【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本申请涉及一种光波导、一种光波导系统、一种光能存储结构、一种光限制结构、一种光能存储系统以及一种能量存储和/或转换系统。特别地，本申请涉及一种具有光纤和用于光波导系统中的光学有源包层结构的光波导，以及一种具有这种光波导系统的能量存储系统。
技术介绍
1、能量以其不同的形式对于我们世界上的生命和发展是至关重要的，因为任何活的生物体都需要能量来存活。能量也是必不可少的，不仅是生物体的基本需要，也是文明的基本需要，其中技术和发展影响着人类在我们世界上的共存。发电和配电给予了技术和发展可以演变的根本根据之一，发电和配电需要满足在我们的生活中随着技术和发展所具有的越来越大的影响而对能量的越来越大的需求。
2、由于矿物燃料作为能源的日益增长的污染担忧，在国际协议和国家能源行动计划中已经在很大程度上增加了增加可再生能源的使用。虽然太阳是地球上生命生存的必不可少的能源，但是世界上基于太阳能的发电仅覆盖整个世界发电的很小部分。太阳能用于发电的主要挑战之一是提供基于太阳能的电力单元的高成本。改善这种情况的一般策略旨在提高太阳能电池中的发电效率或减少从电源到电力用户的电力传输中的电力损耗。
3、本申请的主题所基于的基本构思涉及光子能量在光波导中的传输和光的限制。通常，在光数据的传输中而不是在基于电信号的数据传输中使用光波导。
技术实现思路
1、鉴于已知的光波导，本专利技术的目的是提供一种具有改进的传输光能效率的光波导。另外，本专利技术的目的是提供一种改进的波导系统以及具有依赖于这
2、通过根据独立权利要求1的光波导、根据权利要求10的光波导系统、根据权利要求12的光限制结构，根据权利要求29的光限制结构、根据权利要求33的光能存储结构、根据权利要求36的光能存储系统以及根据权利要求37的能量存储和/或转换系统在多个方面中实现了上述目的。其更有利的实施方式限定在进一步所附的从属权利要求2至9、11、13至28、30至32、34至35和38至44中。
3、在本公开的第一方面中，提供了一种光波导。根据第一方面的说明性实施方式，光波导包括具有纤芯的光纤和在光波导的第一端处的纤芯的至少一部分上的光学有源包层结构。在此，光学有源包层结构包括：布拉格反射镜堆叠，其在第一波长区域中具有高透射率以及在比第一波长区域中的波长更长的波长的第二波长区域中具有高反射率；波长转换涂层，其在光纤的纤芯上，波长转换涂层被构造为将具有第一波长区域中的波长的辐射转换为具有第二波长区域中的波长的辐射。在这些实施方式中，布拉格反射镜堆叠布置在波长转换涂层上。
4、这种光波导由于在光纤上的光学有源包层结构表现出了改进的光传输性能，以及由于在光波导的第一端处的纤芯的至少一部分上的光学有源包层结构而使改进的光收集成为可能。特别地，光学有源包层结构使光可以经由光学有源包层结构耦合到光波导中，从而提供横向表面作为用于将光耦合到光波导中的输入面。相比于沿着光波导的光轴将光耦合到光波导中，依据在光波导的第一端处被光学有源包层结构覆盖的部分的尺寸，光可以被光波导更有效地收集。原因在于可以不受光波导的半径、特别是截面的影响地选择用作光波导的光收集面的部分的尺寸。
5、根据第一方面的一些说明性实施方式，波长转换涂层可以包括波长转换染料，波长转换染料被构造为在被第一波长区域中的波长的辐射辐照时通过受激发射来发射具有第二波长区域中的波长的辐射。使用受激发射能够避免再发射。附加地或替选地，第一波长区域可以位于约380nm和约700nm之间，第二波长区域可以位于约700nm和约1.4μm之间，诸如在约700nm至约880nm的范围内或在约750nm至约1.4μm的范围内。使用包括被构造为通过受激发射来发射具有第二波长区域中的波长的辐射的波长转换染料的波长转换涂层使得可以在保持通过受激发射而发射的辐射的相干性的同时减少光损耗。因此，近红外光在光波导中的传输是可行的，这可以有利地被用在多个领域中，诸如生物、医学、农业应用以及基于太阳能的垂直脱盐和太阳能燃料。然而，这不是限制性的，第一波长区域可以由小于约300nm的波长限定，而第二波长区域可由约300nm至约400nm的范围内的波长给出，从而使得波导传输可以被用作室内养殖中的uv光源的uv光。例如，位于大致380至约1.4μm的第一和第二波长区域使得能够使用相对高的光谱辐照度的太阳光光谱的一部分。在一些说明性示例中，第一波长区域可以覆盖可见光和uv光谱的一部分，而第二波长区域可以覆盖朝向红外光的红光的一部分，而当由约700nm至约880nm的区域内的波长给出时不经过太阳光谱中的o2和h2o吸收带。实际上，太阳光谱的红色和红外部分(基本上没有任何吸收带)可以以可见光区域的峰值的光谱辐照度在光波导内传输。
