專利名稱：基于光纖的光源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在科學(xué)和技術(shù)儀器、其他裝置中使用和用于各種過程的光源，并且特別地涉及用于在顯微鏡、分光計(jì)中以及在其他科學(xué)和技術(shù)儀器、裝置和多種過程中使用的明亮的基于光纖的光源。
背景技術(shù)：
光源在多種不同的科學(xué)和技術(shù)儀器以及裝置(包括光學(xué)顯微鏡、分光計(jì)、微陣列掃描儀、拍攝裝置和其他類型的圖像記錄裝置)中廣泛使用，以及另外用于照明、數(shù)據(jù)和圖像傳輸，以及在多種其他應(yīng)用中使用。最初，光源主要基于被加熱的燈絲或產(chǎn)生弧光的等離子體，其包括許多不同類型的白熾燈、汞弧光燈、氙燈、金屬鹵化物燈和使用發(fā)光物質(zhì)的組合的混合弧光燈(包括汞-氙弧光燈)。在過去的50年期間，物理學(xué)和材料科學(xué)中的發(fā)展和突破產(chǎn)生許多另外的類型的光源，其包括激光器、發(fā)光二極管(“LED”)，以及微米尺度和納米尺度的光發(fā)射器(包括量子點(diǎn))。當(dāng)選擇光源并且使光源適應(yīng)于特定應(yīng)用(包括對(duì)特定科學(xué)儀器和分析過程選擇光源)時(shí)，存在要考慮的重要約束和參數(shù)。在許多情況下，期望具有電磁輻射譜的某個(gè)部分內(nèi)的波長(zhǎng)(例如對(duì)應(yīng)于可見光的波長(zhǎng)范圍等)的光，并且具有電磁輻射譜的其他部分中的波長(zhǎng)的光(包括紫外光和較短波長(zhǎng)輻射)是不可取的。此外， 特定應(yīng)用可要求特定的最小光子通量，并且可要求光從光源輸送通過特定的傳輸介質(zhì)并且通過特定尺寸的孔徑?？茖W(xué)和技術(shù)儀器以及裝置的研究者和開發(fā)者，以及這樣的儀器和裝置的制造者和發(fā)明者繼續(xù)尋找對(duì)于特定應(yīng)用適合的光源。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的各種實(shí)施例針對(duì)在顯微術(shù)、分光術(shù)與其他科學(xué)和技術(shù)儀器、裝置以及過程中使用的基于光纖的光源。在本發(fā)明的各種實(shí)施例中，發(fā)光二極管(“LED”)和其他光源被包含在光纖或纖維光纜上或之內(nèi)以便產(chǎn)生明亮的基于光纖的光源。通過將發(fā)光裝置包含在光纖上或之內(nèi)，在該光纖或纖維光纜內(nèi)可以獲得比通過將光從等同的外部發(fā)光元件引導(dǎo)進(jìn)入該光纖或纖維光纜可以獲得的光子通量要大得多的光子通量，并且本發(fā)明的這些基于光纖的光源提供嵌在它們上面或之內(nèi)的光源的可取特性。


圖1示出連接到光源的光學(xué)顯微鏡。圖2圖示將光引入如圖1中示出的示例中使用的光纖，其作為科學(xué)儀器、技術(shù)儀器或其他裝置內(nèi)的光源。
圖3示出連續(xù)氙弧光燈和氙閃光燈的輸出譜。圖4示出許多不同類型的LED的譜輸出。圖5圖示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。圖6示出本發(fā)明的備選實(shí)施例，其中LED陣列的每個(gè)LED關(guān)于該LED陣列的平面傾斜以便增加從每個(gè)LED輸出到光纖中的光量，并且從而增加光纖光源的累積亮度。圖7圖示圍繞代表本發(fā)明的實(shí)施例的包括嵌入光源的光纖的熱控護(hù)套。圖8示出本發(fā)明的另一個(gè)備選實(shí)施例。圖9A-D圖示本發(fā)明的另外的實(shí)施例。