相關申請的交叉引用

本申請根據(jù)35u.s.c.§119要求于2014年10月23日提交的美國臨時申請序列號62/067,647的優(yōu)先權權益，所述臨時申請的內(nèi)容被用作依據(jù)并且通過引用以其全部內(nèi)容結合在此。

本公開總體上涉及光漫射光纖，并且具體地涉及一種具有納米結構內(nèi)芯和外芯區(qū)域的光漫射光纖。

背景技術：

某些類型的光漫射光纖被配置成用于當光沿光纖的長度向下傳播時對光進行徑向向外散射。這種光纖對于諸如特殊照明、光化學以及各種類型的電子設備和基于顯示器的設備的許多應用特別有用。

光漫射光纖的一個問題在于，光散射根據(jù)從光源沿光纖向下的距離而降低了光的均勻性。為了沿光漫散光纖的長度獲得均勻照明，需要在光纖的任兩端使用兩個光源(在光纖的一端使用反射器，或者使用足夠短的光纖部分)。這些獲得均勻照明的方法是昂貴的并增加了系統(tǒng)成本，并且具有其它缺點和限制。

技術實現(xiàn)要素：

本公開的方面是一種具有納米結構芯的光漫射光纖。所述納米結構芯具有納米結構內(nèi)芯區(qū)域，所述納米結構內(nèi)芯區(qū)域具有折射率n30并且由限定第一光散射量的第一空隙配置來限定。所述納米結構芯還具有至少一個納米結構外芯區(qū)域，所述至少一個納米結構外芯區(qū)域包圍所述中心納米結構內(nèi)芯區(qū)域并且具有折射率n50，并且由限定與所述第一光散射量不同的第二光散射量的第二空隙配置來限定。所述光漫射光纖還包括包層，所述包層包圍所述納米結構芯。

本公開的另一方面是一種光漫射光學系統(tǒng)，所述光漫射光學系統(tǒng)包括上述光漫射光纖以及光學地耦合至所述光漫射光纖的光源。

本發(fā)明的另一方面是一種光漫射光纖，所述光漫射光纖包括：納米結構內(nèi)芯區(qū)域，所述納米結構內(nèi)芯區(qū)域具有限定第一光散射量的第一空隙納米結構形態(tài)；納米結構外芯區(qū)域，所述納米結構外芯區(qū)域包圍所述內(nèi)芯區(qū)域并且具有限定第二光散射量的第二空隙納米結構形態(tài)；以及隔離區(qū)域，所述隔離區(qū)域布置在所述納米結構內(nèi)芯區(qū)域與外芯區(qū)域之間并且具有1μm≤δr≤10μm的環(huán)形寬度；以及包層區(qū)域，所述包層區(qū)域包圍所述納米結構外芯區(qū)域。

本公開的另一方面是一種光漫射光學系統(tǒng)，所述光漫射光學系統(tǒng)包括如上所述的光漫射光纖，其中，所述光漫射光纖具有彎曲配置，所述彎曲配置包括至少一個彎曲部并且還包括光學地耦合至所述光漫射光纖的光源。

本公開的另一方面是一種從具有外表面的光漫射光纖來提供照明的方法。所述方法包括：將光耦合至所述光漫射光纖的納米結構芯中，其中，所述納米結構芯具有：納米結構內(nèi)芯區(qū)域，所述納米結構內(nèi)芯區(qū)域具有第一光散射量；以及納米結構外芯區(qū)域，所述納米結構外芯區(qū)域包圍所述納米結構內(nèi)芯區(qū)域并且具有與所述第一光散射量不同的第二光散射量；允許所述光沿所述納米結構芯的長度向下傳播并且從所述納米結構芯散射作為離開所述光漫射光纖的所述外表面的散射光；以及彎曲所述光漫射光纖以使得將光從所述納米結構內(nèi)芯區(qū)域轉(zhuǎn)移到所述納米結構外芯區(qū)域，從而與未彎曲所述光漫散光纖相比增大了離開所述外表面的散射光的量。

