具有側面發(fā)光的光學光子纖維的照明系統(tǒng)及其制造方法
【專利摘要】一種發(fā)光照明系統(tǒng)，所述照明系統(tǒng)包含在200nm范圍內(nèi)具有至少一個波長的光源和具有多個納米尺寸結構(32)(例如孔隙)的光纖(12)。光纖連接到光源上。散光光纖具有纖芯(12)和包覆層(40)。所述多個納米尺寸結構位于所述纖芯內(nèi)或纖芯?包覆層邊界處。光纖還包含外表面(48)。光纖被構造用來通過納米尺寸結構將導光從纖芯經(jīng)外表面散射出去，形成具有一定長度的光源光纖部分，所述光源光纖部分在其長度上發(fā)出基本均勻的輻射，所述光纖對200?2000nm范圍內(nèi)的波長的散射誘導衰減大于50dB/km。
【專利說明】具有側面發(fā)光的光學光子纖維的照明系統(tǒng)及其制造方法
[0001 ]分案申請說明
[0002]本申請系申請日為2010年11月19日、國際申請?zhí)枮镻CT/US2010/057395、進入中國國家階段后的國家申請?zhí)枮?01080052456.2、題為“具有側面發(fā)光的光學光子纖維的照明系統(tǒng)及其制造方法”的發(fā)明專利申請的分案申請。
[0003]背景
[0004]本申請根據(jù)35U.S.C.§119(e)要求2009年11月20日提交的美國臨時申請系列第61/263023號的優(yōu)先權。
技術領域
[0005]本發(fā)明一般涉及具有含納米尺寸結構的區(qū)域的散光光纖(lightdiffusingoptical f iber)，具體涉及采用這種光纖的照明系統(tǒng)和方法，用于不同的應用，包括生物反應器、標志和特殊光照應用。
【背景技術】
[0006]光纖用于需要將光從光源傳送到遠處的許多應用。例如，光通信系統(tǒng)依靠光纖網(wǎng)絡將光從服務提供者發(fā)送給系統(tǒng)的終端用戶。
[0007]通信光纖被設計成在800-1675nm的近紅外波長范圍內(nèi)工作，在此波長范圍內(nèi)僅有較低的吸收和散射衰減。這使注入光纖一端的光大部分從光纖另一端出來，僅有少量光在光纖兩端之間沿周向離開。
[0008]近來，人們越來越需要擁有對彎曲的敏感性比常規(guī)光纖更低的光纖。這是因為越來越多的通信系統(tǒng)被布置在需要將光纖彎曲得很厲害的裝置中。這種需求帶動具有以下特征的光纖的發(fā)展:所述光纖在芯區(qū)周圍采用非周期性排列的小孔隙環(huán)結構。這種包含孔隙的環(huán)結構所起的作用是增大對彎曲的非敏感性一一也就是說，光纖可具有更小的彎曲半徑，而通過它的光學信號的衰減不會發(fā)生明顯改變。在這些光纖中，包含孔隙的環(huán)區(qū)位于光纖包覆層中，離纖芯有一些距離，以便最大程度減少光經(jīng)包含孔隙的環(huán)區(qū)傳播的量，因為這種傳播會增大光學損耗。
[0009]因為光纖通常是設計用來將光從光纖一端經(jīng)過長距離有效傳遞到光纖另一端，從典型光纖側面散失的光非常少，因此人們認為光纖不是很適合用來形成延長的照明源。但是，許多應用如特殊光照、標志或生物應用，包括細菌生長以及光-生物能和生物質(zhì)燃料的生產(chǎn)，都需要以有效的方式將選定量的光提供給指定區(qū)域。對于生物質(zhì)生長，需要開發(fā)將光能轉化為生物質(zhì)基燃料的方法。對于特殊光照，光源需要薄而柔韌，易于變成各種不同的形狀。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]根據(jù)一些實施方式，本發(fā)明的第一方面是一種照明系統(tǒng)，所述照明系統(tǒng)產(chǎn)生具有200-2000nm范圍內(nèi)的至少一種波長(λ)的光。所述系統(tǒng)包含光源和至少一根散光光纖。所述散光光纖具有纖芯和包覆層。多個納米尺寸結構位于所述纖芯內(nèi)或者纖芯-包覆層邊界處。光纖還包含外表面和與光源光連接的端部。光纖被構造成通過所述納米尺寸結構將導光(guided light)從纖芯經(jīng)外表面散射出去，形成具有一定長度的光源光纖部分，該部分在其長度上發(fā)出基本上均勻的輻射，所述光纖對所述波長具有大于50dB/km的散射誘導衰減。根據(jù)一些實施方式，與光纖連接的光源發(fā)出200-500nm波長范圍內(nèi)的光，光纖涂層內(nèi)的熒光材料產(chǎn)生白光、綠光、紅光或NIR(近紅外)光。
[0011 ]根據(jù)一些實施方式，所述照明系統(tǒng)包含單根散光光纖。根據(jù)其他實施方式，照明系統(tǒng)包含多根散光光纖。這些散光光纖可用于直形裝置，或者可以彎曲。
[0012]根據(jù)一些示例性實施方式，所述照明系統(tǒng)可用于生物生長系統(tǒng)，并可進一步包含生物室，所述生物室的內(nèi)部被構造用來容納生物材料。在這些實施方式中，光源產(chǎn)生一定波長的光，生物材料對該波長的光敏感。光纖可具有多個在它里面形成的彎曲部，以便將導光從中心軸散射出纖芯，經(jīng)外表面形成具有一定長度的光源光纖部分，所述部分在其長度上發(fā)出基本上均勻的輻射。
[0013]在以下的詳細描述中給出了本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點，其中的部分特征和優(yōu)點對本領域的技術人員而言，根據(jù)所作描述就容易看出，或者通過實施包括以下詳細描述、權利要求書以及附圖在內(nèi)的本文所述的本發(fā)明而被認識。
[0014]因此，本發(fā)明的至少一些實施方式的一個有利特征是:所述照明系統(tǒng)和方法利用了光纖將光有效傳遞到遠處的能力，并且這種光纖即使為了滿足應用需要而被布置成不同形狀(例如彎曲、盤繞或直形)，也能較均勻地散射光。此外，本發(fā)明的一些實施方式的一個有利特征是:本發(fā)明的至少一些示例性實施方式中的散光光纖能夠提供對波長依賴性較弱的照明，其中200-2000nm波長范圍內(nèi)的散射損耗!^與人-P成正比，其中P為大于或等于O至小于2，優(yōu)選小于I，更優(yōu)選小于0.5，甚至更優(yōu)選小于0.3。本發(fā)明的至少一些實施方式的另一個有利特征是沿其長度具有基本上均勻的散射能力(例如相對于最大值的變化小于50%，更優(yōu)選小于30%)，并且在離開光纖軸的角度空間具有基本上均勻的散射能力，使得向前、90度方向上(相對于光纖軸)和向后的散射強度幾乎相同(例如彼此相差30%以內(nèi)，優(yōu)選彼此相差20%以內(nèi))。
[0015]在至少一些實施方式中，對于光纖的目標長度，在照明波長上從光纖側面出來的積分光強度變化(即擴散光或散射光的強度變化)小于30%。
[0016]在至少一些實施方式中，光纖的平均散射損耗大于50dB/km，散射損耗在任何給定的長0.2m的光纖段上的變化不超過30% (即散射損耗在平均散射損耗的±30%以內(nèi))。根據(jù)至少一些實施方式，光纖的平均散射損耗大于50dB/km，散射損耗在長度小于0.05m的光纖段上的變化不超過30%。根據(jù)至少一些實施方式，光纖的平均散射損耗大于50dB/km，散射損耗在長0.0lm的光纖段上的變化不超過30 % (即± 30 % )。
[0017]本發(fā)明的一些實施方式中的光纖和采用這種光纖的照明系統(tǒng)的一個有利特征是:光纖起光源的作用，通過使光均勻地經(jīng)光纖側面散射出去而不是從光纖端部傳遞局域化強光束來照亮所需介質(zhì)。此外，在一些實施方式中，光纖的使用有利地使通過電驅(qū)動的光源能夠保持遠離光傳遞點。在電學部件位于離開導電或反應性環(huán)境的安全距離處的水性或潛在爆炸性環(huán)境中，此事實是最有益的。
[0018]應理解，前面的一般性描述和以下的詳細描述都提出了本發(fā)明的實施方式，用來提供理解要求保護的本發(fā)明的性質(zhì)和特性的總體評述或框架。包括的附圖提供了對本發(fā)明的進一步的理解，附圖被結合在本說明書中并構成說明書的一部分。附圖舉例說明了本發(fā)明的各種實施方式，并與描述一起用來解釋本發(fā)明的原理和操作。
【附圖說明】
[0019]圖1是散光光纖的一個示例性實施方式的一部分的側面示意圖；
[0020]圖2是圖1所示光纖沿方向2-2觀察時的橫截面示意圖；
[0021 ]圖3A是散光光纖的一個示例性實施方式的相對折射率-光纖半徑曲線示意圖；
[0022]圖3B是散光光纖的另一個示例性實施方式的相對折射率-光纖半徑曲線示意圖；
[0023]圖3C呈現(xiàn)了散光光纖的另一個示例性實施方式；
[0024]圖4A和4B顯不了光纖；S減(損耗)(dB/m)和波長(nm)的關系；
[0025]圖5呈現(xiàn)了在單根光纖內(nèi)采用雙光程的光纖布置方式；