圖10使用圖9B-D的一般圖示約定圖示本發(fā)明的另外的實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式很多種不同類型的光源在科學(xué)儀器、技術(shù)儀器、各種其他裝置中使用，在各種分析和實(shí)際過程中使用，并且用于很多種不同的應(yīng)用。光源的一個(gè)示范性使用是光學(xué)顯微術(shù)，其包括熒光顯微術(shù)。圖1示出連接到光源的光學(xué)顯微鏡。該光學(xué)顯微鏡102經(jīng)由纖維光纜 106與光源104連接。在該特定應(yīng)用中，該外部光源還可以是顯著的熱源。將該光源移開避免與該顯微鏡102直接接觸或包含在該顯微鏡102之內(nèi)消除了對(duì)高容量散熱硬件的需要， 該高容量散熱硬件否則對(duì)于控制由該顯微鏡檢查的樣品內(nèi)或附近的溫度可能是必需的。另外，該光纖為顯微鏡和其他應(yīng)用提供小孔徑、極小光源?；诠饫w的光源具有許多另外的應(yīng)用，包括分光術(shù)、照明或難以接近的體積、傳感器和許多其他應(yīng)用。圖2圖示將光引入圖1中示出的示范性應(yīng)用中使用的光纖，作為科學(xué)儀器、技術(shù)儀器或其他裝置內(nèi)的光源。一般而言，光源202可通過想象的球體204或包封該光源的其他流形在許多或所有向外的徑向上發(fā)射光。然而，僅由該光源發(fā)射的光的一小部分與光纖206 的長(zhǎng)軸定向?qū)?zhǔn)，光被引導(dǎo)進(jìn)入該長(zhǎng)軸以供傳輸通過該光纖到科學(xué)儀器內(nèi)充當(dāng)光源的遠(yuǎn)端終點(diǎn)。此外，在圍繞的反射包覆層212內(nèi)一般包括中心透光玻璃或聚合物芯的光纖208的末端的表面可部分反射來自遠(yuǎn)離該光纖的光源的適當(dāng)取向的光的一部分，進(jìn)一步減少有效傳輸通過該光纖的末端進(jìn)入該光纖的光量。可以使用許多不同的技術(shù)來捕捉由光源發(fā)射的光的更大部分以供傳輸通過該光纖的末端進(jìn)入該光纖，包括使用拋物面鏡和其他技術(shù)。然而， 一般而言，由例如被加熱的燈絲和弧光等非定向取向的光源發(fā)射的光的僅一小部分可以有效地集中在光纖的末端供引入該光纖。此外，對(duì)于可以集中通過孔徑的光量存在物理限制。拉格朗日不變量或6tendUe 表達(dá)可以傳輸通過孔徑的最大光量。6tendUe的一個(gè)數(shù)學(xué)形式是etendue = n2 / / cos(0)dAdQ ,其中η是折射率，并且θ是到微分面積dA的法線和微分立體角(1Ω的質(zhì)心之間的角度。從而，通過用外部光源照亮光纖來獲得通過該光纖的足夠光子通量一般是成問題的，并且受物理和實(shí)際約束的約束。當(dāng)前，使用許多應(yīng)用，包括熒光顯微術(shù)應(yīng)用、汞弧光燈、氙燈或金屬鹵化物燈以及混合弧光燈(其結(jié)合汞蒸氣、氙和其他發(fā)光物質(zhì))。這些燈在可見范圍上提供相對(duì)連續(xù)的光輸出，是眾所周知的，并且是相對(duì)經(jīng)濟(jì)的，但與某些劣勢(shì)關(guān)聯(lián)。這些燈具有有限的使用壽命， 需要相對(duì)大的電力供應(yīng)用于供應(yīng)高電流供燈操作和需要高壓脈沖來使燈通電，在相對(duì)高的溫度操作，并且需要對(duì)溫度、爆炸危險(xiǎn)和雜散光發(fā)射的防護(hù)，并且常常需要傳輸路徑濾光器來去除光的紅外(“頂”)和紫外(“UV”)分量。由這樣的燈發(fā)射的光的僅極小部分可以有效地集中通過光纖的末端，并且從而在操作燈中使用的能量的極大比例最終成為不需要的廢熱。圖3示出連續(xù)氙弧光燈和氙閃光燈的輸出譜。