附加特征和優(yōu)點將在以下詳細描述中予以闡明，并且將部分地從所述描述中對本領域技術人員而言變得容易明顯或通過實踐本文所描述的而被認知，包括以下詳細說明書、權利要求書以及附圖。

應理解的是，前面的總體描述和以下的詳細描述都呈現(xiàn)了旨在提供用于理解權利要求書的本質(zhì)和特性的概述或框架的實施例。所述附圖被包括在內(nèi)，以便進一步理解本公開，并結合在本說明書內(nèi)，并構成本說明書的一部分。權利要求書被結合到本說明書中并構成本說明書的一部分。附圖展示了各種實施例，并與說明書一起用于解釋原理和操作。

附圖說明

圖1是本文公開的示例性光漫射光纖的側(cè)視圖，示出了在所述光纖中行進并從所述光纖散射(漫射)的光；

圖2是沿著圖1的線2-2被截取的截面圖并且展示了光漫射光纖的示例配置，并且在兩個特寫插圖(i1和i2)中示出了納米結構內(nèi)芯和外芯的不同空隙結構(即納米結構形態(tài))；

圖3a是根據(jù)圖2的示例性光漫射光纖的相對折射率δ相對于半徑r的曲線圖；

圖3b類似于圖3a并且展示了示例相對折射率分布，其中，所述納米結構芯的納米結構形態(tài)延伸到所述包層中并構成所述包層的至少一部分；

圖4a類似于圖2并且展示了示例實施例，其中，所述納米結構芯包括兩個納米結構外芯和兩個隔離區(qū)域；

圖4b是具有圖4a的配置的示例光漫射光纖的示例相對折射率分布；

圖5a和圖5b分別與圖4a和圖4b類似并且展示了本文公開的光漫射光纖的示例實施例，其中，所述納米結構芯不包括隔離區(qū)域；

圖6a是利用本文公開的光漫射光纖的光漫射光學系統(tǒng)的實施例的示意圖；

圖6b與圖6a類似并且展示了光漫射光學系統(tǒng)的實施例，其中，所述光漫射光纖具有包括多個(例如，三個)彎曲部的彎曲配置以促進從所述光漫射光纖的光發(fā)射；

圖6c類似于圖6b并且展示了光漫射光學系統(tǒng)的實施例，其中，所述光漫射光纖具有彎曲配置并且相對于設備的玻璃罩而可操作地布置；

圖7a是根據(jù)沿著如圖6b所示的直線(即非彎曲)配置(實線)的光漫射光纖和具有彎曲配置(虛線)的相同光漫射光纖的長度的局部坐標z’的歸一化強度i(z’)的曲線圖；

圖7b是根據(jù)局部坐標z’的亮度b(z’)(任意單位)的示例曲線圖，展示了可如何利用光漫射光纖中的彎曲部而在沿光纖長度的亮度分布中產(chǎn)生尖峰；以及

圖7c類似于圖7b并且展示了光漫射光纖的彎曲配置的示例，所述光漫射光纖具有在每個彎曲部處都有高亮度區(qū)段的低平均亮度。

具體實施方式

現(xiàn)在將詳細參考本公開的優(yōu)選實施例，附圖中展示了所述實施例的示例。在任何可能的情況下，相同的參考號用于指代相同的部件或部分。通過引用在一些附圖中示出了笛卡爾坐標。

下面的討論參考本文公開的光漫射光纖是“空隙”的光漫射光纖，所述“空隙”被隨機安排并且對其尺寸進行隨機調(diào)整，并且在本領域中還被稱為“隨機空氣線”或“納米結構”或“納米尺寸的結構”。在美國專利號7,450,806和美國專利號8,591,087中描述了具有這種空隙的光纖的示例，這些專利通過引用結合在此。

