AT514181A1

AT514181A1 - Device for manipulation, in particular frequency conversion

Info

Publication number: AT514181A1
Application number: ATA50208/2013A
Authority: AT
Inventors: Thomas Lederer; Gernot Pleninger
Original assignee: Thomas Lederer
Priority date: 2013-03-26
Filing date: 2013-03-26
Publication date: 2014-10-15
Also published as: WO2014154684A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Manipulation, insbesondere Frequenzwandlung,von elektromagnetischer Strahlung, insbesondere von Licht, umfassendKomponenten zur Strukturbildung, die in zumindest annähernd dichter, vereinzelteoder verbundene Zwischenräume aufweisender Packung angeordnet sind,wobei in den Zwischenräumen und/oder in den Komponenten zur Strukturbildungeingelagerte Komponenten angeordnet sind, wodurch die Position diesereingelagerten Komponenten in einem kleinen lokalen Bereich festgelegt ist,wobei die Komponenten zur Strukturbildung und die eingelagerten Komponentenderart ausgeführt und angeordnet sind, dass die eingelagerten Komponenten diezumindest annähernd dichte Packung höchstens geringfügig stören,wobei die Komponenten zur Strukturbildung und/oder die eingelagertenKomponenten (2) derart ausgeführt und positioniert sind, dass sie eine Manipulation,insbesondere eine Frequenzwandlung, der elektromagnetischen Strahlungherbeiführen oder unterstützen,wobei die Komponenten zur Strukturbildung als zumindest annähernd kugelförmigePartikel gebildet sind, die eine dichte Kugelpackung mit annähernd tetraedisch geformtenZwischenräumen (3) bilden.The invention relates to a device for manipulation, in particular frequency conversion, of electromagnetic radiation, in particular of light, comprising structure-forming components which are arranged in at least approximately dense, singulated or interconnected interstices of the package, wherein components stored in the interstices and / or in the components of the structure image whereby the position of these embedded components is set in a small local area, wherein the patterning components and the embedded components are designed and arranged such that the embedded components at most slightly interfere with the at least approximately dense packing, the components for patterning and / or the embedded components (2) are designed and positioned to cause manipulation, in particular frequency conversion, of the electromagnetic radiation, wherein the patterning components are formed as at least approximately spherical particles forming a dense sphere packing having approximately tetrahedral shaped spaces (3).

Description

1 Printed: 27-03-2013 E014 10 2013/50208, 52 016 AO/Fi Thomas Lederer, Gernot Reninger1 Printed: 27-03-2013 E014 10 2013/50208, 52 016 AO / Fi Thomas Lederer, Gernot Reninger

Vorrichtung zur Manipulation, insbesondere FrequenzwandiungDevice for manipulation, in particular Frequenzwandiung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Manipulation, insbesondere zur Frequenzwandlung von elektromagnetischer Strahlung, eine Solarzeile mit einer derartigen Vorrichtung, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Vorrichtung.The invention relates to a device for manipulating, in particular for frequency conversion of electromagnetic radiation, a solar array with such a device, and a method for producing such a device.

In vielen Bereichen der Technik ist es erwünscht, den Frequenzbereich von elektromagnetischer Strahlung, beispielsweise von Licht, zu ändern. Man spricht in diesem Fall von Frequenzwandlung oder Wellenlängenwandiung. Bei einem derartigen Vorgang ist zunächst wenigstens ein Photon einer bestimmten ersten Frequenz bzw. Welieniänge vorhanden, und im Endzustand wenigstens ein Photon einer bestimmten zweiten Frequenz bzw. Wellenlänge, die sich von der ersten bestimmten Frequenz bzw. Wellenlänge unterscheidet, vorhanden. Der in Betracht kommende Welleniängenbereich der elektromagnetischen Strahlung ist unbeschränkt, Hegt jedoch vorzugsweise im Bereich von 1 Millimeter bis 1 Nanometer.In many fields of technology, it is desirable to change the frequency range of electromagnetic radiation, such as light. One speaks in this case of frequency conversion or Wellenlängenwandiung. In such a process, at least one photon of a certain first frequency or wavelength is initially present, and in the final state at least one photon of a certain second frequency or wavelength, which differs from the first specific frequency or wavelength, is present. The eligible wavelength range of the electromagnetic radiation is unlimited, but is preferably in the range of 1 millimeter to 1 nanometer.