6、根据第一方面的一些说明性实施方式，光纤可以具有空芯以及与空芯接界的玻璃或聚合物包层。空芯光纤提供了这样的优点，即经由空芯传输的光比在具有玻璃或聚合物芯的光纤中传输的光经历更少的衰减。
7、根据第一方面的一些说明性实施方式，波长转换涂层被构造为通过表面等离激元经由等离激元增强功能来增强荧光。在等离激元增强中，光与纳米结构的相互作用产生电磁场，该电磁场增强了基于荧光的材料(如染料)的灵敏度。在本文的说明性示例中，可以使用具有窄共振的长程衍射耦合支持晶格等离激元的周期性金属或超材料或非金属纳米颗粒构型/阵列。根据一些说明性实例，核/壳纳米颗粒的几何形状可以结合在约5nm至约100nm的范围内的可调直径，其中壳(例如，由二氧化硅或sio2制成)的厚度可以在约1nm至约80nm的范围内。
8、在上述说明性实施方式的一些说明性示例中，波长转换涂层可以包括由布置在光纤上的诸如金核和/或银核的金属纳米颗粒形成的纳米颗粒薄膜。在本文的特定说明性示例中，波长转换涂层可以包括纳米颗粒结构，纳米颗粒结构包括约15nm的金核和约7.5nm的二氧化硅壳。因此，可以通过使波长转换涂层中包括纳米颗粒薄膜来应用激发发射的增强，并且波长转换涂层可以提供对光纤和光学有源包层结构中的布拉格反射镜堆叠的良好粘附。
9、根据第一方面的一些说明性实施方式，波长转换涂层还可以包括氧化硅或二氧化硅基质材料，基质材料覆盖纳米颗粒薄膜并且布拉格反射镜堆叠布置在在基质材料上。附加地或替选地，纳米颗粒薄膜的厚度可以在约500nm至约3μm的范围内，优选地在约1μm至约2μm的范围内，更优选地在约1.1μm至约1.5μm的范围内，诸如厚度为约1.2μm。氧化硅基质材料可以在颗粒薄膜的纳米颗粒核和波长转换涂层的波长转换染料之间提供间隔物或等离激元纳米激光器。另外，可以通过氧化硅基质材料实现波长转换染料在纳米颗粒薄膜上的改进的粘附。附加地或替选地，纳米颗粒薄膜的厚度实现了纳米颗粒薄膜的有利的光学密度。
10、根据第一方面的一些说明性实施方式，光学有源包层结构可以形成为使得光纤在第一端的区域中至少部分地被波长转换涂层覆盖。有利地，这是充当光本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.光波导，包括：
2.根据权利要求1所述的光波导，其中所述波长转换涂层包括波长转换染料，所述波长转换染料被构造为在被具有所述第一波长区域中的波长的辐射辐照时通过受激发射来发射具有所述第二波长区域中的波长的辐射，和/或其中所述第一波长区域位于约380nm和约700nm之间，所述第二波长区域位于约700nm和约1.4μm之间。
3.根据权利要求1或2所述的光波导，其中所述光纤具有空芯以及与所述空芯接界的玻璃或聚合物包层。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的光波导，其中所述波长转换涂层被构造为通过表面等离激元经由等离激元增强功能来增强荧光。
5.根据权利要求4所述的光波导，其中所述波长转换涂层还包括纳米颗粒薄膜和氧化硅或二氧化硅基质材料，其覆盖所述纳米颗粒薄膜并且所述布拉格反射镜堆叠布置在其上，和/或其中所述纳米颗粒薄膜的厚度在约500nm至约3μm的范围内。
6.根据权利要求5所述的光波导，其中所述纳米颗粒薄膜包括纳米颗粒，所述纳米颗粒具有在约5nm至约100nm的范围内的尺寸和厚度在约1nm至约80nm的范围内的壳。<...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.光波导，包括：
2.根据权利要求1所述的光波导，其中所述波长转换涂层包括波长转换染料，所述波长转换染料被构造为在被具有所述第一波长区域中的波长的辐射辐照时通过受激发射来发射具有所述第二波长区域中的波长的辐射，和/或其中所述第一波长区域位于约380nm和约700nm之间，所述第二波长区域位于约700nm和约1.4μm之间。
