包括纳米晶体的光学结构制造技术

一种光学结构，其可在光波导表面上以如下方式包括纳米晶体：使纳米晶体与传播通过光波导的光的光场耦合以从纳米晶体产生发射。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及包括纳米晶体的光学结构。
技术介绍
利用全内反射的光波导如纤维和平面波导已用于广泛的传感、通信和照 明应用。由于由芯/包层介电指数阶越界面提供的完美镜面反射，光可以在长 距离上的高效率传输通过光导纤维。典型地，由于该芯/包层界面，光导纤维 元件中的光场被完全限制。
技术实现思路
光学结构可在光波导表面上以如下方式包含纳米晶体使纳米晶体与传 播通过光波导的光的光场耦合以从纳米晶体产生发射。例如，可将一个或多 个半导体纳米晶体或量子点置于光学结构如波导例如光导纤维元件附近。传 播通过波导的光的光场可与纳米晶体耦合并使纳米晶体发射光。有利地，光发射结构可容许激发光源的直接和有效分布及结合到高度有 效的下转换元件上，其可用于包括光学显示器的照明应用、传感器和其它应 用范围。光发射结构可具有与固态照明应用特别的相关性。激发源可用于有处下转换为合适的光谱组成，所述下转换元件包括纳米晶体。由于纳米晶体 宽的光谱可调性、在光致发光中的长寿命(远远超过有机染料的寿命)和容易 的溶液加工性，纳米晶体是特别合适的材料设置。纳米晶体可为半导体纳米晶体。半导体纳米晶体包括核，该核包括第一 半导体材料。半导体纳米晶体可包括在核表面上的外敷层，该外敷层包括第5二半导体材料。半导体纳米晶体可包括外层，该外层包括连接到纳米晶体表 面的化合物。在一个方面中，光学结构包括在光波导表面上的纳米晶体，该纳米晶体 被安置成与传播通过光波导的光场光学耦合。在另 一方面中，光发射结构包括布置以将包括激发波长的光？ 1入光波导 中的光源和在光波导表面上的纳米晶体，该纳米晶体被安置成与传播通过光 波导的光场光学耦合并且能够吸收激发波长的光和发出发射波长的光。在另 一方面中，产生光的方法包括将来自光源的包括激发波长的光引入 光波导中，该激发波长传播通过该光波导并与该光波导表面上的纳米晶体光 学耦合，该纳米晶体吸收该激发波长并从该表面发出发射波长。在另一方面中，制造光学结构的方法包括将纳米晶体置于光波导表面上 在使该纳米晶体与传播通过该光波导的光场光学耦合的位置中。波导可为光导纤维或平面波导。光导纤维可具有容许光沿着该纤维的长度以所选的量逸出(escape)的包层。纳米晶体可为半导体纳米晶体。半导体 纳米晶体可包括核，该核包括第一半导体材料。半导体纳米晶体可包括在该 表面上的外敷层，该外敷层包括第二半导体材料。可将多个纳米晶体分布在该表面的第一部分。可将多个纳米晶体分布在 该表面的第二部分。分布在该表面的第一部分的多个纳米晶体可具有与分布 在该表面的第一部分的多个纳米晶体不同的组成。分布在该表面的第一部分 的多个纳米晶体具有与分布在该表面的第一部分的多个纳米晶体不同的发 射波长。可将光波导的表面改性以增强光场与纳米晶体之间的耦合以容许光在 所选的位置处以所选的量逸出。激发波长可传播通过光波导并与光波导表面的第一部分上的多个纳米晶体光学耦合。激发波长传播通过光波导并与该表 面的第二部分上的多个纳米晶体光学耦合。可通过浸涂、旋涂、涂抹(painting)或印刷将纳米晶体配置于该表面上。 可在配置纳米晶体之前对光波导表面进行处理。其它特征、目的和优点将从说明书、附图和权利要求书中明晰。附图说明图l是包括纳米晶体的光学结构的示意图。图2是从顶部和侧面观察的包括纳米晶体的光学结构的示意图。 图3是显示从包括纳米晶体的光学结构的光发射的图。图4是说明从包括纳米晶体的光学结构的光发射的照片。具体实施例方式光发射结构可包括在光学结构表面上的纳米晶体。使纳米晶体与传播通 过光学结构的光的光场耦合。例如，可将一个或多个纳米晶体、或量子点配 置于光学结构如波导例如光导纤维元件附近。