[0026]圖6A呈現(xiàn)了使光纖具有均勻拉力(實施例A)和可變拉力(實施例B)時沿光纖的強度分布曲線；
[0027]圖6B呈現(xiàn)了使用白油墨和不用油墨時的散射分布曲線；
[0028]圖7呈現(xiàn)了圖5所示光纖(光纖后端連有反射鏡)和涂層中使用白油墨的光纖的散射情況；
[0029 ]圖8A呈現(xiàn)了照明系統(tǒng)的一個示例性實施方式；
[0030]圖SB呈現(xiàn)了與燒瓶式生物室聯(lián)用的照明系統(tǒng)的一個示例性實施方式；
[0031]在以下的詳細描述中提出了本發(fā)明的附加特征和優(yōu)點，其中的部分特征和優(yōu)點對本領域的技術人員而言由所述內(nèi)容就容易理解，或按下面的描述和權利要求書以及附圖所述實施本發(fā)明而被認識。
【具體實施方式】
[0032]下面將詳細說明本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，這些實施方式的例子在附圖中示出。只要有可能，在所有附圖中使用相同或類似的附圖標記來表示相同或類似的部分。應當理解，本發(fā)明所揭示的實施方式僅僅是示例，各自結合本發(fā)明的某些優(yōu)點。
[0033]可以在本發(fā)明范圍之內(nèi)，對以下示例作出各種改進和變化，可以將不同示例的各個方面以不同的方式組合，以獲得另外的示例。因此，本發(fā)明的真實范圍應當從整個說明書來理解，可以參考本文所述的實施方式，但不受其限制。
[0034]定義
[0035]出于在附圖中指明方向以及方便描述的需要，使用了諸如“水平”、“垂直”、“前”、“后”等詞語以及笛卡爾坐標，但其目的并不是在說明書或權利要求書中將它們嚴格地限制于絕對的取向和/或方向。
[0036]在下面對本發(fā)明的描述中，以下術語和詞匯用于具有納米尺寸結構的散光光纖。
[0037]“折射率分布曲線”是折射率或相對折射率與波導(光纖)半徑之間的關系。
[0038]“相對折射率百分數(shù)”定義為
[0039]Δ(γ) % = 100x[n(r)2-n#tt2) ]/2n(r)2,
[0040]其中，除非另有說明，n(r)是在半徑r處的折射率。除非另有說明，相對折射率百分數(shù)限定在850nm處。一方面，參比折射率η敎t是二氧化硅玻璃在850nm處的折射率1.452498，另一方面，它是包覆玻璃在850nm處的最大折射率。除非另有說明，本文所用的相對折射率用Λ表示，其數(shù)值以“為單位。在一個區(qū)域的折射率小于參比折射率的情況下，相對折射率是負數(shù)，稱作具有低陷區(qū)域或者低陷折射率(depressed-1ndex)，并且除非另有說明，最小相對折射率在相對折射率為最大負值時計算得到。在一個區(qū)域的折射率大于參比折射率η參t的情況下，相對折射率是正數(shù)，該區(qū)域可稱為凸起或者具有正折射率。
[0041]在本文中，“正摻雜劑”(updopant)視為相對于未摻雜的純Si02傾向于提高折射率的摻雜劑。在本文中，“負摻雜劑”(downdopant)視為相對于未摻雜的純Si02傾向于降低折射率的摻雜劑。正摻雜劑可存在于光纖中具有負相對折射率的區(qū)域，同時伴有一種或多種不是正摻雜劑的其他摻雜劑。類似地，一種或多種不是正摻雜劑的其他摻雜劑可存在于光纖中具有正相對折射率的區(qū)域。負摻雜劑可存在于光纖中具有正相對折射率的區(qū)域，同時伴有一種或多種不是負摻雜劑的其他摻雜劑。
[0042]類似地，一種或多種不是負摻雜劑的其他摻雜劑可存在于光纖中具有負相對折射率的區(qū)域。
[0043]術語“α-分布曲線”或者“阿爾法分布曲線”表示記作A(r)(單位為“％”)的相對折射率分布曲線，其中r為半徑，該參數(shù)用以下方程式表示，
[0044]Δ(γ)=Δ(γ0)(1-[ Γ-Γο I / (π-Γο) ]α),
[0045]式中r。表示Λ(ι.)為最大值的點，ri表示Λ(ι.) %為零的點，r的范圍是ri彡r彡rf，其中Λ如上文所定義，^是<1-分布曲線的起點，η是α-分布曲線的終點，α是指數(shù)，為實數(shù)。
[0046]因此，本文所用的術語“拋物線”包括基本上呈拋物線形的折射率分布曲線，它在纖芯中的一個或多個點上可稍微偏離α值為2.0的情況；“拋物線”還包括有少量變化和/或中心線下沉的分布曲線。在一些示例性實施方式中，在850nm處測量的α大于1.5而小于2.5，更優(yōu)選大于1.7和2.3，甚至更優(yōu)選在1.8-2.3之間。在其他實施方式中，折射率分布曲線上的一段或多段具有基本上呈階梯的折射率形狀，其中在850nm處測量的α值大于8，更優(yōu)選大于10，甚至更優(yōu)選大于20。
[0047]術語“納米結構光纖區(qū)”描述的是光纖具有這樣的區(qū)域或區(qū)間，即該區(qū)域或區(qū)間具有大量的(多于50個)充氣孔隙或其他納米尺寸結構，例如光纖橫截面中的孔隙超過50個、超過100個或者超過200個。充氣孔隙可包含例如S02、Kr、Ar、C02、N2、02或其混合物。本文所述的納米尺寸結構(例如孔隙)的橫截面尺寸(例如直徑)可在1nm-1ymi間變化(例如50-500nm)，長度可在lmm-50m之間變化(例如2mm-5m，或者范圍)。
[0048]在標準單?；蚨嗄９饫w中，在小于1300nm的波長處的損耗主要取決于瑞利(Rayleigh)散射。這些瑞利散射損耗Ls由材料性質(zhì)決定，對于可見光波長(400-700nm)通常約為20dB/km。瑞利散射損耗還對波長具有強依賴性(S卩Lsc^l/λ4，參見圖4B中比較光纖A)，這意味著至少需要約l_2km的光纖才能消散超過95%的輸入光。這種光纖若更短，將導致照明效率降低，而使用長光纖(l-2km或者更長)會增大成本，并且可能難于控制。用于生物反應器或其他照明系統(tǒng)時，長光纖安裝起來可能比較麻煩。
[0049]在光照應用的一些裝置中適宜采用長度更短的光纖，例如l-100m。這要求增大光纖的散射損耗，同時能夠保持良好的角散射性質(zhì)(光從光纖軸均勻地消散)和良好的彎曲性能，以免在光纖彎曲部形成亮斑。如本文所述，本發(fā)明的至少一些實施方式的一個有利特性是沿光纖照明器長度方向的均勻的高照度。因為光纖具有柔韌性，所以可將它布置成許多照明形狀。優(yōu)選在光纖彎曲點沒有亮斑(由于彎曲損耗升高)，使得光纖提供的照度的變化不超過30%，優(yōu)選小于20%，更優(yōu)選小于10%。例如，在至少一些實施方式中，光纖的平均散射損耗大于50dB/km，散射損耗在任何給定的長0.2m的光纖段上的變化不超過30 % (即散射損耗在平均散射損耗的±30%以內(nèi))。根據(jù)至少一些實施方式，光纖的平均散射損耗大于50dB/km，散射損耗在長度小于0.05m的光纖段上的變化不超過30%。根據(jù)至少一些實施方式，光纖的平均散射損耗大于50dB/km，散射損耗在長0.0lm的光纖段上的變化不超過30%(即±30%)。根據(jù)至少一些實施方式，光纖的平均散射損耗大于50dB/km，散射損耗在長0.0 Im的光纖段上的變化不超過20 % (即± 20 % )，優(yōu)選不超過1 % (即± 1 % )。
[0050]在至少一些實施方式中，對于光纖的目標長度，在照明波長上從光纖側面出來的積分(擴散)光強度變化小于30%，其中所述光纖的目標長度可以是例如0.02-100m。應當指出，通過在包覆層或涂層中加入熒光材料，可以改變指定在照明波長處通過光纖側面的積分光強度。熒光材料的光散射波長不同于光纖中傳播的光的波長。
[0051]在下面一些示例性實施方式中，我們將描述具有納米結構光纖區(qū)(具有納米尺寸結構的區(qū)域)的光纖設計，所述納米結構光纖區(qū)位于芯區(qū)，或者非?？拷w芯。一些光纖實施方式的散射損耗超過50dB/km(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)，散射損耗(因而這些光纖福射的照度或光)在角度空間是均勻的。
[0052]為了減少或消除光纖彎曲部的亮斑，當彎曲直徑小于50mm時，光纖中90°彎曲部的衰減增幅宜小于5dB/彎(例如小于3dB/彎，小于2dB/彎，小于IdB/彎)。在示例性實施方式中，這些低彎曲損耗在更小的彎曲直徑上得以實現(xiàn)，所述彎曲直徑是例如小于20mm，小于I Omm，甚至小于5_。較佳的是，彎曲半徑為5mm時，衰減總增幅小于I dB/90°彎。
[0053]較佳的是，根據(jù)一些實施方式，彎曲損耗等于或小于自直光纖纖芯發(fā)生的本征散射損耗。本征散射的主要原因是來自納米尺寸結構的散射。因此，至少根據(jù)光纖的彎曲非敏感實施方式，彎曲損耗不超過光纖的本征散射。但是，因為散射水平是彎曲直徑的函數(shù)，所以光纖的彎曲布置取決于其散射水平。例如，在一些實施方式中，光纖的彎曲損耗小于3dB/彎，優(yōu)選小于2dB/彎，并且光纖可彎曲成半徑小至5mm的弧而不會形成亮斑。