盡管由虛線302示出的該連續(xù)氙弧光燈在從380nm至750nm的可見光的波長(zhǎng)范圍上產(chǎn)生相對(duì)連續(xù)的光輸出，該連續(xù)氙弧光燈還在紫外波長(zhǎng)范圍中和在紅外波長(zhǎng)范圍中產(chǎn)生可觀輸出。頂發(fā)射對(duì)于光學(xué)顯微術(shù)或熒光顯微術(shù)不是有用的，并且產(chǎn)生可觀熱量，一般由濾光器去除。對(duì)于包括通過熒光顯微術(shù)的活細(xì)胞成像的某些應(yīng)用非常有害的UV發(fā)射一般也由濾光器去除。UV和頂濾光器可減小具有期望波長(zhǎng)范圍的光子通量，并且可能不理想地消除不可取的波長(zhǎng)。從而，基于被加熱的燈絲和基于弧光的光源(盡管有用并且可獲得)與各種應(yīng)用的許多不可取的特性關(guān)聯(lián)。激光源提供相對(duì)高的光子通量和高度定向取向的光輸出。然而，激光器產(chǎn)生相干光，其與包括散斑(speckling)的多種衍射相關(guān)的問題關(guān)聯(lián)，并且因此對(duì)于許多光學(xué)成像目的是不可取的。此外，盡管許多應(yīng)用必須能夠從跨可見譜選擇波長(zhǎng)范圍，激光器一般發(fā)射單色光，并且激光器對(duì)于許多應(yīng)用可能是過于昂貴的。發(fā)光二極管(“LED”)是更近的光源發(fā)展。LED —般由摻雜有雜質(zhì)形成p_n結(jié)的兩個(gè)半導(dǎo)體層制成。該p-n結(jié)特征在于由于正和負(fù)電荷載流子在該結(jié)的任一側(cè)上的不同濃度引起的該結(jié)兩端的小電壓電勢(shì)。當(dāng)由外部施加的電壓引入的電流流過該結(jié)時(shí)，負(fù)電荷載流子或電子與正電荷載流子或空穴結(jié)合，導(dǎo)致能量采用光子的形式釋放。由LED發(fā)射的光的波長(zhǎng)取決于形成該P(yáng)-n結(jié)的材料的帶隙能量。具有不同發(fā)射譜的LED可以通過使用不同的半導(dǎo)體材料、不同的摻雜劑和不同的摻雜水平制造。圖4示出許多不同類型的LED的譜輸出。在圖4中，每個(gè)不同的峰對(duì)應(yīng)于不同類型的LED。從而，一個(gè)類型的LED產(chǎn)生530nm 的峰404，并且另一個(gè)類型的LED產(chǎn)生505nm的峰406。將圖4與圖3比較，LED產(chǎn)生比氙連續(xù)弧光燈窄得多的波長(zhǎng)或頻率范圍內(nèi)的發(fā)射光。LED具有許多關(guān)于各種科學(xué)和技術(shù)應(yīng)用的光源有用的性質(zhì)和特性。LED可以制造成發(fā)射幾乎在可見譜的期望部分上的光而不產(chǎn)生不需要的UV或頂發(fā)射，或甚至更短或更長(zhǎng)波長(zhǎng)的電磁輻射的發(fā)射。盡管LED產(chǎn)生熱量，它們一般產(chǎn)生比白熾燈或弧光少得多的熱量。LED具有極長(zhǎng)的壽命，并且可以相對(duì)廉價(jià)地生產(chǎn)。此外，LED輸出可以電子地控制和根據(jù)溫度來控制，其中峰值發(fā)射波長(zhǎng)可通過調(diào)節(jié)LED操作的溫度而調(diào)節(jié)。另外，LED可以快速開關(guān)，或振幅調(diào)制，其在許多不同的應(yīng)用中是可取的，這些應(yīng)用包括改善常常在連續(xù)照明下觀察到的熒光團(tuán)漂白的熒光顯微術(shù)的脈沖光發(fā)射。然而，LED產(chǎn)生比弧光燈或激光器低得多的光子通量。結(jié)果，可以從外部LED成功收獲并且集中通過光纖的末端的光量對(duì)于包括熒光顯微術(shù)的許多實(shí)際應(yīng)用一般是太低的。本發(fā)明的實(shí)施例針對(duì)使用LED作為各種科學(xué)和技術(shù)應(yīng)用(包括熒光顯微術(shù)和分光術(shù))的基于光纖的光源的部件。