集光器或配光器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种集光器或配光器，其由多个光导单元（2）构建，这些光导单元在透明的光导体中成列地排放。光导单元（2）通过边界面构成，所述边界面可以借助于激光光束在光导体（1）中产生。本发明还涉及一种具有小面积的光源以及所述的配光器的照明设备、一种光伏设备或光接受设备、用于生产所述集光器或配光器的方法和用于执行所述方法的设备。
【专利说明】集光器或配光器
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种特别是由玻璃、玻璃陶瓷、光电陶瓷或晶体构成的集光器或配光器，其用于将光集束到多个光接收元件上或者用于将小面积的光发生器的光进行展开和准直，并且涉及一种带有光源、光传感器或光电太阳能电池且带有集光器或配光器的设备，此外还涉及用于生产这种集光器或配光器的方法和设备。
【背景技术】
[0002]结合本发明，当以集光器或配光器来使用光时，对于这种“光”不应仅理解为可见光，还应理解为红外线、紫外线或伦琴射线。
[0003]在集中光伏(CPV)领域中需要集光器，以便使太阳光集中地偏转到光电电池的小面积上。光电电池的效率直至某种程度地在太阳光的更高集中的情况下比在自然日照下更高。通常使用透镜和/或衍射光学的截顶圆锥形元件，它们用作栅格设施的附接元件或光电电池的阵列。附接元件可以具有杆状形状并随后在压制工艺中制造和抛光。
[0004]在W012/046376A、WOl 1/08 1090A、CN102 109670A、JP20 IO 2 I 2 280A、US2010/024867, A、CN201289854Y、CN101355114A、CNlOl 192632A、US2002/148497, A、US6051776A、以及JP20000022194A中存在针对集光器作为太阳能电池的附接元件的示例。在这些公知的元件中，集光器的光学功能通过元件的几何轮廓确定，该几何轮廓从横截面上看大多具有漏斗状的构造。这需要光伏机组的特别匹配的保持结构，其会由于相对雨水的密封的困难性而不能良好地整合到屋顶表面中。
[0005]结合本发明，“配光器”理解为一种集光器设施，在该集光器设施的情况中，光在某种程度上以相反的方向穿过该设施。
[0006]由W000/71929A1公知了一种用于偏转光束的光学元件及其制造方法。该光学元件包括带有成列和成行地布置的棱锥状外型的透明的盘，由带有反射性栅格层的薄膜所覆盖的沟槽在其间延伸。入射到光学元件中的光束被偏转并且射出的光束由其出射角所限制。光学元件的光学特征取决于形成透明盘的几何外部轮廓的棱锥状外型。
[0007]EP2487409A1描述了一种用于照明目的反射器，该嵌入在透明基体中的反射器具有全反射的、通过激光雕刻产生的棱边或面。具体地说，全反射的面相对于基体的光学轴线倾斜地且围绕光学轴线分布地布置。
[0008]由US4，915，479公知了一种用于液晶显示器的照明系统。截顶棱锥或截顶抛物体体相继排列，其中，它们的几何外部轮廓决定了照明系统的光学功能。
[0009]用于制造衍射栅格和反射面的激光雕刻的应用是多次公知的(US2012/0039567A1,W02011/154701A1,DE10155492A1 和 DE102011017329A1)。通过激光雕刻可以在透明材料的体积中改变折射率。以这种方式可以制造由带有变化的折射率的材料所包绕的波导体。
【发明内容】
[0010]本发明的任务在于，创建其光学功能不仅由几何上的外部轮廓确定的集光器或配光器。集光器或配光器还应当可以以棒的或盘的形式来制造，所述棒或盘能用作结构元件(在结构中的承载部件)。用作集光器而应当能够使光集中并尽可能均匀(匀质)分布地将光传输到光伏电池或其它光接收元件上。作为配光器使用而应当能够将出自例如LED、OLED或激光器的小面积光发生器的光在较大的面上均匀分布地呈现。