同樣在下面的討論中，如本文所使用的術語“折射率分布”是光纖的折射率n與半徑之間的關系。

此外，如本文所使用的術語“相對折射率”被定義為：

δ(r)％＝100×[n(r)²-n參考²)]/2n(r)²，

其中，除非另有說明，否則n(r)為半徑r處的折射率。在一些實施例中，折射率可以被定義為階躍折射率，即r<r0時，δ(r)％＝1％，并且r>r0時，δ(r)％＝0％，其中，1％>0％，并且其中r0是芯半徑。除非另有說明，否則相對折射率百分比是在850nm處定義的。在一個方面，參考折射率n參考是在850nm處具有折射率為1.452498的石英玻璃。在另一方面，n參考為包層在850nm處的最大折射率。除非另外指明，否則如在本文中所使用的，相對折射率由δ表示并且其值以“％”為單位給出。否則在區(qū)域的折射率小于參考折射率n參考的情況下，相對折射率百分比為負并且被稱為具有凹陷區(qū)域或凹陷折射率，并且最小相對折射率是在相對折射率最負的點處計算的，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，相對折射率百分比為正并且所述區(qū)域可以說說是被提高或者具有正折射率。

如本文所使用的術語“上摻雜劑”是指相對于純的未摻雜的sio2而升高玻璃的折射率的摻雜劑。如本文所使用的術語“下?lián)诫s劑”是相對于純的未摻雜的sio2具有降低玻璃的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，可存在于具有負相對折射率的光纖區(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，可存在于具有正相對折射率的光纖區(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相對折射率的光纖區(qū)域中。

示例配置

圖1是示例性光漫射光纖10的側(cè)視圖，所述光漫射光纖具有輸入端11、中心軸線或中心線12以及外表面14。光16被示出為在所述光漫射光纖內(nèi)在z方向上行進并作為散射光16s從外表面14散射出來。光漫射光纖10具有長度l。

圖2是沿著圖1中的線2-2而截取的示例光漫射光纖10的截面圖。光漫射光纖10具有內(nèi)芯區(qū)段(“芯”)20和外包層100，在一個實施例中，所述外包層由低折射率聚合物制成。外包層100具有半徑rcl。

芯20在特寫插圖in-0中示出并且具有半徑r20。芯20包括：中心或內(nèi)芯區(qū)域(“內(nèi)芯”)30，所述中心或內(nèi)芯區(qū)域(“內(nèi)芯”)具有半徑r30；可選隔離區(qū)域40，所述可選隔離區(qū)域包圍所述中心芯區(qū)域并且具有半徑r40；以及環(huán)形外芯區(qū)域(“外芯”)50，所述環(huán)形外芯區(qū)域(“外芯”)包圍所述中間環(huán)形芯區(qū)域并且具有半徑r50。

內(nèi)芯30具有折射率n30并且包括由限定第一散射量的隨機安排且對其尺寸進行隨機調(diào)整的空隙24(特寫插圖in-1)限定的第一納米結構形態(tài)32。外芯50具有折射率n50并且包括由限定與所述第一散射量不同的第二散射量的隨機安排且對其尺寸進行隨機調(diào)整的空隙54(特寫插圖in-2)限定的第二納米結構形態(tài)52。

隔離區(qū)域40具有折射率n40>n30、n50，并且基本上無空隙，例如是實心的。在示例中，隔離區(qū)域40由未摻雜的二氧化硅或摻雜的二氧化硅制成，其中，所述摻雜劑用于增加折射率n40以建立條件n40>n30，n50(即，n40>n30和/或n40>n50)。

由于芯20包括空隙，因此其在下文中被稱為“納米結構芯”20。同樣，內(nèi)芯30在下文中被稱為“納米結構內(nèi)芯”30，并且外芯50在下文中被稱為“納米結構外芯”50。如下面所討論的，納米結構芯20可包括納米結構芯20以及一個或多個納米結構外芯50，并且在以下所討論的一些實例中，這些區(qū)域被稱為納米結構芯20的“納米結構區(qū)域”。

