專利名稱：包括納米晶體的光學(xué)結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包括納米晶體的光學(xué)結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
利用全內(nèi)反射的光波導(dǎo)如纖維和平面波導(dǎo)已用于廣泛的傳感、通信和照 明應(yīng)用。由于由芯/包層介電指數(shù)階越界面提供的完美鏡面反射，光可以在長 距離上的高效率傳輸通過光導(dǎo)纖維。典型地，由于該芯/包層界面，光導(dǎo)纖維 元件中的光場被完全限制。

發(fā)明內(nèi)容
光學(xué)結(jié)構(gòu)可在光波導(dǎo)表面上以如下方式包含納米晶體使納米晶體與傳 播通過光波導(dǎo)的光的光場耦合以從納米晶體產(chǎn)生發(fā)射。例如，可將一個或多 個半導(dǎo)體納米晶體或量子點(diǎn)置于光學(xué)結(jié)構(gòu)如波導(dǎo)例如光導(dǎo)纖維元件附近。傳 播通過波導(dǎo)的光的光場可與納米晶體耦合并使納米晶體發(fā)射光。
有利地，光發(fā)射結(jié)構(gòu)可容許激發(fā)光源的直接和有效分布及結(jié)合到高度有 效的下轉(zhuǎn)換元件上，其可用于包括光學(xué)顯示器的照明應(yīng)用、傳感器和其它應(yīng) 用范圍。光發(fā)射結(jié)構(gòu)可具有與固態(tài)照明應(yīng)用特別的相關(guān)性。激發(fā)源可用于有
處下轉(zhuǎn)換為合適的光譜組成，所述下轉(zhuǎn)換元件包括納米晶體。由于納米晶體 寬的光譜可調(diào)性、在光致發(fā)光中的長壽命(遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過有機(jī)染料的壽命)和容易 的溶液加工性，納米晶體是特別合適的材料設(shè)置。
納米晶體可為半導(dǎo)體納米晶體。半導(dǎo)體納米晶體包括核，該核包括第一 半導(dǎo)體材料。半導(dǎo)體納米晶體可包括在核表面上的外敷層，該外敷層包括第
5二半導(dǎo)體材料。半導(dǎo)體納米晶體可包括外層，該外層包括連接到納米晶體表 面的化合物。
在一個方面中，光學(xué)結(jié)構(gòu)包括在光波導(dǎo)表面上的納米晶體，該納米晶體 被安置成與傳播通過光波導(dǎo)的光場光學(xué)耦合。
在另 一方面中，光發(fā)射結(jié)構(gòu)包括布置以將包括激發(fā)波長的光？ 1入光波導(dǎo) 中的光源和在光波導(dǎo)表面上的納米晶體，該納米晶體被安置成與傳播通過光 波導(dǎo)的光場光學(xué)耦合并且能夠吸收激發(fā)波長的光和發(fā)出發(fā)射波長的光。
在另 一方面中，產(chǎn)生光的方法包括將來自光源的包括激發(fā)波長的光引入 光波導(dǎo)中，該激發(fā)波長傳播通過該光波導(dǎo)并與該光波導(dǎo)表面上的納米晶體光 學(xué)耦合，該納米晶體吸收該激發(fā)波長并從該表面發(fā)出發(fā)射波長。
在另一方面中，制造光學(xué)結(jié)構(gòu)的方法包括將納米晶體置于光波導(dǎo)表面上 在使該納米晶體與傳播通過該光波導(dǎo)的光場光學(xué)耦合的位置中。
波導(dǎo)可為光導(dǎo)纖維或平面波導(dǎo)。光導(dǎo)纖維可具有容許光沿著該纖維的長
度以所選的量逸出(escape)的包層。納米晶體可為半導(dǎo)體納米晶體。半導(dǎo)體 納米晶體可包括核，該核包括第一半導(dǎo)體材料。半導(dǎo)體納米晶體可包括在該 表面上的外敷層，該外敷層包括第二半導(dǎo)體材料。
