相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用

本申請(qǐng)根據(jù)35u.s.c.§119要求于2014年10月10日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)序列號(hào)62/062381的優(yōu)先權(quán)權(quán)益，所述臨時(shí)申請(qǐng)的內(nèi)容被用作依據(jù)并且通過(guò)引用以其全部?jī)?nèi)容結(jié)合在此。

發(fā)明領(lǐng)域

本申請(qǐng)總體上涉及用于照明應(yīng)用中的光漫射光纖，并且更具體地涉及能夠沿著光纖的長(zhǎng)度產(chǎn)生顏色移動(dòng)的光漫射光纖。

背景技術(shù)：

光纖用于光需要被從光源傳遞至遠(yuǎn)端位置的各種應(yīng)用。光學(xué)電信系統(tǒng)例如依賴(lài)于光纖網(wǎng)絡(luò)從服務(wù)提供商向系統(tǒng)最終用戶(hù)傳輸光。

電信光纖被設(shè)計(jì)成工作于從800nm至1675nm的范圍內(nèi)的近紅外波長(zhǎng)，在所述范圍內(nèi)，由于吸收和散射而僅存在相對(duì)低水平的衰減。這允許被注入光纖一端的光大部分離開(kāi)光纖的相反端，而僅微少的量通過(guò)光纖的側(cè)面外圍地離開(kāi)。

然而，最近，越來(lái)越需要與常規(guī)光纖相比對(duì)彎曲不那么敏感的光纖。這是因?yàn)樵絹?lái)越多的電信系統(tǒng)被部署成需要光纖緊緊彎曲的配置。這種需要已引起了利用包圍芯區(qū)域的一圈非周期性布置的小型空隙的光纖的發(fā)展。包含空隙的圈用于提高彎曲不靈敏性——也就是說(shuō)，光纖可以具有更小的彎曲半徑而不經(jīng)受在光纖中傳播的光學(xué)信號(hào)衰減的顯著變化。通過(guò)在光纖的包層中放置包含空隙的圈區(qū)域(離芯一定距離)使光學(xué)損失最小化；因而，傳播經(jīng)過(guò)包含空隙的圈區(qū)域的光的量被最小化。

由于光纖通常被設(shè)計(jì)成用于在長(zhǎng)距離上從光纖的一端向光纖的另一端高效地傳遞光，非常少的光從典型光纖的側(cè)面逃離，并且因此光纖不被視為非常適用于形成長(zhǎng)期照明源。然而，存在特殊照明、看板、或生物應(yīng)用(包括細(xì)菌生長(zhǎng)以及光生物能和生物質(zhì)燃料的生產(chǎn))等許多應(yīng)用，其中，需要以高效的方式將選擇的光量提供給指定區(qū)域。對(duì)于生物質(zhì)生長(zhǎng)，需要開(kāi)發(fā)將光能轉(zhuǎn)換成基于生物質(zhì)的燃料的工藝。對(duì)于特殊照明，光源需要薄、柔軟、且容易更改成各種不同形狀。

彎曲不敏感性光漫射光纖在汽車(chē)、電器、建筑、零售、以及其他使用光作為裝飾和/或指示特征的市場(chǎng)有許多應(yīng)用。然而，從現(xiàn)有的光漫射光纖發(fā)射的彩色光很大程度上是靜止的，發(fā)出的光的唯一變化是沿著光纖的整個(gè)長(zhǎng)度一種光顏色取代另一種光顏色的完全變化。

相應(yīng)地，在本領(lǐng)域中需要能夠沿著光纖的長(zhǎng)度產(chǎn)生顏色移動(dòng)的光漫射光纖系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本說(shuō)明書(shū)針對(duì)具有能夠沿著光纖的長(zhǎng)度產(chǎn)生顏色移動(dòng)的光漫射光纖的照明系統(tǒng)。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，一種照明系統(tǒng)包括：

光漫射光纖，包括第一輸入端和第二輸入端，所述光漫射光纖具有玻璃芯、包圍所述玻璃芯的包層、以及外表面，并且進(jìn)一步包括位于所述光纖內(nèi)的多個(gè)納米尺寸結(jié)構(gòu)，所述納米尺寸結(jié)構(gòu)被配置成用于散射光；

第一光源，與所述光漫射光纖的所述第一輸入端光學(xué)地耦合并且被配置成用于生成具有第一波長(zhǎng)的光，其中，從所述第一光源所發(fā)射的光的強(qiáng)度是可調(diào)整的；以及

第二光源，與所述光漫射光纖的所述第二輸入端光學(xué)地耦合并且被配置成用于生成具有第二波長(zhǎng)的光，其中，從所述第二光源所發(fā)射的光的強(qiáng)度是可調(diào)整的；

其中，顏色變化在所述光漫射光纖內(nèi)形成于從所述第一光源所發(fā)射的所述光與從所述第二光源所發(fā)射的所述光的交叉點(diǎn)(junction)處；

其中，通過(guò)調(diào)整從所述第一光源和所述第二光源中的一個(gè)或多個(gè)所發(fā)射的光的強(qiáng)度，所述顏色變化的位置是沿著所述光漫射光纖可調(diào)整的

根據(jù)實(shí)施例的是一種照明系統(tǒng)，包括：(i)光漫射光纖，包括第一輸入端和第二輸入端的，所述光漫射光纖具有玻璃芯、包圍所述玻璃芯的包層、以及外表面，并且進(jìn)一步包括位于所述玻璃芯內(nèi)或芯-包層邊界處的多個(gè)納米尺寸結(jié)構(gòu)，所述納米尺寸結(jié)構(gòu)被配置成用于散射光；(ii)第一光源，與所述光漫射光纖的所述第一輸入端光學(xué)地耦合并且被配置成用于生成具有第一波長(zhǎng)的光，其中，從所述第一光源所發(fā)射的光的強(qiáng)度是可調(diào)整的；以及(iii)第二光源，與所述光漫射光纖的所述第二輸入端光學(xué)地耦合并且被配置成用于生成具有第二波長(zhǎng)的光，其中，所述第一波長(zhǎng)，其中，從所述第二光源所發(fā)射的光的強(qiáng)度是可調(diào)整的。交界在所述光漫射光纖內(nèi)形成于從所述第一光源所發(fā)射的所述光與從所述第二光源所發(fā)射的所述光的交叉點(diǎn)處，并且，通過(guò)調(diào)整從所述第一光源和所述第二光源中的一個(gè)或多個(gè)所發(fā)射的光的強(qiáng)度，所述交界的位置是沿著所述光漫射光纖可調(diào)整的。

根據(jù)實(shí)施例，所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括：第一電位計(jì)，被配置成用于控制向第一光源的電力輸入；第二電位計(jì)，被配置成用于控制向第二光源的電力輸入。

根據(jù)實(shí)施例，第一光源和第二光源是led。

根據(jù)實(shí)施例，所述光纖包括形成于其中的多個(gè)彎曲，用于優(yōu)選地經(jīng)由納米尺寸空隙散射導(dǎo)光遠(yuǎn)離所述芯并穿過(guò)所述外表面。

根據(jù)實(shí)施例，所述光纖具有0.5m至100m的長(zhǎng)度l。

根據(jù)實(shí)施例，所述光纖是多模光纖，并且包括：(i)大于50μm且小于500μm的芯直徑；以及(ii)數(shù)值孔徑na>0.2。

根據(jù)實(shí)施例，所述光漫射光纖的芯包括二氧化硅，并且納米尺寸空隙位于所述芯內(nèi)。

根據(jù)實(shí)施例，納米尺寸空隙位于所述芯內(nèi)并且所述芯具有外直徑rc，并且所述芯包括：具有半徑r1的實(shí)心(solid)內(nèi)芯區(qū)段，使得0.1rc<r1<0.9rc；具有寬度w2的納米結(jié)構(gòu)區(qū)域，其中，0.05rc<w2<0.9rc；以及具有0.1rc<ws<0.9rc之間的寬度ws的外實(shí)心芯區(qū)域，其中，芯的每個(gè)區(qū)段包括二氧化硅玻璃。

根據(jù)實(shí)施例，所述芯包括摻雜有以下?lián)诫s劑中至少一種的二氧化硅：ge、f。

根據(jù)實(shí)施例，所述整個(gè)芯包括納米尺寸空隙。

根據(jù)實(shí)施例，所述包層包括基于二氧化硅的玻璃或者聚合物。

根據(jù)實(shí)施例，所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括布置在所述光纖的所述外表面上的涂層，其中，熒光物質(zhì)被布置在所述光纖涂層中。

根據(jù)實(shí)施例，所述光源生成在200nm-2000nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光。

根據(jù)實(shí)施例，所述光纖包括以下各項(xiàng)中至少一項(xiàng)：顏料、磷光體、熒光材料、uv吸收性材料、親水材料、光修改性材料、或其組合。