在示例中，空隙24和54的截面尺寸(例如，直徑)可以為從約10nm至約10μm，并且長度可以從約1μm至約50μm而發(fā)生變化。在一些實施例中，空隙24和54的截面尺寸為約10nm、20nm、30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm、90nm、100nm、120nm、140nm、160nm、180nm、200nm、250nm、300nm、400nm、500nm、600nm、700nm、800nm、1μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm或10μm。在一些實施例中，空隙24和54的長度為約1μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm、20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm、200μm、300μm、400μm、500μm、600μm、700μm、800μm、900μm、1000μm、5mm、10mm、50mm、100mm、500mm、1m、5m、10m、20m或50m。

圖3a是根據(jù)圖2的示例光漫射光纖10的相對折射率δ(％)相對于半徑r的曲線圖，并且如在此公開的展示了所述光纖的示例相對折射率分布。納米結構內(nèi)芯30具有相對折射率δ30，隔離區(qū)域40具有相對折射率δ40，納米結構外芯50具有相對折射率δ50，并且包層100具有在示例分布中等于零的相對折射率δcl。在一個實施例中，納米結構內(nèi)芯30和納米結構外芯50是純二氧化硅或者是摻雜有氟的二氧化硅，而隔離區(qū)域40摻雜有上摻雜劑以使相對折射率δ40在從0.5％至1％的范圍內(nèi)。可以使用諸如geo2、p2o5、al2o3或其它已知上摻雜劑的摻雜劑來執(zhí)行對隔離區(qū)域40的上摻雜。在另一實施例中，隔離區(qū)域40基本上由二氧化硅組成，其中納米結構內(nèi)芯30和納米結構外芯50由二氧化硅區(qū)域組成。

在一些實施例中，納米結構內(nèi)芯30和外芯50具有在從0.1至0.6的范圍內(nèi)的相應數(shù)值孔徑(nas)，其大致對應于許多光源(如二極管激光器)的輸出nas。

圖3b類似于圖3a并且展示了示例折射率分布，其中，外芯50的納米結構形態(tài)延伸到包層中并且構成包層100的至少一部分。在圖3b中所示的示例中，r50＝rcl并且n40＝n50，即，外芯50的納米結構形態(tài)一直向外延伸到光漫射光纖10的邊緣，并且因此也限定了包層100，即，所述包層也是納米結構的。在組合了圖3a和圖3b的折射率分布的示例中，圖3a的包層100包括外芯50的納米結構形態(tài)，但是折射率n40>n50。

在一些情況下，氟摻雜可與所述納米結構組合使用以降低內(nèi)芯30和外芯50之一或兩者的相對折射率。

如上面所討論的，隔離區(qū)域40用于將納米結構內(nèi)芯30與納米結構外芯50分離或隔離，并且具有環(huán)形寬度δr＝r40-r30。在示例中，環(huán)形寬度δr在0μm≤δr≤10μm或1μm≤δr≤10μm的范圍內(nèi)。δr＝0的情況是針對內(nèi)芯30與外芯50之間沒有隔離區(qū)域40的實施例。當采用隔離區(qū)域40時，對其尺寸進行調(diào)整以允許當光漫射光纖10(如通過彎曲或其它方式)被擾動時對納米結構內(nèi)芯30與納米結構外芯50之間的光16進行光學耦合。

具有多個納米結構外芯的納米結構芯

圖4a類似于圖2并且展示了光漫射光纖10的納米結構芯20的示例配置，其中，所述納米結構芯20包括兩個納米結構外芯50a和50b以及兩個隔離區(qū)域40a和40b。在圖4b的曲線圖中示出了用于光漫射光纖10的此配置的示例相對折射率分布。兩個納米結構外芯50a和50b具有對應的相對折射率δ50a和δ50b，而兩個隔離區(qū)域40a和40b具有相對折射率δ40a和δ40b。