[0011]具体地说，存在一种用于解决所提出的任务的透明的光导体，其可以由有机的或无机的透明介质组成且在外形上可以构造为棒或盘，并且在其内部存在大量构成多个光导单元的内部边界面。这些光导单元如在截顶棱锥、截顶圆锥或截顶抛物体体中那样具有一个较大的基面和一个较小的基面。这些截顶体的周侧面构成光导体的内部边界面，它们使光通过衍射、反射或全反射根据通过方向而偏转到截顶体的较小的或较大的基面上。在光导体中形成的边界面由具有局部强烈变化的折射率的内部的面或者由点状的或纳米裂纹状的结构化元件组成，其在光传播方向上观察要小于工作光的光波长，工作光在利用集光器或配光器的情况中应当能使用。通过内部边界面倾斜于入射光的或出射光的方向分布而在这些边界面上至少存在反射或者在相对于垂直方向较大的入射角的情况下存在全反射并因此存在向着光导单元的所涉及的基面的偏转。
[0012]内部边界面的结构化元件如其可以通过聚焦的激光照射来产生的那样，可以由带有局部强烈变化的折射率的面或者由非常小的体积元件(准零维的元件，在此称为点位)组成。这些点位具有在内部区域增高的折射率的和在外部区域减小的折射率，所述区域全部小于所使用的光的波长。在点位间距小于所使用的光的波长的情况下，在由点位撑开的内部边界面上实现了反射。
[0013]如其可以通过聚焦的、带有高的光束质量和良好的显微镜物镜(NA>0.8)的激光照射在例如为180nm-2000nm的波长的情况下所产生的那样，内部边界面的结构化元件还可以由纳米裂纹(准一维结构)组成。纳米裂纹相对于所用波长足够地小，从而如其在微裂纹的情况下那样，纳米裂纹使工作光衍射、折射或者全反射，而不显著地散射。
[0014]最后，内部边界面的结构化元件如其可以通过借助于(化学的或物理的)蚀刻工艺或者激光的材料去除而产生的那样，还可以由三维通道的二维壁结构组成。在此，具有微小粗糙度的面并因此具有小的散射效应的面是有利的。为了这个目的，可以附加地借助于机械加工(锯、研磨或抛光)实现通道的拓宽，以便制造紧密的气隙。
[0015]光导体的材料取决于集光器或配光器的应用目的。通常使用棒状的或盘状的玻璃、玻璃陶瓷、光电陶瓷或晶体。它们是耐用的、抗反转的且化学稳定的材料，并且光导体的外部形状可以通过成本低廉的工艺、例如通过热成型工艺直接由熔融物制造或者在光电陶瓷的情况下通过压制纳米粉末和后续的烧结步骤来制造。在使用塑料的情况下，可以成本低廉地通过注塑、热成型、吹塑成型或特殊的深拉过程来制造光导体的外部形状。
[0016]作为用于光导单元的光入射面和光出射面，可以通过公知的技术制造透镜形状，其补充了内部边界面的光学功能。光导体可以在挤拉工艺、轧制工艺、热压印工艺或冷处理工艺(研磨或抛光)中设置各种所期望的外部轮廓，由此在光导体的内部产生一列或多列光导单元。
【专利附图】
【附图说明】[0017]本发明的其它细节由以下的实施例结合附图得出。在附图中:
[0018]图1a示出带有一列光导单元的棒状或带状的集光器；
[0019]图1b示出带有一列具有透镜的光导单元的棒状或带状的集光器；
[0020]图1c示出带有多列构成光导阵列的光导单元的棒状或带状的集光器；
[0021]图1d示出带有一列光导单元的棒状或带状的、梯形形状的集光器；
[0022]图1e示出带有一列具有柱面透镜的光导单元的棒状或带状的集光器；
[0023]图1f示出带有柱面透镜以及带有一列光导单元且带有光发射器(LED、OLED或激光器)的、或者带有光传感器或光电太阳能电池的棒状或带状的集光器；
[0024]图1g示出带有凸透镜及凹透镜且带有一列光导单元以及带有光发射器(LED、OLED或激光器)、光传感器或光电太阳能电池的棒状或带状的集光器；
[0025]图2示出光导单元的相应形状；
[0026]图3示出穿过光导单元的纵向截面；
[0027]图4示出在光导单元的下部边沿上的光学上的光强函数，其由8个最大值组成；
[0028]图5示出带有内部边界面的局部变化的折射率的光导单元的第一制造流程示意图；
[0029]图6示出带有用于构成内部边界面的纳米裂纹的光导单元的制造的另一流程示意图；并且
[0030]图7示出带有用于构成内部边界面的通道的光导单元的制造的另一流程示意图。【具体实施方式】