根據(jù)一方面的是一種汽車(chē)，所述汽車(chē)包括照明系統(tǒng)，所述照明系統(tǒng)包括：(i)光漫射光纖，包括第一輸入端和第二輸入端的，所述光漫射光纖具有玻璃芯、包圍所述玻璃芯的包層、以及外表面，并且進(jìn)一步包括位于所述玻璃芯內(nèi)或芯-包層邊界處的多個(gè)納米尺寸結(jié)構(gòu)，所述納米尺寸結(jié)構(gòu)被配置成用于散射光；(ii)第一光源，與所述光漫射光纖的所述第一輸入端光學(xué)地耦合并且被配置成用于生成具有第一波長(zhǎng)的光，其中，從所述第一光源所發(fā)射的光的強(qiáng)度是可調(diào)整的；以及(iii)第二光源，與所述光漫射光纖的所述第二輸入端光學(xué)地耦合并且被配置成用于生成具有第二波長(zhǎng)的光，其中，所述第一波長(zhǎng)，其中，從所述第二光源所發(fā)射的光的強(qiáng)度是可調(diào)整的。交界在所述光漫射光纖內(nèi)形成于從所述第一光源所發(fā)射的所述光與從所述第二光源所發(fā)射的所述光的交叉點(diǎn)處，并且，通過(guò)調(diào)整從所述第一光源和所述第二光源中的一個(gè)或多個(gè)所發(fā)射的光的強(qiáng)度，所述交界的位置是沿著所述光漫射光纖可調(diào)整的。

根據(jù)一方面的是一種照明系統(tǒng)，包括：(i)光漫射光纖，包括第一輸入端和第二輸入端的，所述光漫射光纖具有玻璃芯、包圍所述玻璃芯的包層、以及外表面，并且進(jìn)一步包括位于所述玻璃芯內(nèi)或芯-包層邊界處的多個(gè)納米尺寸結(jié)構(gòu)，所述納米尺寸結(jié)構(gòu)被配置成用于散射光；(ii)第一光源，與所述光漫射光纖的所述第一輸入端光學(xué)地耦合并且被配置成用于生成具有第一波長(zhǎng)的光，其中，從所述第一光源所發(fā)射的光的強(qiáng)度是可調(diào)整的；(iii)第二光源，與所述光漫射光纖的所述第二輸入端光學(xué)地耦合并且被配置成用于生成具有第二波長(zhǎng)的光，其中，所述第一波長(zhǎng)，其中，從所述第二光源所發(fā)射的光的強(qiáng)度是可調(diào)整的；(iv)第一電位計(jì)，被配置成用于控制向第一光源的電力輸入；以及(v)第二電位計(jì)，被配置成用于控制向第二光源的電力輸入。交界在所述光漫射光纖內(nèi)形成于從所述第一光源所發(fā)射的所述光與從所述第二光源所發(fā)射的所述光的交叉點(diǎn)處，并且,通過(guò)利用所述第一和第二電位計(jì)中的一個(gè)或多個(gè)調(diào)整從所述第一光源和所述第二光源中的一個(gè)或多個(gè)所發(fā)射的光的強(qiáng)度，所述交界的位置是沿著所述光漫射光纖可調(diào)整的。

根據(jù)實(shí)施例，第一光源和第二光源是led。

根據(jù)實(shí)施例，所述光源生成在200nm-2000nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光。

根據(jù)至少一個(gè)實(shí)施例的是一種照明系統(tǒng)，包括：(i)光漫射光纖，包括第一輸入端和第二輸入端；(ii)第一光源，與所述光漫射光纖的所述第一輸入端光學(xué)地耦合并且被配置成用于生成具有第一波長(zhǎng)的光，其中，從所述第一光源所發(fā)射的光的強(qiáng)度是可調(diào)整的；(iii)第二光源，與所述光漫射光纖的所述第二輸入端光學(xué)地耦合并且被配置成用于生成具有第二波長(zhǎng)的光，其中，所述第一波長(zhǎng)，其中，從所述第二光源所發(fā)射的光的強(qiáng)度是可調(diào)整的。交界在所述光漫射光纖內(nèi)形成于從所述第一光源所發(fā)射的所述光與從所述第二光源所發(fā)射的所述光的交叉點(diǎn)處，并且，通過(guò)調(diào)整從所述第一光源和所述第二光源中的一個(gè)或多個(gè)所發(fā)射的光的強(qiáng)度，所述交界的位置是沿著所述光漫射光纖可調(diào)整的。即，例如所述光源中的至少一個(gè)、以及(在一些實(shí)施例中)兩者被配置成用于提供(多種)可調(diào)整的或變化的光強(qiáng)度。在一些實(shí)施例中，可以通過(guò)其他方式(例如，在不同位置具有不同吸收特性的可旋轉(zhuǎn)或可滑動(dòng)的吸收濾光器)調(diào)整所述(多個(gè))光源所提供的光的強(qiáng)度。

根據(jù)實(shí)施例，所述照明系統(tǒng)進(jìn)一步包括：第一電位計(jì)，被配置成用于控制向第一光源的電力輸入；以及第二電位計(jì)，被配置成用于控制向第二光源的電力輸入。

根據(jù)實(shí)施例，第一光源和第二光源是led。

如在此為了本公開(kāi)的目的而使用的，術(shù)語(yǔ)比如“水平”、“豎直”、“前”“后”等，以及笛卡爾坐標(biāo)的使用是為了附圖中參考并且為了描述方便，并且在或者說(shuō)明書(shū)中或者權(quán)利要求書(shū)中關(guān)于絕對(duì)取向和/或方向不旨在是嚴(yán)格地限制性的。

在以下本公開(kāi)的說(shuō)明中，聯(lián)系具有納米尺寸結(jié)構(gòu)的光漫射光纖使用以下術(shù)語(yǔ)和短語(yǔ)?！罢凵渎史植肌笔钦凵渎驶蛳鄬?duì)折射率與波導(dǎo)(光纖)半徑之間的關(guān)系?！跋鄬?duì)折射率百分比”被定義為δ(r)％＝100×[n(r)²-n參考²)]/2n(r)²，其中，n(r)是在半徑r處的折射率，除非另外指明相對(duì)折射率百分比是在850nm處定義的，除非另外指明。一方面，參考折射率n參考是在850nm處具有折射率1.452498的二氧化硅玻璃，另一方面是包層玻璃在850nm處的最大折射率。如在此使用的，相對(duì)折射率用δ表示并且它的值以“％”為單位給出，除非另外指明。在區(qū)域的折射率小于參考折射率n參考的情況下，相對(duì)折射率百分比是負(fù)的并且被稱(chēng)為具有凹陷區(qū)域或凹陷折射率，并且最小相對(duì)折射率是在相對(duì)折射率最負(fù)的點(diǎn)處計(jì)算的，除非另外指明。在區(qū)域的折射率大于參考折射率n參考的情況下，相對(duì)折射率百分比是正的并且所述區(qū)域可以說(shuō)是升高的或具有正折射率。

如在此所使用的術(shù)語(yǔ)“上摻雜劑(updopant)”被認(rèn)為是相對(duì)于純的未摻雜sio2具有升高折射率的傾向的摻雜劑。如在此所使用的術(shù)語(yǔ)“下?lián)诫s劑(downdopant)”被認(rèn)為是相對(duì)于純的未摻雜sio2具有降低折射率的傾向的摻雜劑。上摻雜劑在伴隨有不是上摻雜劑的一種或多種其他摻雜劑時(shí)，可存在于具有負(fù)相對(duì)折射率的光纖區(qū)域中。同樣地，不是上摻雜劑的一種或多種其他摻雜劑可存在于具有正相對(duì)折射率的光纖區(qū)域中。下?lián)诫s劑在伴隨有不是下?lián)诫s劑的一種或多種其他摻雜劑時(shí)，可存在于具有正相對(duì)折射率的光纖區(qū)域中。同樣地，不是下?lián)诫s劑的一種或多種其他摻雜劑可存在于具有負(fù)相對(duì)折射率的光纖區(qū)域中。

如在此所使用的術(shù)語(yǔ)“α分布”或“阿爾法分布”指相對(duì)折射率分布，依據(jù)以“％”為單位的δ(r)表達(dá)，其中，r是半徑，所述半徑遵循等式δ(r)＝δ(ro)(1-[|r-ro|/(r1-ro)]^α)，其中，ro是δ(r)最大處的點(diǎn)，r1是δ(r)％為零處的點(diǎn)，并且r在范圍ri≦r≦rf內(nèi)，其中，δ是在上文定義的，ri是α分布的原始點(diǎn)，rf是α分布的最終點(diǎn)，并且α是指數(shù)，此指數(shù)是實(shí)數(shù)。