本領域技術人員將認識到，在不會不利地影響設計的情況下可改變各個相對折射率，例如，δ40b可大于δ40a，并且δ50b可大于δn50a等。光漫散光纖10的一般實施例具有納米結構內(nèi)芯30、至少一個納米結構外芯50(例如，50a、50b，……)以及無、一個或多個隔離區(qū)域40(例如，40a、40b，……)。在具有n個納米結構外芯50的示例中，還具有n個隔離區(qū)域40。在另一示例中，具有少于n個的隔離區(qū)域。

在圖4a和圖4b的光漫射光纖10的實施例中，隔離區(qū)域40a和40b具有對應的環(huán)形寬度δra和δrb(其不需要相同)，并且在示例實施例中，1μm≤δra≤10μm并且1μm≤δrb≤10μm。

無隔離區(qū)域的納米結構芯

圖5a和圖5b分別類似于圖4a和圖4b，并且展示了光漫射光纖10的示例實施例，其中，納米結構芯20不包括隔離區(qū)域40，從而使得納米結構外芯50立即包圍納米結構內(nèi)芯30并與所述納米結構內(nèi)芯緊密接觸。當光漫射光纖10被擾動(例如，彎曲、觸摸、撓曲等)時，此配置提供對所述兩個區(qū)域之間的光16的強耦合。

再次參考圖2所展示的示例性光漫射光纖10，納米結構內(nèi)芯30和納米結構外芯50中的光散射量由其中的對應納米結構形態(tài)32和52來限定，所述納米結構形態(tài)進而由對應的空隙參數(shù)來限定，如空隙率(空隙相對于整個橫截面積的％面積)、空隙直徑、空隙長度、空隙密度(即每單位橫截面積的空隙數(shù))等。例如，在圖2中，納米結構內(nèi)芯30的納米結構32在插圖in-1中被示意性地示出為具有與插圖in-2中所示的納米結構外芯50的納米結構52相比更大的平均空隙尺寸和更小的空隙密度。

在示例中，納米結構芯20的納米結構區(qū)域中的每個納米結構區(qū)域中的散射損耗在從250nm至2000nm的波長范圍內(nèi)基本上是光譜均勻的并且在另一示例中在可見波長或“白光”光譜范圍(例如，標稱為從380nm至750nm)內(nèi)基本上是光譜均勻的。

制造所述光漫射光纖

可使用常規(guī)的光纖制作工藝來制造具有其納米結構芯20的光漫射光纖10。可以使用常規(guī)的煙炱沉積工藝(如外汽相沉積(ovd)工藝或汽相軸向沉積(vad)工藝)，其中二氧化硅和摻雜二氧化硅顆粒在火焰中熱原生成并被沉積為煙炱。在ovd的情況下，通過沿著圓柱形靶的軸線橫穿充滿煙炱的火焰而將所述顆粒沉積在圓柱形靶桿的外部來逐層形成二氧化硅煙炱預制件。隨后用干燥劑(例如氯)來處理這種多孔煙炱預制件以除去水和金屬雜質(zhì)，并且然后在從1100℃至1500℃的溫度范圍內(nèi)將其固結或燒結成玻璃坯。

表面能驅(qū)動的粘稠流動燒結是燒結的主要機理，這導致煙炱孔隙的致密化和閉合，從而形成了固結的玻璃預制件。在燒結的最后階段期間，隨著開孔閉合，固結中使用的氣體可以被俘獲。