圖5圖示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。圖5示出其中嵌入LED線性陣列504的光纖502的芯。導(dǎo)電信號(hào)線路或信號(hào)路徑506和508從該LED陣列504通過在該光纖的末端上的反射涂層510通向適配器512，其將通過電力接口 514施加的外部電流和控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成施加該在LED陣列504中的個(gè)體LED兩端的電壓信號(hào)。通過將LED放置在該光纖內(nèi)，克服了對(duì)可以傳輸通過該光纖的末端的光子通量的物理限制，如反射損耗。從而，由該LED陣列產(chǎn)生的光子通量可以大大超過將從LED光源引入該光纖的光子通量。此外，該LED陣列中的每個(gè)LED向該光纖內(nèi)的累積光子通量貢獻(xiàn)光，其中隨嵌入該光纖的LED 的數(shù)目中的增加，具有近似線性的通量增加。由這些LED發(fā)射的光的大部分通過在該光纖的反射層和內(nèi)部光傳輸芯之間的界面處的全內(nèi)反射來沿該光纖的長(zhǎng)度傳輸，并且因?yàn)檠卦摾w維傳輸?shù)墓怅P(guān)于該纖維的末端的入射角低于臨界角，該光從該光纖的末端發(fā)射。一般而言，LED陣列中的每個(gè)LED在高于平行于該LED的線性陣列的平面的方向的一系列方向或立體角上發(fā)射光。圖6示出本發(fā)明的備選實(shí)施例，其中LED陣列的每個(gè)LED 關(guān)于該LED陣列的平面傾斜以便增加從每個(gè)LED輸出進(jìn)入光纖的光量，并且從而增加光纖光源的累積亮度。在圖6中示出的本發(fā)明的實(shí)施例中，垂直于個(gè)體LED的邊緣的光發(fā)射可是最大的，并且垂直于該LED陣列的平面的光發(fā)射是最小的。盡管LED的線性陣列可以使用眾所周知的光刻技術(shù)方便地制造，本發(fā)明的備選實(shí)施例可在光纖內(nèi)沿光纖的軸線包含一個(gè)個(gè)LED。許多不同的方法中的任何方法可以用于將這些LED電連接到外部電壓和電流源。 可在該LED陣列內(nèi)光刻制造電接觸，并且可以采用金屬或傳導(dǎo)聚合物引線來將該LED陣列與外部電壓信號(hào)互連。圖7圖示圍繞代表本發(fā)明的實(shí)施例的包括嵌入光源的光纖的熱控護(hù)套。該熱控護(hù)套702可用金屬或傳導(dǎo)聚合物制造，并且與電壓源互連以便提供電阻加熱，或包含在熱電偶電路中以便提供受電子控制的加熱和冷卻。該熱控護(hù)套從而可以制造成控制該光纖內(nèi)的溫度。LED在操作期間產(chǎn)生熱量。盡管可采用例如在圖7中示出的基于熱電偶的熱控護(hù)套來去除該熱量，代表本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的光纖可另外浸入空氣流或液體冷卻劑以便控制光纖內(nèi)的溫度。在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，多種不同類型的LED中的每個(gè)的多個(gè)實(shí)例可包含在光纖內(nèi)，其中一個(gè)類型的每組被單獨(dú)電子地控制使得由這些LED產(chǎn)生的光的波長(zhǎng)的范圍可以被電控。例如，參照?qǐng)D4，可開啟對(duì)應(yīng)于峰404的類型的LED，并且關(guān)斷所有其他LED以便產(chǎn)生在510至550nm范圍中的光。