【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【國(guó)外來華專利技術(shù)】
本申請(qǐng)涉及uv光源，并且尤其涉及遠(yuǎn)-uvc光源以及相關(guān)裝置和方法。
技術(shù)介紹
1、對(duì)于許多應(yīng)用，波長(zhǎng)范圍為約200納米(nm)至約400nm的緊湊且高效的紫外(uv)光源可能是符合期望的。例如，uv激光器可用于半導(dǎo)體制造中的光刻。由于短波輻射很容易被大多數(shù)材料吸收，因此另一種應(yīng)用是對(duì)材料和物質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)和分類(諸如在質(zhì)譜分析中)。uv-c(或uvc)波長(zhǎng)范圍(例如，約200nm至約280nm)中的光子可用于對(duì)空氣傳播和表面致病病原體進(jìn)行消毒，同時(shí)保持人類暴露安全。例如，遠(yuǎn)-uvc光(從約200nm到約240nm)不可穿透皮膚表面的死細(xì)胞層或人眼的淚液層，但是可對(duì)細(xì)菌和病毒有效。特別是，遠(yuǎn)-uvc光可有效地對(duì)dna造成永久的物理?yè)p傷，這可防止細(xì)菌、病毒和真菌復(fù)制。因此，對(duì)人類安全的遠(yuǎn)-uvc光可有效地殺死致病病原體，而對(duì)人類幾乎沒有風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)檫@些波長(zhǎng)可被角質(zhì)層(表皮中死亡皮膚細(xì)胞的頂層)大量吸收。
2、然而，在遠(yuǎn)-uvc波長(zhǎng)的范圍內(nèi)的操作可能存在挑戰(zhàn)。例如，很少可用的光源可被配置用于在遠(yuǎn)-uv中操作。一些常規(guī)的uv光源已經(jīng)由基于氣體的燈實(shí)現(xiàn)。這種燈的一重要類別被稱為“激發(fā)態(tài)二聚體(excimer)”(受激二聚體(excited?dimer))燈，其采用反應(yīng)性氣體(諸如f2或cl2)和惰性氣體(諸如kr、ar或xe)的混合物來作為活性介質(zhì)。當(dāng)被電激發(fā)時(shí)，氣體混合物產(chǎn)生偽分子激發(fā)態(tài)二聚體或“激發(fā)態(tài)二聚體”，其能級(jí)配置允許生成特定的紫外激光波長(zhǎng)。例如，一些krcl燈可用于生成用于醫(yī)療應(yīng)用的遠(yuǎn)uvc光。然而，這種激光器的低效率、
3、此外，針對(duì)實(shí)驗(yàn)室使用設(shè)計(jì)的高功率、超快激光系統(tǒng)可生成非線性諧波(例如，二次、三次、四次和五次諧波生成)或參數(shù)化和頻生成，以創(chuàng)建遠(yuǎn)-uv光。這種系統(tǒng)同樣可能是大的(例如，桌面尺寸或宏觀光學(xué)平臺(tái)尺寸)、昂貴的且低效的(例如，在遠(yuǎn)uv中生成小于1瓦的光)。
4、具有六方氮化硼(h-bn)靶的自由電子泵浦場(chǎng)發(fā)射燈可依賴于真空密封的燈泡來允許電子束操作，但此類燈的功率效率和可靠性可能未經(jīng)證實(shí)。
5、基于半導(dǎo)體的led光源(例如，基于gan材料系統(tǒng))也已用于提供uv-c光，例如，使用基于磷光體的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換。這種光源通常具有短的工作壽命，并且在發(fā)射波長(zhǎng)短于約265nm時(shí)性能差。此外，由于對(duì)人類安全性仍有殘留的不確定性，監(jiān)管限制仍然嚴(yán)格。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、根據(jù)一些實(shí)施例，一種紫外(uv)光源包括：發(fā)光元件，其被配置成生成第一頻率的光；非線性光學(xué)元件，其被配置成從發(fā)光元件接收第一頻率的光并根據(jù)第一頻率的光生成第二頻率的遠(yuǎn)-uvc光；以及輸出耦合元件，其被配置成選擇性地將來自非線性光學(xué)元件的遠(yuǎn)-uvc光作為輸出光向外耦合(outcouple)。
2、在一些實(shí)施例中，輸出耦合元件被配置成選擇性地將遠(yuǎn)-uvc光向外耦合到與第一頻率的光的傳播方向不同的至少一個(gè)方向中，以提供輸出光。
3、在一些實(shí)施例中，輸出光基本上沒有第一頻率的光。
4、在一些實(shí)施例中，非線性光學(xué)元件、發(fā)光元件和/或輸出耦合元件包括相同材料系統(tǒng)的元件。在一些實(shí)施例中，非線性光學(xué)元件包括氮化鋁(aln)。在一些實(shí)施例中，發(fā)光元件和/或輸出耦合元件包括基于iii族氮化物的材料。
5、在一些實(shí)施例中，非線性光學(xué)元件是或包括至少部分地在第一頻率諧振的光學(xué)腔。
6、在一些實(shí)施例中，非線性光學(xué)元件具有限定光學(xué)腔的環(huán)形配置。
7、在一些實(shí)施例中，非線性光學(xué)元件包括多個(gè)非線性光學(xué)元件，所述多個(gè)非線性光學(xué)元件被布置成從發(fā)光元件接收第一頻率的光。