為了制成具有納米結構內(nèi)芯30和外芯50的光漫射光纖10，可以在固結條件下處理光纖預制件，這對于使固結的玻璃坯中俘獲大量體積分數(shù)的氣體是有效的，從而導致在固結的玻璃光纖預制件中形成非周期性分布的空隙。具體地，通過使用滲透性相對較低的氣體(例如，氮氣、氪氣、二氧化硫等)和/或相對較高的燒結速率，可以在固結過程中在固結的玻璃中俘獲孔或空隙。可通過增加燒結溫度和/或增加煙炱預制件通過固結爐的燒結區(qū)的溫度升高速率來增大燒結速率。這些空隙通常是離散的并且具有由二氧化硅包圍的隔離球體形狀。因此，每個空隙沿著所述光學預制件的長度的軸向或徑向位置中是非連續(xù)的。當所述光纖預制件被拉入光纖中時，所述空隙沿著光纖軸向方向被拉伸，從而形成了對光漫射光纖10的內(nèi)芯30和外芯50的對應納米結構形態(tài)32和52進行限定的非連續(xù)空隙。

在制成具有納米結構內(nèi)芯30和外芯50的光漫射光纖10的一個實施例中，使用三步制芯工藝。在第一步中，為了制成內(nèi)芯30，煙炱被沉積并隨后在所述內(nèi)芯中引起納米結構空隙34的工藝條件下被固結成玻璃。在第二步中，通過將煙炱沉積在內(nèi)芯區(qū)域的固結預制件上并在引起無空隙隔離區(qū)域的工藝條件下使沉積的煙炱固結來制成隔離區(qū)域40。在第三步中，通過將煙炱沉積在內(nèi)芯30和隔離區(qū)域40的復合預制件上并在外芯50中引起納米結構空隙54的工藝條件下被固結成玻璃來制成外芯區(qū)域50。

在示例中，通過使用低滲透性氣體(氪氣、氬氣、氮氣、氧氣、二氧化硫等)和快速燒結速率來實現(xiàn)空隙被填充的內(nèi)芯區(qū)域30和外芯區(qū)域50，而通過使用高滲透性氣體(例如，氦氣)和緩慢燒結速率來實現(xiàn)無空隙內(nèi)隔離區(qū)域40。第一步和第三步中的固結工藝條件不同并且在將預制件拉入光漫射光纖10中時分別在內(nèi)芯30和外芯50中引起不同的納米結構形態(tài)32和52。

如上文所指出的，納米結構內(nèi)芯30和外芯50具有不同的納米結構形態(tài)32和52，如由空隙24和54的不同配置所限定的。在一些實施例中，通過在不同的空氣線區(qū)域中使用不同的燒結氣體(kr、ar、n2、o2、so2等)或者通過在每個區(qū)域中使用具有不同含量的氣體的混合物來獲得不同的納米結構形態(tài)32和52，如上所述。

以下表1至表4闡述了示例空隙特性；具體地，為不同的燒結氣體和不同的拉伸張力t(g)的平均孔隙尺寸、最大空隙尺寸、空隙密度(空隙數(shù)(#)/μm²)和空隙填充率(％)。

在如上所述的一些實施例中，當形成納米結構內(nèi)芯30和納米結構外芯50時，可以使用不同的氣體混合物來制造光漫射光纖10。特定的納米結構形態(tài)取決于用于形成空隙的燒結氣體的特定組合、以及拉伸張力t。以下表5闡述了對于拉伸張力t為300g的不同的示例氣體混合物以及不同的最大晶種尺寸s最大和平均晶種尺寸<s>的示例性空隙參數(shù)空隙密度ρ(#/μm²)和空隙分數(shù)fv(％)。

參考圖2，在一個實施例中，納米結構芯半徑r20在50μm≤r20≤250μm的范圍內(nèi)。在另一實施例中，所述納米結構內(nèi)芯的半徑r30在0.1·r20≤r30≤(0.75)·r20的范圍內(nèi)。在又另一實施例中，隔離區(qū)域40的環(huán)形寬度δr在0≤δr<(0.2)·r50的范圍內(nèi)。同樣在示例中，由(r50²-r40²)/r30²給出的納米結構內(nèi)芯30的面積a30與納米結構外芯50的面積a50之比對應于納米結構內(nèi)芯30和外芯50中的對應散射量之比。