可將多個納米晶體分布在該表面的第一部分?？蓪⒍鄠€納米晶體分布在 該表面的第二部分。分布在該表面的第一部分的多個納米晶體可具有與分布 在該表面的第一部分的多個納米晶體不同的組成。分布在該表面的第一部分 的多個納米晶體具有與分布在該表面的第一部分的多個納米晶體不同的發(fā) 射波長。
可將光波導(dǎo)的表面改性以增強(qiáng)光場與納米晶體之間的耦合以容許光在 所選的位置處以所選的量逸出。激發(fā)波長可傳播通過光波導(dǎo)并與光波導(dǎo)表面
的第一部分上的多個納米晶體光學(xué)耦合。激發(fā)波長傳播通過光波導(dǎo)并與該表 面的第二部分上的多個納米晶體光學(xué)耦合。
可通過浸涂、旋涂、涂抹(painting)或印刷將納米晶體配置于該表面上。 可在配置納米晶體之前對光波導(dǎo)表面進(jìn)行處理。
其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將從說明書、附圖和權(quán)利要求書中明晰。


圖l是包括納米晶體的光學(xué)結(jié)構(gòu)的示意圖。圖2是從頂部和側(cè)面觀察的包括納米晶體的光學(xué)結(jié)構(gòu)的示意圖。 圖3是顯示從包括納米晶體的光學(xué)結(jié)構(gòu)的光發(fā)射的圖。
圖4是說明從包括納米晶體的光學(xué)結(jié)構(gòu)的光發(fā)射的照片。
具體實(shí)施例方式
光發(fā)射結(jié)構(gòu)可包括在光學(xué)結(jié)構(gòu)表面上的納米晶體。使納米晶體與傳播通 過光學(xué)結(jié)構(gòu)的光的光場耦合。例如，可將一個或多個納米晶體、或量子點(diǎn)配 置于光學(xué)結(jié)構(gòu)如波導(dǎo)例如光導(dǎo)纖維元件附近。在一個實(shí)例中，用納米晶體薄 層覆蓋波導(dǎo)表面的一部分。該薄層可為單層或多層。傳播通過波導(dǎo)的光的光 場可與納米晶體耦合并使它們發(fā)出發(fā)射波長的光。
所述層具有足以產(chǎn)生所需量的發(fā)射波長的光的厚度并且足夠薄以避免 發(fā)射波長的顯著自吸收?？蛇x擇納米晶體層的組成和厚度、以及該層中單獨(dú)
波長分布。另外，可例如通過改變波導(dǎo)的表面結(jié)構(gòu)或波導(dǎo)的厚度來調(diào)整由波 導(dǎo)提供的傳播的激發(fā)波長的光的限制，以選擇納米晶體將在沿著該表面的不 同位置處碰到的激發(fā)波長的量。例如，可使芯-包層光導(dǎo)纖維的包層的部分 變薄或?qū)⑵涑ヒ允乖谠摾w維內(nèi)部傳播的光與已置于其表面上的材料耦合。 這得以發(fā)生，因?yàn)楣鈭龃┩赋鲂?包層或芯/空氣界面非常小的距離。所得 的倏逝光場可用于以通常否則限制在該纖維中的光激發(fā)波導(dǎo)表面上的納米晶體。
從波導(dǎo)表面不同部分上的納米晶體發(fā)射的光可產(chǎn)生多種顏色和強(qiáng)度級， 使得光發(fā)射結(jié)構(gòu)用于寬范圍的照明應(yīng)用，例如固態(tài)照明應(yīng)用。有效的激發(fā)波 長源可分布通過波導(dǎo)，并通過應(yīng)用波導(dǎo)表面處的下轉(zhuǎn)換元件的恰當(dāng)組合例如 納米晶體或納米晶體的組合在使用點(diǎn)處下轉(zhuǎn)換為合適的光譜組成。由于納米 晶體寬的光譜可調(diào)性、在光致發(fā)光中的長壽命(遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過有機(jī)染料的壽命)和 容易的溶液加工性，納米晶體是用于下轉(zhuǎn)換的特別合適的材料。
