[发明专利]光纤照明系统和方法

说明书

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No.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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

根据某些实施例，本发明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。