[0054]圖1是散光光纖的示例性實施方式的一部分的側面示意圖，在該具有中心軸(“中心線”)16的散光光纖(以下稱“光纖”)12的纖芯中有許多孔隙。圖2是沿著圖1中方向2-2觀察的散光光纖12的橫截面示意圖。散光光纖12可以是例如各類具有納米結構光纖區(qū)的光纖中的任何一種光纖，所述納米結構光纖區(qū)具有周期性或非周期性納米尺寸結構32(例如孔隙)。在示例性實施方式中，光纖12包含分成三個部分或區(qū)域的纖芯20。這些芯區(qū)是:實心中心部分22、納米結構環(huán)形部分(內(nèi)環(huán)芯區(qū))26和圍繞所述內(nèi)環(huán)芯區(qū)26的外實心部分28。包覆區(qū)40(“包覆層”)圍繞環(huán)芯20并具有外表面。包覆層40可具有低陷折射率，提供高數(shù)值孔徑(NA)。包覆層40可以是例如低陷折射率聚合物，如可UV固化或熱固化的含氟丙烯酸酯或硅樹脂。
[0055]任選涂層44圍繞包覆層40。涂層44可包含低模量初級涂層和高模量次級涂層。在至少一些實施方式中，涂層44包含聚合物涂料，如基于丙烯酸酯或基于硅樹脂的聚合物。在至少一些實施方式中，涂層沿光纖長度具有恒定直徑。
[0056]在下文所述的其他示例性實施方式中，涂層44設計用來改進從纖芯20傳到包覆層40的“輻射光”的分布和/或性質(zhì)。包覆層40的外表面或者任選涂層44的外層代表光纖12的“側面”，如本文所述，在光纖中行進的光通過散射離開所述側面。
[0057]任選用保護罩或包皮(未示出)覆蓋包覆層40。光纖12可包含氟化包覆層40，但若將光纖用于長度較短的應用，其中漏損不損害照明性質(zhì)，則不需要氟化包覆層。
[0058]在一些示例性實施方式中，散光光纖12的芯區(qū)26包含玻璃基體(“玻璃”)31，其中有許多非周期性設置的納米尺寸結構(例如“孔隙”)32，如圖2中放大插圖所詳細顯示的示例性孔隙。在另一個示例性實施方式中，孔隙32可周期性設置，如設置在光子晶體光纖中，其中孔隙的典型直徑在約1x10—6_lxlO—5m之間?？紫?2也可非周期性或隨機設置。在一些示例性實施方式中，區(qū)域26中的玻璃31是摻氟二氧化硅，而在其他實施方式中，玻璃是未摻雜的純二氧化硅。較佳的是，孔隙直徑至少為10nm。
[0059]納米尺寸結構32使光從纖芯20向光纖外表面散射。然后，散射的光通過光纖12的外表面“擴散”，提供所需的照明作用。也就是說，大部分光沿著光纖長度通過光纖12的側面擴散(經(jīng)由散射)。較佳的是，光纖在其長度上發(fā)出基本上均勻的輻射，光纖在發(fā)出的輻射的波長(照明波長)上的散射誘導衰減大于50dB/km。較佳的是，在此波長上的散射誘導衰減大于100dB/km。在一些實施方式中，在此波長上的散射誘導衰減大于500dB/km，在一些實施方式中為1000dB/km，大于2000dB/km，以及大于5000dB/km。這些高散射損耗約為標準單模和多模光纖中瑞利散射損耗的2.5-250倍。
[0060]芯區(qū)22和28中的玻璃可包含正摻雜劑，如Ge、Al和/或P。“非周期性設置”或“非周期性分布”是指當取光纖橫截面時(如圖2所示)，孔隙32隨機或非周期性地分布在光纖的一部分中。沿著光纖長度上不同的位置取類似的橫截面將揭示不同的橫截面孔隙圖案，也就是說，各橫截面具有不同的孔隙圖案，而孔隙的分布和孔隙的尺寸不一致。也就是說，所述孔隙是非周期性的，即這些孔隙在光纖結構內(nèi)不是周期性設置的。這些孔隙沿著光纖的長度(即平行于縱軸)拉長(伸長)，但是對于傳輸光纖的常規(guī)長度來說，不會在整根光纖的整個長度上延伸。雖然不希望受到理論限制，但是本發(fā)明人相信，孔隙沿著光纖長度延伸小于10m，在許多情況下，延伸小于lm。
[0061]在本發(fā)明中，在下面討論的照明系統(tǒng)中使用的散光光纖12可通過采用預制件固結條件的方法制備，所述條件使顯著量的氣體滯留在固結玻璃坯中，從而在固結玻璃光纖預制件中形成孔隙。不是采用一些步驟來除去這些孔隙，而是利用所得的預制件形成其中包含孔隙或納米尺寸結構的光纖。利用所得光纖的納米尺寸結構或孔隙，沿著光纖長度，經(jīng)其側面使光散射出光纖或?qū)⒐鈱С龉饫w。也就是說，通過光纖外表面將光導出纖芯20，提供所需的照明作用。
[0062]如本文所用，納米尺寸結構如孔隙的直徑是從橫穿光纖縱軸的垂直橫截面觀察光纖時的最長直線段，其端點a)。例如，美國專利申請序列第11/583098號描述了制備具有納米尺寸孔隙的光纖的方法，所述文獻通過參考結合于此。
[0063]如上所述，在光纖12的一些實施方式中，纖芯部分22和28包含摻鍺二氧化硅，即氧化鍺摻雜的二氧化硅。在纖芯內(nèi)，特別是在光纖中心線16處或附近，可單獨或組合使用鍺以外的摻雜劑，以得到所需的折射率和密度。在至少一些實施方式中，本文所揭示的光纖在纖芯部分22和28中的相對折射率分布不是負的。這些摻雜劑可以是例如Al、T1、P、Ge或其組合。在至少一些實施方式中，光纖在纖芯中不含降低折射率的摻雜劑。在一些實施方式中，本文所揭示的光纖在纖芯部分22、24和28中的相對折射率分布不是負的。
[0064]在本文所用的光纖12的一些示例中，纖芯20包含純二氧化硅。在一個實施方式中，光纖的優(yōu)選特性是在所需的生物材料敏感的光譜范圍內(nèi)使光散射出光纖(使光擴散)的能力。在另一個實施方式中，散射光可用于特色裝飾和白光應用?？赏ㄟ^改變光纖中玻璃的性質(zhì)、納米結構區(qū)26的寬度以及納米尺寸結構的大小和密度來增加散射損耗量。
[0065]在本文所用的光纖12的一些示例中，纖芯20是具有漸變折射率的纖芯，較佳的是，纖芯的折射率分布曲線具有拋物線(或者基本上呈拋物線)的形狀;例如，在一些實施方式中，纖芯20的折射率分布曲線具有α形狀，在850nm處測得的α值約為2，優(yōu)選1.8-2.3。在其他實施方式中，折射率分布曲線上的一段或多段具有基本上呈階梯的折射率形狀，其中在850nm處測量的α值大于8，更優(yōu)選大于10，甚至更優(yōu)選大于20。在一些實施方式中，纖芯的折射率可具有中心線下沉的特點，其中纖芯的最大折射率和整根光纖的最大折射率與中心線16相隔較小距離，但在其他實施方式中，纖芯的折射率沒有中心線下沉的特點，纖芯的最大折射率和整根光纖的最大折射率位于中心線處。
[ΟΟ??]在一個不例性實施方式中，光纖12具有基于二氧化娃的纖芯20和低陷折射率(相對于二氧化硅)聚合物包覆層40。低折射率聚合物包覆層40具有負的相對折射率，更優(yōu)選小于-0.5%，甚至更優(yōu)選小于-1 %。在一些示例性實施方式中，包覆層40的厚度等于或大于20μπι。在一些示例性實施方式中，包覆層40具有比纖芯更低的折射率，其厚度等于或大于ΙΟμπι(例如等于或大于20μπι)。在一些示例性實施方式中，包覆層的外徑是R影:的兩倍，例如約為125μπι(例如120-130μπι，或者123-128μπι)。在其他實施方式中，包覆層的直徑小于120μπι，例如60或80μπι。在其他實施方式中，包覆層的外徑大于200μπι，大于300μπι，或者大于500μπι。在一些實施方式中，包覆層的外徑沿著光纖12的長度保持恒定。在一些實施方式中，光纖12的折射率是徑向?qū)ΨQ的。較佳的是，纖芯20的外徑2R3沿著光纖的長度保持恒定。較佳的是，纖芯部分22、26、28的外徑也沿著光纖的長度保持恒定。我們所說的“恒定”是指直徑相對于平均值的變化小于10%，優(yōu)選小于5%，更優(yōu)選小于2%。圖3Α是圖2所示示例性光纖12的示例性相對折射率A-光纖半徑曲線(實線)。纖芯20也可具有漸變纖芯分布曲線，S卩α分布曲線，例如α值在1.8-2.3之間(例如1.8-2.1)。
[0067]圖3Α是圖2所示示例性光纖12的示例性相對折射率△_光纖半徑曲線(實線)。纖芯20也可具有漸變纖芯分布曲線，其特征是例如1.7-2.3(例如1.8-2.3)之間的α值。虛線顯示了可選示例性折射率分布曲線。芯區(qū)22沿徑向從中心線向外延伸至其外徑Rl，具有相對折射率分布曲線△ Kr)，對應于最大折射率nl(以及相對折射率百分數(shù)△撮^)。在此實施方式中，參比折射率是包覆層的折射率。第二芯區(qū)(納米結構區(qū))26具有最小折射率n2、相對折射率分布曲線△ 2(r)、最大相對折射率△ 2駄和最小相對折射率△ 2?、，在一些實施方式中，A 2駄=Δ 2最小。第三芯區(qū)28具有最大折射率n3、相對折射率分布曲線△ 3(r)，該相對折射率分布曲線具有最大相對折射率△ 3駄和最小相對折射率△ 3最小，在一些實施方式中，Δ3rnk= Δ 3最小。在此實施方式中，環(huán)形包覆層40具有折射率n4、相對折射率分布曲線Δ 4(r)，該相對折射率分布曲線具有最大相對折射率A b和最小相對折射率△ 4?、。在一些實施方式中，A 4a*:= Δ 4§小。在一些實施方式中，厶I馱〉Λ 且Δ 3馱〉Δ 4^:。在一些實施方式中，A 2最小〉Δ 4駄。在圖2和圖3Α所示的實施方式中，Δ I駄〉Δ 3駄〉Δ 2馱〉Δ 4駄。在此實施方式中，這些區(qū)域的折射率具有以下關系:nl>n3>n2>n4。
