能量转换系统的制作方法
【专利说明】
[000。 相关申请
[0002] 本申请要求2013年4月14日提交的美国临时专利申请61/811，741和2012年7 月30日提交的美国临时专利申请61/677, 070的优先权。所有上述申请的内容W引用方式 结合于本文。
技术领域
[0003] 本发明在其一些实施方式中涉及能量转换系统，更具体地但不排他地，涉及将能 量从较长波长上转换到较短波长的转换系统。
【背景技术】
[0004] 当被加热时，典型材料W取决于它们的发射率的方式而分布的波长发射能量。当 被加热时，理想材料将W与黑体的那些波长对应的波长发射福射。该被称为黑体福射。
[0005] 典型的能量转换系统通过光刺激在例如英光或在激光福射中将能量从短波长转 换到长波长。
[0006]自从几十年前激光作用的发现，它已经在不同的系统和机制中得到实现。它们包 括光粟激光器、电粟激光器、化学粟激光器和热粟激光器。所有已知激光器的一般原理是需 要高能粟激发（高于激光光子能量）。在热力学形式中，上述原理描述了通过激发的化学势 可W获得的功。
[0007] 显然，所有现有的激光器使用粟激发量子（pumpexcitationquanta,抽运激发量 子）（电子、光子等），其具有高于激光介质的能隙的能量。该是因为，发射激光需要在较高 和较低的能隙态之间的粒子数反转（populationinversion,布居反转），其是通过从该粟 至较高能态的优选能量转移来获得。按照费米黄金定则（Fermi'sgoldenrole),如果粟激 发具有高于带隙的能量，该将会发生。
[0008] 为了理解粟机制的广泛图像，可W将粟作用与通过热力学系统执行的功相关联。 在该里，每个光子的势能是通过它的化学势y加W定义。该样，粟光子的常规吸收之后是 红移光子的光致发光，同时释放热到环境是一种"光学热粟"作用。通过降低单粟光子的化 学势（其伴有热量的除去）来实现生成单发射光子的功。
[0009]W完全热力学的观点来看，系统可W产生的功量受限于它的吉布斯自由能G:
[0010] G=[P?V+T?S+乙y?N]
[0011] 式中P是压力，V是容积，T是温度，S是赌，y是化学势W及N是粒子（光子）的 数目。在大多数光学系统中，P和V是恒定的，所W可W排除[P-V]的变化。一种例外现 象是声致发光，其中，由于通过PV的急剧变化声音被转换成光而产生UV发射。化学势项 Ey?N涉及到所有已知的激光粟机制并且还涉及非线性过程（如第二谐波发生）的能 量转换，其中光子的数目补偿光子的低个体化学势。使用该样的常规机制来生成10倍参量 上转换导致微不足道的效率。
[0012] 另外的【背景技术】包括：
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[0049] 上文W及在整个本说明书是提及的所有参考文献的披露内容，W及在那些参考文 献中提及的所有参考文献的披露内容均W引用方式结合于本文。
【发明内容】
[0050] 根据本发明的一个示例性实施方式，提供了用于在所希望的波长下发射光子的方 法，包括：
[0051] (a)提供材料，该材料具有在第一组福射波长高福射吸收的的第一能态区，其与在 短波长组低福射吸收的第二能态区相邻，所述第二区与在更短波长组高发射的第H能态区 相邻；
[0052] 化）对在所述第一区的所述材料施加能量，使得大部分的所施加的能量占据包括 在所述第二区中的非发射能态或弱发射能态；W及
[0053] (C)通过所述施加能量而被提供能量（powered)的所述第H区的所述材料发射能 量。可选地，所述施加包括将能量转移到在所述第一区和所述第二区处的表面声子极化激 元（surfacephononpolariton)，从而增加在所述第一区和所述第二区的所述材料的布居 的能态（populatedenergystates)的密度。可选地或可替换地，选择所述材料和所述施 加W相匹配，使得所述材料在能量的所述施加的波长下具有高密度的表面声子极化激元模 式。
[0054] 在本发明的示例性实施方式中，所述施加包括施加能量W加热所述材料，使得大 部分的所述能量占据所述第二区并与所述第H区重叠。
[0055] 在本发明的示例性实施方式中，所述施加包括施加能量W加热所述材料，使得根 据材料的黑体模型的福射状态的分布大部分与所述第二区重叠并且还与所述第H区重叠。
[0056] 在本发明的示例性实施方式中，所述材料成形为W促进表面声子传播。
[0057] 在本发明的示例性实施方式中，所述材料被成形为球体或楠球体、或圆柱体。
[0058] 在本发明的示例性实施方式中，所述材料被提供在空腔（cavity,空腔谐振器）中 或具有在所述第H区处的具有共振的空腔的形式。
[0059] 在本发明的示例性实施方式中，所述材料禪合于纤维W输送入射能量和/或带走 所述发射能量。
[0060] 在本发明的示例性实施方式中，上述方法包括提供在所述第H区处共振的空腔， 从而增加所述材料在所述第H区处的能态的密度。
[0061] 在本发明的示例性实施方式中，上述方法包括通过所述施加来驱动在所述材料中 能态的分布，W及其中所述发射包括在所述第H区处的状态转换成福射。可选地，所述驱动 包括赌驱动。
[0062] 在本发明的示例性实施方式中，所述施加能量包括利用具有长于在所述第H区中 的任何波长的波长的激光来进行加热。
[0063] 在本发明的示例性实施方式中，所述施加能量包括利用太阳福射来进行加热。可 选地，集中所述太阳福射。
[0064] 在本发明的示例性实施方式中，所述施加能量包括利用热对流来进行加热。
[0065] 在本发明的示例性实施方式中，所述发射包括作为相干福射的发射。
[0066] 在本发明的示例性实施方式中，所