[0031]图1a以立体图示出了构造为单元阵列的集光器。由透明介质组成的光导体I具有作为光入射侧的顶侧以及作为光出射侧的底侧。在光导体I的内部并排地布置有一列光导单元2并且形成光导单元的列布置方案。光导单元2具有截顶棱锥体的形状，该截顶棱锥体具有较大的基面21和较小的基面22并具有作为周侧面23的斜面。基面21或22可以与光导体I的顶侧或与底侧齐平地放置，但是这并不是必须的。还可能的是:较小的和/或较大的基面布置在光导体的内部，更确切地说，与顶侧或与底侧相邻地布置。作为光导单元2的尺度可以考虑以下值:
[0032]较大的基面边长:1mm到100mm,优选2mm到25mm ；
[0033]较小的基面边长:0.2mm到50mm,优选0.4mm到5mm ；
[0034]光导体单元的高度:0.1mm到50mm,优选Imm到IOmm ；
[0035]基面的边长长度比:1到10，优选3到6。
[0036]光导体可以具有在IOmm到2000mm (优选50mm到200mm)的范围中的长度和宽度，以及在0.1mm到50mm (优选Imm到IOmm)的范围中的高度，也就是说,光导体还可以采用具有多列光导单元2的盘状形状。
[0037]根据图1a的光导体的顶侧和底侧还可以区别于作为平坦的面的图示地具有表面结构，该表面结构在光导单元2上延伸并具有聚集光的功能，以便把更多的光引入到相应配属的光导单元中。在这种意义上，图1b以立体视图示出了构造为单元阵列的集光器。聚集光的功能可以通过在相应单独的光导单元2上的曲面24以球面的、非球面的和自由的形状来实现。[0038]图1c以立体图示出了构造为2D单元阵列的集光器。
[0039]图1d以立体图示出了构造为ID单元阵列的集光器。侧面25彼此逐渐靠近。横截面26构造为梯形。侧面还可以区别于图示地为抛物线形状。
[0040]图1e以立体图示出了构造为ID单元阵列的带有柱面透镜27的集光器。
[0041]图1f示出带有一列具有柱面透镜27和光发射器28 (LED,OLED或激光器)或者具有光传感器或光电太阳能电池4的光导单元的棒状的或带状的集光器。可以使用有机的或无机的薄层电池、结晶电池或者多层电池作为光电太阳能电池。在光导单元2之间各存在一个楔形空间20，其以空气或者填充材料来填充，楔形空间20的折射率小于光导单元2的材料的折射率。
[0042]图1g示出带有一列在相应光导单元2的顶侧和底侧具有凸透镜和凹透镜并且具有光发射器28 (LED、OLED或激光器)，或者在冷却体上具有光传感器或光电太阳能电池4的光导单元的棒状的或带状的集光器。
[0043]当光导体I在较小的基面22中与光发射器28 —起运行时，可以称为照明装置，其经由较大的基面21或经由透镜24或27放出所用的光。
[0044]还可行的是:通过光转换器获取所用的光。在这种情况下，采用透明的、掺有光转换材料或荧光材料的介质，并且该介质可以允许光发射器的50%或以上的光通过并吸收或转换剩余部分。
[0045]当图1f、图1g的光导体具有光传感器或光电太阳能电池4并以例如阳光的外部光来加载时，则可以称为光电接收设备或光伏设备。在这些设备中，可以有利地采用光导体I的棒状的和盘状的构形。
[0046]图2示出了光导单元2的多种可能的形状，如以下的截顶棱锥、截顶圆锥、锥形蜂窝体、截顶抛物体体。
[0047]图3示出了穿过与光束3共同作用的光导单元2的纵向截面，其中，光束3在光导单元的基面21上射入、在周侧面23的斜面上反射并在小的基面22上射出。直接地在小的基面22的后方可以存在光伏机组的光电电池4。当较大的基面21具有面积A并且小的基面具有面积a时，那么出现在光电电池上的光强提高了系数A/a。
[0048]可理解的是:光导单元2可以以相反方向的方式采用较小的基面22作为光射入侧和较大的基面21作为光出射侧。这种布置方案可以用作照明场。
[0049]图4示出了一列以光加以照射的光导单元的在光电电池或检测器4上的工作方式，光电电池的或检测器的检验电流被示出。入射的光贯穿内部带有光导单元的光导体，并且在光导单元的较小的基面上集中地射出。每个光导单元配属有带有略平坦的顶部的光出射锥。这在检验电流的曲线图中进行了描绘。
