光漫射光學(xué)纖維以及包括光漫射光學(xué)纖維的發(fā)光裝置的制造方法
【專利說明】光漫射光學(xué)纖維以及包括光漫射光學(xué)纖維的發(fā)光裝置
本申請要求于2013年11月8日提交的美國申請序列號14/075071的優(yōu)先權(quán)的權(quán)益，本申請基于該申請的內(nèi)容并且通過引用以其全文結(jié)合在此。
背景領(lǐng)域
[0001]本說明書總體上涉及光學(xué)纖維和發(fā)光裝置，并且更具體地講涉及光漫射光學(xué)纖維和包括光漫射光學(xué)纖維的發(fā)光裝置。
技術(shù)背景
[0002]可以使用多種常規(guī)照明源(如愛迪生(Edison)式燈泡)來對各種照明應(yīng)用提供照明。常規(guī)照明源可能具有諸如高能耗、高發(fā)熱、短使用壽命的缺點。
[0003]在光是從光源傳遞到目標(biāo)區(qū)域的各種各樣的應(yīng)用中使用了光學(xué)纖維。例如，在一些應(yīng)用中，例如照明、標(biāo)識、生物應(yīng)用等，可以利用光漫射光學(xué)纖維來使得擴散穿過該光漫射光學(xué)纖維的光沿該纖維的長度徑向向外散射，從而沿該光纖的長度照亮目標(biāo)區(qū)域。然而，對于一些應(yīng)用而言，現(xiàn)有的光漫射光學(xué)纖維不能提供令人滿意照度特性。
[0004]因此，存在對替代性的光漫射光學(xué)纖維和包括光漫射光學(xué)纖維的發(fā)光裝置的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]根據(jù)一個實施例，發(fā)光裝置包括:底座;透明的或半透明的包殼，該包殼被附連到該底座;光漫射光學(xué)纖維，該光漫射光學(xué)纖維包括被包圍在該包殼內(nèi)的卷繞絲；以及光源，其中該光源被光學(xué)耦合到該光漫射光學(xué)纖維。該卷繞絲包括玻璃芯、外表面、以及多個光散射結(jié)構(gòu)，該多個光散射結(jié)構(gòu)被安置在該卷繞絲內(nèi)用于將光散射穿過該卷繞絲的外表面。該卷繞絲在小于50mm的繞Bi半徑下具有在0.5dB/0i至10.0dB/0i的范圍內(nèi)的損失。由該光源發(fā)射出的光的至少一部分進入該光漫射光學(xué)纖維并且通過該多個光散射結(jié)構(gòu)而被散射離開該玻璃芯并且穿過該卷繞絲的外表面。
[0006]在另一實施例中，一種發(fā)光裝置包括光漫射光學(xué)纖維，該光漫射光學(xué)纖維包括卷繞絲。該卷繞絲包括玻璃芯、外表面、以及多個光散射結(jié)構(gòu)，該多個光散射結(jié)構(gòu)被安置在該卷繞絲內(nèi)用于將光散射穿過該卷繞絲的外表面。該卷繞絲在小于50mm的繞匝半徑下具有在
0.5dB/匝至10.0dB/匝的范圍內(nèi)的損失。
[0007]在又一實施例中，一種光漫射光學(xué)纖維該卷繞絲包括玻璃芯、外表面、以及多個光散射結(jié)構(gòu)，該多個光散射結(jié)構(gòu)被安置在該光漫射光學(xué)纖維內(nèi)用于將光散射穿過該光漫射光學(xué)纖維的外表面。該光漫射光學(xué)纖維在小于50mm的繞匝半徑下具有在0.5dB/匝至10.0dB/匝的范圍內(nèi)的損失。
[0008]在以下的詳細(xì)描述中將闡述本發(fā)明的另外的特征和優(yōu)點，并且對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言部分特征和優(yōu)點根據(jù)這種說明是容易明白的、或者通過對在此描述的包括以下詳細(xì)說明、權(quán)利要求書以及附圖的實施例的實踐來認(rèn)識。