如在本文中所使用的，術(shù)語(yǔ)“拋物線(xiàn)的”因此包括基本上拋物線(xiàn)形狀的折射率分布，這些折射率分布可以在芯中的一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)處從2.0的α值略微變化，以及具有微小變化和/或中心線(xiàn)下降的分布。在一些實(shí)施例中，α大于1.5并且小于2.5在其他實(shí)施例中，α大于1.7并且小于2.3。在又其他實(shí)施例中，當(dāng)在850nm處測(cè)量時(shí)，α在1.8與2.3之間。在其他實(shí)施例中，折射率分布的一段或多段具有基本上階躍折射率形狀，所述階躍折射率形狀具有大于8的α值。在其他實(shí)施例中，當(dāng)在850nm處測(cè)量時(shí)，α大于10或大于20。

如在本文所使用的，術(shù)語(yǔ)“納米結(jié)構(gòu)的光纖區(qū)域”指描述具有伴隨大量(大于50)的氣體填充的空隙或其它納米尺寸結(jié)構(gòu)的區(qū)域或區(qū)的光纖，例如在所述光纖的橫截面中具有多于50個(gè)、多于100個(gè)或多于200個(gè)空隙。填充空隙的氣體的可以包含例如so2、kr、ar、co2、n2、o2或其混合物。如在此所描述的，納米尺寸結(jié)構(gòu)(例如，空隙)的橫截面尺寸(例如，直徑)可以從10nm到1μm變化(例如，50nm至500nm)，并且長(zhǎng)度可以從1毫米到50米(例如，2mm到5米，或5mm到1m范圍)變化。

在標(biāo)準(zhǔn)單?；蚨嗄９饫w中，在小于1300nm波長(zhǎng)的損失由瑞利散射主導(dǎo)。這些瑞利散射損失ls是由材料的特定所確定的并且對(duì)于可見(jiàn)波長(zhǎng)(400nm至700nm)一般約20db/km。瑞利散射損失還具有較強(qiáng)波長(zhǎng)依賴(lài)性，這意味著需要至少約1km至2km的光纖來(lái)消散輸入光的95％以上。更短長(zhǎng)度的這種光纖將導(dǎo)致更低的照明效率，同時(shí)使用較長(zhǎng)的長(zhǎng)度(1km至2km，或更多)會(huì)更加昂貴并且會(huì)難以管理。所述較長(zhǎng)長(zhǎng)度的光纖在用于生物反應(yīng)器或其他照明系統(tǒng)時(shí)安裝起來(lái)會(huì)麻煩。

在照明應(yīng)用的某些配置中，期望使用更短波長(zhǎng)的光纖，例如1至100米，雖然顯著短于1米和顯著長(zhǎng)于100米的長(zhǎng)度是可能的。這需要提高來(lái)自光纖的散射損失，同時(shí)能夠維持良好的角度散射特性(遠(yuǎn)離光纖軸線(xiàn)的均勻光消散)和良好彎曲性能從而避免光纖彎曲處的亮斑。在此所描述的本公開(kāi)的實(shí)施例中的至少一些的期望屬性是沿著光纖照明器長(zhǎng)度的高照明。由于光纖是柔性的，它允許部署各種各樣的照明形狀。在光纖的彎曲點(diǎn)基本上不存在亮斑(由于升高的彎曲損失)，使得光纖所提供的照明改變不超過(guò)30％。在一些實(shí)施例中，照明改變小于20％并且有時(shí)小于10％。例如，在至少一些實(shí)施例中，光纖的平均散射損失大于50db/km，并且散射損失在0.2m長(zhǎng)度的任何給定光纖段上改變不超過(guò)30％(即，散射損失在平均散射損失的±30％以?xún)?nèi))。根據(jù)至少一些實(shí)施例，光纖的平均散射損失大于50db/km，并且散射損失在小于0.05m長(zhǎng)度的光纖段上改變不超過(guò)30％。根據(jù)至少一些實(shí)施例，光纖的平均散射損失大于50db/km，并且散射損失在0.01m長(zhǎng)度的光纖段上改變不超過(guò)30％(即，±30％)。根據(jù)至少一些實(shí)施例，光纖的平均散射損失大于50db/km，并且散射損失在0.01m長(zhǎng)度的光纖段上改變不超過(guò)20％(即，±20％)并且在一些實(shí)施例中不超過(guò)10％(即，±10％)。

在至少一些實(shí)施例中，經(jīng)過(guò)光纖的側(cè)面到來(lái)的處于照明波長(zhǎng)的經(jīng)集成(經(jīng)漫射)光強(qiáng)度的強(qiáng)度變化小于光纖的目標(biāo)波長(zhǎng)的30％，所述目標(biāo)波長(zhǎng)可以是例如0.02至100m長(zhǎng)度。要注意的是，通過(guò)將熒光材料結(jié)合在包層或涂層中，可以改變處于指定照明波長(zhǎng)的穿過(guò)光纖側(cè)面的經(jīng)集成光強(qiáng)度。熒光材料所散射的光波長(zhǎng)與在光纖中傳播的光波長(zhǎng)不同。

在以下示例性實(shí)施例中的一些中，描述了具有被放置在光纖的芯區(qū)中、或非常接近芯的納米結(jié)構(gòu)光纖區(qū)域(具有納米尺寸結(jié)構(gòu)的區(qū)域)的光纖設(shè)計(jì)。這些光纖實(shí)施例中的一些具有超過(guò)50db/km的散射損失(例如，大于100db/km、大于200db/km、大于500db/km、大于1000db/km、大于3000db/km、大于5000db/km)，所述散射損失(并且因此照明、或這些光纖所輻射的光)在角度空間內(nèi)是均勻的。

為了減少或消除光纖內(nèi)作為彎曲的光斑，期望當(dāng)彎曲直徑小于50mm時(shí)光纖內(nèi)90°彎曲處衰減的提高小于5db/圈(例如，小于3db/圈、小于2db/圈、小于1db/圈)。在示例性實(shí)施例中，在甚至更小的彎曲直徑(例如，小于20mm、小于10mm、以及甚至小于5mm)處實(shí)現(xiàn)低彎曲損失。在5mm的彎曲半徑處，衰減的總上升小于1db每90度圈。

根據(jù)一些實(shí)施例，彎曲損失等于或低于來(lái)自直光纖的芯的本征散射損失。本征散射主要是由于來(lái)自納米尺寸結(jié)構(gòu)的散射。因而，至少根據(jù)光纖的彎曲不敏感實(shí)施例，彎曲損失不超過(guò)光纖的本征散射。然而，由于散射水平是彎曲直徑的函數(shù)，光纖的彎曲部署取決于其散射水平。例如，在這些實(shí)施例當(dāng)中的一些中，光纖具有小于3db/圈的彎曲損失，并且在一些實(shí)施例中，小于2db/圈，并且光纖可以被彎曲成具有與不形成光斑的5mm半徑一樣小的半徑的弧。

同樣，在下面的描述中，在據(jù)說(shuō)貫穿光敏性材料提供或傳遞經(jīng)散射的光化光的一些實(shí)施例中，所述經(jīng)散射的光化光被假定為具有足夠的強(qiáng)度以在合理時(shí)間段內(nèi)在光敏材料上進(jìn)行光化反應(yīng)。

本發(fā)明的這些和其他方面將從下文所描述的(多個(gè))實(shí)施例清楚或?qū)⒄障挛乃枋龅?多個(gè))實(shí)施例對(duì)其進(jìn)行闡述。

附圖說(shuō)明

在附圖中，相同的參考字符一般指貫穿不同視圖的相同部分。同樣，附圖不一定是按比例的，相反重點(diǎn)一般在于展示本發(fā)明的原理上。

圖1是根據(jù)實(shí)施例的光漫射光纖的一個(gè)區(qū)段的示意圖；

圖2是沿著方向2-2觀看時(shí)圖1的光纖的示意性截面；

圖3a是相對(duì)折射率圖相對(duì)根據(jù)實(shí)施例的光漫射光纖的光纖半徑的示意性展示；

圖3b是相對(duì)折射率圖相對(duì)根據(jù)實(shí)施例的光漫射光纖的光纖半徑的示意性展示；

圖3c是根據(jù)實(shí)施例的光漫射光纖的示意性展示；

圖4是根據(jù)實(shí)施例的光漫射光纖的示意性展示；

圖5是根據(jù)實(shí)施例的光漫射光纖內(nèi)的顏色前端的示意性展示；

圖6是根據(jù)實(shí)施例的光漫射光纖內(nèi)的顏色前端移動(dòng)的示意性展示；以及

圖7是根據(jù)實(shí)施例的光漫射光纖內(nèi)的顏色前端移動(dòng)的示意性展示。

具體實(shí)施方式

本公開(kāi)描述了沿著光漫射光纖的長(zhǎng)度產(chǎn)生顏色移動(dòng)外觀的裝置、系統(tǒng)、和設(shè)備的各實(shí)施例。雖然從現(xiàn)有彎曲不敏感的光漫射光纖發(fā)射的光和顏色很大程度上是靜止的，申請(qǐng)人已經(jīng)認(rèn)知到，創(chuàng)造沿著光漫射光纖的長(zhǎng)度的移動(dòng)外觀將是有益的。