可通過將納米晶體浸涂、滴涂、旋涂、涂抹或印刷在波導(dǎo)表面上將納米 晶體配置于該表面上。印刷可包括噴墨印刷或樣i接觸印刷。微接觸印刷和相
關(guān)技術(shù)描述于例如美國專利No. 5512131、 No. .6180239和No. 6518168中，
其各自全部引入作為參考。在一些情況下，印?？蔀榫哂心畧D案的無特征 印模，其中該圖案在將墨水施加到該印模上時(shí)形成。參見2005年10月21日提交的美國專利申請No. 11/253612,其全部引入作為參考。
參照圖l,光發(fā)射結(jié)構(gòu)10包括布置以將光結(jié)合到光波導(dǎo)30中的光源20。 光源20可為，例如，發(fā)射適于激發(fā)納米晶體并引起發(fā)射的波長的光的激光 器或發(fā)光二極管，例如藍(lán)光發(fā)光二極管。在光波導(dǎo)30的表面的部分上的納 米晶體形成納米晶體區(qū)域，例如區(qū)域40、 50和60。在這些區(qū)域的每一個中， 一個或多個納米晶體，例如納米晶體41a和41b形成層。該層可為單層或多 層。納米晶體41a和41b可具有相似的組成或尺寸，即，可具有相似的發(fā)射 波長，或者可具有不同的組成或尺寸，即，可具有不同的發(fā)射波長。在這些 區(qū)域中的每一個中，選擇納米晶體以提供特定的發(fā)射波長的光，這又可在不 同位置處提供不同的顏色和強(qiáng)度(或者相同)。納米晶體可為例如半導(dǎo)體納米 晶體。區(qū)域40、 50和60可含有其它添加劑，包括染料、顏料、有機(jī)或無機(jī) 基體材料、或可幫助保護(hù)所述區(qū)域免于降解的其它組分。任選地，所述區(qū)域 可被保護(hù)性材料覆蓋。
波導(dǎo)可具有多種不同形狀或構(gòu)造。例如，也可有助于有效的光的下轉(zhuǎn)換 的另一種光學(xué)結(jié)構(gòu)示于圖2中。在該結(jié)構(gòu)中，例如通過覆蓋有納米晶體的光 波導(dǎo)中的藍(lán)光發(fā)光二極管(LED)注入光。波導(dǎo)光學(xué)模式的倏逝尾部可被納米 晶體層吸收。沒有被吸收的藍(lán)光繼續(xù)環(huán)繞波導(dǎo)直至最后被納米晶體吸收，這 又將藍(lán)光轉(zhuǎn)化為不同顏色的發(fā)射波長。此外，發(fā)射波長由納米晶體的尺寸和 /或組成而引起。
通常，光源如藍(lán)光LED可為任何其它LED或其它光源。另外，任何納 米晶體可涂覆在光學(xué)結(jié)構(gòu)表面上，但是僅有可吸收由光源產(chǎn)生的激發(fā)光譜的 納米晶體將被所述光激發(fā)。納米晶體膜可由不同納米晶體的混合物構(gòu)成。例 如，納米晶體的組合可用于產(chǎn)生白光光譜?？烧{(diào)節(jié)納米晶體膜的厚度以將光 譜發(fā)射優(yōu)化。而且，通常期望使納米晶體光自吸收最小化，其意味著使用非 常薄的納米晶體膜。
半導(dǎo)體納米晶體可具有寬的吸收帶以及強(qiáng)烈的窄帶發(fā)射。取決于納米晶 體的尺寸、形狀、組成和結(jié)構(gòu)構(gòu)造，發(fā)射的峰值波長可在整個可見和紅外區(qū) 域內(nèi)調(diào)節(jié)。納米晶體可備有具有所需化學(xué)特性(例如所需溶解度)的外表面。 納米晶體的光發(fā)射可為長期穩(wěn)定的。