[0068]在一些實施方式中，芯區(qū)22、28具有基本上恒定的折射率分布，如圖3A所示，它們具有恒定的Δ l(r)和Δ 3(r)。在這些實施方式當中的一些實施方式中，Δ 2(r)稍為正[0〈 Δ2(r)〈0.1 % ]、稍為負[-0.1 %〈 Δ 2(r)〈0]或者為0%。在一些實施方式中，Δ 2(r)的絕對值小于0.1%,優(yōu)選小于0.05%。在一些實施方式中，外包覆區(qū)40具有基本恒定的折射率分布，如圖3A所示，它具有恒定的A4(r)。在這些實施方式當中的一些實施方式中，A4(r)=0%。纖芯部分22的折射率△ I (r)多0%。在一些實施方式中，填充了孔隙的區(qū)域26具有相對折射率分布曲線△ 2 (r)，它具有負的相對折射率，絕對值小于0.05%，而芯區(qū)28的A3(r)可以是例如正值或者零。在至少一些實施方式中，nl>n2且n3>n4。
[0069]在一些實施方式中，包覆層40的折射率滿足-0.05%〈 Δ 4(r)〈0.05%。在其他實施方式中，包覆層40和纖芯部分20、26和28可包含純的(未摻雜的)二氧化娃。
[0070]在一些實施方式中，包覆層40包含純的或摻F二氧化硅。在一些實施方式中，包覆層40包含純的低折射率聚合物。在一些實施方式中，納米結構區(qū)26包含純二氧化硅，其中包含多個孔隙32。較佳的是，考慮到任何孔隙的存在，納米結構區(qū)26的最小相對折射率和平均有效相對折射率均小于-0.1%ο孔隙32可包含一種或多種氣體，如氬氣、氮氣、氧氣、氪氣或S02，或者可包含基本上沒有氣體的真空。但是，不管是否存在任何氣體，納米結構區(qū)26中的平均折射率因孔隙32的存在而降低。孔隙32可隨機或非周期性地設置在納米結構區(qū)26中，在其他實施方式中，孔隙周期性地設置在其中。
[0071]在一些實施方式中，所述多個孔隙32包含多個非周期性設置的孔隙和多個周期性設置的孔隙。
[0072]在示例性實施方式中，纖芯部分22包含摻雜了氧化鍺的二氧化硅，內(nèi)環(huán)區(qū)28包含純二氧化硅，包覆環(huán)區(qū)40包含玻璃或者低折射率聚合物。在這些實施方式當中的一些實施方式中，納米結構區(qū)26在純二氧化硅中包含多個孔隙32 ；而在這些實施方式當中的其他實施方式中，納米結構區(qū)26在摻氟二氧化硅中包含多個孔隙32。
[0073]在一些實施方式中，纖芯的外半徑Re大于ΙΟμπι且小于600μηι。在一些實施方式中，纖芯的外半徑Re大于30μηι且/或小于400μηι。例如，Re可為125-300μηι。在其他實施方式中，纖芯20的外半徑Rc(請注意，在圖3Α中，Rc = R3)大于50μπι且小于250μπι。纖芯20的中心部分22的半徑范圍是0.1Rc彡R1SOJRc，優(yōu)選0.5Rc彡R1S0.9Rc。納米結構環(huán)區(qū)26的寬度W2優(yōu)選為0.05此彡胃2彡0.91^，優(yōu)選為0.11^彡￥2彡0.91^，在一些實施方式中為0.51^彡￥2彡0.91^(在納米尺寸結構的密度相同的情況下，納米結構區(qū)越寬，散射誘導衰減越大)。實心玻璃芯區(qū)28的寬度Ws = W3，使得0.1Rc<W3<0.9Rc。纖芯20的每個部分都包含基于二氧化硅的玻璃。納米結構區(qū)26的徑向?qū)挾萕2優(yōu)選大于Ιμπι。例如，W2可為5-300μηι，優(yōu)選等于或小于200μηι。在一些實施方式中，W2大于2μηι且小于ΙΟΟμπι。在其他實施方式中，W2大于2μηι且小于50μηι。在其他實施方式中，W2大于2μηι且小于20μηι。在一些實施方式中，W2至少為7μηι。在其他實施方式中，W2大于2μπι且小于12μπι。芯區(qū)28的寬度W3是(R3-R2)，其中點R沖點是(R3+R2)/2。在一些實施方式中，W3大于Iym且小于ΙΟΟμπι。
[0074]光纖12的數(shù)值孔徑(NA)優(yōu)選等于或大于將光導入光纖的光源的NA。較佳的是，光纖12的數(shù)值孔徑(NA)大于0.2，在一些實施方式中大于0.3，甚至更優(yōu)選大于0.4。
[0075]在一些實施方式中，第一芯區(qū)22的纖芯外半徑Rl優(yōu)選不小于24μπι且不大于50μπι，即纖芯直徑在約48-100μπι之間。在其他實施方式中，Rl > 24μπι;在另一些實施方式中，Rl >30μπι ；在又一些實施方式中，Rl > 40μπι。
[0076]在一些實施方式中，內(nèi)環(huán)狀部分26在超過50%的徑向?qū)挾壬系腎Δ 2(r) | <0.025%；在其他實施方式中，區(qū)域26在超過50%的徑向?qū)挾壬系腎 Δ 2(r) I〈0.01 %。低陷折射率環(huán)狀部分26從包覆層的相對折射率最先達到小于-0.05%的值處開始，沿徑向從中心線向外延伸。在一些實施方式中，包覆層40具有相對折射率分布曲線△ 4(r)，其最大絕對值小于0.1 %，在此實施方式中Λ 4駄〈0.05 %且Δ 4最小>-0.05 %，而低陷折射率環(huán)狀部分26終止于最外面的孔隙出現(xiàn)的位置。
[0077]包覆結構40延伸至半徑R4，它也是光纖最外面的周界。在一些實施方式中，包覆層的寬度R4-R3大于20μπι;在其他實施方式中，R4-R3至少為50μπι;在一些實施方式中，R4_R3至少為70μηι。
[0078]在另一實施方式中，整個纖芯20都是納米結構化的(例如填充了孔隙)，而包覆層40將纖芯20包圍。纖芯20具有“階梯式”折射率△，或者具有漸變纖芯分布曲線，S卩α分布曲線，例如α值在1.8-2.3之間。
[0079]對于圖3C、4A和6-8所示的例子，光纖預制件和光纖的制備如下:在此示例性實施方式中，通過外蒸汽沉積法(OVD)將470g Si02(密度為0.5g/cc)煙炱沉積到長lm、直徑為20mm的完全固結純二氧化硅無孔隙芯棒上，得到預制組件(有時稱作預制件或光纖預制件)，所述預制組件包含被煙炱二氧化硅區(qū)包圍的固結無孔隙二氧化硅芯區(qū)。然后按以下步驟對該預制組件的煙炱包覆層進行燒結。所述預制組件首先在包含氦氣和3%氯氣(所有的百分數(shù)都是體積百分數(shù))的氣氛中，在加熱爐的上部區(qū)域部分，在1100°C的溫度下干燥2小時，然后驅(qū)動它以200mm/min的速率(相當于在向下驅(qū)動的過程中，煙炱預制件外側的升溫速率約為100 °C/min)向下通過加熱區(qū)，所述加熱區(qū)的溫度設定在約1500 °C，燒結氣氛是100體積％的302。然后驅(qū)動所述預制組件以100mm/min的速率(相當于在向下驅(qū)動的過程中，煙炱預制件外側的升溫速率約為50°C/min)再次(即第二次)向下通過加熱區(qū)。然后驅(qū)動所述預制組件以50mm/min的速率(相當于在向下驅(qū)動的過程中，煙炱預制件外側的升溫速率約為25°C/min)再次(即第三次)向下通過加熱區(qū)。然后，驅(qū)動所述預制組件以25mm/min的速率(相當于在向下驅(qū)動的過程中，煙炱預制件外側的升溫速率約為12.5°C/min)再次(即第四次)向下通過加熱區(qū)，最后以6mm/mi η的速率(約3 °C /mi η的加熱速率)進行燒結，從而將所述煙炱燒結成具有SO2氣籽的二氧化硅外包覆層預制件。在每個向下驅(qū)動的步驟之后，以200mm/min的速率將所述預制組件向上驅(qū)動至加熱爐的上部區(qū)域部分(該部分繼續(xù)設定在1100°C )。用該第一系列的較高的向下進料速率使光纖預制件的外側變光，這便于將氣體截留在預制件內(nèi)。然后在溫度設定為1000°C、用氬氣吹掃的保溫爐內(nèi)，將所述預制件放置24小時，脫除預制件中殘留的任何氦氣。然后在溫度大致設定為1700°C的常規(guī)石墨再拉制爐上，在氬氣氣氛下將此預制件再拉制成包含無孔隙的S12纖芯和具有SO2氣籽(即包含非周期性設置的包含SO2氣體的孔隙)的二氧化硅外包覆層的坯棒，其直徑為10mm，長lm。