考慮到前述情況，各實(shí)施例和實(shí)現(xiàn)方式針對(duì)一種被設(shè)計(jì)成用于創(chuàng)造光移動(dòng)的外觀的照明系統(tǒng)，所述照明系統(tǒng)包括光漫射光纖，所述光漫射光纖具有在每一端與光纖光學(xué)地連接的光源。這兩個(gè)光源發(fā)射具有不同波長(zhǎng)和可調(diào)整的強(qiáng)度的光，所述光沿著所述光纖的長(zhǎng)度在交叉點(diǎn)相遇。所述移動(dòng)的外觀是通過(guò)調(diào)整這兩個(gè)光源中第一個(gè)或兩者所發(fā)出的光的強(qiáng)度而創(chuàng)造的，這改變了沿著光纖長(zhǎng)度的交叉點(diǎn)位置。

現(xiàn)在詳細(xì)參照本公開(kāi)的優(yōu)選實(shí)施例，附圖中展示了這些實(shí)施例的示例。只要可能，在附圖中使用相同或相似的參考數(shù)字來(lái)指代相同或相似的部分。應(yīng)所述理解的是，在此所公開(kāi)的實(shí)施例僅僅是示例，每一個(gè)實(shí)施例結(jié)合了本公開(kāi)的某些益處。

可以在本公開(kāi)的范圍內(nèi)對(duì)以下示例進(jìn)行各種修改和改變，并且這些不同示例的方面可以用不同的方式混合以實(shí)現(xiàn)又進(jìn)一步的示例。因此，鑒于但不限于本文所描述的實(shí)施例，將從本公開(kāi)的整體來(lái)理解本公開(kāi)的真實(shí)范圍。

光漫射光纖

現(xiàn)在參照?qǐng)D1a，公開(kāi)了光漫射光纖的示例實(shí)施例的一個(gè)區(qū)段的示意性側(cè)視圖。多個(gè)空隙被布置在具有中央軸線(xiàn)(“中心線(xiàn)”)16的光漫射光纖(下文中“光纖”)12的芯中。

圖2是沿著圖1中方向2-2觀看時(shí)光漫射光纖12的實(shí)施例的示意性截面。光漫射光纖12可以是例如具有納米結(jié)構(gòu)光纖區(qū)域的各種類(lèi)型光纖中的任何一種，所述納米結(jié)構(gòu)光纖區(qū)域具有周期性或非周期性納米尺寸結(jié)構(gòu)32(例如，空隙)。在示例實(shí)施例中，光纖12包括被分成三個(gè)區(qū)段或區(qū)域的芯20。這些芯區(qū)域可以是例如：實(shí)心中央部分22、納米結(jié)構(gòu)圈部分(內(nèi)部環(huán)形芯區(qū)域)26、以及包圍所述內(nèi)部環(huán)形芯區(qū)域26的外部實(shí)心部分28。包層區(qū)域40(“包層”)環(huán)繞環(huán)形芯20并具有外表面。包層40可以具有低折射率從而提供高數(shù)值孔徑(na)。包層40可以是例如低折射率聚合物材料，比如uv或熱固化的氟化丙烯酸酯或硅酮。

可選涂層44環(huán)繞包層40。涂層44可以包括低模量主涂層和高模量次涂層。在一些實(shí)施例中，涂層44包括聚合物涂層，比如基于丙烯酸酯或基于硅酮的聚合物。在其他實(shí)施例中，所述涂層沿著光纖長(zhǎng)度具有恒定直徑。在一些示例性實(shí)施例中，涂層44被設(shè)計(jì)成增強(qiáng)從芯20傳遞穿過(guò)包層40的“輻射光”的分布和/或本質(zhì)。包層40的外表面、或可選涂層44的外層代表光纖12的“側(cè)面”48，通過(guò)散射使在光纖中行駛的光從所述側(cè)面中出去，如在此所描述的。保護(hù)套或鞘(未示出)可選地覆蓋包層40。光纖12可以包括經(jīng)氟化包層40，但如果光纖要用于漏泄損耗不降低照明特性的短長(zhǎng)度應(yīng)用中則不需要所述經(jīng)氟化包層。

在一些示例性實(shí)施例中，光漫射光纖12的芯區(qū)域26包括玻璃矩陣(“玻璃”)31，所述玻璃矩陣具有多個(gè)非周期性布置的納米尺寸結(jié)構(gòu)(例如，“空隙”)32位于其中，比如圖2的放大插圖中詳細(xì)示出的示例空隙。在另一示例實(shí)施例中，空隙32可以被周期性地布置比如在光子晶體光纖中，其中，所述空隙一般具有在約1×10^-6m與1×10^-5m之間的直徑?？障?2還可以被非周期性地或隨機(jī)地安排在材料中。在一些示例性實(shí)施例中，區(qū)域26中的玻璃31是摻雜氟的二氧化硅，同時(shí)在其他實(shí)施例中，所述玻璃的未摻雜的純二氧化硅?？障兜闹睆街辽?0nm。

納米尺寸結(jié)構(gòu)32使光散射離開(kāi)芯20并朝向光纖的外表面。經(jīng)散射的光然后被“漫射”通過(guò)光纖12的外表面從而提供期望的照明。即，光的大部分被沿著光纖長(zhǎng)度漫射(通過(guò)散射)穿過(guò)光纖12的側(cè)面。光纖在發(fā)射的輻射的(多個(gè))波長(zhǎng)(照明波長(zhǎng))內(nèi)具有大于50db/km的散射誘導(dǎo)的衰減。散射誘導(dǎo)的衰減針對(duì)此波長(zhǎng)大于100db/km。在一些實(shí)施例中，散射誘導(dǎo)的衰減在此波長(zhǎng)大于500db/km，并且在一些實(shí)施例中，散射誘導(dǎo)的衰減會(huì)是例如1000db/km、大于2000db/km、或大于5000db/km。這些高散射損失比標(biāo)準(zhǔn)單模和多模光纖中的瑞利散射損失高約2.5至250倍。

芯區(qū)域22和28內(nèi)的玻璃可以包括上摻雜劑，比如ge、al、和/或p。關(guān)于“非周期性布置”或“非周期性分布”，指的是當(dāng)我們?nèi)」饫w(比如圖2中所示的)的橫截面時(shí)，空隙32跨光纖的一部分隨機(jī)或非周期性地分布。沿所述光纖的長(zhǎng)度在不同點(diǎn)處所取的類(lèi)似橫截面將揭示不同的橫截面空隙圖案，即各橫截面將具有不同的空隙圖案，其中空隙的分布和空隙的尺寸不匹配。即，空隙是非周期性的，即它們?cè)诠饫w結(jié)構(gòu)內(nèi)不是周期性地設(shè)置的。這些空隙沿光纖的長(zhǎng)度(即平行于縱軸)伸展(延長(zhǎng))，但對(duì)于典型的傳輸光纖的長(zhǎng)度不會(huì)延伸整個(gè)光纖的整個(gè)長(zhǎng)度。雖然不希望受理論限制，但認(rèn)為這些空隙沿光纖的長(zhǎng)度延伸小于10米，并且在許多情況下小于1米。

如在此所使用的，下文所討論的照明系統(tǒng)中的光漫射光纖12可通過(guò)利用預(yù)成型固化條件的方法來(lái)制造，這導(dǎo)致顯著量的氣體被捕獲在固化的玻璃坯料中，從而在固化的玻璃光纖預(yù)制件中形成空隙。不是采取措施移除這些空隙，而是使用所得的預(yù)制件來(lái)形成其中具有空隙或納米尺寸結(jié)構(gòu)的光纖。所得到光纖的納米尺寸結(jié)構(gòu)或空隙被用來(lái)將光散射或引導(dǎo)(沿著光纖長(zhǎng)度通過(guò)其側(cè)面)出光纖。即，光被引導(dǎo)離開(kāi)芯20的，穿過(guò)光纖的外表面，從而提供期望的照明。

如上所述，在光纖12的一些實(shí)施例中，芯區(qū)段22和28包括摻雜有鍺的二氧化硅，即摻雜鍺的二氧化硅?？稍诠饫w的芯內(nèi)、并且尤其在中心線(xiàn)16處或附近單獨(dú)或組合地采用除鍺之外的摻雜劑諸，以獲得期望的折射率和密度。在至少一些實(shí)施例中，在此所公開(kāi)的光纖的相對(duì)折射率分布在芯區(qū)段22和28內(nèi)是非負(fù)的。在至少一些實(shí)施例中，所述光纖在所述芯中不含有降低折射率的摻雜劑。在一些實(shí)施例中，在此所公開(kāi)的光纖的相對(duì)折射率分布在區(qū)段22和28內(nèi)是非負(fù)的。