當(dāng)納米晶體達(dá)到激發(fā)態(tài)(或者換言之，激子位于納米晶體上)時(shí)，可以發(fā) 射波長發(fā)生發(fā)射。該發(fā)射具有相應(yīng)于量子限制的半導(dǎo)體材料的帶隙的頻率。帶隙是納米晶體尺寸的函數(shù)。具有小直徑的納米晶體可具有介于物質(zhì)的分子 和大塊(bulk)形式之間的性質(zhì)。例如，具有小直徑的基于半導(dǎo)體材料的納米 晶體可表現(xiàn)出在所有三維中電子和空穴兩者的量子限制，這導(dǎo)致隨著微晶尺 寸減小材料的有效帶隙增大。因此，隨著微晶尺寸減小，納米晶體的光學(xué)吸 收和發(fā)射藍(lán)移，或者移向較高的能量。
從納米晶體的發(fā)射可為窄的高斯發(fā)射帶，其可通過改變納米晶體的尺 寸、納米晶體的組成、或者兩者而在光譜的紫外、可見或紅外區(qū)域的整個完
整波長范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)。例如，CdSe可在可見區(qū)域內(nèi)調(diào)節(jié)并且InAs可在紅 外區(qū)域內(nèi)調(diào)節(jié)。納米晶體群的窄尺寸分布可導(dǎo)致在窄的光譜范圍內(nèi)的光發(fā) 射。所述群可為單分散的并且可呈現(xiàn)出在納米晶體直徑上小于15。/。rms的偏 差，優(yōu)選小于10%,更優(yōu)選小于5%?？捎^察到在可見區(qū)域內(nèi)發(fā)射的納米晶 體在不大于約75nm,優(yōu)選60nm,更優(yōu)選40nm，且最優(yōu)選30nm半寬度(FWHM) 的窄范圍內(nèi)的光譜發(fā)射。IR發(fā)射納米晶體可具有不大于150nm或者不大于 100nm的FWHM。以發(fā)射能量表示，該發(fā)射可具有不大于0.05eV或不大于 0.03eV的FWHM。發(fā)射寬度隨著納米晶體直徑的分散性減小而減小。半導(dǎo) 體納米晶體可具有高的發(fā)射量子效率如大于10°/。、 20%、 30%、 40%、 50 %、 60%、 70%或80%。
形成納米晶體的半導(dǎo)體可包括n-vi族化合物、n-v族化合物、m-vi 族化合物、in-v族化合物、iv-vi族化合物、i-ni-vi族化合物、ii-iv-vi族
化合物或II-IV-V族化合物，例如，ZnO、 ZnS、 ZnSe、 ZnTe、 CdO、 CdS、 CdSe、 CdTe、 MgO、 MgS、 MgSe、 MgTe、 HgO、 HgS、 HgSe、 HgTe、 A1N、 A1P、 AlAs、 AlSb、 GaN、 GaP、 GaAs、 GaSb、 InN、 InP、 InAs、 InSb、 T1N、 T1P、 TlAs、 TlSb、 TlSb、 PbS、 PbSe、 PbTe、或其混合物。
制備單分散半導(dǎo)體納米晶體的'方法包括注入到熱的配位溶劑中的有機(jī) 金屬試劑如二曱基鎘的熱解。這允許離散成核并導(dǎo)致宏觀量的納米晶體的受 控生長。納米晶體的制備和處理描述于例如美國專利6322901和6576291以 及美國專利申請No. 60/550314中，其各自全部引入作為參考。制造納米晶 體的方法是膠體生長法。膠體生長通過將M給體和X給體快速注入到熱的 配位〉容劑中而發(fā)生。該注入產(chǎn)生可以受控方式生長以形成納米晶體的核。該 反應(yīng)混合物可溫和加熱以生長納米晶體并使其退火。樣品中的納米晶體的平 均尺寸和尺寸分布兩者均依賴于生長溫度。維持穩(wěn)定的生長所必需的生長溫
9度隨著平均晶體尺寸的增大而提高。納米晶體是納米晶體群的一員。由于離 散成核和受控生長，所獲得的納米晶體群具有窄的單分散的直徑分布。單分 散的直徑分布也可稱為尺寸。成核后納米晶體在配位溶劑中的受控生長和退 火的過程也可導(dǎo)致均勻的表面衍生和規(guī)則的核結(jié)構(gòu)。隨著尺寸分布銳化，可 升溫以維持穩(wěn)定的生長。通過添加更多M給體或X給體，可縮短生長期。 M給體可為無機(jī)化合物、有機(jī)金屬化合物或元素金屬。M為鎘、鋅、鎂、