[0050]图5示出了用于生产集光器或配光器的机组。具有小于IOOfs的脉冲宽度并且具有约850nm的波长的激光器5,例如钛-蓝宝石激光器(Ti =Al2O3激光器)模块化地运行并且放出其射线50，该射线经由光学二极管51、λ /2盘52和偏光器53以及必要时经由偏转系统54到达分束器55上，该分束器将较少的功率部分转移到功率计56上并将较多的功率部分传输给显微镜物镜57 (功率值100Χ，NA:0.8)。激光光束在光导体的内部聚焦，该光导体作为工件置入工件保持器10中。工件保持器10是相对于显微镜物镜57在Χ-、Υ-和Z-方向上可微调的。为此，3D压电致动马达可以与精密滚动轴承和线性导轨共同使用。测量装置为干涉量度方式的。这实现了这种移动单元的优于2nm的重复精度。控制装置58与激光器5、功率计56和工件保持器10连接，以便控制和调节光导体I的处理进程。还可以使用其它激光器，它们具有小于Ipsec的脉冲宽度并具有在180nm到2000nm的范围中的波长。
[0051]图6示出了用于制造集光器的光导体I的加工的另一流程示意图。设置有两个激光器6和7用于放出高光束质量M〈2的激光光束60或70，激光光束经由光学二极管61或71、λ /2盘62或72、偏光器63或73、偏转系统64或74输送给各显微镜物镜67或77 (功率值100Χ、ΝΑ>0.8)，它们在光导体I的点位上聚焦。此外，还设置有控制装置68，该控制装置控制激光器6、7、功率计76以及可微调的工件保持器10。在工件保持器10的范围中可以设置有抽吸装置11。激光器6例如为掺钕钇铝石榴石激光器(Nd-YAG激光器)，其可以以354.6nm的波长在脉冲宽度为Ips的情况下三倍频地运行。激光器7例如为XeF激光器，其具有351nm的运行波长和Ips的可能的脉冲宽度。还可以使用在180nm到2000nm的波长范围中的激光器种类。两个激光器的波长不同是有利的。
[0052]图7示出了用于生产具有由通道组成的内部边界面的集光器的机组。与图6相一致的设备部件附有相同的附图标记。如之前那样，设置有用于控制激光器7、激光功率计76以及可微调的工件保持器10的控制装置78。激光器7例如是带有大于lOOJ/cm2的高能量密度的脉冲UV-激光器(λ =351nm)。脉冲宽度在IOOfs到IOns的范围中。显微镜物镜77具有50x、Na=0.8的值。但是还可以使用在180nm到2000nm的波长范围中发射激光的激光器种类。
[0053]从由透明的介质特别是玻璃、玻璃陶瓷、光电陶瓷或晶体构成的光导体开始，以根据图5的机组来实现制造带有由局部变化的折射率的点位构成的内部边界面的集光器。激光光束50以足够的场强聚焦在点12上，该点位于光导单元2的周侧面23的斜面和光导单元2的小的基面22之间的交接位置上。由于在焦点处的高场强，随着在该点位的折射率升高而出现了材料的局部压缩并且随着折射率的降低围绕着压缩点出现了压缩的减小，也就是说，带有局部变化的折射率的点位。现在，工件保持器10平行于光导体的顶侧或底侧地在Y方向或Z方向上进行小于工作光的波长的段式移动，集光器应当使用该工作光。放出激光闪烁并因此重新产生带有局部变化的折射率的点位。根据产生截顶棱锥体的周侧面的哪一个斜面而定，通过沿着列“写入(Einschreiben) ”来持续地产生新的点位,该列沿着Y-或Z-轴延伸。当以这种方式产生了截顶棱锥的所有斜面时，开始产生新的光导单元。
[0054]激光轰击在所产生的边界面上改变了材料的蚀刻选择性。利用光导体的湿化学蚀刻可以减少粗糙度，并因此增强了内部边界面的全反射特性。
[0055]带有沿着光导单元的内部边界面的纳米裂纹的由玻璃、玻璃陶瓷、光电陶瓷或晶体构成的集光器可以通过根据图6的机组生产。微裂纹通过大于lMW/cm2的非常高的功率产生。当产生了带有过大的横截面的微裂纹时，则在制成的集光器中通过工作光而出现了所不期望的高的光散射。为了避免这种情况，在波长小于360nm的情况下使用在UV范围中的短波长的光来产生“纳米裂纹”，如这可以在三倍频的Nd-YAG激光器(λ =354.6nm)或者在带有运行波长为351nm的XeF激光器中实现的那样。在此，应当在脉冲宽度为Ips的情况下超过大于2J/cm2的阈值。此外如图6所示出的那样，可以使两组聚焦了的光束60、70在要产生的纳米裂纹处相交。这会使裂纹小于400nm地延展，从而使得术语“纳米裂纹”是合理的。带有所给出的小的延展的点位在其整体上产生内部边界面，在这种情况下，工作光主要被反射并且仅微量地散射。针对在IR光谱范围中的集光器的使用，所使用的激光波长也可以更大。有利地，使用小于工作光波长的激光波长。因此还可以使用其它的、在ISOnm到2000nm的波长范围中发射激光的激光器种类。