8、在一些實(shí)施例中，輸入耦合元件被配置成從發(fā)光元件接收第一頻率的光，并且沿著輸入耦合元件布置所述多個(gè)非線性光學(xué)元件。
9、在一些實(shí)施例中，非線性光學(xué)元件中的相應(yīng)非線性光學(xué)元件包括不同的尺寸和/或材料。輸出耦合元件包括多個(gè)輸出耦合元件，所述多個(gè)輸出耦合元件分別被配置成選擇性地將來自非線性光學(xué)元件中的所述相應(yīng)非線性光學(xué)元件的遠(yuǎn)-uvc光向外耦合。
10、在一些實(shí)施例中，光學(xué)腔在其中包括發(fā)光元件和非線性光學(xué)元件。
11、在一些實(shí)施例中，光學(xué)腔具有線性形狀或閉合曲線形狀。
12、在一些實(shí)施例中，輸出耦合元件包括以下項(xiàng)中的至少一個(gè)：具有被配置成在第一方向上選擇性地向外耦合遠(yuǎn)-uvc光的折射率的面；或具有被配置成在不同于第一方向的第二方向上選擇性地向外耦合遠(yuǎn)-uvc光的衍射級(jí)的光柵。
13、在一些實(shí)施例中，非線性光學(xué)元件和輸出耦合元件集成在輸出元件中，輸出元件被配置成在多個(gè)位置處或沿著其長(zhǎng)度連續(xù)地向外耦合遠(yuǎn)-uvc光。
14、在一些實(shí)施例中，uv光源被配置成提供基本上沒有第一頻率的光與第二頻率的遠(yuǎn)-uvc光之間的相位匹配的輸出光。
15、在一些實(shí)施例中，非線性光學(xué)元件和輸出耦合元件中的至少一個(gè)被配置成提供第二頻率的遠(yuǎn)-uvc光和第一頻率的光之間的相位匹配。
16、在一些實(shí)施例中，發(fā)光元件是包括激光腔的激光器。激光器被配置成生成第一頻率的光。在一些實(shí)施例中，激光器包括基于iii族氮化物的材料。
17、在一些實(shí)施例中，發(fā)光元件還包括一個(gè)或多個(gè)光學(xué)諧振器，所述一個(gè)或多個(gè)光學(xué)諧振器被配置成反射第一頻率的光，并且被布置在激光腔的第一端和第二端。
18、在一些實(shí)施例中，非線性光學(xué)元件被配置成從激光腔的第一端和第二端之間的腔內(nèi)部分接收第一頻率的光。
19、在一些實(shí)施例中，非線性光學(xué)元件包括分別位于激光腔的第一端和第二端的第一非線性光學(xué)元件和第二非線性光學(xué)元件。
20、在一些實(shí)施例中，激光腔中的可飽和吸收體被配置成作為預(yù)確定脈沖重復(fù)頻率和占空比的多個(gè)光脈沖生成第一頻率的光。
21、在一些實(shí)施例中，至少一個(gè)調(diào)諧機(jī)構(gòu)被配置成基于第一頻率的光來調(diào)整非線性元件的一個(gè)或多個(gè)操作特性。
22、在一些實(shí)施例中，監(jiān)測(cè)元件被配置成測(cè)量輸出光的性質(zhì)，并生成送往控制器的反饋信號(hào)，所述控制器被配置成操作發(fā)光元件和/或調(diào)諧機(jī)構(gòu)。
23、在一些實(shí)施例中，基板包括在其表面上的發(fā)光元件、非線性光學(xué)元件和輸出耦合元件，其中發(fā)光元件、非線性光學(xué)元件、輸出耦合元件或它們之間的連接波導(dǎo)中的兩個(gè)或更多個(gè)在垂直于基板表面的方向上重疊。
24、在一些實(shí)施例中，輸出耦合元件包括多個(gè)輸出耦合元件，所述多個(gè)輸出耦合元件被配置成在相應(yīng)方向上向外耦合遠(yuǎn)-uvc光，以提供具有期望的遠(yuǎn)場(chǎng)模式(far?fieldpattern)的輸出光。
25、在一些實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)傳感器被配置成檢測(cè)uv光源的操作環(huán)境中的實(shí)時(shí)狀況并將指示實(shí)時(shí)狀況的檢測(cè)信號(hào)傳送到控制器，控制器被配置成基于檢測(cè)信號(hào)來控制發(fā)光元件的操作。
26、在一些實(shí)施例中，第二頻率包括第一頻率的和或諧波。
27、在一些實(shí)施例中，第一頻率對(duì)應(yīng)于約400納米(nm)本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種紫外(UV)光源，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的UV光源，其中，所述輸出耦合元件被配置成選擇性地將所述遠(yuǎn)-UVC光向外耦合到與所述第一頻率的所述光的傳播方向不同的至少一個(gè)方向中，以提供所述輸出光，