[0080]將一根1mm的坯棒放回車床內(nèi)，通過OVD再沉積約190g Si02(密度為0.52g/cc)煙炱。然后通過以下步驟對用于該組件的此包覆層(可以稱作外包覆層)的煙炱進行燒結。該組件首先在由氦氣和3 %氯氣組成的氣氛中，在1100 °C干燥2小時，然后在100體積％的氦氣氣氛下，驅(qū)動它以5mm/min的速率向下通過設定在1500°C的加熱區(qū)，使得所述煙炱燒結，形成預制件，所述預制件包含含有氧化鍺的無孔隙二氧化硅纖芯、具有SO2氣籽的二氧化硅環(huán)(即包含含有SO2的孔隙的二氧化硅)以及無孔隙外包覆層。在溫度設定為1000°C、用氬氣吹掃的保溫爐內(nèi)，將所述預制件放置24小時，脫除預制件中的任何殘留氦氣。在石墨電阻爐上，在氦氣氣氛中，在約1900-2000°C將光纖預制件拉制成長3km、直徑為125μπι的光纖。通過監(jiān)測和控制光纖的拉力來控制光纖預制件的溫度;在此實施方式中，在光纖拉制操作的每個部分(例如3km的長度)，將光纖拉力保持在30-600g之間的一個數(shù)值上。在拉制過程中，給光纖涂覆基于低折射率二氧化硅的涂層。
[0081]利用另一根如上所述的包含無孔隙二氧化硅纖芯和具有S02氣籽的二氧化硅外包覆層的1mm還棒(即第二坯棒)制造光纖預制件和光纖，其例子示于圖4B。更具體地，將第二根包含無孔隙二氧化娃纖芯和具有S02氣籽的二氧化娃外包覆層的I Omm還棒放回車床，通過OVD再沉積約3750g Si02(密度為0.67g/cc)煙炱。然后通過以下步驟對用于此包覆層(在此組件中可以稱作外包覆層)的煙炱進行燒結。該組件首先在由氦氣和3%氯氣組成的氣氛中，在IlOOcC干燥2小時，然后在100體積％的氦氣氣氛下，驅(qū)動它以5mm/min的速率向下通過設定在1500°C的加熱區(qū)，使得所述煙炱燒結，形成預制件，所述預制件包含含有氧化鍺的無孔隙纖芯、具有SO2氣籽的二氧化硅環(huán)(即包含含有SO2的孔隙的二氧化硅)以及無孔隙外包覆層。在溫度設定為1000°C、用氬氣吹掃的保溫爐內(nèi)，將所得光纖預制件放置24小時，脫除預制件中的任何殘留氦氣。最后，如上所述，將光纖預制件拉制成長5km、直徑為125μπι的光纖，并涂覆低折射率聚合物。
[0082]圖3Β呈現(xiàn)了散光光纖12的又一示例性實施方式的示意圖。圖3Β所示光纖包含具有相對折射率A1的纖芯20、位于纖芯20之上并包圍纖芯20的納米結構區(qū)26’。纖芯20可具有“階梯式”折射率分布曲線，或者漸變纖芯分布曲線，即α分布曲線，例如α值在1.8-2.3之間。
[0083]在此示例性實施方式中(見圖3Β)，納米結構區(qū)26’是具有多個孔隙32的環(huán)帶。在此實施方式中，區(qū)域26’的寬度可小至1-2μπι，可具有負的平均相對折射率△ 2。包覆層40包圍納米結構區(qū)26 ’。包覆層40的(徑向)寬度可小至Iym，該包覆層的相對折射率可以是負的、正的或0% (相對于純二氧化硅)。圖3Α和3Β所示例子之間的主要區(qū)別在于，圖3Α所示的納米結構區(qū)位于散光光纖12的纖芯20中，而在圖3Β中，它位于纖芯/包覆層界面上。低陷折射率環(huán)狀部分26’從纖芯的相對折射率最先達到小于-0.05%的值處開始，沿徑向從中心線向外延伸。在圖3Β所示的實施方式中，包覆層40具有相對折射率分布△ 3(r)，其最大絕對值小于
0.1%； Δ 3駄〈0.05 %且Δ 3最小>-0.05%,低陷折射率環(huán)狀部分26終止于填充了孔隙的區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)最外面的孔隙處。
[0084]在圖3B所示的實施方式中，纖芯20的折射率大于環(huán)區(qū)26’的折射率n2，而包覆層40的折射率nl也大于折射率n2。
[0085]圖3C呈現(xiàn)了已經(jīng)制成的光纖12的一個實施方式的纖芯20。此光纖具有外半徑Rl約為33.4μπι的第一芯區(qū)22、外徑R2 = 42.8μπι的納米結構區(qū)26、外半徑R3 = 62.5μπι的第三芯區(qū)28和外徑R4(未示出)為82.5μπι的聚合物包覆層40。在此實施方式中，纖芯材料是純二氧化硅(未摻雜的二氧化硅)，包覆材料是低折射率聚合物[例如，折射率為1.413的可UV固化的娃樹脂，可以商品名Q3-6696購自密歇根州米德蘭市陶氏-康寧公司(Dow-Corning，Midland ,Michigan)]，該聚合物與玻璃纖芯一起使光纖的NA為0.3。相比于標準單模傳輸光纖例如SMF-28eR光纖，光纖12對波長具有較平坦(弱)的依賴性，見圖4B。在標準單模(如SMF-28R)或多模光纖中，在小于1300nm的波長處的損耗主要取決于瑞利散射。這些瑞利散射損耗由材料的性質(zhì)決定，對可見光波長(400-7 OOnm)通常約為20dB/km。瑞利散射損耗對波長的依賴性與λ—1)成正比，P?4。在包含至少一個納米結構區(qū)的光纖中，在400-1100nm波長范圍內(nèi)至少80% (例如大于90%)的波長上，依賴于波長的散射損耗的指數(shù)小于2，優(yōu)選小于
1。400-1100醒的平均光譜衰減在以4(^的拉力拉制光纖時約為0.4(^/111;在以9(^的拉力拉制光纖12時約為0.ldB/m。在此實施方式中，納米尺寸結構包含S02氣體。
【申請人】發(fā)現(xiàn)，納米結構環(huán)中填充SO2的空隙極大地促進了散射。此外，當用SO2氣體形成納米結構時，發(fā)現(xiàn)利用此氣體可獲得熱可逆損耗，即低于600°C時納米結構化光纖散射光，而高于600°C時同一光纖將對光起導引作用。SO2賦予的這種獨特性質(zhì)也是可逆的，也就是說，將同一光纖冷卻到低于600 0C時，光纖12將起散光光纖的作用，并再次產(chǎn)生可觀察到的散射效應。
[0086]在優(yōu)選的實施方式中，通過在拉制工藝中控制光纖拉力，控制沿著光纖長度的照明均勻性，使最小散射照明強度不小于最大散射照明強度的0.7倍。
[0087]散光光纖12中納米尺寸結構的存在產(chǎn)生光散射損耗，經(jīng)光纖外表面散射出去的光可用于照明目的。圖4A是圖3C所示光纖(具有填充了 SO2氣體的孔隙的光纖)的衰減(損耗)(dB/m)-波長(nm)曲線。圖4A表明，(i)散光光纖12可在可見光波長范圍內(nèi)實現(xiàn)非常大的散射損耗(因此可提供高照明強度)。相比于常規(guī)125μπι漸變折射率纖芯多模比較光纖A(光纖A是沒有納米結構區(qū)的階梯式折射率多模光纖，在可見光波長范圍內(nèi)的瑞利散射損耗約為0.02dB/km，或者在500nm波長處約為20dB/km，且具有l(wèi)/λ4的強波長依賴性)，光纖12的散射損耗也具有弱波長依賴性(Ls與1/λ-P成正比，其中P小于2，優(yōu)選小于I，甚至更優(yōu)選小于0.5)。圖4Α-4Β還顯示了光纖12的拉力效應。更具體地，圖4Α-4Β表明，拉制光纖的拉力越大，所得散射損耗越小;拉制光纖的拉力越小，得到散射損耗越大(即照明強度越高)的光纖部分。圖4Α繪出了在90g和400g的不同光纖拉力下拉制出的散光光纖12(纖芯中有孔隙)的衰減-波長關系圖。圖4B繪出了在90g和40g的不同光纖拉力下拉制出的不同散光光纖12(纖芯中有孔隙)、具有歸一化損耗的比較多模光纖(光纖A)和具有l(wèi)/λ損耗依賴性的理論光纖的衰減-波長關系圖。[說明:圖4Β所示圖線描述了損耗對波長的依賴性。在此示例中，為了比較光纖12和光纖A的散射斜率，將低損耗光纖(光纖Α)的損耗乘以20，使得這兩條曲線容易顯示在同一幅圖中]。雖然不受任何特定理論的限制，但是本發(fā)明人相信，當拉制拉力減小，例如從90g減小到40g時，散射損耗之所以增大，是因為納米結構的平均直徑增大了。因此，光纖拉力的這種效應可用來沿著光纖長度產(chǎn)生恒定的衰減(照明強度)，具體做法是在拉制過程中改變光纖拉力。例如，在高拉力Tl下拉制的損耗SaidB/m、長度為LI的第一光纖部分將使光功率從輸入水平PO衰減到POexpbaALl/t 343)。在較低拉力T2下拉制的損耗為a2dB/m、長度為L2的第二光纖部分與第一光纖部分光連接后，將進一步使光功率從P0exp(-c^Ll/4.343)衰減到POexpbaALl/^.343)exp(-a2*L2/4.343)?？烧{(diào)節(jié)第一和第二光纖部分的長度和衰減，以便沿著連接好的光纖的長度提供均勻的強度。
[0088]散光光纖12的優(yōu)點之一是它們能夠沿著散光光纖的長度提供均勻照明。圖5呈現(xiàn)了光纖12的一種設置，該設置沿光纖長度得到均勻照明，并且在單一散光光纖12中利用雙光程。在此設置中，將反射鏡M置于散光光纖12的端部。光源150提供給散光光纖12的輸入光沿散光光纖12的軸傳播，余下的光被反射鏡反射，回過來沿光纖12的軸朝輸入端傳播。若適當選擇光纖12的衰減和長度，則回傳到光源的光輸出功率小于起始光功率的2%-5%。對于具有恒定損耗分布的光纖(見圖4A)，散射損耗強度可能在光纖的頭部更高，而在光纖的尾部更弱。但是，若以周期性受控的拉力(拉力值與爐溫有關，爐溫可從1800°C變化到2100°C)拉制散光光纖12，使得散射損耗在光纖頭部更低(強度高)而在尾部更高(強度更低)，則可使所得散射強度的變化更小，或者說穩(wěn)定(例如，如圖6A所示，示例C) ο可在例如40-400g之間控制和改變拉制光纖的拉力，從而提供寬范圍的散射誘導衰減(例如高達6倍)。圖5中的反射鏡M也可用第二光源代替，所述第二光源的功率密度輸出接近于第一光源的功率密度輸出(在2倍的范圍內(nèi)，即在50 % -200 %的范圍內(nèi))，不僅產(chǎn)生更均勻的照明，而且增加光纖所散射的光的量。