[0056]如在图5的情况下那样，在图6的情况中也在较小的基面22的附近开始生产作为结构化元件的纳米裂纹，因此可以抽吸可能出现的气体。周侧面23的斜面通过写入产生，也就是说，逐个点并且逐个列地行进，直至完成内部边界面。其以点或纳米裂纹彼此间足够小的间隔来工作，这取决于制成的集光器或配光器中所应用的光的波长。点间距应当在所应用的光的数量级上或者更小且小于500nm,优选小于IOOnm并且特别优选地小于20nm。
[0057]同样如在图5中的情况下那样，在图6的情况中带有点状或纳米裂纹状的结构化元件的光导体也可以湿化学地各向异性地蚀刻，以便增强内部边界面的光偏转效果。
[0058]借助图7阐述了由通道的壁结构形成的内部边界面的制造。如在图5的情况下那样，在图6的情况中也在小的基面22附件开始加工由玻璃、玻璃陶瓷、光电玻璃或晶体构成的光导体。激光器7例如为λ =35Inm的脉冲UV-激光器，这是因为在UV-光束的情况下在玻璃中的光吸收是非常高的。能量密度选择在大于100J/cm2的范围中。适宜的脉冲宽度在IOOfs到IOns的范围中。如在根据图5的进程的情况下那样，在图7的情况中也在小的基面22的附近开始制造内部壁结构。通道成列地通过激光烧蚀在X-、Y-或Z-方向上产生，由此获得光导单元2的周侧斜面23。在激光烧蚀中出现蒸汽，其通过抽吸装置11去除。
[0059]如在图7中所表明的那样，较大的基面21与光导体I的表面存在一定的间距。以这种方式避免了光导体被机械地过强地弱化。此外，这种较大的基面与光导体的顶侧相间隔的措施还可以在根据按照图5和图6的制造方法的设计方案中加以应用。此外，以图7中的设备产生的通道还可以湿化学地、各向异性地蚀刻。
[0060]同样可行的是:在沿着所勘定的边界面进行光导单元材料的弱化之后，光导单元2的周侧斜面23借助于锯、研磨机构和抛光机构来加工。可以通过激光光束来进行弱化，必要时还可以通过附加的蚀刻来进行弱化。
[0061]并不需要以聚焦的激光光束垂直于光导体的表面地来制造内部的、倾斜的边界面
23。可以使激光光束方向与内部边界面23的倾斜度相一致，由此，尽管点状地产生但还是获得这些平滑的边界面。这特别是在制造由根据图7的通道构成的边界面时是有意义的。
[0062]原则上，无论有机性质的或无机性质的所有透明的介质都适于作为光导体的原材料。
_3] 作为有机材料列出的是:
[0064]在塑料(聚合物)的情况下:热塑性塑料(非结晶的、半结晶的或结晶的);热固性塑料；弹性体；热塑性弹性体；环烯烃共聚物(C0C)。
[0065]作为无机材料列出的是:
[0066]-硅酸盐玻璃(例如石英玻璃(特别是类型1、I1、III和IV的许多变型方案，也就是说，由熔融石英、合成性地由SiF4等制造而成))；碱金属硅酸盐玻璃；碱-碱土硅酸盐玻璃(例如钠钙硅酸盐玻璃，或者:钠钾钙硅酸盐玻璃即混合碱钙硅酸盐玻璃或者:含锶混合碱硅酸盐玻璃、含钡混合碱硅酸盐玻璃等；硼硅酸盐玻璃(例如肖特玻璃DURAN、F10LAX、SUPRAX...，特别是贫铁的变型方案);磷硅玻璃(例如肖特玻璃SUPREMAX);硼磷硅酸盐玻璃，铝硅酸盐玻璃(例如碱铝硅酸盐玻璃、碱-碱土铝硅酸盐玻璃等，如康宁公司GORILLA变型方案或肖特公司的Xensatio玻璃)；硼硅铝酸盐玻璃(特别是无碱的)，如康宁公司的EAGLE玻璃；硼磷铝硅酸盐玻璃；各种其它的，例如那些含有其它少数组分或特殊的净化剂的硅酸盐玻璃；所有上述和其它的但不是熔融技术地制造而是根据多种溶胶-凝胶方法中的一个制造的硅酸盐玻璃)；
[0067]-硼酸盐玻璃；
[0068]-磷酸盐玻璃；
[0069]-氟磷酸盐玻璃(其通常为光学玻璃);
[0070]-其它光学玻璃(那些带有“标准组分”(例如肖特玻璃BK7)的；那些带有如氧化铅、氧化镧、五氧化钒等的特殊组分的，例如肖特玻璃SF6)；
[0071]-发光玻璃(通常是含稀土的并因此发光。那些其中写入有根据本发明引导光的结构的荧光或磷光玻璃，使“引导光”的功能与“频率转换”的功能或者“激光效果”加以组合)；激光玻璃；光转化玻璃等；[0072]-抗日晒玻璃(例如以氧化铈稳定的玻璃)，特别是光学玻璃；太空级玻璃；