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的UV光源，其中，所述非線性光學(xué)元件包括氮化鋁(AlN)，可選地，其中，所述發(fā)光元件和/或所述輸出耦合元件包括基于III族氮化物的材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的UV光源，其中，所述非線性光學(xué)元件是或包括至少部分地在所述第一頻率諧振的光學(xué)腔。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的UV光源，其中，所述非線性光學(xué)元件具有限定所述光學(xué)腔的環(huán)形配置。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的UV光源，其中，所述非線性光學(xué)元件包括多個(gè)非線性光學(xué)元件，所述多個(gè)非線性光學(xué)元件被布置成從所述發(fā)光元件接收所述第一頻率的所述光。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的UV光源，還包括：
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的UV光源，其中，所述非線性光學(xué)元件中的相應(yīng)非線性光學(xué)元件包括不同的尺寸和/或材料，并且其中，所述輸出耦合元件包括多個(gè)輸出
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的UV光源，其中，所述光學(xué)腔在其中包括所述發(fā)光元件和所述非線性光學(xué)元件。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的UV光源，其中，所述光學(xué)腔具有線性形狀或閉合曲線形狀。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的UV光源，其中，所述輸出耦合元件包括以下項(xiàng)中的至少一個(gè)：
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的UV光源，其中，所述非線性光學(xué)元件和所述輸出耦合元件集成在相同輸出元件中，所述輸出元件被配置成在多個(gè)位置處或沿著其長(zhǎng)度連續(xù)地向外耦合所述遠(yuǎn)-UVC光。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的UV光源，其中，所述UV光源被配置成提供基本上沒有所述第一頻率的所述光與所述第二頻率的所述遠(yuǎn)-UVC光之間的相位匹配的所述輸出光。
14.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的UV光源，其中，所述非線性光學(xué)元件和所述輸出耦合元件中的至少一個(gè)被配置成提供所述第二頻率的所述遠(yuǎn)-UVC光和所述第一頻率的所述光之間的相位匹配。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的UV光源，其中，所述發(fā)光元件是包括激光腔的激光器，其中，所述激光器被配置成生成所述第一頻率的所述光，可選地，其中，所述激光器包括基于III族氮化物的材料。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的UV光源，其中，所述發(fā)光元件還包括一個(gè)或多個(gè)光學(xué)諧振器，所述一個(gè)或多個(gè)光學(xué)諧振器被配置成反射所述第一頻率的所述光，并且被布置在所述激光腔的第一端和第二端。
17.根據(jù)權(quán)利要求15或16所述的UV光源，其中，所述非線性光學(xué)元件被配置成從所述激光腔的第一端和第二端之間的腔內(nèi)部分接收所述第一頻率的所述光。
18.根據(jù)權(quán)利要求15或16所述的UV光源，其中，所述非線性光學(xué)元件包括分別位于所述激光腔的第一端和第二端的第一非線性光學(xué)元件和第二非線性光學(xué)元件。
19.根據(jù)權(quán)利要求15或16中任一項(xiàng)所述的UV光源，還包括：
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的UV光源，還包括：
21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的UV光源，還包括：
22.根據(jù)權(quán)利要求1所述的UV光源，還包括：
23.根據(jù)權(quán)利要求1所述的UV光源，其中，所述輸出耦合元件包括多個(gè)輸出耦合元件，所述多個(gè)輸出耦合元件被配置成在相應(yīng)方向上向外耦合所述遠(yuǎn)-UVC光，以提供具有期望的遠(yuǎn)場(chǎng)模式的所述輸出光。
24.根據(jù)權(quán)利要求1所述的UV光源，還包括：
25.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的UV光源，其中，所述第二頻率包括所述第一頻率的和或諧波。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的UV光源，其中，所述第一頻率對(duì)應(yīng)于約400納米(nm)至480nm的范圍內(nèi)的第一波長(zhǎng)，并且所述第二頻率對(duì)應(yīng)于約200nm至240nm的范圍內(nèi)的第二波長(zhǎng)。