Die Begriffe „Hochkonversion“ bzw. „upconversion“ werden verwendet, um einen Vorgang zu kennzeichnen, bei dessen Ausgangszustand wenigstens ein Photon bestimmter Frequenz bzw. Wellenlänge vorliegen, und bei dessen Endzustand wenigstens ein Photon höherer Frequenz bzw. geringer Wellenlänge vorliegt. Hingegen werden die Begriffe „Niederkonversion'1 bzw. „ downconversion“, oder „downshiff verwendet, um einen Vorgang zu kennzeichnen, bei dessen Ausgangszustand wenigstens ein Photon bestimmter Frequenz bzw. Wellenlänge vorliegt, und bei dessen Endzustand wenigstens ein Photon geringerer Frequenz bzw. größerer Wellenlänge vorliegt. Die Begriffen „downconversion“ und „downshiff unterscheiden sich darin, dass bei einer „downconversion" zumindest ein Teil der Energiedifferenz zwischen dem eingehenden und dem ausgehenden Photon in Form eines weiteren nutzbaren Photons abgegeben wird; bei einem „downshiff geschieht das nicht.The terms "upconversion" or "upconversion" are used to denote a process in whose initial state at least one photon of particular frequency or wavelength is present, and whose final state is at least one photon of higher frequency or shorter wavelength. On the other hand, the terms "Niederkonversion'1 or" downconversion ", or" downshiff be used to identify a process in the initial state of at least one photon particular frequency or wavelength, and at its final state at least one photon of lower frequency or larger Wavelength is present. The terms "downconversion" and "downshiff" differ in that with a "downconversion" " downconversion " at least part of the energy difference between the incoming and the outgoing photon is emitted in the form of another usable photon; this does not happen with a downshiff.

Eine Frequenzwandiung kann immer dann wünschenswert sein, wenn eine Strahtungsquelle und ein Strahlungsempfänger in ihrem Zusammenspiel frequenzabhängig sind. In der Beleuchtungstechnik sowie im Multimedia bereich kommt es beispielsweise vor, dass gewisse Leuchtmittel effizienter oder kostengünstiger herzusteiien oder zu verbauen sind als jene, die für die jeweilige Anwendung hinsichtlich des emittierten Lichtspektrums optimal wären. 2/46 28-03-2013 2 Printed: 27-03-2013 mu 10 2013/50208 52 016 AG/FI Thomas Lederer, Gernot PleningerA Frequenzwandiung can always be desirable if a radiation source and a radiation receiver are frequency-dependent in their interaction. In lighting technology and in the multimedia sector, it happens, for example, that certain bulbs are more efficient or cheaper auszubteiien or to install than those that would be optimal for the particular application in terms of the emitted light spectrum. 2/46 28-03-2013 2 Printed: 27-03-2013 mu 10 2013/50208 52 016 AG / FI Thomas Lederer, Gernot Pleninger

Lichtquellen bestimmter Wellenlängen können gar nicht oder nur mit wesentlich höherem Aufwand realisiert werden, etwa weiße oderauch rosa LED's. in der Photovoitaik müssen Solarzellen so weit wie möglich auf das Spektrum des Sonnenlichtes abgestimmt werden. Dass diese spektrale Fehlpassung (spectrai mismatch) bei allen einschichtigen Solarzelientypen zu den Verlusten beiträgt, zeigt deutlich das Potential der Frequenzwandlung auf. in der Photonik und optischen Signalverarbeitung können optische Signale mittels Frequenzwandiung in andere, logisch aufeinander abbildbare optische Signale umgesetzt werden. Dies kann bedeutsam sein bei Schnittstellen zwischen zwei Übertragungsmedien mit unterschiedlicher Signalwelieniänge. Auch eine Wandlung des Lichts einer bestimmten Lichtquelle (analog zu der Anwendung im Multimediabereich) zur Nutzbarmachung in einem optischen Signalsystem kann bedeutsam sein.Light sources of certain wavelengths can not be realized at all or only with much greater effort, such as white or even pink LEDs. In photovoltaics, solar cells must be tuned as far as possible to the spectrum of sunlight. The fact that this spectral mismatch contributes to the losses in all single-layer solar cell types clearly shows the potential of frequency conversion. In photonics and optical signal processing optical signals can be converted by means of Frequenzwandiung in other, logically successive optical signals. This can be important in interfaces between two transmission media with different signal wavelengths. Also, a conversion of the light of a particular light source (analogous to the application in the multimedia area) for use in an optical signal system can be significant.