[0073]-碲玻璃或者碲酸盐玻璃；
[0074]-卤化物玻璃(在红外线中通常是透明的)，氟化物玻璃(最简单的通常的情况:MgF2 ;此外还有许多复杂的组成范围；氯化物玻璃、溴化物玻璃、碘化物玻璃；带有多种不同(卤素)阴离子的玻璃；除了在卤素阴离子之外还含有氧作为阴离子的玻璃，例如参见已经提到的氟磷酸盐玻璃);
[0075]-硫系玻璃(在可见光范围中通常是不透明的，但是在直至非常高的波长范围的红外线中经常是透明的)；硫化物玻璃；硒化物玻璃，三元、四元或者还要更复杂地组成的玻璃，例如由 Ge_Se_As_Ge、Ge_S_As、Ge_Se_Sb、Ge_S_As...系统组成)；
[0076]-硫-卤系玻璃(在红外线中经常是透明的)
[0077]-玻璃陶瓷(其在所感兴趣的波长范围中是透明的)
[0078]-玻璃陶瓷(其由熔融的“绿色玻璃”通过有针对性的热部分结晶制造):LAS_玻璃陶瓷；MAS-玻璃陶瓷；BAS-玻璃陶瓷；极多的带有各种其它组成部分或者它们的组合的其它玻璃陶瓷，例如含钇的玻璃陶瓷、含BaTiO3的玻璃陶瓷…;极多的具有各种特征性的晶粒尺寸或晶粒形状(或晶粒尺寸分布或纹理)的其它玻璃陶瓷；
[0079]-烧结的玻璃陶瓷(从玻璃的和/或已经结晶/半结晶的粉末的压坯制造);大量的类似于由大型的绿色玻璃制造的玻璃陶瓷的品种GKn ;烧结玻璃陶瓷可以含有不同的发光材料。这些发光材料可以例如在组成上是由以下由不同的、掺杂Eu的材料构成的:例如，
[0080]CaS:Eu、Sr2Si5N8:Eu、SrS:Eu、Ba2Si5N8:Eu、Sr2SiO4:Eu、SrSi2N2O2:Eu、SrGa2S4:Eu、SrAl2O4: Eu> Ba2SiO4: Eu> Sr4Al I4O25: Eu、SrSiAl2O3N: Eu、BaMgAl10O17: Eu、Sr2P2O7: Eu>SrB4O7: Eu、Y2O3: Eu、YAG: Eu、Ce: YAG: Eu、(Y, Gd) BO3: Eu、(Y, Gd) 203: Eu。
[0081]发光材料还可以共掺杂或以其它稀土 (钪、钇、镧、铈、镨、钕、钷、钐、钆、铽、镝、钦、铒、铥、镱和镥)来掺杂(例如 LaPO4 = Ce, Tb、LaMgAl11O19:Ce，Tb、(Y，Gd，Tb，Lu)AG:Ce、Lu3_x_zAxAl5_y_zScy012:MnzCaz、Lu2SiO5: Ce、Gd2Si05: Ce、LUh丁a_b YxGdy) 3 (Al1^Ga) 5012: CeaPrbX 用于 VUV 的激发的适宜的发光材料为 LaPO4:Pr、YPO4:Pr、(Ca，Mg) SO4:Pb、LuBO3:Pr、YBO3:Pr、丫23105:?1'、56103:?13、1^?04{6、￥?04:06、1^]\%六111019{6。在以伦琴射线激发时，可以示例性地使用以下发光材料:InBO3:Tb+InB03:Eu、ZnS:Ag, Y2O2SiTb, Y2SiO5:Tb, Y3(Al, Ga)5012:Ce、(Zn, Cd) S: Cu、Cl+ (Zn, Cd) S: Ag, Cl、Y3 (Al, Ga) 5012: Tb、Zn2SiO4:Mn、Zn8BeSi5O19:Mn、CaffO4: W、Y2O2S:Eu+Fe203、(Zn, Mg) F2:Mn、Y3Al5O12: Tb。
[0082]-光电陶瓷(其通常为通过烧结制造的陶瓷，其在所感兴趣的波长范围中是透明的，也就是说其具有非常小的晶粒或/和与折射率匹配的晶界。光电陶瓷的结构通常是多晶的);尖晶石光电陶瓷；焦绿石光电陶瓷；YAG光电陶瓷；LuAg光电陶瓷；Yttria光电陶瓷；ZnSeiTe 光电陶瓷；G0S:Pr, Ce, F ；YG0:Eu, Tb, Pr ；GGG:Cr, Ce ;含稀土的(Y、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Sc、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu)和因此活性的光电陶瓷