汞、鋁、鎵、銦或鉈。X給體為能夠與M給體反應(yīng)形成具有通式MX的材 料的化合物。典型地，X給體為硫?qū)倩锝o體或磷屬元素化物給體，如膦硫 屬化物、雙(曱硅烷基)硫?qū)倩?、雙氧、銨鹽、或三(曱硅烷基)磷屬元素化 物。合適的X給體包括雙氧、雙(三曱基曱硅烷基)硒化物((TMS)2Se)、三烷 基膦硒化物如(三正辛基膦)硒化物(TOPSe)或(三正丁基膦)硒化物(TBPSe)、 三烷基膦碲化物如(三正辛基膦)碲化物(TOPTe)或六丙基磷三酰胺碲化物 (HPPTTe)、雙(三曱基曱硅烷基)碲化物((TMSVTe)、雙(三曱基曱硅烷基)硫化 物((TMS)2S)、三烷基膦硫化物如(三正辛基膦)硫化物(TOPS)、銨鹽如卣化銨 (例如NH4C1)、三(三曱基曱硅烷基)磷化物((TMS)3P)、三(三曱基曱硅烷基) 砷化物((TMS)3As)、或三(三曱基曱硅烷基)銻化物((TMS)3Sb)。在一些實(shí)施方 式中，M給體和X給體可為在相同分子內(nèi)的各部分。
配位溶劑可幫助控制納米晶體的生長。配位溶劑為具有給體孤對的化合 物，其例如具有可用于配位到生長的納米晶體表面的孤電子對的化合物。溶 劑配位可使生長的納米晶體穩(wěn)定。典型的配位溶劑包括烷基膦、烷基膦氧化 物、烷基膦酸或烷基次膦酸，然而，其它配位溶劑如吡啶、呋喃和胺也可適 于納米晶體生產(chǎn)。合適的配位溶劑包括吡啶、三正辛基膦(TOP)、三正辛基 膦氧化物(TOPO)和三羥丙基膦(tHPP)?？墒褂霉I(yè)級TOPO。
在反應(yīng)的生長階段期間的尺寸分布可通過監(jiān)控顆粒的吸收線寬來評估。 響應(yīng)顆粒的吸收光譜中的變化調(diào)整反應(yīng)溫度容許在生長期間維持尖銳的粒 度分布?？稍诰w生長期間將反應(yīng)物添加到成核溶液中以生長更大的晶體。 通過在特定納米晶體平均直徑停止生長和選擇半導(dǎo)體材料的合適組成，對于 CdSe和CdTe可在300nm至5pm、或400nm至800nm的波長范圍上連續(xù)地 調(diào)整納米晶體的發(fā)射光譜。納米晶體具有小于150A的直徑。納米晶體群具 有在15 A至125A范圍內(nèi)的平均直徑。
納米晶體可為具有窄尺寸分布的納米晶體群的一員。納米晶體可為球、
10棒、盤或其它形狀。納米晶體可包括半導(dǎo)體材料核。納米晶體可包括具有式
MX的核，其中M為鎘、鋅、鎂、汞、鋁、鎵、銦、鉈、或其混合物，和X
為氧、石克、竭、碲、氮、磷、砷、銻、或其混合物。
所述核可在該核表面上具有外敷層。外敷層可為具有與核的組成不同的
組成的半導(dǎo)體材料。納米晶體表面上的半導(dǎo)體材料的外敷層可包括II-VI族
化合物、n-v族化合物、iii-vi族化合物、ni-v族化合物、iv-vi族化合物、
I-III-VI族化合物、II-IV-VI族化合物和II-IV-V族化合物，例如，ZnO、 ZnS、 ZnSe、 ZnTe、 CdO、 CdS、 CdSe、 CdTe、 MgO、 MgS、 MgSe、 MgTe、 HgO、 HgS、 HgSe、 HgTe、 A1N、 A1P、 AlAs、 AlSb、 GaN、 GaP、 GaAs、 GaSb、 InN、 InP、 InAs、 InSb、 T1N、 T1P、 TlAs、 TlSb、 TlSb、 PbS、 PbSe、 PbTe、 或其混合物。例如，ZnS、 ZnSe或CdS外敷層可在CdSe或CdTe納米晶體 上生長。外敷(overcoating)方法描述于例如美國專利6322卯1中。通過在外 敷期間調(diào)節(jié)反應(yīng)混合物的溫度和監(jiān)控核的吸收光譜，可獲得具有高的發(fā)射量 子效率和窄的尺寸分布的外敷材料。外敷層可為1至IO個單層厚。
