[發明專利]具有光柵結構的聚光系統

有效

• 申請號: 201110260181.8
• 申請日: 2011-09-05
• 公開（公告）號: CN102305959A
• 公開（公告）日: 2012-01-04
• 發明（設計）人: 葉志成;鄭緯芹
• 申請（專利權）人: 上海交通大學;廈門熠煌光電科技有限公司
• 主分類號: G02B6/124
• 分類號: G02B6/124;G02B6/34;H01L31/052
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 張澤純

技術領域

本發明涉及照明和顯示領域的光源獲取技術領域，特別是涉及一種具有光柵結構的聚光系統。

背景技術

在硅基光通訊中，由于作為光互連的波導尺寸比現有的光纖小很多，傳統的端面對準耦合，光信號的輸入和輸出耦合效率很低，并且對對準的誤差要求很高。為了提高耦合效率和降低對準的誤差要求，利用光柵衍射實現輸入光和波導之間的模式匹配被提出來。如美國專利US005081615A，公開了一種利用一維光柵實現空間光和薄膜波導模式之間的相互轉換,而美國專利US5033812,公開了一種具有光柵的結構波導,通過光柵可以方便地把波導的傳輸光轉換為空間光。除此之外，具有傾斜結構和底面加有反射鏡的耦合光柵也被提出來。但是以上的專利是一維結構，只對應一個方向的偏振。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的缺陷，提供一種具有光柵結構的聚光系統，利用二維光柵結構實現對入射光的耦合,使兩個偏振方向的光都可以轉化為沿著薄膜傳輸的光,實現對自然光的有效收集。

本發明的技術解決方案如下：

一種具有光柵結構的聚光系統，特點在于其構成包括位于薄膜上的二維光柵，所述的薄膜的形狀為具有三個以上邊界的多邊形，該薄膜的至少一個邊界連接有背光設備，其他邊界具有反射膜。

所述的聚光系統還包括位于所述的薄膜襯底的反射膜。

所述的聚光系統還包括位于所述的薄膜襯底的散射膜和反射膜。

所述的背光設備通過波導與所述的薄膜連接。

直接與所述背光設備連接的薄膜邊界的截面為三角形切面。

所述的背光設備是太陽能電池板或導光板。

所述的二維光柵是由金屬材料或在可見到紅外波段透明的材料制成，如塑料、玻璃、有機聚合物PMMA、壓克力等。

所述的二維光柵為浮雕型或折射率調制型，所述的二維浮雕型光柵是凸起的柱子、下凹的孔洞、單一周期的圓環或多個周期的同心圓環構成的；所述的二維光柵是具有三角晶格、矩形晶格、準晶晶格或具有準周期結構的隨即光柵。

所述的薄膜是平面或曲面。

所述的二維光柵垂直于所述的薄膜表面或傾斜于所述的薄膜表面。

所述的二維光柵位于薄膜的一面或雙面。

所述的反射膜為高反射率的全反射膜或直接蒸鍍金屬鋁膜。

所述的薄膜是一張或多張薄膜疊加而成，每張薄膜的具有不同周期的二維光柵，對應于多個波長，各個薄膜的同一邊構成楔形，以利與所述的背光設備的連接和光能引導。楔形的兩面涂有高反射膜。

所述的薄膜的一邊上設置一系列錐形波導，每個錐形波導的尾部連接一個直管波導，該直波導的另一端切成直邊三角形，該整個直邊三角形插入一個集光波導內，并可以繞所述的集光波導旋轉，該集光波導的光經過和所述的導光板依次連接的直邊三角形波導、直波導和錐形波導進入所述的導光板。

所述錐形波導的兩邊涂有高反射膜。

所述集光波導是介質或者金屬空腔。

所述的發光二極管位于所述的導光板的一邊上并且每個發光二極管處于與所述的導光板相連的各錐形波導之間的間隙中。

波導是光纖，或是鑲嵌在周圍介質的折射率大于周圍介質折射率的對光波透明的材料構成的，該光波透明材料的幾何形狀為線狀或根據實際需要相應的調整。

與現有技術相比本發明的有益效果是，利用二維光柵把空間光轉換為薄膜波導光，通過二維光柵對不同方向的入射光進行轉換，具有更有效的衍射耦合收集光能的能力，同時可以對本應不同的波段，提高聚光效率。在太陽能照明上，對芯片的尺寸要求更小，更節省成本。

附圖說明

圖1為本發明具有光柵結構的聚光系統第一種實施方式的俯視圖。

圖2為本發明具有光柵結構的聚光系統第一種實施方式的側面圖。

圖3為本發明具有光柵結構的聚光系統第二種實施方式的俯視圖。

圖4為本發明具有光柵結構的聚光系統第三種實施方式的俯視圖。

圖5為本發明具有光柵結構的聚光系統第三種實施方式的側面圖。

圖6為本發明具有光柵結構的聚光系統第四種實施方式的俯視圖。

圖7為本發明具有光柵結構的聚光系統第五種實施方式的俯視圖。

圖8為本發明具有光柵結構的聚光系統第六種實施方式的俯視圖。

圖9為本發明具有光柵結構的聚光系統第七種實施方式的俯視圖。

具體實施方式

下面結合實施例和附圖對本發明作詳細說明，但不應以此限制本發明的保護范圍。