當(dāng)需要稍微更寬的波長(zhǎng)范圍，可開啟對(duì)應(yīng)于峰404的類型和對(duì)應(yīng)于峰406的類型的LED，并且關(guān)斷光纖內(nèi)的所有其他LED以便產(chǎn)生在490至550nm之間的更寬的波長(zhǎng)范圍。通過選擇不同類型的LED中的哪些開啟，并且通過小心地控制光纖內(nèi)的溫度，當(dāng)前發(fā)明的光纖光源可以在光學(xué)上調(diào)諧成在相對(duì)窄的選擇的波長(zhǎng)范圍內(nèi)產(chǎn)生高光子通量。圖8示出本發(fā)明的另一個(gè)備選實(shí)施例。圖8中示出的該實(shí)施例包括沿光纖側(cè)壁長(zhǎng)度連續(xù)光學(xué)耦合并且安裝的具有反射發(fā)射面的LED。從上游LED發(fā)射的光從下游LED的反射面反彈并且留在纖維中。根據(jù)該實(shí)施例，纖維橫截面具有至少一個(gè)平整表面供LED耦合， 例如半圓柱形或正方形纖維等。在本發(fā)明的該實(shí)施例和相似實(shí)施例中，盡管由于跨光纖的表面?zhèn)鬏敼獾慕Y(jié)果可存在較大的光損耗，沿光纖的長(zhǎng)度安裝多個(gè)LED的能力提供具有足夠強(qiáng)度在光纖內(nèi)傳輸?shù)墓?。圖9A-D圖示本發(fā)明的另外的實(shí)施例。如圖8中示出的實(shí)施例那樣，在圖9A_D中示出的實(shí)施例中的LED耦合于具有矩形橫截面的光纖的外表面。在圖9A中示出的實(shí)施例中，例如LED 902等LED安裝到具有矩形橫截面的光纖904的所有四個(gè)側(cè)面。圖9B-D圖示具有光纖表面安裝的LED的基于光纖的光源的備選實(shí)施例。圖9B-D示出末端朝上的具有光纖表面安裝的LED的矩形光纖，其中該矩形光纖的長(zhǎng)軸垂直于圖的表面。在圖9B中示出的實(shí)施例中，例如LED 906等LED安裝到光纖908的所有四個(gè)側(cè)面。在圖9C中示出的實(shí)施例中，LED安裝到僅一對(duì)相對(duì)表面。在圖9D中示出的實(shí)施例中，LED安裝到兩個(gè)鄰近表面。在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，安裝到具有矩形橫截面的光纖的一側(cè)的光源可以關(guān)于安裝到具有矩形橫截面的該光纖的一個(gè)或多個(gè)其他表面的LED錯(cuò)開。在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，分立LED可沿光纖的長(zhǎng)軸以固定間隔線性排列，而在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，LED之間的間距可沿光纖的長(zhǎng)度變化。圖10使用圖9B-D的一般圖示約定圖示本發(fā)明的另外的實(shí)施例。如圖9B_D那樣， 圖10圖示末端朝上的具有矩形橫截面的光纖，其中該光纖的長(zhǎng)軸垂直于紙面。在圖10中示出的該實(shí)施例中，光纖芯1002由薄發(fā)射濾光層1004、一般更厚的量子點(diǎn)發(fā)射層1006和外部激發(fā)濾光層1008圍繞，例如LED 1010等LED安裝到該外部激發(fā)濾光層1008。這些LED 可安裝在所有四個(gè)側(cè)面上(如在圖9B中示出的實(shí)施例中)、在一對(duì)相對(duì)側(cè)面上(如在圖9C 中示出的實(shí)施例中)、或在一對(duì)鄰近側(cè)面上(如在圖9D中示出的實(shí)施例中)。在圖10中示出的該實(shí)施例中，這些LED當(dāng)被電子地激活時(shí)發(fā)射光，光由該激發(fā)濾光層1008過濾來激勵(lì)該量子點(diǎn)發(fā)射層1006內(nèi)的量子點(diǎn)以發(fā)射光。