由于散射特性取決于這些微結構特性，因此可以獨立地選擇納米結構內(nèi)芯30和外芯50的散射特性。可通過控制納米結構內(nèi)芯30和外芯50以及可選隔離區(qū)域40的相對面積、連同控制耦合在所述納米結構芯的這些區(qū)域的每一個區(qū)域中耦合的光功率的量來管理對來自在光漫射光纖10的較長的長度上的高強度散射光16s的發(fā)射。

在一個實施例中，來自內(nèi)芯30的光散射量大于外芯50的光散射量。在另一實施例中，來自內(nèi)芯30的光散射量小于外芯50的光散射量。

光漫射光學系統(tǒng)

圖6a是利用本文公開的光漫射光纖10的示例光散射光學系統(tǒng)100的示意圖。光漫射光學系統(tǒng)100包括光源110，所述光源以基本上與光纖的數(shù)值孔徑(na)相匹配的方式光學地耦合至輸入端11。光源110發(fā)射光16，所述光沿光漫射光纖10的長度向下行進，同時產(chǎn)生如上所述并且還在以下更詳細描述的散射光16s。在示例實施例中，將來自光源100的光16光學地耦合至光漫射光纖10中是由可操作地安排在光漫射光纖10的光源110與輸入端11之間的光些耦合系統(tǒng)120來實現(xiàn)的。

光漫射光學系統(tǒng)100在圖6a中通過示例的方式被示出為在z方向上直線延伸。在此配置中，在光漫射光纖內(nèi)行進的光16開始大致均勻地分布穿過納米結構芯20。通過光漫射光纖10是高度多模的(例如，支持數(shù)十個或數(shù)百個導模)來促進這種情況。當光16沿著直的光漫射光纖10向下行進時，其分別與納米結構內(nèi)芯30和外芯50的納米結構32和52進行交互，從而形成離開所述光纖的外表面14的散射光16s(還參見圖1)。結果是，散射光16s在z方向上強度減弱。

圖6b與圖6a類似并且展示了光漫射光學系統(tǒng)100的示例，其中，光漫射光纖10具有在所示的示例中包括三個彎曲部130的彎曲配置。耦合至光漫射光纖10中的光16分布在不同的導模上以便基本上均勻地填充納米結構芯20。我們在在此定義了跟隨光漫射光纖現(xiàn)在卷繞的中心軸線12的局部坐標z’(參見圖1)。

當光在輸入端11與第一彎曲部130之間的光漫射光纖10的第一區(qū)段中行進時，光16從納米結構內(nèi)芯30和外芯50散射，從而產(chǎn)生散射光16s。納米結構內(nèi)芯30和外芯50具有不同的納米結構形態(tài)32和52并且因此具有不同的散射特性。在一個實施例中，納米結構內(nèi)芯30具有比納米結構外芯50更少的光散射。這導致從納米結構外芯50比從納米結構內(nèi)芯30散射的光更多，從而產(chǎn)生了在所述納米結構內(nèi)芯中比在所述納米結構外芯中行進的光16更多的光分布。

每個彎曲部130使光16從納米結構內(nèi)芯30耦合至納米結構外芯50，從而用新的光16來補充所述納米結構外芯，所述光然后被強烈地散射。在示例中，每個彎曲部130使得對與光分布光纖10的輸入端11處的光16的分布更接近、但總體上強度較小的導模進行重新分布。此配置允許散射光16s在比具有帶有單個納米結構區(qū)域的芯的光漫射光纖更長的長度上傳播。

彎曲部130的強度(例如，彎曲半徑)、散射強度以及對應納米結構內(nèi)芯30和外芯50的面積a30和a50、以及隔離區(qū)域40(包括無隔離區(qū)域)的尺寸確定了散射光16s的沿著所述光纖根據(jù)距離z’的強度分布i(z’)。彎曲部130不必非常緊。例如，參照圖6b，給定彎曲部130的彎曲半徑r130可以為5mm至50mm，并且彎曲角度θ130可以在從5°至90°或者甚至10°至45°的范圍內(nèi)。

