[发明专利]光学变压器

说明书

光学变压器包括光源和光学耦合到光源的光伏电池的阵列，其中光伏电池的至少一部分串联连接。诸如波导或光纤之类的光学连接器可以被安置在光源的输出与光伏电池的阵列的输入之间。被配置为生成高电压输出，光学变压器可以被配置为向诸如提供作为电压的函数的可调位移的致动器之类的设备供电。

相关申请的交叉引用

本申请根据美国法典第35编第119(e)条要求于2019年9月16日提交的美国临时申请号62/900,672的优先权，其内容通过引用整体并入本文。

技术领域

本公开一般涉及电压变压器，并且更具体地涉及包括串联连接的光伏电池的阵列的光学变压器。

背景技术

高电压可以被用于为各种不同的设备和系统供电，包括为高压继电器、阴极射线管供电例如以生成X射线和粒子束，以及为压电致动器供电例如以操纵可变焦距镜头的焦距。在这点上，可以采用电压变压器来增加电压输出，不然，其中设备或系统的生成电压不足。许多电压变压器，包括升压转换器(booster转换器)和压电变压器，例如可以被配置为将相对较低的DC输入电压(～1V-2V)转换为大于1kV的输出电压。然而，包括必需的电感器和电容器在内的许多此类电压变压器的设计可能会过度增加设备的大小(例如，增加到1cm³或者更大)，这对于包括可穿戴设备在内的许多应用来说可能过大。因此，尽管最近有所发展，但是提供具有紧凑的占用空间的经济型高电压源将是有利的。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种光学变压器，包括：光源；以及光学耦合到光源的光伏电池的阵列，其中光伏电池的至少一部分串联连接。

在某些实施例中，微米级光伏电池可以被排列以形成具有商业相关尺寸的光学变压器。例如，与由DC电压源供电的光源相结合，光学变压器(DC到DC转换器)可以展现出小于大约5mm³的占用空间。示例光学变压器可以被配置为提供可缩放的输出，即从大约1V到大于大约1kV的开路电压，例如1V、2V、5V、10V、20V、50V、100V、200V、500V或1000V或更多，包括任何上述值之间的范围。

作为示例，光源可以包括表面发射器件，例如顶部或底部发射器件，诸如垂直腔表面发射激光器(VCSEL)、垂直外腔表面发射激光器(VECSEL)，或者发光二极管(LED)，诸如有机发光二极管(OLED)或谐振腔发光二极管(RCLED)。在一些实施例中，光源可以包括边缘发射器件，例如激光二极管或超辐射发光二极管(SLED)。在某些实施例中，光源可以包括单个发射器或可寻址阵列中的多个发射器。

光源可以包括激光器或发光二极管。举例来说，包括激光二极管或发光二极管的光源可以包括间接带隙半导体或直接带隙半导体，诸如Si、GaAs、InGaAs、AlGaAs、GaN、InGaN、AlGaN、GaP、GaAsP、AlGaInP等等。在一些实施例中，光源可以包括被配置为增强光提取和聚焦效率的一个或多个光学元件，诸如一个或多个微透镜、全内反射(TIR)聚光器和/或全内反射折射(TIR-R)聚光器。

光源可以包括多个独立控制的发射器。

光源还可以包括适于聚焦由光源生成的光的光学元件。

光源的发射光谱可以至少部分地与光伏电池的阵列的吸收分布重叠。

光学变压器还可以包括被配置为控制光源的温度的冷却元件。

光伏电池可以包括直接带隙化合物半导体。

光伏电池可以包括从以下各项构成的组中选择的至少一个结构：p-n结、肖特基二极管、量子阱和量子点。

光伏电池的至少一部分可以并联连接。

光伏电池的阵列可以包括一个或多个旁路二极管。