[发明专利]包括纳米晶体的光学结构

说明书

本申请是中国发明申请(发明名称：包括纳米晶体的光学结构，申请日：2007年5月21日；申请号：200780026022.3)的分案申请。

优先权要求

本申请要求2006年5月21日提交的临时美国专利申请No.60/747805的优先权，其全部引入作为参考。

技术领域

本发明涉及包括纳米晶体的光学结构。

背景技术

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。

发明内容

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。激发源可用于有效地分布通过波导的激发波长并通过应用下转换元件的恰当组合在使用点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引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核的表面上的外敷层，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。

本发明的目的通过以下实现：

1.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。

2.条目1的光学结构，其中所述波导为光导纤维。

3.条目1的光学结构，其中所述波导为平面波导。

4.条目1的光学结构，其中所述纳米晶体为半导体纳米晶体。

5.条目2的光学结构，其中所述光导纤维具有容许光沿着所述纤维的长度以所选量逸出的包层。

6.条目4的光学结构，其中所述半导体纳米晶体包括核，该核包括第一半导体材料。

7.条目6的光学结构，其中所述半导体纳米晶体包括在所述核的表面上的外敷层，该外敷层包括第二半导体材料。

8.条目1的光学结构，进一步包括分布于所述表面的第一部分的多个纳米晶体。