Weitere Anwendungsfäile ergeben sich in der Agrartechnik. Pflanzen absorbieren über ihre Blätter Sonnenlicht, wobei nicht das gesamte Spektrum genutzt wird. Eine Frequenzwandlung ungenügend genutzter spektraler Bereiche in Spektralbereiche mit besserer Nutzbarkeit erhöht die Ausbeute. Dies kann beispielsweise durch Frequenzwandlung in den Fenstern eines Glashauses erfolgen. Auch können mit Frequenzwandlung künstliche Lichtquellen auf die jeweiligen Nutzpflanzen abgestimmt werden, Frequenzwandiung kann in der Messtechnik zur Detektion verwendet werden. So können durch Frequenzwandlung die frequenzwandeinden Vorrichtungen in einem Medium detektiert werden. Bei Vorliegen einer Einrichtung zur Frequenzwandlung in ausreichend kleiner Dimension und Anreicherung derselben in malignen Zellen können diese in der Medizintechnik detektiert werden. Genauso kann durch Einbringen von Licht mit einer weniger zellschädigenden Quellweileniänge und großen Eindringtiefe (z.B. infrarot) und durch Wandlung zu Licht mit einer zellschädigenderen Zielweilenlänge und geringerer Eindringtiefe das maligne Zeilmaterial zerstört werden.Further application cases arise in agricultural engineering. Plants absorb sunlight from their leaves but do not use the full spectrum. Frequency conversion of insufficiently used spectral regions in spectral regions with better usability increases the yield. This can be done for example by frequency conversion in the windows of a glass house. Also can be tuned with frequency conversion artificial light sources on the respective crops, Frequenzwandiung can be used in the measurement for detection. Thus, by frequency conversion, the frequency walls in devices can be detected in a medium. In the presence of a device for frequency conversion in a sufficiently small dimension and accumulation of the same in malignant cells, these can be detected in medical technology. Similarly, by introducing light with a less cell damaging source length and greater depth of penetration (e.g., infrared) and conversion to light with more cell-damaging target length and lower depth of penetration, the malignant cell material can be destroyed.

Aus dem Stand der Technik sind Vorrichtungen zur Frequenzwandiung bekannt, bei denen die Frequenzwandlung mittels Nanomaterialien, Nanopartikei, Nanoantennen, Halbleitermaterialien, nichtiinearen Kristallen, Farbstoffen oder Phosphoren erfolgt. Dabei wird ein Material als Nanomateriai bezeichnet, wenn es in mindestens einer Raumrichtung eine sehr geringe Abmessung besitzt (insbesondere unter 100nm). Besonders hervorzuheben sind Nanopartikei (auch: Nanokristalie, Guantenpunkte aus Haibleitermateriai). Dabei handelt es sich um kleine Partikel die in jede Raumrichtung eine Dimensionierung von unter einem Mikrometer aufweisen. Viele der beschriebenen Effekte treten verstärkt beziehungsweise häufiger auf, wenn das betreffende Material ais Nanomateriai voriiegt.Devices for Frequenzwandiung are known in the prior art, in which the frequency conversion using nanomaterials, Nanopartikei, nanoantenna, semiconductor materials, non-linear crystals, dyes or phosphors is done. In this case, a material is referred to as Nanomateriai if it has a very small dimension in at least one spatial direction (in particular less than 100 nm). Particularly noteworthy are Nanopartikei (also: Nanocrystalie, Guantenpunkte from Haibleitermateriai). These are small particles which have a dimensioning of less than one micrometer in each spatial direction. Many of the effects described occur more frequently or more frequently if the material in question precedes nanomaterials.