粒度分布可如美國專利6322901中所述通過以納米晶體的不良溶劑如曱 醇/丁醇進(jìn)行尺寸選擇性沉淀而進(jìn)一步精制。例如，可將納米晶體分散于丁醇 在己烷中的10%的溶液中?？蓪醮嫉渭拥皆摂嚢璧娜芤褐兄敝寥榘咨?續(xù)。由離心導(dǎo)致的上清液和絮凝物的分離產(chǎn)生富集有樣品中的最大微晶的沉 淀物?？芍貜?fù)該步驟直至注意到?jīng)]有光吸收光譜的進(jìn)一步銳化。尺寸選擇性 沉淀可在多種溶劑/非溶劑對中進(jìn)行，包括吡啶/己烷和氯仿/曱醇。經(jīng)尺寸選 擇的納米晶體群可具有距平均直徑不大于15%rms的偏差，優(yōu)選10%rms的 偏差或更小，并且更優(yōu)選5%rms的偏差或更小。
物。該表面可通過重復(fù)暴露于過量的竟?fàn)幣湮换鶊F(tuán)進(jìn)行改性。例如，被覆蓋 的納米晶體的分散體可用配位有機(jī)化合物如吡啶處理，以產(chǎn)生容易地分散在 吡啶、曱醇和芳香族化合物中但不再分散在脂肪族溶劑中的微晶。這種表面 交換過程可用任何能夠與納米晶休的外表面配位或結(jié)合的化合物進(jìn)行，包括 例如膦、硫醇、胺和磷酸酯(鹽)。可將納米晶體暴露于短鏈聚合物，其呈現(xiàn) 出對該表面的親和性和以對懸浮或分散介質(zhì)具有親和性的部分封端。這種親 和性改善該懸浮體的穩(wěn)定性并阻礙納米晶體的絮凝。納米晶體配位化合物描 述于例如美國專利No. 6251303中，該專利全部引入作為參考。更具體地，配位配體可具有下式:
其中k為2、 3或5,并且n為1、 2、 3、 4或5,使得k-n不小于0; X 為O、 S、 S=0、 S02、 Se、 Se=0、 N、 N=0、 P、 P=0、 As、或As=0; Y和 L各自獨(dú)立地為芳基，雜芳基，或任選地含有至少一個雙4定、至少一個三H 或至少一個雙鍵及一個三鍵的直鏈或支鏈Cw2烴鏈。該烴鏈可任選地被一個
或多個Cw烷基、C24烯基、Cw炔基、CM烷氧基、羥基、鹵素、氨基、硝 基、氰基、Cw環(huán)烷基、3-5元雜環(huán)烷基、芳基、雜芳基、d—4烷羰氧基、CM
烷氧羰基、CM烷羰基或曱?；〈?。該烴—鏈還可任選地 被-O-、 -S-、 -N(Ra)-、 -N(Ra)-C(0)-0-、 -0-C(0)-N(Ra)-、 -N(Ra)-C(0)-N(Rb> 、-O-C(O)-O-、屮(10-或- (0)(10-中斷。Ra和Rb各自獨(dú)立地為氫、烷基、 烯基、炔基、烷氧基、羥烷基、羥基或卣代烷基。
芳基為取代或未取代的環(huán)狀芳族基團(tuán)。實(shí)例包括苯基、千基、.萘基、曱 苯基、蒽基、硝基苯基或卣代苯基。雜芳基為在環(huán)中具有一個或多個雜原子 的芳基，例如呋喃基、吡啶基、吡咯基、菲基。
合適的配位配體可商購或通過普通有機(jī)合成技術(shù)例如描述于J. March, Advanced Organic Chemistry中的有機(jī)合成技術(shù)制備，該文獻(xiàn)全部引入作為參 考。
透射電子顯微術(shù)(TEM)可提供關(guān)于納米晶體群的尺寸、形狀和分布的信 息。粉末X射線衍射(XRD)圖樣可提供關(guān)于納米晶體的晶體結(jié)構(gòu)的類型和質(zhì) 量的最完整信息。尺寸的估算也是可能的，因?yàn)榱浇?jīng)由X-射線相干長度 與峰寬成反比。例如，納米晶體的直徑可通過透射電子顯微術(shù)直接測量或利 用例如Scherrer方程由X-射線衍射數(shù)據(jù)估算。其還可由UV/Vis吸收光譜估 算。
實(shí)施例
下面描述包括納米晶體的光學(xué)結(jié)構(gòu)的 一 個實(shí)施例。