27.根據(jù)權(quán)利要求1至26中任一項(xiàng)所述的UV光源，其中，所述發(fā)光元件和所述非線性光學(xué)元件包括布置在非天然基板上的相應(yīng)元件。
28.根據(jù)權(quán)利要求1至26中任一項(xiàng)所述的UV光源，其中，所述發(fā)光元件和所述非線性光學(xué)元件集成在單片結(jié)構(gòu)中。
29.根據(jù)權(quán)利要求27或28所述的UV光源，其中，所述UV光源包括陣列，所述陣列包括多個(gè)所述發(fā)光元件和所述非線性光學(xué)元件。
30.一種光源，包括：
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的光源，其中，所述單片結(jié)構(gòu)還包括輸...
【技術(shù)特征摘要】
【國(guó)外來華專利技術(shù)】
1.一種紫外(uv)光源，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的uv光源，其中，所述輸出耦合元件被配置成選擇性地將所述遠(yuǎn)-uvc光向外耦合到與所述第一頻率的所述光的傳播方向不同的至少一個(gè)方向中，以提供所述輸出光，
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的uv光源，其中，所述非線性光學(xué)元件包括氮化鋁(aln)，可選地，其中，所述發(fā)光元件和/或所述輸出耦合元件包括基于iii族氮化物的材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的uv光源，其中，所述非線性光學(xué)元件是或包括至少部分地在所述第一頻率諧振的光學(xué)腔。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的uv光源，其中，所述非線性光學(xué)元件具有限定所述光學(xué)腔的環(huán)形配置。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的uv光源，其中，所述非線性光學(xué)元件包括多個(gè)非線性光學(xué)元件，所述多個(gè)非線性光學(xué)元件被布置成從所述發(fā)光元件接收所述第一頻率的所述光。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的uv光源，還包括：
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的uv光源，其中，所述非線性光學(xué)元件中的相應(yīng)非線性光學(xué)元件包括不同的尺寸和/或材料，并且其中，所述輸出耦合元件包括多個(gè)輸出耦合元件，所述多個(gè)輸出耦合元件分別被配置成選擇性地將來自所述非線性光學(xué)元件中的所述相應(yīng)非線性光學(xué)元件的所述遠(yuǎn)-uvc光向外耦合。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的uv光源，其中，所述光學(xué)腔在其中包括所述發(fā)光元件和所述非線性光學(xué)元件。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的uv光源，其中，所述光學(xué)腔具有線性形狀或閉合曲線形狀。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的uv光源，其中，所述輸出耦合元件包括以下項(xiàng)中的至少一個(gè)：
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的uv光源，其中，所述非線性光學(xué)元件和所述輸出耦合元件集成在相同輸出元件中，所述輸出元件被配置成在多個(gè)位置處或沿著其長(zhǎng)度連續(xù)地向外耦合所述遠(yuǎn)-uvc光。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的uv光源，其中，所述uv光源被配置成提供基本上沒有所述第一頻率的所述光與所述第二頻率的所述遠(yuǎn)-uvc光之間的相位匹配的所述輸出光。
14.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的uv光源，其中，所述非線性光學(xué)元件和所述輸出耦合元件中的至少一個(gè)被配置成提供所述第二頻率的所述遠(yuǎn)-uvc光和所述第一頻率的所述光之間的相位匹配。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的uv光源，其中，所述發(fā)光元件是包括激光腔的激光器，其中，所述激光器被配置成生成所述第一頻率的所述光，可選地，其中，所述激光器包括基于iii族氮化物的材料。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的uv光源，其中，所述發(fā)光元件還包括一個(gè)或多個(gè)光學(xué)諧振器，所述一個(gè)或多個(gè)光學(xué)諧振器被配置成反射所述第一頻率的所述光，并且被布置在所述激光腔的第一端和第二端。