在如在此所使用的光纖12的一些示例中，芯20包括純二氧化硅。在一個(gè)實(shí)施例中，光纖的優(yōu)選屬性是在生物材料敏感的期望光譜范圍內(nèi)將光散射出光纖(對(duì)光進(jìn)行漫射)的能力。在另一實(shí)施例中，經(jīng)散射的光可以用于裝飾性特色和白光應(yīng)用。通過(guò)改變光纖中玻璃的特性、納米結(jié)構(gòu)區(qū)域26的寬度、以及納米尺寸結(jié)構(gòu)的尺寸和密度可以提高通過(guò)散射的損失量。

在光纖12的一些實(shí)施例中，芯20是梯度折射率芯，并且芯的折射率分布具有拋物線(xiàn)(或基本上拋物線(xiàn))形狀；在一些實(shí)施例中，例如芯20的折射率分布具有α形狀，所述形狀具有約為2、并且在一些情況下當(dāng)在850nm處測(cè)量時(shí)在1.8與2.3之間的α值。在其他實(shí)施例中，折射率分布的一段或多段具有基本上階躍折射率形狀，所述階躍折射率形狀具有大于8、并且在一些情況下當(dāng)在850nm處測(cè)量時(shí)大于10、或大于20的α值。在一些實(shí)施例中，所述芯的折射率可具有中心線(xiàn)下降，其中所述芯的最大折射率和整個(gè)光纖的最大折射率位于遠(yuǎn)離中心線(xiàn)16的一小段距離，但是在其他實(shí)施例中所述芯的折射率沒(méi)有中心線(xiàn)下降，并且所述芯的最大折射率和整個(gè)光纖的最大折射率位于中心線(xiàn)處。

在示例性實(shí)施例中，光纖12具有基于二氧化硅的芯20和凹陷折射率(相對(duì)于二氧化硅)聚合物包層40。低折射率聚合物包層40可以具有為負(fù)，并且在一些情況下小于-0.5％、或小于-1％的相對(duì)折射率。在一些示例性實(shí)施例中，包層40具有20μm或更大的厚度。在一些示例性實(shí)施例中，包層40與芯相比具有更低的折射率、以及10μm或更大厚度(例如20μm或更大)。在一些示例性實(shí)施例中，包層具有r最大二倍的外直徑，例如約125μm(例如，120μm至130μm、或123μm至128μm)。在其他實(shí)施例中，包層具有小于120μm的直徑，例如60或80μm。在其他實(shí)施例中，包層的外直徑大于200μm、大于300μm、或大于500μm。在一些實(shí)施例中，包層的外直徑沿著光纖12具有恒定的直徑。在其他實(shí)施例中，光纖12的折射率具有徑向?qū)ΨQ(chēng)性。芯20的外直徑沿著光纖的長(zhǎng)度是基本上恒定的，并且芯區(qū)段22、26、28的外直徑沿著光纖的長(zhǎng)度也是基本上恒定。在本節(jié)中使用術(shù)語(yǔ)“基本上恒定”指直徑相對(duì)于平均值的變化在一些實(shí)施例中可以小于10％，在其他實(shí)施例中小于5％，并且在又其他實(shí)施例中小于2％。

圖3a是示例性相對(duì)折射率δ相對(duì)光纖(例如圖2中所示的光纖12)的繪圖(實(shí)線(xiàn))。芯20還可以具有分級(jí)芯分布，其特征在于例如1.7與2.3之間的α值(例如，1.8至2.3)。芯區(qū)域22從中心線(xiàn)徑向地向外延伸至其外半徑r1，并且具有與最大折射率n1(以及相對(duì)折射率百分比δ1最大)相對(duì)應(yīng)的相對(duì)折射率分布δ1(r)。在本實(shí)施例中，參考折射率n參考是包層處的折射率。第二芯區(qū)域(納米結(jié)構(gòu)區(qū)域)26具有最小折射率n2、相對(duì)折射率分布δ2(r)、最大相對(duì)折射率δ2最大、和最小相對(duì)折射率δ2最小，其中，在一些實(shí)施例中δ2最大＝δ2最小。第三芯區(qū)域28具有最大折射率n3、帶有最大相對(duì)折射率δ3最大和最小相對(duì)折射率δ3最小的相對(duì)折射率分布δ3(r)，其中，在一些實(shí)施例中δ3最大＝δ3最小。在本實(shí)施例中，環(huán)形包層40具有折射率n4,、帶有最大相對(duì)折射率δ4最大和最小相對(duì)折射率δ4最小的相對(duì)折射率分布δ4(r)。在一些實(shí)施例中，δ4最大＝δ4最小。在一些實(shí)施例中，δ1最大>δ4最大且δ3最大>δ4最大。在一些實(shí)施例中，δ2最小>δ4最大。在圖2和圖3a中所示的實(shí)施例中，δ1最大>δ3最大>δ2最大>δ4最大。在本實(shí)施例中，這些區(qū)域的折射率具有以下關(guān)系n1>n3>n2>n4。

在一些實(shí)施例中，芯區(qū)域22、28具有基本上恒定的折射率分布，如圖3a中所示具有常數(shù)δ1(r)和δ3(r)。在這些實(shí)施例中的一些中，δ2(r)或者稍微為正(0<δ2(r)<0.1％)、負(fù)(-0.1％<δ2(r)<0)、或0％。在其他實(shí)施例中，δ2(r)的絕對(duì)值小于0.1％，基本上小于0.05％。在又其他實(shí)施例中，外包層區(qū)域40具有基本上恒定的折射率分布，如圖3a中所示具有常數(shù)δ4(r)。在這些實(shí)施例中的一些中，δ4(r)＝0％。芯區(qū)段22具有其中δ1(r)≧0％的折射率。在一些實(shí)施例中，空隙被填充區(qū)域26具有相對(duì)折射率分布δ2(r)，所述相對(duì)折射率分布具有絕對(duì)值小于0.05％的折射率，并且芯區(qū)域28的δ3(r)可以例如為正或零。在至少一些實(shí)施例中，n1>n2且n3>n4。

在一些實(shí)施例中，包層40具有折射率-0.05％<δ4(r)<0.05％。在其他實(shí)施例中，包層40和芯部分20、26、和28可以包括純(未摻雜的)二氧化硅。包層40可以可替代地包括純低折射率聚合物。在一些實(shí)施例中，納米結(jié)構(gòu)區(qū)域26包括純二氧化硅，所述純二氧化硅包括多個(gè)空隙32。納米結(jié)構(gòu)區(qū)域26的(考慮任何空隙的存在)最小相對(duì)折射率和平均有效相對(duì)折射率均小于-0.1％。所述空隙或空隙32可以包含一種或多種氣體比如氬氣、氮?dú)狻⒀鯕?、氪氣、或so2，或者可以包含基本上不具有氣體的真空。然而，不管任何氣體的存在或不存在，納米結(jié)構(gòu)區(qū)域26中的平均折射率由于空隙32的存在而被降低?？障?2可以隨機(jī)地或非周期性地布置在納米結(jié)構(gòu)區(qū)域26中，并且在其他實(shí)施例中，空隙被周期性地布置在其中。在一些實(shí)施例中，所述多個(gè)空隙32包括多個(gè)非周期性布置的空隙和多個(gè)周期性布置的空隙。

在示例實(shí)施例中，芯區(qū)段22包括摻雜鍺的二氧化硅，芯內(nèi)部環(huán)形區(qū)域28包括純二氧化硅，并且包層環(huán)形區(qū)域40包括玻璃或地折射率聚合物。在這些實(shí)施例中的一些中，納米結(jié)構(gòu)區(qū)域26在純二氧化硅中包括多個(gè)空隙32；并且在這些實(shí)施例中的又其他實(shí)施例中，納米結(jié)構(gòu)區(qū)域26在摻雜氟的二氧化硅中包括多個(gè)空隙32。

在一些實(shí)施例中，芯的外半徑rc大于10μm且小于600μm。在一些實(shí)施例中，芯的外半徑rc大于30μm和/或小于400μm。例如，rc可以是125μm至300μm。在其他實(shí)施例中，芯20的外半徑rc大于50μm且小于250μm。芯20的中央部分22具有在范圍0.1rc<r1<0.9rc、并且在一些情況下0.5rc<r1<0.9rc內(nèi)的半徑。納米結(jié)構(gòu)圈區(qū)域26的寬度w2可以是0.05rc<w2<0.9rc，并且在一些情況下0.1rc<w2<0.9rc，并且在其他實(shí)施例中0.5rc<w2<0.9rc(針對(duì)相同密度的納米尺寸結(jié)構(gòu)，更寬的納米結(jié)構(gòu)區(qū)域給出更高的散射誘導(dǎo)的衰減)。實(shí)心玻璃芯區(qū)域28具有寬度ws＝w3，從而使得0.1rc<w3<0.9rc。芯20的每個(gè)區(qū)段包括基于二氧化硅的玻璃。納米結(jié)構(gòu)區(qū)域26的徑向?qū)挾葁2可以大于1μm。例如，w2可以是5μm至300μm，或在一些情況下200μm或更少。在一些實(shí)施例中，w2大于2μm且小于100μm。在其他實(shí)施例中，w2大于2μm且小于50μm。在其他實(shí)施例中，w2大于2μm且小于20μm。在其他實(shí)施例中，w2至少為7μm。而在其他實(shí)施例中，w2大于2μm且小于12μm。芯區(qū)域28的寬度w3是(r3-r2)并且其中點(diǎn)r3中點(diǎn)是(r2+r3)/2。在一些實(shí)施例中，w3大于1μm且小于100μm。