[0009]應(yīng)當(dāng)理解的是，以上概括描述和以下詳細(xì)描述都描述了多個不同的實施例并且旨在提供用于理解的所要求保護的主題的性質(zhì)和特性的概述或框架。這些附圖被包括以提供對這些不同實施例的進一步理解，并且被并入并構(gòu)成本說明書的一部分。這些附圖展示了在此描述的不同實施例，并且與該描述一起用于說明所要求保護的主題的原理和操作。附圖簡要說明
[0010]圖1A-1C示意性地描繪了根據(jù)在此所示出和描述的一個或多個實施例的光漫射光學(xué)纖維的截面，這些光漫射光學(xué)纖維在這些纖維的芯部具有多個光散射結(jié)構(gòu)；
[0011]圖2示意性地描繪了根據(jù)在此所示出和描述的一個或多個實施例的圖1A的光漫射光學(xué)纖維的折射率特征曲線；
[0012]圖3示意性地描繪了根據(jù)在此所示出和描述的一個或多個實施例的圖1B的光漫射光學(xué)纖維的折射率特征曲線；
[0013]圖4示意性地描繪了根據(jù)在此所示出和描述的一個或多個實施例的圖1A的光漫射光學(xué)纖維的相對折射率特征曲線；
[0014]圖5示意性地描繪了根據(jù)在此所示出和描述的一個或多個實施例的包括光漫射光學(xué)纖維的發(fā)光裝置，該光漫射光學(xué)纖維具有以螺旋構(gòu)型構(gòu)造的卷繞絲；
[0015]圖6示意性地描繪了根據(jù)在此所示出和描述的一個或多個實施例的包括光漫射光學(xué)纖維的發(fā)光裝置，該光漫射光學(xué)纖維具有以壓縮構(gòu)型來構(gòu)型的卷繞絲；
[0016]圖7示意性地描繪了根據(jù)在此所示出和描述的一個或多個實施例的包括光漫射光學(xué)纖維的發(fā)光裝置，該光漫射光學(xué)纖維具有被光學(xué)耦合到卷繞絲的多個纖維部；
[0017]圖8示意性地描繪了根據(jù)在此所示出和描述的一個或多個實施例的發(fā)光裝置，該發(fā)光裝置在支撐結(jié)構(gòu)上包括卷繞絲；
[0018]圖9示意性地描繪了根據(jù)在此所示出和描述的一個或多個實施例的包括光漫射纖維的發(fā)光裝置，該光漫射纖維具有被包圍在包殼內(nèi)的卷繞絲，該包殼被附連到底座；
[0019]圖1OA示意性地描繪了根據(jù)在此所示出和描述的一個或多個實施例的線圈的側(cè)視圖，該線圈包括光漫射光學(xué)纖維區(qū)段和多個光學(xué)傳輸纖維區(qū)段;并且
[0020]圖1OB示意性地描繪了根據(jù)在此所示出和描述的一個或多個實施例的線圈的前視圖，該線圈包括光漫射光學(xué)纖維區(qū)段和多個光學(xué)傳輸纖維區(qū)段。
【具體實施方式】
[0021]現(xiàn)在將詳細(xì)地參考光漫射纖維和包括光漫射光學(xué)纖維的發(fā)光裝置的多個不同實施例，在附圖中展示了這些光漫射纖維和發(fā)光裝置的示例。無論何時只要可能，在所有附圖中將使用相同的參考數(shù)字來表示相同或相似的零部件。圖5示意性地描繪了光漫射纖維的卷繞絲，該卷繞絲在小于50mm的繞Bi半徑下具有在0.5dB/0i至10.0dB/0i的范圍內(nèi)的損失。這樣的卷繞絲光漫射纖維可以沿該卷繞絲的長度提供高流明輸出，可以提供明亮的照度，并且可以仿效常規(guī)白熱絲的外觀。圖9示意性地描繪了被包圍在透明的或半透明的包殼內(nèi)的光漫射纖維卷繞絲，相比于常規(guī)燈泡，該光漫射纖維卷繞絲可以具有類似的外觀、可以消耗更小的功率、可能產(chǎn)生更小的熱量、并且可以持續(xù)更長的時間。在此具體參考附圖更詳細(xì)地描述光漫射纖維和包括光漫射光學(xué)纖維的發(fā)光裝置。
[0022]在此將使用以下術(shù)語來描述本說明書的光漫射光學(xué)纖維:
[0023]如在此所使用的術(shù)語“折射率特征曲線”是折射率或相對折射率與光纖的半徑之間的關(guān)系。
[0024]如在此所使用的術(shù)語“相對折射率百分比”被限定為:
A (r) % = 100x[n(r)2-nREF2) ]/2n(r)2,
其中n(r)是在半徑r處的折射率，除非另有規(guī)定。該相對折射率百分比是在850nm下限定的，除非另有規(guī)定。在一個方面，參考折射率mef是在850nm下折射率為1.452498的二氧化娃玻璃。在另一方面，nREF是在850nm下包層的最大折射率。如在此所使用的，相對折射率用A表示，并且其值用”單位來給出，除非另有規(guī)定。在一個區(qū)域的折射率小于參照折射率MEF的情況下，相對折射率百分比是負(fù)的、并被稱作具有下陷的區(qū)域或下陷的折射率，并且最小相對折射率就在相對折射率負(fù)值最大的點處計算出的，除非另有規(guī)定。在一個區(qū)域的折射率大于參照折射率1!,的情況下，相對折射率百分比是正的，并且該區(qū)域可以被說成是升高的或者具有正折射率。
[0025]如在此所使用的術(shù)語“階躍折射率特征曲線”是指用單位為“％”的△(r)表達的相對折射率特征曲線，其中r是給定的半徑，并且r。是該芯的半徑，其遵循以下等式:
A (r) % = 100x[n(r)-nREF]/nREF，當(dāng):r〈ro時 A (r) % =0，當(dāng)r>ro時
[0026]如在此所使用的術(shù)語“向上摻雜劑(updopant)”是指相對于純凈未摻雜的Si02提高折射率的摻雜劑。如在此所使用的術(shù)語“向下?lián)诫s劑(downdopant)”是具有相對于純凈未摻雜的S12降低折射率的傾向的摻雜劑。當(dāng)伴有一種或多種非向上摻雜劑的其他摻雜劑時，向上摻雜劑可以存在于光學(xué)纖維的具有負(fù)相對折射率的區(qū)域中。同樣，一種或多種非向上摻雜劑的其他摻雜劑可以存在于光學(xué)纖維的具有正相對折射率的區(qū)域中。當(dāng)伴有一種或多種非向下?lián)诫s劑的其他摻雜劑時，向下?lián)诫s劑可以存在于光學(xué)纖維的具有正相對折射率的區(qū)域中。同樣，一種或多種非向下?lián)诫s劑的其他摻雜劑可以存在于光學(xué)纖維的具有負(fù)相對折射率的區(qū)域中。
[0027]現(xiàn)在參照圖1A，示意性地描繪了光漫射光學(xué)纖維100的一個實施例。光漫射光學(xué)纖維100總體上包括具有光散射環(huán)106的芯部102、和包層108。在圖1A中所示出的實施例中，芯部102是由基于二氧化硅的玻璃形成的并且具有折射率η。芯部102從光漫射光學(xué)纖維100的中心線延伸到半徑Rcic。在一些實施例中，芯部102的半徑Roc可以是這樣的，S卩ΙΟμπι < Roc <62.5μπι。在一些實施例中，芯部102的半徑Roc可以是這樣的，即50μπι < Roc < ΙΟΟμπι。在一些實施例中，芯部102的半徑1?叱可以是約90μπι。然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，其他實施例可以包括具有與在此明確描述的范圍不同的半徑Rcc的芯部102。
[0028]在一些實施例中，芯部102的折射率特征曲線的一個或多個區(qū)段具有階躍折射率特征曲線。在一些實施例中，該芯部的折射率可以具有中心線下沉，其中該芯的最大折射率和整個光學(xué)纖維的最大折射率位于與光漫射光學(xué)纖維100的長軸線105相距小距離處。然而，在其他實施例中，芯部102的折射率沒有中心線下沉，并且芯部102的最大折射率和整個光漫射光學(xué)纖維的最大折射率位于該中心線處。
[0029]芯部106的光散射環(huán)是由