[0089]生物反應器/照明系統(tǒng)的一個示例性實施方式的一個方面是散射光強度的角度分布在角度空間里是均勻的或接近均勻。自光纖表面沿軸向散射的光相對于平均散射強度的變化小于50%，優(yōu)選小于30%，優(yōu)選小于20%，更優(yōu)選小于10%。在沒有納米尺寸結構的基于二氧化硅的常規(guī)光纖中，主要散射機理是瑞利散射，這種散射具有寬角度分布。光纖12若因納米結構環(huán)中的孔隙而具有額外的散射損耗，則可具有強正向分量(forwardcomponent)，如圖6A(實施方式a和b)和圖6B(實施方式a’)所示。但是，此分布可通過在散光光纖12的涂層頂部設置散射材料來矯正。利用包含基于T12的白油墨的涂料制成的散光光纖(參見圖6B，實施方式b')所提供的散射光角度分布具有明顯更小的正向偏置。通過更厚的附加T12油墨層(例如1-5μπι)，有可能進一步減小正向散射分量，從而提高角度強度分布的均勻性。但是，如圖7所示，若照明器設計可利用與后向反射鏡或附加光源光連接的光纖(見圖5)，則即使光纖沒有基于T12的白油墨涂層，此構造也能提供較平坦(S卩非常均勻)的角度散射強度(見圖6Α)。在一些實施方式中，油墨涂層沿著光纖長度的受控變化(油墨涂層厚度或者涂層中油墨濃度的變化)將提供另一種途徑，使光纖在大角度(超過15度)上散射的光的強度變化更均勻。
[0090]在一些實施方式中，油墨可以是將散射光轉換成波長更長的光的熒光材料。在一些實施方式中，通過將具有這種涂層的散光光纖12連接到UV光源，例如405nm或445nm二極管激光器，可使光纖12發(fā)出白光(從外表面擴散出來)。在示例性實施方式中，熒光白光的角度分布是基本均勻的(例如在角度空間中為25 % -400 %，優(yōu)選50-200 %，甚至更優(yōu)選50 % -150%，或70%-130%，或80%-120%)。
[0091]光照系統(tǒng)的構造
[0092]要將光纖有效連接到低成本光源如發(fā)光二極管(LED)或太陽光上，需要光纖具有高NA和大纖芯直徑。對于類似于圖2所示的設計，可使多模纖芯20的尺寸最大，并且可具有高達500μπι的半徑。包覆厚度可小得多，例如約為15-30μπι(例如約為20μπι)。例如，根據(jù)一個實施方式，可將多根散光光纖12卷繞在支承結構上，每根散光光纖可光連接到光源或多個光源。多根散光光纖12可捆扎在一起，形成以下至少一種形式:帶、帶堆(ribbon stack)或圓束(round bundle)。光纖束或光纖帶(即多根光纖的集合)也可設置成光源的形狀，以提高連接效率。典型的束/帶結構可包括例如2-36根散光光纖12，或者可包含最多達數(shù)百根光纖12。作為多根光纖的組合件的光纜設計形式是眾所周知的，可包括帶、多根帶的集合或者聚集到管中的光纖。這種光纖可包括一根或多根散光光纖12。
[0093]單根光纖
[0094]連接到散光光纖中的連續(xù)亮光源可用于不同的應用，如標志或顯示照明。若照明系統(tǒng)使用纖芯直徑為125-300μπι的單根光纖12，則可使用多模激光二極管作為光源，將光提供到光纖12中。圖8Α顯示了一個示例性光照裝置(用于顯示屏的亮邊照明器)，該裝置使用單根光纖12，所述光纖12具有反射涂層，將光導向一個方向。根據(jù)一些實施方式中，利用散光光纖12實現(xiàn)的單光纖或多光纖照明可用于水性環(huán)境，例如用來照亮船塢、魚線或魚餌，以及相關應用，這些應用非常需要散光光纖12的小彈性尺寸和安全浸入水中的能力。散光光纖12也可用于出口照明、道路照明、為室內(nèi)監(jiān)測器發(fā)射IR輻射，或者用作衣物，特別是防護/反射衣物中的線，以進一步提高穿著者的可見性。在裝飾性照明中使用散光光纖12的例子有很多，但有些例子是用于器具發(fā)光和邊緣效果，汽車/航空器照明，或者家用和家具照明。
[0095]圖SB呈現(xiàn)了生物生長系統(tǒng)98和用于該生物生長系統(tǒng)的照明系統(tǒng)100，其中生物室170是具有內(nèi)部172的燒瓶。光源150和光連接系統(tǒng)160被構造用來將光從光源接入光導纖維的輸入端。低散射光導纖維12Α的輸出端與散光光纖12(光源光纖)的輸入端相連。在圖SB所示的實施方式中，光源光纖12由單根逆繞光纖形成。應當指出，光纖12可卷繞在支撐結構上，形成光源光纖部分，其中導光從光纖外表面散射，形成延伸光源，發(fā)出基本均勻的輻射。在光源光纖部分形成彎曲，提高散光光纖12中的散射量。逆繞至少一根光纖可補償發(fā)出的輻射沿著光源光纖部分的長度下降的效應，從而提高輻射均勻性。可將多根光纖12依次卷繞到支撐結構上，每根光纖與光源相連，可用來形成很長的延伸光源。散光光纖12可被構造成適合各種生物室?guī)缀涡螤睿瑸樯锊牧?80的生物材料生長提供光。生物材料180可以是例如海藻(例如海藻群落、藻華)或細菌(例如藍細菌)。在一個示例性實施方式中，生物材料180可懸浮在支持介質(zhì)184如水中。
[0096]涂層
[0097]在一個示例性實施方式中，光纖12可包含上面結合圖2所討論的涂層44。在一個示例性實施方式中，涂層44包括親水涂層，如提供改進的濕黏附性的UV固化丙烯酸酯涂層。涂層可以是可UV固化的涂層，包含鄰近玻璃的低模量初級涂層(通常<3MPa)和模量較高的次級涂層(通常>50MPa)。模量較高的次級涂層鄰近并位于初級(模量較低的)涂層之上。也可利用其他的或者附加的涂層，作為單層涂層或者作為多層涂層中的一層施涂。這種材料的例子有親水涂層44A(未示出)，它起細胞生長培養(yǎng)基的作用，或者作為包含能使逸出光額外散射的材料的涂層。這些涂層也可用作光纖12的保護性覆蓋層。
[0098]用于涂層44的示例性親水涂層44是那些常用來促進細胞黏附和生長到表面上并且包含羧酸官能團和胺官能團(例如包含丙烯酸或丙烯酰胺的制劑)的涂層。此外，可對親水涂層44A進行強化，將其用作生物材料生長所必需的營養(yǎng)物的儲器。
[0099]在一些示例性實施方式中，涂層44包含吸收熒光或紫外光的分子，用來改進輻射光。涂層中還可包含合適的向上或向下轉換分子，用來產(chǎn)生波長不同于輸入光源的波長的光。還可施涂油墨涂層，以改變發(fā)出的光的顏色或色調(diào)。其他涂層實施方式包含能使光纖發(fā)出的光發(fā)生額外散射的分子。另一個實施方式可將光活性催化劑加到涂層上，可用來增大光反應速率。這種催化劑的一個例子是作為光催化劑的金紅石Ti〇2。
[0100]根據(jù)一些實施方式，散光光纖12可包在聚合物、金屬或玻璃覆蓋層(或涂層)中，其中所述涂層或覆蓋層具有大于250μπι的最小外尺寸(例如直徑)。若光纖具有金屬涂層，則金屬涂層可包含開口部分，以便將光優(yōu)先導入給定區(qū)域。這些附加涂層或覆蓋層還可包含其他化合物，以便按照與上面所述的涂覆在光纖上的涂層相同的方式改變發(fā)出的光或者對反應進行催化。
[0101]如上所述，散光光纖12可包含設置在光纖外表面上的親水涂層。同樣，可在光纖涂層中設置熒光物質(zhì)(例如紫外光吸收材料)，以及能夠使發(fā)出的光發(fā)生額外散射的分子。A根據(jù)一些實施方式，與散光光纖12連接的光源產(chǎn)生200-500nm波長范圍內(nèi)的光，光纖涂層內(nèi)的熒光材料(熒光物質(zhì))產(chǎn)生白光、綠光、紅光或NIR(近紅外)光。
[0102]此外，可在光纖外表面上提供附加涂層。此層可構造用來改進輻射光，改變涂層材料的相互作用。這種涂層的例子是分別包含諸如但不限于聚(2-丙烯酰胺基-2-甲磺酸)、鄰硝基芐基或偶氮苯部分之類的材料的涂層。
[0103]示例性照明系統(tǒng)的構造