在一个实例中，用纳米晶体薄 层覆盖波导表面的一部分。该薄层可为单层或多层。传播通过波导的光的光 场可与纳米晶体耦合并使它们发出发射波长的光。所述层具有足以产生所需量的发射波长的光的厚度并且足够薄以避免 发射波长的显著自吸收。可选择纳米晶体层的组成和厚度、以及该层中单独波长分布。另外，可例如通过改变波导的表面结构或波导的厚度来调整由波 导提供的传播的激发波长的光的限制，以选择纳米晶体将在沿着该表面的不 同位置处碰到的激发波长的量。例如，可使芯-包层光导纤维的包层的部分 变薄或将其除去以使在该纤维内部传播的光与已置于其表面上的材料耦合。 这得以发生，因为光场穿透超出芯/包层或芯/空气界面非常小的距离。所得 的倏逝光场可用于以通常否则限制在该纤维中的光激发波导表面上的纳米晶体。从波导表面不同部分上的纳米晶体发射的光可产生多种颜色和强度级， 使得光发射结构用于宽范围的照明应用，例如固态照明应用。有效的激发波 长源可分布通过波导，并通过应用波导表面处的下转换元件的恰当组合例如 纳米晶体或纳米晶体的组合在使用点处下转换为合适的光谱组成。由于纳米 晶体宽的光谱可调性、在光致发光中的长寿命(远远超过有机染料的寿命)和 容易的溶液加工性，纳米晶体是用于下转换的特别合适的材料。可通过将纳米晶体浸涂、滴涂、旋涂、涂抹或印刷在波导表面上将纳米 晶体配置于该表面上。印刷可包括喷墨印刷或樣i接触印刷。微接触印刷和相关技术描述于例如美国专利No. 5512131、 No. .6180239和No. 6518168中，其各自全部引入作为参考。在一些情况下，印模可为具有墨水图案的无特征 印模，其中该图案在将墨水施加到该印模上时形成。参见2005年10月21日提交的美国专利申请No. 11/253612,其全部引入作为参考。参照图l,光发射结构10包括布置以将光结合到光波导30中的光源20。 光源20可为，例如，发射适于激发纳米晶体并引起发射的波长的光的激光 器或发光二极管，例如蓝光发光二极管。在光波导30的表面的部分上的纳 米晶体形成纳米晶体区域，例如区域40、 50和60。在这些区域的每一个中， 一个或多个纳米晶体，例如纳米晶体41a和41b形成层。该层可为单层或多 层。纳米晶体41a和41b可具有相似的组成或尺寸，即，可具有相似的发射 波长，或者可具有不同的组成或尺寸，即，可具有不同的发射波长。在这些 区域中的每一个中，选择纳米晶体以提供特定的发射波长的光，这又可在不 同位置处提供不同的颜色和强度(或者相同)。纳米晶体可为例如半导体纳米 晶体。区域40、 50和60可含有其它添加剂，包括染料、颜料、有机或无机 基体材料、或可帮助保护所述区域免于降解的其它组分。任选地，所述区域 可被保护性材料覆盖。波导可具有多种不同形状或构造。例如，也可有助于有效的光的下转换 的另一种光学结构示于图2中。在该结构中，例如通过覆盖有纳米晶体的光 波导中的蓝光发光二极管(LED)注入光。波导光学模式的倏逝尾部可被纳米 晶体层吸收。没有被吸收的蓝光继续环绕波导直至最后被纳米晶体吸收，这 又将蓝光转化为不同颜色的发射波长。此外，发射波长由纳米晶体的尺寸和 /或组成而引起。通常，光源如蓝光LED可为任何其它LED或其它光源。另外，任何纳 米晶体可涂覆在光学结构表面上，但是仅有可吸收由光源产生的激发光谱的 纳米晶体将被所述光激发。纳米晶体膜可由不同纳米晶体的混合物构成。例 如，纳米晶体的组合可用于产生白光光谱。可调节纳米晶体膜的厚度以将本文档来自技高网...

【技术保护点】
光学结构，包括在光波导表面上的纳米晶体，该纳米晶体被安置成与传播通过该光波导的光场光学耦合。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：弗拉迪米尔布洛维克，约安尼斯凯米西斯，芒吉G巴文迪，乔纳森R蒂施勒，迈克尔S布拉德利，戴维奥特尔，詹妮弗尤，
申请(专利权)人：麻省理工学院，
类型：发明
国别省市：US[美国]