剝?nèi)コＲ?guī)0.5mm塑料纖維光學(xué)元件的護(hù)套和包層。通過將該纖維浸漬 在丙酮中并擦拭該纖維以除去溶解的包層材料而除去包層。然后將紅色發(fā)光 半導(dǎo)體納米晶體(量子點(diǎn))的乙醇溶液涂覆在經(jīng)剝離的纖維外部。使該納米晶
12體層千燥。然后將與常規(guī)纖維光學(xué)末端耦合的475nm發(fā)光二極管附到該纖維 上并開啟。圖3示出了由該纖維發(fā)射的光的光譜。從該光譜明顯看出，倏逝 波與該納米晶體耦合，其然后發(fā)射紅光。可能由于使經(jīng)纖維導(dǎo)向的藍(lán)光散射 的纖維的表面粗糙度，激發(fā)光中的一些也從該纖維發(fā)射。圖4顯示光發(fā)射結(jié) 構(gòu)的照片。容易地看見從倏逝波耦合的納米晶體的紅光。 其它實(shí)施方式在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 光學(xué)結(jié)構(gòu)，包括在光波導(dǎo)表面上的納米晶體，該納米晶體被安置成與傳播通過該光波導(dǎo)的光場光學(xué)耦合。
2. 權(quán)利要求l的光學(xué)結(jié)構(gòu)，其中所述波導(dǎo)為光導(dǎo)纖維。
3. 權(quán)利要求1的光學(xué)結(jié)構(gòu)，其中所述波導(dǎo)為平面波導(dǎo)。
4. 權(quán)利要求l的光學(xué)結(jié)構(gòu)，其中所述納米晶體為半導(dǎo)體納米晶體。
5. 權(quán)利要求2的光學(xué)結(jié)構(gòu)，其中所述光導(dǎo)纖維具有容許光沿著所述纖維 的長度以所選量逸出的包層。
6. 權(quán)利要求4的光學(xué)結(jié)構(gòu)，其中所述半導(dǎo)體納米晶體包括核，該核包括 第一半導(dǎo)體材料。
7. 權(quán)利要求6的光學(xué)結(jié)構(gòu)，其中所述半導(dǎo)體納米晶體包括在所述核的表 面上的外敷層，該外敷層包括第二半導(dǎo)體材料。
8. 權(quán)利要求1的光學(xué)結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步包括分布于所述表面的第一部分的多 個納米晶體。
9. 權(quán)利要求8的光學(xué)結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步包括分布于所述表面的第二部分的多 個納米晶體。
10. 權(quán)利要求9的光學(xué)結(jié)構(gòu)，其中分布于所述表面的第一部分的多個納 米晶體具有與分布于所述表面的第一部分的多個納米晶體不同的組成。
11. 光發(fā)射結(jié)構(gòu)，包括布置以將包括激發(fā)波長的光引入光波導(dǎo)中的光源；和 在該光波導(dǎo)表面上的納米晶體，該納米晶體被安置成與傳播通過該光波 導(dǎo)的光場光學(xué)耦合并能夠吸收所述激發(fā)波長的光且發(fā)出發(fā)射波長的光。
12. 權(quán)利要求11的光發(fā)射結(jié)構(gòu)，其中所述波導(dǎo)為光導(dǎo)纖維。
13. 權(quán)利要求11的光發(fā)射結(jié)構(gòu)，其中所述波導(dǎo)為平面波導(dǎo)。
14. 權(quán)利要求11的光發(fā)射結(jié)構(gòu)，其中所述納米晶體為半導(dǎo)體納米晶體。
15. 權(quán)利要求12的光發(fā)射結(jié)構(gòu)，其中所述光導(dǎo)纖維具有容許光沿著所述 纖維的長度以所選的量逸出的包層。