[0083]-晶体(单晶体):蓝宝石(Al2O3);其它氧化物例如ZrO2;尖晶石(各种组成/混合序列)；焦绿石(非常多的组成/物质系统);CaF
[0084]多种以上列出的材料不仅在可见光中是充分地透明的，而且还或多或少地也在红外范围中是充分透明的。因此，在其中与根据本发明的方法的类似地，写入了在IR光学上起作用的结构，为此，作为工具的红外激光器也是够用的。这种情况下，点大小和结构基于较大的波长可以是较粗略的。
[0085]一些上面所列出的材料，例如石英玻璃或者高度乏铁的玻璃也或多或少在紫外线范围中充分透明。相应地，在其中与根据本发明的方法的类似地，写入了在UV光学上其作用的结构，但是其中，现在点大小必须是更小的且结构必须是更细微的。
[0086]若干上面所列出的材料是适用的，以便在其它的波长中或者在波长谱中转换光谱的组分。这实现了:一方面提高了太阳能电池的效率，这是因为光电太阳能电池的效率是与波长相关的。另一方面，还可以将伦琴射线转换成可见光。在使用发光源如LED、0LED或激光器时，所发射的光还可以转换到其它波长或其它的波长谱中。
【权利要求】
1.一种集光器或配光器，所述集光器或配光器用于将光集束到多个光接收元件上或者用于将小面积的光发生器的光进行展开和准直，所述集光器或配光器包括: 由透明的介质构成的透明的光导体(1)，所述光导体具有多个在所述光导体内部的光导单元(2)，所述光导单元以截顶棱锥、截顶圆锥或截顶抛物体或锥形蜂窝的形状构造并且各具有相对于彼此的较大的或较小的基面(21、22)以及所述光导单元的周侧面(23)构造为所述光导体(1)中的内部边界面，其中，所述内部边界面能够使入射到所述相应光导单元(2)中的光通过衍射、反射或全反射转向到所述相应光导单元(2)的其中一个基面(21、22)上，并且所述相应光导单元(2)的内部边界面由所述光导体中的折射率阶跃部、或者由在所述光导体的透明的介质中的点状的或纳米裂纹状的结构化元件组成。
2.根据权利要求1所述的集光器或配光器，其中，所述相应光导单元(2)的内部边界面由通道的壁结构或者由气隙组成。
3.根据权利要求2所述的集光器或配光器， 其中，所述相应光导单元(2)的通道通过借助于激光的材料去除产生并借助于蚀刻拓宽。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的集光器或配光器， 其中，所述光导单元(2)布置在一列或多列中，并且其中，所述透明的光导体(1)具有带有一列或多列光导单元(2)的棒形形状或盘形形状。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的集光器或配光器， 其中，每个光导单元(2)或每列光导单元(2)均配有光学透镜(24、27)。
6.一种具有小面积的光源以及根据权利要求1至5中任一项所述的配光器的照明设备， 其中，所述小面积光源包括至少一个LED、或OLED、或激光器，并且布置在所述光导单元(2)的较小基面(22)上，并且以确定的波长范围放出光。
7.根据权利要求6所述的照明设备， 其中，所述光导体(1)的透明的介质掺有荧光材料，以便吸收入射的、所述确定波长范围的光的一部分并在其它的波长范围中发射光。
8.根据权利要求7所述的照明设备， 其中，所述入射的光的被吸收的部分最高为50%。
9.一种光伏设备或光接受设备，包括一个或多个光电太阳能电池或光传感器以及根据权利要求1至5中任一项所述的集光器， 其中，所述光电太阳能电池或所述光传感器(4)布置在所述光导单元(2)的较小基面(22)上。
10.用于生产根据权利要求1至5中任一项所述的、透明光导体(1)的形式的集光器或配光器的方法，所述方法具有以下步骤: -提供透明的介质体作为带有所述要制造的光导体(1)的外部形状的工件； -在沿着截顶棱锥的、截顶圆锥的或截顶抛物体的或锥形蜂窝的所述周侧面(23)制造所述介质体中的通道，其中，以预先准备的、支持性的激光照射来形成光导单元(2)的内部边界面并且之后沿着激光照射的内部边界面来蚀刻所述介质体。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述光导单元(2)的内部边界面借助于锯、研磨机构或抛光机构来加工。