[0104]照明系統(tǒng)的一些示例性實施方式包含:(i)產(chǎn)生具有200-2000nm范圍內(nèi)的至少一種波長λ的光源；以及(ii)至少一根散光光纖12。光纖12包含纖芯、包覆層和多個位于纖芯內(nèi)或纖芯-包覆層邊界處的納米尺寸結構32。此光纖還包含外表面以及至少一個與光源光連接的端部。如上所述，散光光纖12被構造用來通過納米尺寸結構如孔隙散射導光，使其離開纖芯，通過外表面，形成具有一定長度的光源光纖部分，所述光源光纖部分沿其長度發(fā)出基本均勻的輻射。對于200-2000nm范圍內(nèi)(例如400-700nm，或者1-2μπι)的一個或多個波長，散光光纖12的散射誘導衰減大于50dB/km。光纖12可具有多個形成于其中的彎曲部，以便優(yōu)先在指定區(qū)域通過納米尺寸結構32散射光，使其離開纖芯20，通過外表面。較佳的是，在所述長度上，散射光照明強度的偏差小于最大散射照明強度的30%。根據(jù)一些實施方式，散射誘導衰減在100-6000dB/km之間或者更高。在一些實施方式中，對位于200-2000nm范圍內(nèi)的一個或多個波長，由光纖12的散射引起的衰減是6000-20000dB/km。根據(jù)一些實施方式，光纖12的長度在0.5-100m之間，對位于200-2000nm范圍內(nèi)的一個或多個波長的散射誘導衰減在300-5000dB/km之間，且/或大于3dB/光纖長度。在其他實施方式中，光纖12的長度在0.Ι-Ο.5m之間，對位于200-2000nm范圍內(nèi)的一個或多個波長的散射誘導衰減在5000_20000dB/km之間。較佳的是，納米尺寸結構32是充氣孔隙(例如填充SO2的孔隙)，其直徑大于10nm，優(yōu)選大于50nm，更優(yōu)選大于lOOnm。較佳的是，光纖包覆層是玻璃或聚合物，至少厚20μηι。包覆層與所述纖芯一起提供0.2或更大的NA。如上所述，通過在拉制過程中控制光纖拉力，可實現(xiàn)照明沿光纖長度的均勻性(與最大強度相差約30%，優(yōu)選與最大強度相差約20%以內(nèi)，更優(yōu)選與最大強度相差約10%以內(nèi))。如前所述，在與連接到光源的光纖端相反的光纖端連接反射器，利用此反射器可進一步降低照明均勻性。
[0105]因此，根據(jù)一些實施方式，散光光纖12包含至少部分填充用來散射光的納米結構的纖芯、圍繞纖芯的包覆層以及至少一個圍繞包覆層的涂層。例如，纖芯和包覆層可被初級和次級涂層以及/或者油墨層包圍。在一些實施方式中，油墨層包含顏料，以提供額外的吸收，并改進光纖所散射的光的光譜[例如為擴散的光提供額外的顏色]。在其他實施方式中，一個或多個涂層包含對通過纖芯傳播的光的波長進行轉換的分子，使從光纖涂層發(fā)出的光(被光纖擴散的光)具有不同的波長。在一些實施方式中，油墨層和/或涂層可包含磷光體，以便將從纖芯出來的散射光轉換為不同波長的光。在一些實施方式中，磷光體和/或顏料分散在初級涂層中。在一些實施方式中，顏料分散在次級涂層中；在一些實施方式中，顏料分散在初級和次級涂層中。在一些實施方式中，磷光體和/或顏料分散在聚合物包覆層中。
[0106]根據(jù)一些實施方式，光纖12包含初級涂層、包圍初級涂層的任選次級涂層和/或油墨層(例如直接位于包覆層或者涂層之一上)。初級和/或次級涂層可包含下面至少一種材料:顏料、磷光體、熒光材料、UV吸收材料、親水材料、調(diào)光材料或其組合。
[0107]多根散光光纖12可通過下面至少一種形式捆扎在一起:帶、帶堆或圓束。光纖束或帶(即多根光纖的集合)也可設置成光源的形狀，以提高連接效率。典型的束/帶結構可包含例如2-36根散光光纖12，或者加上疊置的光纖，可包含多達數(shù)百根光纖12。
[0108]如上所述，光纖可包含設置在光纖外表面上的親水涂層。或者，親水涂層可設置在光纖帶的外表面上。光纖帶也可設置成光源的形狀，使散光光纖12與光源之間能夠更好地連接。帶狀結構帶來的一個優(yōu)點是不需要卷繞單根光纖，因為光纖帶可形成彎曲結構，如波狀、螺旋狀或螺線狀，從而使光能夠散射到所需區(qū)域。此外，使用多條光纖帶有可能得到大堆的光纖帶。這種光纖帶堆可提供聚集量更大的光，同時為不同光源如紅色激光、太陽光、發(fā)光二極管的使用或者點光源的傳導開辟了可能性。例如，根據(jù)一個實施方式，可將多根散光光纖12光連接到單一光源或者多個光源，同時將散光光纖12捆扎成下面至少一種形式:帶、帶堆或圓束。此外，散光光纖12的束或帶可通過傳輸光纖連接到光源，所述傳輸光纖能夠以最小的損耗將光導向散光光纖?？梢灶A期，后面這種構造對遠程光照應用非常有用，其中光是從遠離光的輸送目的地的光源收集的。
[0109]應當理解，以上的描述只是本發(fā)明的示例，用來提供綜覽，以理解本發(fā)明的性質(zhì)和特征，本發(fā)明的性質(zhì)和特征由權利要求書限定。包括的附圖提供了對本發(fā)明的進一步理解，附圖被結合在本說明書中并構成說明書的一部分。附圖舉例說明了本發(fā)明的各種特征和實施方式，并與描述一起用來解釋本發(fā)明的原理和操作。對本領域的技術人員顯而易見的是，在不偏離所附權利要求書限定的本發(fā)明的精神或范圍的情況下，可以對本文所述的本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進行各種修改。
【主權項】
1.一種照明系統(tǒng)，所述照明系統(tǒng)包含: 光源，所述光源發(fā)出在200-2000nm之間具有至少一個波長的光；以及 至少一根散光光纖，所述散光光纖對所述波長的散射誘導衰減大于50dB/km，所述光纖包含含玻璃的纖芯、初級包覆層、外表面、與光源光連接的端部和多個位于所述纖芯內(nèi)或纖芯-包覆層邊界處的具有1nm-1ym橫截面尺寸和至少Imm長度的納米尺寸結構，所述納米尺寸結構為充氣孔隙，其尺寸和組成經(jīng)過選擇，從而將導光從所述纖芯經(jīng)所述外表面散射出去，在所述光纖的長度上發(fā)出基本均勻的輻射，其中相對于所述散光光纖中光傳播的方向，所述光纖提供的所述散射誘導衰減在位于多30度的散射角處具有峰值強度。2.一種照明系統(tǒng)，所述照明系統(tǒng)包含: 光源，所述光源發(fā)出在200-2000nm之間具有至少一個波長的光；以及 至少一根散光光纖，所述散光光纖對所述波長的散射誘導衰減大于50dB/km，所述光纖包含含玻璃的纖芯、初級包覆層、外表面、與光源光連接的端部和多個位于所述纖芯內(nèi)或纖芯-包覆層邊界處的具有1nm-1ym橫截面尺寸的納米尺寸結構，所述納米尺寸結構的尺寸和組成經(jīng)過選擇，從而將導光從所述纖芯經(jīng)所述外表面散射出去，在所述光纖的長度上發(fā)出基本均勻的輻射，其中所述光纖輻射基本上是均勻的，使得30-150度角度范圍的最大散射光強度與最小散射光強度之比不大于3.63倍，所述光纖對所述波長的散射誘導衰減是100-20000dB/km，所述光纖的長度L為0.5-100111，所述光纖衰減大于3(^/1。3.如權利要求1所述的照明系統(tǒng)，其特征在于，所述光纖對所述波長的散射誘導衰減是100-20000dB/km。4.如權利要求3所述的照明系統(tǒng)，其特征在于， (i)所述光纖的長度為0.5-100m，所述光纖對所述波長的散射誘導衰減是300-6000dB/km;或 (ii)所述光纖的長度L為0.5-100m，所述光纖衰減大于3dB/L。5.如權利要求1所述的照明系統(tǒng)，所述照明系統(tǒng)包含多根散光光纖，每根散光光纖具有纖芯、包覆層和多個位于所述纖芯內(nèi)或纖芯-包覆層邊界處的納米尺寸結構，每根所述光纖還包含外表面和光連接到光源的端部， 其中每根所述散光光纖被構造成通過所述納米尺寸結構將導光從纖芯經(jīng)外表面散射出去，形成具有一定長度的光源光纖部分，該部分在其長度上發(fā)出基本上均勻的輻射，所述散光光纖對所述波長具有大于50dB/km的散射誘導衰減。6.如權利要求5所述的照明系統(tǒng)，其特征在于:(i)每根散光光纖與光源或多個光源光連接，(ii)所述多根散光光纖被捆扎成以下至少一種形式:帶、帶堆或圓束。7.如權利要求1所述的照明系統(tǒng)，其特征在于，所述光纖是多模光纖，所述纖芯的(i)直徑大于50μπι且小于500μπι ；且/或(i i)NA>0.2。8.如權利要求1所述的照明系統(tǒng)，其特征在于，整個纖芯包含納米尺寸結構。9.如權利要求1所述的照明系統(tǒng)，其特征在于，所述納米尺寸結構位于纖芯中，且所述纖芯具有外徑Re，所述纖芯包含: (i)具有外徑Ri的實心內(nèi)芯部分，使得0.05此<1^<0.9Rc ； (ii)具有寬度W2的納米結構區(qū)，其中0.05Rc<W2<0.9Rc;以及 (iii)寬度在0.1Rc<Ws<0.9Rc之間的外實心芯區(qū)，其中所述纖芯的每個部分包含二氧化硅玻璃。10.如權利要求1所述的照明系統(tǒng)，其特征在于，所述多個納米尺寸結構位于纖芯-包覆層邊界處，并且包含所述納米尺寸結構的納米結構區(qū)的寬度至少為7μπι;所述包覆層的直徑至少為125μηι。11.一種制備散光光纖以控制沿著光纖長度的照明均勻性的方法，所述散光光纖對處于200-2000nm波長范圍內(nèi)的至少一個工作波長的散射誘導衰減大于50dB/km，所述方法包括: (i)形成具有多個位于纖芯內(nèi)或纖芯-包覆層邊界處的納米尺寸結構的光纖； (ii)拉制所述光纖，同時在拉制過程中控制光纖拉力，以產(chǎn)生最小散射照明強度不小于最大散射照明強度的0.7倍的散光光纖。