16. 權(quán)利要求14的光發(fā)射結(jié)構(gòu)，其中所述半導(dǎo)體納米晶體包括核，該核 包括第一半導(dǎo)體材料。
17. 權(quán)利要求16的光發(fā)射結(jié)構(gòu)，其中所述半導(dǎo)體納米晶體包括在所述核 的表面上的外敷層，該外敷層包括第二半導(dǎo)體材料。
18. 權(quán)利要求11的光發(fā)射結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步包括分布于所述表面的第一部分 的多個納米晶體。
19. 權(quán)利要求18的光發(fā)射結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步包括分布于所述表面的第二部分 的多個納米晶體。
20. 權(quán)利要求19的光發(fā)射結(jié)構(gòu)，其中分布于所述表面的第一部分的多個 納米晶體具有與分布于所述表面的第一部分的多個納米晶體不同的組成。
21. 產(chǎn)生光的方法，包括將來自光源的包括激發(fā)波長的光引入光波導(dǎo)中，該激發(fā)波長傳播通過該 光波導(dǎo)并任選地與該光波導(dǎo)表面上的納米晶體光學(xué)耦合，該納米晶體吸收該 激發(fā)波長并從該表面發(fā)出發(fā)射波長。
22. 權(quán)利要求21的方法，其中所述波導(dǎo)為光導(dǎo)纖維。
23. 權(quán)利要求21的方法，其中所述納米晶體為半導(dǎo)體納米晶體。
24. 權(quán)利要求21的方法，進(jìn)一步包括將所述光波導(dǎo)的表面改性以增加所 述光場與所述納米晶體之間的耦合以容許光在所選的位置以所選的量逸出。
25. 權(quán)利要求21的方法，其中所述半導(dǎo)體納米晶體包括核，該核包括第 一半導(dǎo)體材料。
26. 權(quán)利要求21的方法，其中所述激發(fā)波長傳播通過所述光波導(dǎo)并任選 地與所述光波導(dǎo)表面的第一部分上的多個納米晶體光學(xué)耦合。
27. 權(quán)利要求26的方法，其中所述激發(fā)波長傳播通過所述光波導(dǎo)并任選 地與所述表面的第二部分上的多個納米晶體光學(xué)耦合。
28. 權(quán)利要求27的方法，其中分布于所述表面的第一部分的多個納米晶 體具有與分布于所述表面的第一部分的多個納米晶體不同的組成。
29. 權(quán)利要求27的方法，其中分布于所述表面的第 一部分的多個納米晶 體具有與分布于所述表面的第一部分的多個納米晶體不同的發(fā)射波長。
30. 制造光學(xué)結(jié)構(gòu)的方法，包括將納米晶體配置于光波導(dǎo)表面上在使該納米晶體與傳播通過該光波導(dǎo) 的光場光學(xué)耦合的位置中。
31. 權(quán)利要求30的方法，其中配置包括將所述納米晶體浸涂、滴涂、旋 涂、涂抹或印刷在所述表面上。
32.權(quán)利要求30的方法，進(jìn)一步包括在配置所述納米晶體之前處理所述 光波導(dǎo)的表面。
全文摘要
一種光學(xué)結(jié)構(gòu)，其可在光波導(dǎo)表面上以如下方式包括納米晶體使納米晶體與傳播通過光波導(dǎo)的光的光場耦合以從納米晶體產(chǎn)生發(fā)射。
文檔編號G02F1/29GK101490615SQ200780026022
公開日2009年7月22日 申請日期2007年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月21日
發(fā)明者喬納森·R·蒂施勒, 弗拉迪米爾·布洛維克, 戴維·奧特爾, 約安尼斯·凱米西斯, 芒吉·G·巴文迪, 詹妮弗·尤, 邁克爾·S·布拉德利 申請人:麻省理工學(xué)院