光纖12的數(shù)值孔徑(na)可以等于、或大于將光定向至光纖中的光源的na。光纖12的數(shù)值孔徑(na)可以大于0.2，在一些實(shí)施例中大于0.3，并且在其他實(shí)施例中大于0.4。

在一些實(shí)施例中，第一芯區(qū)域22的芯外半徑r1不小于24μm并且不大于50μm，即芯直徑在約48與100μm之間。在其他實(shí)施例中，r1>24微米；在另外其它實(shí)施例中，r1>30微米；在又其他實(shí)施例中，r1>40微米。

在一些實(shí)施例中，對(duì)于環(huán)形內(nèi)部區(qū)域26的徑向?qū)挾鹊?0％以上，|δ2(r)|<0.025％，并且在其他實(shí)施例中，對(duì)于區(qū)域26的徑向?qū)挾鹊?0％以上，|δ2(r)|<0.01％。折射率凹陷的環(huán)形部分26在包層的相對(duì)折射率首次達(dá)到小于-0.05％的值的位置開(kāi)始，從中心線(xiàn)徑向地向外延伸。在一些實(shí)施例中，包層40具有相對(duì)折射率分布δ4(r)，此相對(duì)折射率分布具有小于0.1％的最大絕對(duì)值，并且在本實(shí)施例中，δ4最大<0.05％且δ4最小>-0.05％，并且折射率凹陷的環(huán)形部分26在發(fā)現(xiàn)最外面空隙處結(jié)束。

包層結(jié)構(gòu)40延伸至半徑r4，這也是光纖的最外周邊。在一些實(shí)施例中，包層的寬度(r4-r3)大于20μm；在其他實(shí)施例中，r4-r3至少為50μm，并且在一些實(shí)施例中，r4-r3至少為70μm。在另一實(shí)施例中，整個(gè)芯20是納米結(jié)構(gòu)的(例如充滿(mǎn)了空隙)，并且芯20被包層40環(huán)繞。芯20可以具有“步進(jìn)”折射率差量，或者可以具有分級(jí)芯分布，其中，α分布具有例如1.8至2.3之間的α值。

參照?qǐng)D3b，公開(kāi)了光漫射光纖12的另一實(shí)施例的示意圖。圖3b的光纖包括具有相對(duì)折射率δ1的芯20，納米結(jié)構(gòu)區(qū)域26′位于芯20上并環(huán)繞芯。芯20可以具有“步進(jìn)”折射率分布、或者分級(jí)芯分布，其中，α分布具有例如1.8至2.3之間的α值。在本實(shí)施例中，納米結(jié)構(gòu)區(qū)域26′是具有多個(gè)空隙32的環(huán)形圈。在本實(shí)施例中，區(qū)域26′的寬度可以小到1至2μm，并且可以具有負(fù)平均相對(duì)折射率δ2。包層40環(huán)繞納米結(jié)構(gòu)趨于26′。包層40的(徑向)寬度可以小到1μm，并且包層可以具有或者負(fù)、負(fù)或者0％相對(duì)折射率(相對(duì)于純二氧化硅)。圖3a和圖3b中的示例的主要差別在于，圖3a中所示的納米結(jié)構(gòu)區(qū)域位于光漫射光纖12的芯20中，并且在圖3b中，它位于芯/包層交界。折射率凹陷的環(huán)形部分26′在芯的相對(duì)折射率首次達(dá)到小于-0.05％的值的位置開(kāi)始，從中心線(xiàn)徑向地向外延伸。在圖3b的實(shí)施例中，包層40具有相對(duì)折射率分布δ3(r)，此相對(duì)折射率分布具有小于0.1％的最大絕對(duì)值，并且在本實(shí)施例中，δ3最大<0.05％且δ3最小>-0.05％，并且折射率凹陷的環(huán)形部分26在空隙填充區(qū)域中出現(xiàn)最外面空隙處結(jié)束。在圖3b中所示的實(shí)施例中，芯20的折射率大于環(huán)形區(qū)域26′的折射率n2，并且包層40的折射率n1同樣大于折射率n2。

圖3c展示了光纖12的芯20的一個(gè)實(shí)施例。此光纖具有：具有約33.4μm外半徑r1的第一芯區(qū)域22、具有外半徑r2＝42.8μm的納米結(jié)構(gòu)區(qū)域26、具有外半徑r3＝62.5μm的第三芯區(qū)域28、以及具有82.5μm的外半徑r4(未示出)的聚合物包層40。在本實(shí)施例中，芯的材料是純二氧化硅(未摻雜的二氧化硅)，包層的材料是低折射率聚合物(例如，產(chǎn)品名稱(chēng)為q3-6696的，可從美國(guó)密歇根州米德蘭市道康寧公司獲得的具有折射率1.413的uv可固化的硅酮)，所述低折射率聚合物結(jié)合玻璃芯產(chǎn)生0.3的光纖na。與標(biāo)準(zhǔn)單模傳輸光纖(比如像光纖)相比，光纖12對(duì)波長(zhǎng)具有相對(duì)平(弱)的依賴(lài)性。在標(biāo)準(zhǔn)單模(比如像)或多模光纖中，在小于1300nm波長(zhǎng)的損失由瑞利散射主導(dǎo)。這些瑞利散射損失是由材料的特定所確定的并且對(duì)于可見(jiàn)波長(zhǎng)(400至700nm)一般約20db/km。瑞利散射損失的波長(zhǎng)依賴(lài)性與λ^-p成比例，其中，p≈4。包括至少一個(gè)納米結(jié)構(gòu)區(qū)域的光纖中取決于波長(zhǎng)的散射損失的指數(shù)小于2，并且在400nm至1100nm波長(zhǎng)范圍中的至少80％(例如大于90％)上可以小于1。從400nm至1100nm的平均光譜衰減在光纖被以40g張力牽引時(shí)約為0.4db/m并且在光纖12被以90g張力牽引時(shí)約為0.1db/m。在本實(shí)施例中，納米尺寸結(jié)構(gòu)包含so2氣體。申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)了，納米結(jié)構(gòu)圈中填充有so2的空隙非常有助于散射。而且，當(dāng)so2氣體被用來(lái)形成納米結(jié)構(gòu)時(shí)，所述氣體允許獲得熱可逆損失，即，在600℃以下，納米結(jié)構(gòu)光纖散射光，但在600℃以上，同一光纖將引導(dǎo)光。so2所給予的這種獨(dú)特行為同樣是可逆的，在于：當(dāng)將同一光纖冷卻至600℃以下時(shí)，光纖12將充當(dāng)光漫射光纖并且將再次產(chǎn)生可觀察的散射效果。

光漫射光纖12中納米尺寸結(jié)構(gòu)的存在創(chuàng)造了由光學(xué)散射導(dǎo)致的損失，并且散射穿過(guò)光纖的外表面的光可以用于照明目的。

涂層

在示例實(shí)施例中，光纖12可以包括如上文聯(lián)系圖2所討論的涂層44。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，涂層44包括親水性涂層，比如提供改進(jìn)的濕附著的經(jīng)uv固化烯酸酯涂層。所述涂層可以是uv可固化的涂層，所述uv可固化的涂層包括與玻璃相鄰的低模主涂層(通常<3mpa)以及更高模次涂層(通常>50mpa)。所述更高模次涂層與主(更低模)涂層相鄰、并位于其上。還可以利用或者作為單層涂層或者作為多層涂層中的層涂敷的其他或附加涂層。此類(lèi)材料的示例是充當(dāng)細(xì)胞生長(zhǎng)介質(zhì)的親水性涂層44a(未示出)或者包含用于向已逃離光提供額外散射的材料的涂層。這些涂層還可以充當(dāng)光纖12的保護(hù)性覆蓋。

用于涂層44的示例性親水性涂層44a是一般用于改進(jìn)細(xì)胞向表面的附著或生長(zhǎng)的那些涂層，并且包含羰酸功能和氨功能(例如，包含丙烯酸或丙烯酰胺的配方)。另外，通過(guò)充當(dāng)用于對(duì)生物材料的生長(zhǎng)必要的營(yíng)養(yǎng)物的儲(chǔ)蓄器，親水性涂層44a可以被增強(qiáng)。