由這些量子點(diǎn)發(fā)射的光然后通過該發(fā)射濾光層1004來在纖維芯內(nèi)產(chǎn)生發(fā)射的光的一個(gè)或一些選擇的波長(zhǎng)。在本發(fā)明的某些實(shí)施例中， 該外部激發(fā)濾光層是二向色光學(xué)界面，其傳遞對(duì)應(yīng)于這些量子點(diǎn)的激發(fā)波長(zhǎng)的窄范圍的波長(zhǎng)，并且內(nèi)部發(fā)射濾光層1004是具有窄傳輸帶的物質(zhì)，其充當(dāng)窄帶通濾光器來傳輸從這些量子點(diǎn)發(fā)射的光的選擇的波長(zhǎng)或若干選擇的波長(zhǎng)進(jìn)入該纖維芯。在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，該量子點(diǎn)發(fā)射層可包括具有不同發(fā)射特性的若干不同類型的量子點(diǎn)，其中在發(fā)光光纖的不同表面上采用不同激發(fā)濾光器和發(fā)射濾光器，使得每個(gè)表面或每對(duì)表面在該量子點(diǎn)發(fā)射層中激發(fā)特定類型的量子點(diǎn)，其中在每個(gè)表面或每對(duì)表面上的發(fā)射濾光器具有適當(dāng)?shù)膸ㄌ匦詠韨鬏攺脑谠摫砻婕ぐl(fā)的特定類型的量子點(diǎn)發(fā)射的光的特定波長(zhǎng)。在本發(fā)明的某些實(shí)施例中可省略該激發(fā)濾光層和/或發(fā)射濾光層。在本發(fā)明的備選實(shí)施例中，外部安裝的LED可采用多種復(fù)雜三維設(shè)置沿光纖的長(zhǎng)度排列，這些設(shè)置包括沿具有圓形或橢圓形橫截面的光纖的LED的螺旋形陣列、沿具有矩形橫截面的光纖的階梯式或交替圖案和其他這樣的設(shè)置。本發(fā)明的各種實(shí)施例的發(fā)光光纖的橫截面可是圓形、橢圓形、矩形、正方形，或可具有更復(fù)雜的幾何形狀。除LED外，光源還可包括各種不同類型的半導(dǎo)體器件。另外類型的光源可包括微小激光器、基于有機(jī)半導(dǎo)體的LED，以及可以通過入射電磁輻射、發(fā)光裝置的熱環(huán)境的變化、發(fā)光材料的壓力的變化、 外部施加的場(chǎng)(包括電磁場(chǎng))和施加的電壓或電流的變化而激勵(lì)來發(fā)射光的其他類型的材料。盡管本發(fā)明已經(jīng)根據(jù)特定實(shí)施例描述，不規(guī)定本發(fā)明限于這些實(shí)施例。修改對(duì)于本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員將是明顯的。例如，可以制造很多種不同類型的LED并且嵌入光纖內(nèi)。這些包括具有多種不同摻雜劑的基于半導(dǎo)體和基于有機(jī)聚合物的LED。LED可直接嵌入該光纖，或備選地可插入在該光纖的末端的空腔內(nèi)，該空腔隨后用折射率匹配的溶液填充來改善反射光損耗。在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，LED可以使用折射率匹配的溶液耦合于光纖?？梢愿鶕?jù)許多不同的設(shè)計(jì)和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)制造金屬或半導(dǎo)體電接觸，來提供到嵌入光纖內(nèi)的LED 的電連接。在某些實(shí)施例中，可改變光纖的組成來在光纖內(nèi)產(chǎn)生固有的像LED的區(qū)域，其可以被電子地控制來輸出光。在本發(fā)明的備選實(shí)施例中，嵌有光源的光纖可捆綁在一起來產(chǎn)生捆綁纖維光纜以獲得增加的亮度并且提供對(duì)光源的發(fā)射特性的更大控制。