12.如權利要求1所述的照明系統(tǒng)，所述照明系統(tǒng)還包含設置在散光光纖涂層中的熒光和/或散射物質(zhì)，以提供基本均勻的散射強度。13.如權利要求12所述的照明系統(tǒng)，其特征在于，所述光源發(fā)出200-500nm波長范圍內(nèi)的光，所述涂層中的熒光材料產(chǎn)生白光、綠光、紅光或NIR(近紅外)光。14.如權利要求1-10和12-13中任一項所述的照明系統(tǒng)，其特征在于，所述光纖具有至少部分填充了用來散射光的納米結構的玻璃纖芯，所述纖芯被聚合物或玻璃包覆層包圍，還具有至少一個包圍所述包覆層的涂層。15.如權利要求14所述的照明系統(tǒng)，其特征在于，所述聚合物或玻璃包覆層被以下至少一個包圍:(i)初級涂層；(ii)初級涂層和次級涂層；(iii)油墨層；(iv)初級涂層和油墨層；(V)初級涂層、次級涂層和油墨層。16.如權利要求15所述的照明系統(tǒng)，其特征在于，(i)所述油墨層包含:顏料或磷光體、熒光材料、UV吸收材料、親水材料、調(diào)光材料或其組合;且/或(ii)所述包覆層和/或初級涂層和/或次級涂層包含下面至少一種材料:顏料、磷光體、熒光材料、UV吸收材料、親水材料、調(diào)光材料或其組合。17.—種在照明波長處具有大于50dB/km的散射誘導衰減的散光光纖，所述散光光纖包含: 包含玻璃的纖芯、包覆層、外表面、至少一個涂層和多個位于所述纖芯內(nèi)的具有1nm-1Mi橫截面尺寸的納米尺寸結構，所述納米尺寸結構的尺寸和組成經(jīng)過選擇，從而將導光從所述纖芯經(jīng)所述外表面散射出去，所述包覆層或所述至少一個涂層包含磷光體或顏料。18.如權利要求17所述的散光光纖，其特征在于，整個纖芯包含納米尺寸結構。19.一種在照明波長處具有大于50dB/km的散射誘導衰減的散光光纖，所述散光光纖包含: 包含玻璃的纖芯、外表面和多個位于所述纖芯內(nèi)的納米尺寸結構，使得整個纖芯包含納米尺寸結構，所述納米尺寸結構的尺寸和組成經(jīng)過選擇，從而將導光從所述纖芯經(jīng)所述夕卜表面散射出去，所述納米尺寸結構具有1nm-1ym的橫截面尺寸。20.如權利要求19所述的散光光纖，其特征在于，所述光纖不包含包覆層。21.—種散光光纖，所述散光光纖對通過光纖的光的照明波長的散射誘導衰減大于50dB/km，所述光纖包含纖芯、初級包覆層、外表面、與光源光連接的端部和多個位于所述纖芯內(nèi)或纖芯-包覆層邊界處的納米尺寸充氣孔隙，所述納米尺寸充氣孔隙的尺寸和組成經(jīng)過選擇，從而將導光從所述纖芯經(jīng)所述外表面散射出去，在所述光纖的長度上發(fā)出基本均勾的福射，所述納米尺寸充氣孔隙具有1nm-1ym的橫截面尺寸和Imm至小于1m的長度。22.如權利要求21所述的散光光纖，其特征在于，(i)所述散光光纖的橫截面包含至少50個充氣孔隙；且/或(ii)所述納米尺寸充氣孔隙的組成包含S02、Kr、Ar、C02、N2、02或其混合物。23.如權利要求17-22中任一項所述的散光光纖，其特征在于，所述光纖輻射基本上是均勻的，使得最小散射照明強度與最大散射照明強度之差小于最大散射照明強度的30%。24.如權利要求17-22中任一項所述的散光光纖，其特征在于，所述光纖的長度為0.5-100m，所述光纖對所述波長的散射誘導衰減是300-6000dB/km。25.如權利要求23所述的散光光纖，其特征在于，所述光纖的長度為0.5-100m，所述光纖對所述波長的散射誘導衰減是300-6000dB/km。26.如權利要求17-22中任一項所述的散光光纖，其特征在于，所述光纖是多模光纖，所述纖芯的(i)直徑大于50μπι且小于500μπι ；且/或(i i)NA>0.2。27.一種散光光纖，所述散光光纖包含: 玻璃纖芯和包圍所述纖芯的包覆層，所述散光光纖具有: 對于200-2000nm之間的至少一個波長，在散光光纖的長度上大于50dB/km的散射誘導衰減；以及 當給所述散光光纖的一端提供光時，25-130度之間的所有散射角的散射光強度與最大散射光強度之差小于或等于最大散射光強度的63%。28.一種散光光纖，所述散光光纖包含: 玻璃纖芯和包圍所述纖芯的包覆層，所述散光光纖具有: 對于200-2000nm之間的至少一個波長，在散光光纖的長度上大于50dB/km的散射誘導衰減；以及 30-150度角度范圍的最大散射光強度與最小散射光強度之比不大于3.63倍。29.一種散光光纖，所述散光光纖包含: 玻璃纖芯和包圍所述纖芯的包覆層，所述散光光纖具有: 對于200-2000nm之間的至少一個波長，在散光光纖的長度上大于50dB/km的散射誘導衰減；以及 相對于所述散光光纖中光傳播的方向，所述光纖提供的所述散射誘導衰減在位于多30度的散射角處具有峰值強度。30.如權利要求1,2,27,28或29所述的散光光纖，其特征在于，所述納米尺寸結構的直徑大于1nm。31.如權利要求1,2,27,28或29所述的散光光纖，所述散光光纖還包含: 位于具有外表面的散光光纖內(nèi)的多個納米尺寸結構，其中所述散光光纖被構造成通過所述多個納米尺寸結構將導光從纖芯經(jīng)外表面散射出去，提供離開所述外表面的基本上均勻的輻射。32.如權利要求27，28或29所述的散光光纖，所述散光光纖還包含: 位于具有外表面的散光光纖內(nèi)的多個納米尺寸結構，其中所述散光光纖被構造成通過所述多個納米尺寸結構將導光從纖芯經(jīng)外表面散射出去，提供離開所述外表面的基本上均勻的輻射。33.一種照明系統(tǒng)，所述照明系統(tǒng)包含: 光源，所述光源發(fā)出在200-2000nm之間具有至少一個波長的光；以及 至少一根散光光纖，所述散光光纖包含玻璃纖芯和包圍所述纖芯的包覆層，所述散光光纖具有: 對于200-2000nm之間的至少一個波長，在散光光纖的長度上大于50dB/km的散射誘導衰減；以及 30-150度角度范圍的最大散射光強度與最小散射光強度之比不大于3.63倍。34.一種散光光纖，所述散光光纖包含: 玻璃纖芯和包圍所述纖芯的包覆層，所述散光光纖具有: 對于200-2000nm之間的至少一個波長，在散光光纖的長度上大于50dB/km的散射誘導衰減；以及 相對于所述散光光纖中光傳播的方向，所述光纖提供的所述散射誘導衰減在位于多30度的散射角處具有峰值強度。35.如權利要求34所述的散光光纖，其特征在于，相對于所述散光光纖中光傳播的方向，所述光纖提供的所述散射誘導衰減在位于多30度且<150度的散射角處具有峰值強度。36.如權利要求34所述的散光光纖，其特征在于，相對于所述散光光纖中光傳播的方向，所述光纖提供的所述散射誘導衰減在位于多30度且<70度的散射角處具有峰值強度。37.如權利要求34所述的散光光纖，其特征在于，所述散光光纖具有大于45μπι且小于265μηι的半徑。38.如權利要求34所述的散光光纖，其特征在于，所述纖芯還具有125-300μπι的纖芯直徑。39.如權利要求34所述的散光光纖，其特征在于，所述纖芯還具有:(i)大于50μπι且小于500μπι的纖芯直徑；以及(ii)大于0.2的數(shù)值孔徑。40.如權利要求34所述的散光光纖，其特征在于，所述光纖具有0.5-100m的長度L，并在其長度上發(fā)出基本均勻的輻射，在其長度上的所述基本均勻的輻射處在最大值的50%以內(nèi)。41.如權利要求34所述的散光光纖，其特征在于，所述光纖具有0.5-100m的長度L，并在其長度上發(fā)出基本均勻的輻射，使得在任何給定的長0.2m的光纖段上的散射損耗的變化不超過平均散射損耗的± 30%。42.一種包含至少一根如權利要求1,2,27,28或29所述的散光光纖的散光光纜。43.如權利要求42所述的散光光纜，其特征在于，所述光纜包含多根置于管中的如權利要求I，2，27，28或29所述的散光光纖。44.如權利要求42所述的散光光纜，其特征在于，所述光纜包含所述散光光纖的一根或多根帶。45.如權利要求42所述的包含散光光纖的散光光纜，其特征在于，所述光纜包含以下至少一種:多根散光光纖、帶、多根帶的集合和/或位于管中的多根光纖。46.一種生物生長系統(tǒng)，所述生物生長系統(tǒng)包含: (i)包含至少一根如權利要求1,2,27,28或29所述的散光光纖的照明系統(tǒng)；以及 (ii)生物室，所述生物室包含內(nèi)部，所述內(nèi)部被構造用來容納生物材料，其中所述照明系統(tǒng)為所述生物室提供光。
【文檔編號】G02B6/00GK105974513SQ201610542518
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2010年11月19日
【發(fā)明人】S·R·別克漢姆, D·C·布克賓德, E·J·富克斯, S·L·洛谷諾夫
【申請人】康寧股份有限公司