彎曲部130在來自納米結構內(nèi)芯30和外芯50的散射光16s之間提供唯一的交互模式，導致了在具有帶有單個納米結構區(qū)域的芯的光漫射光纖中不能實現(xiàn)的照明特征(例如，強度分布i(z’))。

圖7a是根據(jù)沿著具有彎曲配置的光漫射光纖10的長度的局部坐標z’的歸一化強度i(z’)的曲線圖，如圖6b所示的。實線指示如圖6a所示的光漫射光纖10的直線或非彎曲配置，其中，強度i(z’)沿著光纖的距離z’指數(shù)地下降。虛線示出由于在納米結構內(nèi)芯30和外芯50兩者中生成散射光16s而導致的初始強度的急劇下降。

當遇到第一彎曲部130時，發(fā)生了前述的對在納米結構內(nèi)芯30與外芯50之間的光16的耦合和重新分布，導致了發(fā)射了更多的散射光16s，如由i(z’)曲線中的平臺p1所證明的。平臺p1不一定是平坦的并且具有比實線曲線的相應部分的不那么陡的略微向下的斜度。

在第二彎曲部130處，隨著納米結構芯20內(nèi)發(fā)生對光16的另一重新分布，強度i(z’)急劇下降但然后在第二平臺p2處恢復。此模式在形成第三平臺p3的第三彎曲部130處重復。注意，光漫射光纖10的給定長度上的整體強度i(z)在光纖具有彎曲部(虛線)時比在光纖為直線時平均較高與所述光纖為直線時相比。在利用彎曲部130的其它實施例中，表示輸出的散射光16s的強度的虛線在z’的所有值的實線之上。

圖7b是根據(jù)局部坐標z’的亮度b(z’)(任意單位)的示例曲線圖，展示了可如何利用彎曲部130而在沿光纖長度的亮度分布中產(chǎn)生尖峰。對于將光16發(fā)射到納米結構芯20(即納米結構內(nèi)芯30)的低散射區(qū)段中的單端照明(圖6a)，可生成如圖7c所示的亮度b(z’)，即在每個彎曲部130處都有高亮度區(qū)段的低平均亮度。

取決于隔離區(qū)域40的寬度δr及其折射率n40，可通過不同的彎曲部130的量來獲得納米結構內(nèi)芯30與外芯50之間的不同的光耦合量(如上所指出的，光耦合還取決于其它因素)。圖6c中展示了用于平板計算機或手機應用的典型部署，其中，光漫射光學系統(tǒng)100被配置為具有相對于設備160而可操作布置的光漫射光纖10，并且具體地是圍繞光接收襯底164(如蓋玻片、透明片等)的周邊162。圖6c的示例性彎曲配置包括具有90度的彎曲角θ130的三個彎曲部130。這導致類似于圖7b所示的亮度分布，其中由于將光耦合至所述納米結構芯的高損耗區(qū)域中而使所述光纖在每個彎曲部130之后更亮。雙面照明可用于使強度i(z’)對稱。在示例中，光反射構件170可用于被示出為提高照明均勻性。

雖然已經(jīng)參考實施例及其具體示例對本公開進行了展示和描述，但是對于本領域普通技術人員來說將顯而易見的是，其他實施例和示例可執(zhí)行類似的功能和/或?qū)崿F(xiàn)類似的結果。所有這些等同的實施例和示例都在本公開的精神和范圍內(nèi)并且旨在被所附權利要求書涵蓋。對于本領域技術人員還將顯而易見的是，在不脫離本公開的精神和范圍的情況下，可對本公開進行各種修改和變形。因此，所旨在的是本披露覆蓋落入在所附權利要求書及其等效物范圍之內(nèi)的對此披露的修改和變體。