12.用于生产根据权利要求1至5中任一项所述的集光器或配光器的方法，其中，所述集光器或配光器是拥有多个光导单元(2)的透明的光导体(1)的形式的，所述光导单元通过作为截顶棱锥、截顶圆锥或截顶抛物体或锥形蜂窝的周侧面的内部边界面来限定，所述方法具有以下步骤: a)提供透明的介质体作为带有所述要制造的集光器或配光器的外部形状的工件； b)将激光光束(50、60、70)聚焦到要制造的光导单元(2)的周侧面(23)的待写入的点位(12)上并在所述点位产生结构化元件； c)将所述工件相对于所述聚焦的激光光束调整到所述正要制造的光导单元(2)的周侧面(23)的新待写入的点位上； d)针对所述正要制造的光导单元(2)的新待写入的点位重复所述步骤b)和C)，直至其完全完成； e)将激光光束(50、60、70)聚焦到另一个光导单元(2)的周侧面(23)的待写入的点位上并在所述点位产生结构化元件； f )针对相应要制造的光导单元(2)重复所述步骤c)和d)，直至制造出所述光导体(1)为止。
13.根据权利要求12所述的方法， 其中，在所述步骤c)中以小于500nm的点间距，优选以小于IOOnm的点间距，并且特别优选以小于20nm的点间距加工。
14.根据权利要求12或13所述的方法， 其中，使用皮秒激光器(5)用于产生带有变化的折射率的点位，其中，在所述激光光束的焦点处由于高场强而随着折射率的升高出现所述材料的压缩，而在所述焦点的附近区域中随着折射率的降低而出现所述材料的稀疏化。
15.根据权利要求12至14中任一项所述的方法， 其中，为了形成纳米裂纹而使用具有在180nm到2000nm的范围中的波长的且在所述点位具有大于2J/cm2的能量密度的脉冲激光光束(60、70)。
16.根据权利要求15所述的方法， 其中，所述点位以由两个激光光源(6、7)形成的激光光束(60、70)来加工。
17.根据权利要求10所述的方法， 其中，沿着所述工件中待产生的通道应用具有在180nm到2000nm的范围中的波长的且具有大于lOOJ/cm2的能量密度的脉冲激光光束(70)。
18.根据权利要求10至17中任一项所述的方法， 其中，在所述流程中抽吸所形成的蒸汽。
19.一种用于执行根据权利要求12至18中任一项所述的方法的设备，所述设备包括: -用于发出预定强度的激光光束(50、60、70)的激光器(5、6、7)； -用于将所述激光光束聚焦到作为工件的介质体以内的焦点的显微镜物镜(57、67、77)； -工件保持器(10)，安置该工件保持器用于相对于所述激光光束的焦点来精细地定位工件并用于所述工件的受控制的移动；-用于在脉冲发出和辐射强度方面控制和调节所述激光器(5、6、7)的、带有所述激光光束的功率计(56、66、76)的控制装置(58、68、78)，所述控制装置还用于控制所述工件保持器(10)，以便在所述工件内部在截顶棱锥的、截顶圆锥的或截顶抛物体的或锥形蜂窝的所述周侧斜面上成行地写入点位并因此形成所述光导单元(2)，其中，调整量也能够小于所述要制造的光导体(1)中的工作光的波长地行进。
20.根据权利要求19所述的设备， 其中，所述调整量小于500nm，优选小于IOOnm并且特别优选地小于20nm。
21.根据权利要求19或20所述的设备， 其中，所述激光器是具有小于IOOfs的脉冲宽度和在180nm到2000nm的范围中的波长的Ti=Al2O3激光器(5)。
22.根据权利要求19或20所述的设备， 其中，所述激光器是具有在Ips范围内的脉冲宽度和在180nm到400nm的范围中的波长的XeF激光器(7 )和/或Nd-YAG激光器(6 )。
23.根据权利要求19或20所述的设备， 其中，所述激光器是具有在IOOfs到IOns的范围中的脉冲宽度和在180nm到400nm的范围中的波长的XeF激 光器(7 )。
【文档编号】F21V8/00GK103969735SQ201410043345
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年1月29日 优先权日:2013年1月29日
【发明者】埃德加·帕夫洛夫斯基, 沃尔弗拉姆·拜尔 申请人:肖特公开股份有限公司