根據(jù)本發(fā)明制造的光纖可另外包括另外的反射層和涂層、濾光器元件和用于控制該光纖內(nèi)的光子通量并且選擇發(fā)射的波長(zhǎng)范圍的其他部件。在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，嵌入的光源可具有隨機(jī)取向和隨機(jī)分布，但在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，這些嵌入的光源可組織為L(zhǎng)ED的線性陣列、二維陣列或堆疊陣列。在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，分立、個(gè)體LED沿光纖嵌入。在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，LED可以是透明的或半透明的來減少內(nèi)部光損耗。 前面的描述為了說明的目的使用特定命名法來提供本發(fā)明的全面理解。然而，為了實(shí)踐本發(fā)明不需要特定細(xì)節(jié)，這對(duì)于本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員將是明顯的。為了圖示和描述的目的提供本發(fā)明的特定實(shí)施例的前面的描述。它們不意為窮舉的或?qū)⒈景l(fā)明限于公開的確切形式。鑒于上文的教導(dǎo)許多修改和變化是可能的。示出并且描述這些實(shí)施例以便最好地說明本發(fā)明的原理和它的實(shí)際應(yīng)用，由此使本領(lǐng)域內(nèi)其他技術(shù)人員能夠最好地利用具有適合于預(yù)想的特定用途的各種修改的本發(fā)明和各種實(shí)施例。規(guī)定本發(fā)明的范圍由下列權(quán)利要求和它們的等同物限定。
權(quán)利要求
1.一種基于光纖的光源，其包括 反射包覆層；內(nèi)部光傳輸芯；嵌入所述內(nèi)部光傳輸芯的內(nèi)部光源；以及光發(fā)射激勵(lì)子系統(tǒng)，其當(dāng)被激活時(shí)激勵(lì)所述內(nèi)部光源來發(fā)射光至所述內(nèi)部光傳輸芯中，所述光的一部分通過所述反射包覆層和所述內(nèi)部光傳輸芯之間的界面處的全內(nèi)反射來沿所述基于光纖的光源的長(zhǎng)度傳輸并且從所述基于光纖的光源的末端發(fā)射。
2.如權(quán)利要求1所述的基于光纖的光源，其中包括所述反射包覆層和內(nèi)部光傳輸芯的所述光纖完全或部分地被包封在熱控護(hù)套內(nèi)。
3.如權(quán)利要求1所述的基于光纖的光源，其中所述內(nèi)部光源是發(fā)光二極管。
4.如權(quán)利要求1所述的基于光纖的光源，其中所述內(nèi)部光源是下列中的一個(gè)或多個(gè) 半導(dǎo)體器件；光子晶體；以及激光裝置。
5.如權(quán)利要求1所述的基于光纖的光源，其中所述光發(fā)射激勵(lì)子系統(tǒng)是下列中的一個(gè)將所述內(nèi)部光源與外部電壓或電流電互連的電信號(hào)線路； 跨所述內(nèi)部光源施加電磁場(chǎng)的裝置；以及施加熱或壓力于所述基于光纖的光源的裝置。
6.一種基于光纖的光源，其包括 光纖芯；安裝到所述光纖芯的一個(gè)或多個(gè)表面的組成光源；以及光發(fā)射激勵(lì)子系統(tǒng)，其當(dāng)被激活時(shí)激勵(lì)所述組成光源發(fā)射光至所述光纖芯中，所述光的一部分通過全內(nèi)反射來沿所述基于光纖的光源的長(zhǎng)度傳輸并且從所述基于光纖的光源的末端發(fā)射。
7.如權(quán)利要求6所述的基于光纖的光源，其中所述基于光纖的光源完全或部分被包封在熱控護(hù)套內(nèi)。
8 如權(quán)利要求6所述的基于光纖的光源，其中所述組成光源是發(fā)光二極管。