在一些示例性實(shí)施例中，涂層44包括用于更改經(jīng)輻射光的熒光或紫外線(xiàn)吸收性分子。涂層中還可以包括合適的上或下轉(zhuǎn)換器分子，從而產(chǎn)生與輸入光源的波長(zhǎng)具有不同波長(zhǎng)的光。還可以涂覆油墨涂層從而改變所發(fā)射光的顏色或色相。其他涂層實(shí)施例包括能夠?qū)墓饫w發(fā)射的光提供額外散射的分子。進(jìn)一步的實(shí)施例可以是涂層上的感光催化劑包含物，所述包含物可以用于提高光反應(yīng)的速率。這種催化劑的一個(gè)示例是金紅石tio2，作為光催化劑。

根據(jù)一些實(shí)施例，光漫射光纖12可以被圍在聚合物、金屬、或玻璃覆蓋(或涂層)內(nèi)，其中，所述涂層或覆蓋具有大于250μm的最小外尺寸(例如，直徑)。如果(多個(gè))光纖具有金屬涂層，所述金屬涂層可以包含開(kāi)口斷面，從而允許光被優(yōu)選引導(dǎo)至給定區(qū)域中。這些額外涂層或覆蓋還可以包含附加化合物從而改變發(fā)射的光或與針對(duì)光纖上涂敷的涂層所描述的以同樣的方式催化反應(yīng)。

如上所述，光漫射光纖12可以包括被布置在光纖的外表面上的親水性涂層。同樣，熒光物質(zhì)(例如，紫外線(xiàn)吸收性材料)可以被布置在光纖涂層、以及能夠提供對(duì)發(fā)射的光的額外散射的分子中。根據(jù)一些實(shí)施例，與光漫射光纖12耦合的廣元生成在200nm至500nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光，并且光纖涂層中的熒光材料(熒光物質(zhì))生成或者白色、綠色、紅色、或nir(近紅外)光。

而且，在光纖外表面上可以設(shè)置附加涂層。這個(gè)層可以被配置成用于更改經(jīng)輻射的光，改變涂層材料的相互作用。這種涂層的示例將是分別包含比如但不限于聚(2-丙烯酸-2-甲基磺酸)、鄰-硝基團(tuán)、或偶氮苯組成成分等材料的涂層。

用于顏色前端移動(dòng)的照明系統(tǒng)。

參照?qǐng)D4，是用于顏色前端移動(dòng)的照明系統(tǒng)400的實(shí)施例。照明系統(tǒng)400包括光漫射光纖12，所述光漫射光纖可以例如是在此所描述或另外設(shè)想的光纖實(shí)施例中的任何一個(gè)。僅作為幾個(gè)示例，光漫射光纖12可以是彎曲不敏感的光纖，或者可以包括多條光漫射光纖。是多條光纖的集合的電纜設(shè)計(jì)是眾所周知的，并且除了許多其他結(jié)構(gòu)或配置以外可以包括帶、多條帶的集合、或被聚集至管中的光纖。此類(lèi)光纖可以包括一條或多條光漫射光纖。顏色前端的移動(dòng)還可以用其他類(lèi)型的光漫射元件實(shí)現(xiàn)，針對(duì)所述其他類(lèi)型的光漫射元件，可以將不同顏色的光注入每一端。此類(lèi)光漫射元件可以包括塑料光纖或使用了玻璃和塑料兩者的混合光纖，在所述光纖中引入了某種散射機(jī)構(gòu)，比如空氣線(xiàn)、由外來(lái)物質(zhì)(像二氧化鈦或波導(dǎo)中的機(jī)械缺陷)組成的包含物。其他潛在的光漫射元件是具有上文提及的散射機(jī)構(gòu)中的一種或多種的模塑的或壓出的塑料或玻璃結(jié)構(gòu)。

例如，如在此所描述的，光纖12可以是包括芯、包層、和位于芯內(nèi)或芯-包層邊界處的多個(gè)納米尺寸結(jié)構(gòu)的光漫射光纖。這種光纖可以進(jìn)一步包括外表面。如上所述，光漫射光纖12被配置成用于通過(guò)納米尺寸的結(jié)構(gòu)(比如空隙)將被引導(dǎo)的光散射離開(kāi)芯并穿過(guò)外表面，從而形成在其長(zhǎng)度上發(fā)射輻射的光源光纖部分。光纖12可以具有形成于其中的多個(gè)彎曲，從而經(jīng)由納米尺寸結(jié)構(gòu)32將光優(yōu)選地散射離開(kāi)芯20并穿過(guò)(多個(gè))指定區(qū)域內(nèi)的外表面。

再次參照?qǐng)D4，照明系統(tǒng)400還包括與光纖12的第一端光學(xué)地耦合的第一光源150a、以及與光纖12的第二端光學(xué)地耦合的第二光源150b。所述光源可以是各種各樣光源中的任何一種，包括但不限于發(fā)光二極管(led)。根據(jù)一些實(shí)施例，所述光源生成具有在200nm至2000nm范圍內(nèi)的至少一個(gè)波長(zhǎng)λ的光。

根據(jù)圖5中所描述的實(shí)施例，第一光源發(fā)射具有第一波長(zhǎng)210的光，并且第二光源發(fā)射具有第二波長(zhǎng)220的光。第一波長(zhǎng)210和第二波長(zhǎng)220通常的不同的波長(zhǎng)。例如，如果第一和第二光源所發(fā)射的光的強(qiáng)度近似相等，光將在第一光源所發(fā)射的所述光與第二光源所發(fā)射的所述光的重疊處形成顏色變化230。雖然顏色變化230在圖中被繪制成單色，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的是，顏色變化230的特定顏色和/或強(qiáng)度可以沿著從第一光源發(fā)射的光與從第二光源發(fā)射的光之劍的交互的長(zhǎng)度在任何一點(diǎn)變化。例如，參照?qǐng)D5，顏色變化230的第一位置a處的光的顏色可以與顏色變化230的第二位置b處的光的顏色不同。根據(jù)實(shí)施例，用戶(hù)沿著光纖12在顏色變化230的特定位置觀察到的顏色將對(duì)應(yīng)于與光源150a所發(fā)射的光的波長(zhǎng)和光源150b所發(fā)射的光的波長(zhǎng)相對(duì)應(yīng)的兩個(gè)點(diǎn)之間所畫(huà)的線(xiàn)上的cie顏色圖上的顏色。顏色變化是是各種因素所導(dǎo)致的，包括但不限于第一波長(zhǎng)210和第二波長(zhǎng)220的值，顏色變化230的被觀察位置(例如，a或b)離光源150a和150b中的一個(gè)或兩者的距離，和/或各種其他因素。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，例如，光源150a可以發(fā)射具有波長(zhǎng)638nm(紅色)的光，并且光源150b可以發(fā)射具有波長(zhǎng)445nm(藍(lán)色)的光。在沿著顏色變化230的任何一點(diǎn)觀察到的顏色將對(duì)應(yīng)于445nm與638nm之間所畫(huà)的線(xiàn)上的cie顏色圖上的顏色。在沿著顏色變化230的位置處所觀察到的沿著445與638nm之間的cie顏色圖上所畫(huà)的線(xiàn)的點(diǎn)取決于例如光源150a與150b的功率級(jí)的平衡。例如，如果紅色光源(150a)被設(shè)定為比藍(lán)色光源(150b)高得多的功率，光纖12將僅顯示沿所述線(xiàn)的子集的與紅色激光點(diǎn)最接近的顏色，并且反之亦然。

第一波長(zhǎng)210和第二波長(zhǎng)220通常是可調(diào)整的，使得除了創(chuàng)造沿著光纖12移動(dòng)的感覺(jué)之外第一和第二光源所發(fā)射的光的顏色可以變化。

為了創(chuàng)造光纖12內(nèi)移動(dòng)的外觀，第一和第二光源被配置成包括可調(diào)整的強(qiáng)度。例如，第一和第二光源所發(fā)射的光的強(qiáng)度可以受控制器控制，所述控制器進(jìn)而向光驅(qū)動(dòng)器發(fā)送指令。所述控制器可以被預(yù)編程的指令引導(dǎo)，或者可以對(duì)應(yīng)于用戶(hù)輸入、傳感器輸入、時(shí)間、或各種各樣其他控制輸入。

