[发明专利]一种选择性汇聚的光学器件

说明书

技术领域

本发明涉及一种可选择波长进行汇聚输出的光学器件，该光学器件能够将受光面的入射光转换为特定波长的光，并在光学器件的固定端面汇聚输出。

背景技术

光的汇聚对光学器件、光能利用等都有着重要的意义。而传统几何光学意义的光的汇聚通常有两种形式：一种是通过透射折射汇聚，即采用一定几何形状的透镜或者菲涅尔透镜使光折射，有规律地改变平行光的传播方向从而在焦点产生汇聚。一种是通过反射汇聚，即采用抛物镜面、球镜面等凹面镜对入射平行光反射而使光线在焦点产生汇聚。然而上述两种几何光学的光汇聚形式存在以下局限：一是只有平行传播的光才能被汇聚，漫散射光无法通过上述两种形式汇聚；二是光只能在透镜或凹面反射镜的焦点处被汇聚，焦点的位置会随着入射平行光线方向的变化而改变。

现有技术中的一种新形式的染料聚光片，请参见图2。该聚光片是在高折射率体相材料91中掺杂荧光物质染料92，通过染料的荧光作用，将受光面部分波长的入射光转化为各向同性的同一波长的荧光，通过高折射率材料的内部全反射和周边及底面的高反射层，将转化后的内部荧光汇聚在体相材料的一个固定边缘的出光面，从而实现对受光面入射光的汇聚。

这种聚光片能够汇聚平行光和漫反射光，且汇聚光与入射光线的方向基本无关。但由于：1、只能转化入射光中部分能够激发染料的波长的光。2、无法克服掺杂染料分子对内部光线的重复吸收而使内部光快速衰减。3、体相材料的内部全反射存在逃逸角，处于全反射逃逸角内的光线能够从入射面逃逸，从而无法避免逃逸光的能量损失。4、染料容易被光漂白，造成染料聚光片极不稳定，寿命很短。

专利号为US6476312 B1的美国专利公开了另一种新颖的平板聚光装置，该平板聚光装置将纳米晶掺杂入高折射透明材料，利用纳米晶的荧光效应和体相材料的内部全反射效应，将光汇聚到体相材料的一个固定边缘。

虽然纳米晶的光致发光的吸收和发射波长可由纳米晶的粒径控制，材料相对稳定，但由于纳米晶材料的单分散性很难控制，多分散的纳米晶同样存在荧光Strock效应和发射-吸收光谱的重叠，避免不了重复吸收的问题，从而使整个器件的光学效率降低，无法达到实用状态；并且由于入射面同样采用内部全反射将荧光导向汇聚端面，也无法避免全反射逃逸角的光损失。

发明内容

本发明为了解决现有汇聚光学器件存在逃逸角和重复吸收的技术问题，提供了一种选择性汇聚的光学器件。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为设计一种选择性汇聚的光学器件，其特征在于：包括由上至下依次层叠的选择性反射膜层、上导光层、光频转换膜层、下导光层、反射层和封装保护层，所述光学器件的一侧面为出光面，其余侧面均由内向外设置有所述的反射层和封装保护层。

所述选择性反射膜层由一维光子晶体、二维光子晶体或三维光子晶体的任一种构成。

所述光频转换层由将入射光转换为各向同性同一波长光发射的有机或无机荧光转换物质或半导体纳米晶构成；所述光子晶体的禁带波长与该光频转换层发射光的波长相同。

所述光频转换层为整体结构、多层复合结构、点阵结构或条形图案化膜层结构的任一种或上述结构的组合。

所述的上、下导光层由高透过率的有机或无机材料、真空腔体或高透过率的液体腔体的任一种构成。

所述反射层为金属镜面反射层、有机或无机漫反射层或一维、二维、三维光子晶体的任一种。

所述封装保护层由有机树脂或无机镀膜材料构成。

所述出光面位置处设置有一光电转换装置。

本发明还提供了一种选择性汇聚的光学器件的制作方法，包括下列步骤：

将光子晶体制作在一高透过率的导光板上，形成一层选择性反射的光子晶体薄膜，即选择性反射膜层；

将光致发光材料制作在所述导光板的另一面，形成光频转换膜层，且使光频转换膜层发射光的波长与选择性反射膜层光子晶体的禁带波长相同；

用高透过率的光学胶将所述光频转换膜层与另一高透过率的导光板的粘合；

在上述层叠结构的底面和三个侧面真空蒸镀高反射率的物质，形成反射层，剩余一侧面作为出光面，再在所述反射层的外侧形成一封装保护层。

所述光子晶体采用垂直沉积法或真空蒸镀法制作在导光板上；所述光致发光材料采用真空镀膜的方式或旋转涂膜的方式制作在导体板的另一面。