低散射光导光纤的输出端的输入端。至少一个低散射光纤构造成接受来自低散射光导光纤的导向光，并藉由所述纳米级结构将导向光散射远离内芯和通过外表面，以形成具有一定长度的光源光纤部分，在该长度上连续地发射散射光。在一实例中，光漫射光纤具有散射诱发的衰减，对于光源的特殊波长来说，该衰减大于50dB/km ο根据某些实施例，本专利技术的另一方面包括执行来自发射光的光源照明的方法。该方法包括将来自光源的光传导到光漫射光纤，作为导向光通过低散射光导光纤。光漫射光纤具有一定长度、玻璃内芯、形成内芯-包层边界的包围包层、外表面，以及设置在玻璃内芯内或内芯-包层边界处的纳米级结构。纳米级结构构造成将在光漫射光纤内行进的导向光从玻璃内芯散射出外表面，以在光漫射光纤的长度上形成连续发射的导向光。本专利技术至少某些实施例的一个有利特征在于照明系统和使用光纤能力有效地将光递送到远处部位的方法，有利特征还在于，即使光纤部署为不同的形状(例如，弯曲、盘卷或直的)以配合应用之需要时，如此的光纤也将相当均匀地散射光线。此外，本专利技术至少某些实施例的一个有利特征在于，根据本专利技术至少某些示范实施例的光漫射光纤能够提供对波长依赖性弱的照明，其中，散射损失Ls在200nm至2000nm波长范围内正比于λ -p，其中P是大于或等于O而小于2，较佳地小于1，更加较佳地是小于0.5，或甚至更加较佳地是小于0.3。本专利技术至少某些实施例的另一个有利特征是沿着长度具有基本上均匀散射的能力(例如，偏离最大值的变化小于50%，较佳地小于30% ),并在角度空间内远离光纤的轴线，这样，向前、90° (离光纤轴线)和向后的散射强度几乎相同(例如，在彼此的30%内，较佳地在彼此的20%内)在至少某些实施例中，对于目标长度的光纤，在照明波长处，通过光纤侧面出来的集成的光强度变化(即，漫射或散射光的强度变化)小于30%。在至少某些实施例中，光纤的平均散射损失大于50dB/km，且在0.2m长度的任何给定光纤段上，该散射损失的变化不超过30% (即，散射损失在平均散射损失的30%内)。根据至少某些实施例，光纤的平均散射损失大于50dB/km，且在小于0.05m长度的光纤段上，该散射损失的变化不超过30%。根据至少某些实施例，光纤的平均散射损失大于50dB/km，且在小于0.0lm长度的光纤段上，该散射损失的变化不超过30% (即，±30%)。根据本专利技术某些实施例的光纤的一个有利特征，以及利用如此光纤的照明系统的一个有利特征在于，光纤如光源那样作用，并通过光纤侧面均匀地散射光线，而不是递送来自光纤端部的强烈的和局部的光束，来照明要求的介质。此外，在某些实施例中，光纤的使用有利地允许电气驱动的光源保持远离光的递送点。该事实在水性的或可能爆炸的环境中是最为有利的，在那样的环境中，电气部件可位于远离传导的或反应的环境的安全距离处。应该理解到，以上的一般性描述和下面的详细描述代表了本专利技术的实施例，它们用来提供理解如本专利技术所主张的专利技术特性和特征的概述或框架。本文纳入了附图，用以提供对本专利技术的进一步理解，附图纳入说明书内并构成说明书的一部分。附图示出本专利技术各种实施例，连同描述一起用来解释本专利技术的原理和操作。本专利技术另外的特征和优点将在以下的详细描述中阐述，本