根據(jù)圖4中所繪的一個(gè)實(shí)施例，第一光源150a包括控制對(duì)第一光源的電力輸入的電位計(jì)410a。第二光源150b類(lèi)似地包括控制對(duì)第二光源的電力輸入的電位計(jì)410b。電位計(jì)410a和410b可以被單獨(dú)地控制從而將電力輸入分別獨(dú)立地引導(dǎo)至第一和第二光源。可以使用各種各樣控制機(jī)構(gòu)中的任何一種電子地、和/或遠(yuǎn)程地控制電位計(jì)。例如，電位計(jì)可以是系統(tǒng)級(jí)控制電路中的部件。所述控制電路可以被預(yù)編程的指令引導(dǎo)或?qū)ζ溥M(jìn)行響應(yīng)，或者可以對(duì)應(yīng)于用戶(hù)輸入、傳感器輸入、時(shí)間、或各種各樣其他控制輸入。可替代地，電位計(jì)中的一個(gè)或多個(gè)可以受開(kāi)關(guān)、旋鈕、或其他直接控制裝置控制。這將允許用戶(hù)直接調(diào)整第一和/或第二光源所發(fā)射的光的強(qiáng)度?？商娲兀似渌兓酝?，對(duì)個(gè)體光源的驅(qū)動(dòng)電流以及(因此)其輸出功率進(jìn)行設(shè)定的驅(qū)動(dòng)器可以受模擬電壓和/或脈寬調(diào)制(“pwm”)信號(hào)控制。這些電壓或pwm信號(hào)可以由微控制器生成，所述微控制器被編程以傳遞期望的顏色移動(dòng)效果。功率平衡、速率變化以及變化幅度是可以受微控制器控制的參數(shù)中的一些。還可以使所述微控制器與從遙控裝置接收命令的系統(tǒng)相互作用。這些命令可以調(diào)整上文所提及的參數(shù)或者它們可以循環(huán)通過(guò)預(yù)先變成的效果集合。

為了創(chuàng)造沿著光纖12的長(zhǎng)度移動(dòng)的外觀，對(duì)第一和/或第二光源所發(fā)射的光的強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)整。在圖6至圖7中描繪了顏色變化230的移動(dòng)。在圖6中，例如，提高光源150b所發(fā)射的具有波長(zhǎng)220的光的強(qiáng)度。這可以例如通過(guò)引導(dǎo)電位計(jì)410b提高到光源150b的電力來(lái)完成，這進(jìn)而提高光源150b所發(fā)射的光的強(qiáng)度。除了提高光源150b所發(fā)射的光的強(qiáng)度之外，光源150a所發(fā)射的光的強(qiáng)度可以同時(shí)減小?？商娲兀梢越档凸庠?50a所發(fā)射的光的強(qiáng)度?？梢岳缤ㄟ^(guò)引導(dǎo)電位計(jì)410a來(lái)控制光源150a所發(fā)射的光的強(qiáng)度。

提高光源150b所發(fā)射的光的強(qiáng)度、和/或降低光源150a所發(fā)射的光的強(qiáng)度引起第一光源所發(fā)射的光與第二光源所發(fā)射的光的相互作用處的顏色變化230，從而近似從圖5中的中心向左朝光源150a移動(dòng)。光的強(qiáng)度被調(diào)整的速率還將控制交界230沿著光纖12的長(zhǎng)度移動(dòng)的速率。緩慢地提高或降低光源150a和/或150b中的一個(gè)或多個(gè)的強(qiáng)度將引起顏色變化230沿著光纖12的長(zhǎng)度緩慢地移動(dòng)，同時(shí)快速地提高或降低光源150a和/或150b中的一個(gè)或多個(gè)的強(qiáng)度將引起顏色變化230沿著光纖12的長(zhǎng)度快速地移動(dòng)。然而，處于非常高的移動(dòng)速率，移動(dòng)會(huì)不再是人眼可感知的。

在圖7中，例如，提高光源150a所發(fā)射的具有波長(zhǎng)210的光的強(qiáng)度。這可以例如通過(guò)引導(dǎo)電位計(jì)410a提高到光源150a的電力來(lái)完成，這進(jìn)而提高光源150a所發(fā)射的光的強(qiáng)度。除了提高光源150a所發(fā)射的光的強(qiáng)度之外，光源150b所發(fā)射的光的強(qiáng)度可以同時(shí)減小。可替代地，可以降低光源150b所發(fā)射的光的強(qiáng)度。提高光源150a所發(fā)射的光的強(qiáng)度、和/或降低光源150b所發(fā)射的光的強(qiáng)度引起第一光源所發(fā)射的光與第二光源所發(fā)射的光的相互作用處的顏色變化230，從而向右朝光源150b移動(dòng)。

相應(yīng)地，通過(guò)控制光源150a和/或150b，可以一直衍射光纖12的長(zhǎng)度引導(dǎo)顏色變化230的移動(dòng)。雖然從第一光源發(fā)射的光與從第二光源發(fā)射的光的相互作用處的顏色變化230在圖5至圖7中被描繪為具有清晰界定的邊界，應(yīng)所述理解的是，這是出于展示的目的。顏色變化230可以是例如通過(guò)混合第一波長(zhǎng)210與第二波長(zhǎng)220的光而創(chuàng)造的顏色。例如，如果第一波長(zhǎng)210是具有約475nm波長(zhǎng)的淡藍(lán)色光，并且第二波長(zhǎng)220是具有波長(zhǎng)575的淡黃色光，則顏色變化230可以表現(xiàn)為沿著在475nm與575nm之間所畫(huà)的線(xiàn)找到的cie顏色圖上的顏色中的一種或多種。相應(yīng)地，沿著光纖12的移動(dòng)可以是這個(gè)顏色變化230從光纖的一端到另一端的移動(dòng)。

作為又另一替代方案，顏色變化230沿著光纖12的長(zhǎng)度移動(dòng)的一方面可以取決于光纖12的長(zhǎng)度(光的漫射長(zhǎng)度)而變化。這方面可以是除了使用光源150a和150b控制移動(dòng)以外或與其分開(kāi)的。例如，通過(guò)為繩索設(shè)置預(yù)定距離d，其中，第一和/或第二光源僅能夠漫射至小于d的長(zhǎng)度，可以將移動(dòng)限制至光纖12的某些區(qū)域。光源150a所發(fā)射的光的漫射長(zhǎng)度與光源150b所發(fā)射的光的漫射長(zhǎng)度的重疊處將在光纖12的中央?yún)^(qū)域重疊，所述中央?yún)^(qū)域是顏色變化230的移動(dòng)可以被限制至的區(qū)域。

圖4至圖7中所描繪的照明系統(tǒng)400可以被適配成無(wú)數(shù)不同配置。例如，光纖12可以在幾米或更大的數(shù)量級(jí)上從非常短的光纖到非常長(zhǎng)的光纖范圍內(nèi)變化。如果光纖12是彎曲不敏感的，例如，除了許多其他變化之外，它可以被彎曲、纏繞、或另外適配它將位于或安裝的環(huán)境。相應(yīng)的，照明系統(tǒng)400具有許多不同應(yīng)用，其中只有少量可以在此加以描述。根據(jù)一些實(shí)施例，例如，具有(多個(gè))光漫射光纖12的單或多光纖照明可以被用于含水環(huán)境中，例如用于照亮船塢、釣線(xiàn)或魚(yú)餌、以及相關(guān)應(yīng)用，在所述相關(guān)應(yīng)用中，高度期望小靈活尺寸的光漫射光纖12和安全浸沒(méi)在水中的能力。光漫射光纖12還可以有用于出口指示燈、照亮通道、發(fā)射用于房間探測(cè)器的ir輻射、或用于服裝中的縫線(xiàn)，具體為保護(hù)性/反射性附裝以進(jìn)一步增強(qiáng)佩戴者的可見(jiàn)性。在裝飾性照明中使用光漫射光纖12的示例是歧管，但一些示例用在電器照明和邊緣效應(yīng)、汽車(chē)/飛機(jī)照明、家庭和家具照明。作為另一示例，照明系統(tǒng)可以結(jié)合觸摸傳感器(控制設(shè)備)被用作滑動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)顯示器，使得當(dāng)手指沿著觸摸傳感器滑動(dòng)時(shí)，顏色變化230將相應(yīng)地與手指一起移動(dòng)。照明系統(tǒng)還可以結(jié)合比如電器等設(shè)備被用于指示循環(huán)的狀態(tài)。顏色變化可以例如沿著光纖的長(zhǎng)度從全藍(lán)移動(dòng)至全紅，從而指示洗衣機(jī)循環(huán)的狀態(tài)或另一可預(yù)測(cè)或可檢測(cè)時(shí)間段的進(jìn)度。作為示例，在此所述的照明系統(tǒng)可以用在前置式洗衣機(jī)的表面上或門(mén)周?chē)?，指示?dāng)前洗滌周期的狀態(tài)、以及剩余時(shí)間。

應(yīng)當(dāng)理解的是，前述描述僅僅是本發(fā)明的示例而且旨在提供用于理解如由權(quán)利要求書(shū)限定的本發(fā)明的本質(zhì)和特征的概述。附圖被包括用于提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，且被結(jié)合到本說(shuō)明書(shū)中并構(gòu)成其一部分。附圖示出本發(fā)明的不同特征和實(shí)施例，并與它們的描述一起用于說(shuō)明本發(fā)明的原理和操作。對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員將變得清楚的是，可對(duì)如在此描述的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例作出各種修改而不偏離如由所附權(quán)利要求書(shū)限定的本發(fā)明的精神或范圍。