9.如權(quán)利要求6所述的基于光纖的光源，其中所述組成光源是下列中的一個(gè)或多個(gè) 半導(dǎo)體器件；光子晶體；以及激光裝置。
10.如權(quán)利要求6所述的基于光纖的光源，其中所述光發(fā)射激勵(lì)子系統(tǒng)是下列中的一個(gè)將所述組成光源與外部電壓或電流電互連的電信號(hào)線路； 跨所述組成光源施加電磁場(chǎng)的裝置；以及施加熱或壓力于所述基于光纖的光源的裝置。
11.如權(quán)利要求6所述的基于光纖的光源，其中所述組成光源安裝到具有矩形橫截面的光纖的所有四個(gè)表面。
12.如權(quán)利要求6所述的基于光纖的光源，其中所述組成光源安裝到具有矩形橫截面的光纖的兩個(gè)相對(duì)表面。
13.如權(quán)利要求6所述的基于光纖的光源，其中所述組成光源安裝到具有矩形橫截面的光纖的兩個(gè)鄰近表面。
14.一種基于光纖的光源，其包括 光纖芯；包括在圍繞所述光纖芯的量子點(diǎn)光發(fā)射層中的量子點(diǎn)組成光源；以及光發(fā)射激勵(lì)子系統(tǒng)，其當(dāng)被激活時(shí)激勵(lì)所述量子點(diǎn)組成光源發(fā)射光至所述光纖芯中， 所述光的一部分通過全內(nèi)反射來沿所述基于光纖的光源的長(zhǎng)度傳輸并且從所述基于光纖的光源的末端發(fā)射。
15.如權(quán)利要求14所述的基于光纖的光源，其中所述基于光纖的光源完全或部分被包封在熱控護(hù)套內(nèi)。
16.如權(quán)利要求14所述的基于光纖的光源，其中所述光發(fā)射激勵(lì)子系統(tǒng)包括安裝到所述量子點(diǎn)光發(fā)射層的激發(fā)光源。
17.如權(quán)利要求16所述的基于光纖的光源，其中所述激發(fā)光源是下列中的一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體器件； 光子晶體；以及激光裝置。
18.如權(quán)利要求14所述的基于光纖的光源，其中所述光發(fā)射激勵(lì)子系統(tǒng)進(jìn)一步包括 將所述激發(fā)光源與外部電壓或電流電互連的電信號(hào)線路；跨所述激發(fā)光源施加電磁場(chǎng)的裝置；以及施加熱或壓力于所述基于光纖的光源的裝置。
19.如權(quán)利要求14所述的基于光纖的光源，進(jìn)一步包括在所述光發(fā)射激勵(lì)子系統(tǒng)和所述量子點(diǎn)光發(fā)射層之間的激發(fā)濾光層。
20.如權(quán)利要求14所述的基于光纖的光源，進(jìn)一步包括在所述光纖芯的表面和所述量子點(diǎn)光發(fā)射層之間的發(fā)射濾光層。
全文摘要
本發(fā)明的各種實(shí)施例針對(duì)在顯微術(shù)、分光術(shù)與其他科學(xué)和技術(shù)儀器、裝置以及過程中使用的基于光纖的光源。在本發(fā)明的各種實(shí)施例中，發(fā)光二極管(“LED”)和其他光源包含在光纖或纖維光纜上或內(nèi)以便產(chǎn)生明亮的基于光纖的光源。通過將發(fā)光裝置包含在光纖上或內(nèi)，在該光纖或纖維光纜內(nèi)可以獲得比通過將光從等同的外部發(fā)光元件引導(dǎo)進(jìn)入該光纖或纖維光纜可以獲得的光子通量大得多的光子通量，并且本發(fā)明的這些基于光纖的光源提供嵌在它們上或內(nèi)的光源的可取特性。
文檔編號(hào)G02B6/42GK102349014SQ201080011721
公開日2012年2月8日 申請(qǐng)日期2010年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月12日
發(fā)明者R·索伊伯特 申請(qǐng)人:應(yīng)用精密公司