内技术人员从描述中将部分地明白到本专利技术的特征或优点，或通过实践如文中所述的专利技术来加以认识，披露的专利技术包括下面的详细描述、权利要求书以及附图。纳入权利要求书并构成以下阐述的详细描本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种照明系统，包括：至少一个光源，所述光源产生具有在200nm至2000nm之间的至少一个波长的光；至少一个低散射光导光纤，所述低散射光导光纤具有光学上偶联到至少一个光源的输入端并具有输出端，且构造成将被至少一个光源接受的光提供到输出端，作为导向光；以及至少一个光漫射光纤，所述光漫射光纤具有玻璃内芯、包围玻璃内芯的包层，以及多个位于所述玻璃内芯内或在内芯‑包层的边界处的纳米级结构，所述光漫射光纤还包括外表面和光学上偶联到至少一个低散射光导光纤输出端的输入端，其中，至少一个光漫射光纤构造成接受来自低散射光导光纤的导向光，并藉由所述纳米级结构将导向光散射远离玻璃内芯和通过外表面，以形成具有一定长度的光源光纤部分，在该长度上连续发射散射光。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.10.07 US 13/269,0551.一种照明系统，包括: 至少一个光源，所述光源产生具有在200nm至2000nm之间的至少一个波长的光； 至少一个低散射光导光纤，所述低散射光导光纤具有光学上偶联到至少一个光源的输入端并具有输出端，且构造成将被至少一个光源接受的光提供到输出端，作为导向光；以及 至少一个光漫射光纤，所述光漫射光纤具有玻璃内芯、包围玻璃内芯的包层，以及多个位于所述玻璃内芯内或在内芯-包层的边界处的纳米级结构，所述光漫射光纤还包括外表面和光学上偶联到至少一个低散射光导光纤输出端的输入端，其中，至少一个光漫射光纤构造成接受来自低散射光导光纤的导向光，并藉由所述纳米级结构将导向光散射远离玻璃内芯和通过外表面，以形成具有一定长度的光源光纤部分，在该长度上连续发射散射光。2.如权利要求1所述的照明系统，其特征在于，所述至少一个光漫射光纤具有:(i)多个形成在其内的弯头，以藉由所述纳米级结构将导向光优选地散射远离玻璃内芯和通过外表面；和/或(ii)荧光和散射品种中的至少一个，以使散射光具有基本上均匀的强度。3.如权利要求1或2所述的照明系统，其特征在于，还包括至少一个具有输出端的光漫射光纤，并还包括至少一个光学上偶联到输出端的镜子，以反射导向光而沿至少一个光漫射光纤返回朝向至少一个光源。4.如权利要求1或2所述的照明系统，其特征在于，还包括具有焦线的柱面镜，其中，所述光源光纤部分大致沿 着焦线布置。5.如权利要求1所述的照明系统，其特征在于，所述光源光纤部分包括卷绕部分。6.如权利要求5所述的照明系统，其特征在于，还包括具有焦点或焦线的镜子，其中，所述卷绕部分基本上设置在所述焦点或焦线上。7.如权利要求1-4所述的照明系统，其特征在于，还包括光源光纤部分，该光源光纤部分包括环形部分。8.如权利要求1-4所述的照明系统，其特征在于， 至少一个光源包括第一和第二光源，它们产生第一和第二光； 至少一个低散射光导光纤包括第一和第二低散射光导光纤，它们分别连接到第一和第二光源；以及 至少一个光漫射光纤光学上连接到第一和第二低散射光导光纤，这样，所述第一和第二光沿相对方向移动，作为通过至少一个光漫射光纤的第一和第二导向光。9.如上述权利要求中任一项所述的照明系统，其特征在于，所述至少一个光漫射光纤是多模态的，且包括以下中的至少一个:(i)直径大于50 μ m而小于500 μ m的玻璃内芯；以及(?)数值孔径NA，其中，NAX).2。10.如上述权利要求中任一项所述的照明系统，其特征在于，所述至少一个光漫射光纤包括多个光漫射光纤，它们一起捆绑在以下...

【专利技术属性】
技术研发人员：E·J·富克斯，S·L·洛谷诺夫，A·B·鲁芬，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US