17.根據(jù)權(quán)利要求15或16所述的uv光源，其中，所述非線性光學(xué)元件被配置成從所述激光腔的第一端和第二端之間的腔內(nèi)部分接收所述第一頻率的所述光。
18.根據(jù)權(quán)利要求15或16所述的uv光源，其中，所述非線性光學(xué)元件包括分別位于所述激光腔的第一端和第二端的第一非線性光學(xué)元件和第二非線性光學(xué)元件。
19.根據(jù)權(quán)利要求15或16中任一項(xiàng)所述的uv光源，還包括：
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的uv光源，還包括：
21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的uv光源，還包括：
22.根據(jù)權(quán)利要求1所述的uv光源，還包括：
23.根據(jù)權(quán)利要求1所述的uv光源，其中，所述輸出耦合元件包括多個(gè)輸出耦合元件，所述多個(gè)輸出耦合元件被配置成在相應(yīng)方向上向外耦合所述遠(yuǎn)-uvc光，以提供具有期望的遠(yuǎn)場(chǎng)模式的所述輸出光。
24.根據(jù)權(quán)利要求1所述的uv光源，還包括：
25.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的uv光源，其中，所述第二頻率包括所述第一頻率的和或諧波。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的uv光源，其中，所述第一頻率對(duì)應(yīng)于約400納米(nm)至480nm的范圍內(nèi)的第一波長(zhǎng)，并且所述第二頻率對(duì)應(yīng)于約200nm至240nm的范圍內(nèi)的第二波長(zhǎng)。
27.根據(jù)權(quán)利要求1至26中任一項(xiàng)所述的uv光源，其中，所述發(fā)光元件和所述非線性光學(xué)元件包括布置在非天然基板上的相應(yīng)元件。
28.根據(jù)權(quán)利要求1至26中任一項(xiàng)所述的uv光源，其中，所述發(fā)光元件和所述非線性光學(xué)元件集成在單片結(jié)構(gòu)中。
29.根據(jù)權(quán)利要求27或28所述的uv光源，其中，所述uv光源包括陣列，所述陣列包括多個(gè)所述發(fā)光元件和所述非線性光學(xué)元件。
30.一種光源，包括：
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的光源，其中，所述單片結(jié)構(gòu)還包括輸出耦合元件，所述輸出耦合元件被配置成選擇性地將來自所述非線性光學(xué)元件的所述第二頻率的所述光作為輸出光向外耦合。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的光源，其中，所述輸出耦合元件被配置成選擇性地將所述第二頻率的所述光向外耦合到與所述第一頻率的所述光的傳播方向不同的至少一個(gè)方向中，以提供所述輸出光，
33.根據(jù)權(quán)利要求30至32中任一項(xiàng)所述的光源，其中，所述第二頻率的所述光是遠(yuǎn)-uvc光。
34.根據(jù)權(quán)利要求30至33中任一項(xiàng)所述的光源，其中，所述非線性光學(xué)元件包括氮化鋁(aln)，可選地，其中，所述發(fā)光元件和/或所述輸出耦合元件包括基于iii族氮化物的材料。
35.根據(jù)權(quán)利要求30至34所述的光源，其中，所述非線性光學(xué)元件是或包括至少部分地在所述第一頻率諧振的光學(xué)腔。
36.根據(jù)權(quán)利要求30至34中任一項(xiàng)所述的光源，其中，所述非線性光學(xué)元件包括一個(gè)或多個(gè)非線性光學(xué)元件，每個(gè)非線性光學(xué)元件具有相應(yīng)的光學(xué)腔，并且被布置成從所述發(fā)光元件接收所述第一頻率的所述光，可選地，其中，所述相應(yīng)的光學(xué)腔是環(huán)形的。
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的光源，其中，所述單片結(jié)構(gòu)還包括：
38.根據(jù)權(quán)利要求37所述的光源，其中，所述非線性光學(xué)元件中的相應(yīng)非線性光學(xué)元件包括不同的尺寸和/或材料，并且其中，所述輸出耦合元件包括多個(gè)輸出耦合元件，所述多個(gè)輸出耦合元件分別被配置成選擇性地...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：B·費(fèi)希爾，S·伯勒斯，R·肯喬爾斯基，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：優(yōu)衛(wèi)魁公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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