3.根据权利要求1或2所述的光波导，其中所述光纤具有空芯以及与所述空芯接界的玻璃或聚合物包层。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的光波导，其中所述波长转换涂层被构造为通过表面等离激元经由等离激元增强功能来增强荧光。
5.根据权利要求4所述的光波导，其中所述波长转换涂层还包括纳米颗粒薄膜和氧化硅或二氧化硅基质材料，其覆盖所述纳米颗粒薄膜并且所述布拉格反射镜堆叠布置在其上，和/或其中所述纳米颗粒薄膜的厚度在约500nm至约3μm的范围内。
6.根据权利要求5所述的光波导，其中所述纳米颗粒薄膜包括纳米颗粒，所述纳米颗粒具有在约5nm至约100nm的范围内的尺寸和厚度在约1nm至约80nm的范围内的壳。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的光波导，其中所述光学有源包层结构以下述方式形成，即所述光纤在所述第一端的区域中至少部分地被所述波长转换涂层覆盖。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的光波导，其中所述光纤沿着其整个长度和/或其整个圆周被布拉格反射镜涂层完全覆盖。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的光波导，其中所述光波导的长度在约5nm至约25,000km的范围内。
10.光波导系统，包括权利要求1至9中任一项所述的多个光波导，其中至少一些所述光波导被配置为覆盖这些光波导的第一端处的二维区域或三维配置，其中这些光波导的第一端在它们的第一端处基本上平行地配置。
11.根据权利要求10所述的光波导系统，其中所述光波导包括第一子集光波导和第二子集光波导，所述第一子集光波导的第一端基本上平行地配置，所述第二子集光波导的第一端基本上平行地配置，其中所述第一子集和第二子集的光波导在它们的第一端处交织，使得所述第一子集的光波导(501)在它们的第一端处延伸跨过所述第二子集的光波导。
12.光限制结构，其依赖于无序几何结构，包括：
13.根据权利要求12所述的光限制结构，其中所述壳由光学透明的介电基质材料形成。
14.根据权利要求12或13所述的光限制结构，其中所述壳具有小于0.5或小于0.2或小于0.1或小于0.05的相对介电常数。
15.根据权利要求12至14中任一项所述的光限制结构，其中所述基底由刚性膜、柔性膜、刚性薄膜和柔性薄膜中的一者形成。
16.根据权利要求12至15中任一项所述的光限制结构，其中所述壳由介电材料或等离激元材料形成。
17.根据权利要求16所述的光限制结构，其中所述壳由金属或非金属的等离激元材料形成。
18.根据权利要求12至17中任一项所述的光限制结构，其中所述核由陶瓷、云母和石英中的一者或由优选为有机聚合物的有机材料制成。
19.根据权利要求12至18中任一项所述的光限制结构，其中所述核具有在约100nm至约1μm的范围内的核直径。
20.根据权利要求12至19中任一项所述的光限制结构，其中所述壳的尺寸大于100nm和/或由壳包封的核具有在约100nm至约1μm的范围内的最近的相邻间隔。
21.根据权利要求12至20中任一项所述的光限制结构，其中所述核被设置为柱形形状和椭球形形状以及纳米棒形状和球形形状以及纳米管形状和纳米线形状中的至少一者的形状。
22.根据权利要求12至21中任一项所述的光限制结构，其中所述壳设置为半球形形状和半椭球形形状中的至少一者的形状。
23.根据权利要求12至22中任一项所述的光限制结构，其中由壳包封的所述核被配置为基本上线性的配置。
24.根据权利要求12至23中任一项所述的光限制结构，其中纳米光子谐振器由inas量子点形成的量子点结构提供，至少一些inas量子点中形成有纳米光子腔。
25.根据权利要求12至24中任一项所述的光限制结构，其中所述纳米光子谐振器由形成在所述基底中的孔结构提供。
26.根据权利要求25所述的光限...
【专利技术属性】
技术研发人员：A·M·克鲁兹，
申请(专利权)人：佩拉科母普莱克西堤公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。