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Prtited; 27-03-2013 EÖ14 10 2013/50208Prtited; 27-03-2013 EÖ14 10 2013/50208

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Thomas Lederer, Gernot ReningerThomas Lederer, Gernot Reninger

Bei der bekannten Frequenzwandlung mittels Halbleitermaterialien wird ein Elektron aus dem Valenzband in das Leitungsband gebracht, wenn ein Photon eine Energie hat, die gleich oder größer ist als die Energie des Bandabstandes. Dieses Elektron - Loch - Paar (Exziton) ist nur für kurze Zeit stabil. Ein Elektron des Leitungsbandes fällt in das Valenzband zurück, wobei ein Photon mit genau jener Energie emittiert wird, die der Energie des Bandabstandes entspricht.In the known frequency conversion by means of semiconductor materials, an electron from the valence band is brought into the conduction band when a photon has an energy which is equal to or greater than the energy of the band gap. This electron - hole pair (exciton) is only stable for a short time. An electron of the conduction band falls back into the valence band, emitting a photon with exactly the energy corresponding to the energy of the band gap.

Die Energie des eingehenden Photons, die die Energie des Bandabstandes übersteigt, wird in Wärmeenergie oder in Gitterschwingungen (Phononen) umgesetzt. In diesem einfachen Falt liegt bereits eine Wandlung der Wellenlänge vor, da das ausgehende Photon eine geringe Energie und damit eine größere Wellenlänge als das eingehende Photon aufweistThe energy of the incoming photon, which exceeds the energy of the bandgap, is converted into heat energy or lattice vibrations (phonons). In this simple fold there is already a change in the wavelength, since the outgoing photon has a low energy and thus a larger wavelength than the incoming photon

Weitere Effekte sind bekannt, beispielsweise: das Elektron im Leitungsband fällt von seinem ursprünglichen Energieniveau auf die Unterkante des Leitungsbandes ab, wobei es die Energie, die die Energie des Bandabsfandes überstieg, nicht in Form von beispielsweise Wärme abgibt, sondern in Form eines zweiten Photons. In diesem Fall wurde die Energie des eingehenden Photons auf zwei Photonen mit größerer Wellenlänge und jeweils geringerer Energie aufgeteilt.Further effects are known, for example: the electron in the conduction band falls from its original energy level to the lower edge of the conduction band, not giving off the energy that exceeded the energy of Bandabsfand, for example, in the form of heat, but in the form of a second photon. In this case, the energy of the incoming photon was split into two photons with longer wavelengths and lower energy.

Ein anderer Fall tritt auf, wenn ein Elektron bereits von einem Photon ins Leitungsband gehoben wurde, und von dort aus von einem zweiten Photon noch weit über das Leitungsband hinaus gehoben wird. Es kann geschehen, dass dieses Elektron unter Abgabe von nur einem Photon auf das Valenzband zurücksinkt.Another case occurs when an electron has already been lifted by a photon into the conduction band, and from there is lifted by a second photon far beyond the conduction band. It can happen that this electron sinks back to the valence band with release of only one photon.

Die Energie dieses emittierten Photons entspricht jener der beider eingehender Photonen und ist dementsprechend kurzwelliger. Es ist auch möglich, dass ein Photon mit geringfügig geringerer Energie als der Bandabstand des Halbleiters ein Elektron ins Leitungsband hebt, indem für diesen Ablauf zusätzlich die Energie eines Phonons eingebracht wird. Beim Zurückfallen ins Valenzband wird ein Photon emittiert, das kurzwelliger und energiereicher als das ursprünglich eingefangene Photon ist, wobei der Zugewinn an Energie der Wirkung des Phonons zuzurechnen ist Ein weiterer Fall ist dann gegeben, wenn beim Vortiegen mehrerer Haibleiter-Nanopartikel ein Energieübertrag zwischen diesen Nanopartikeln stattfindet: bei ausreichend geringer, passender Entfernung zwischen Nanopartikeln kann eine Energieübertragung stattfinden, so dass beispielsweise von zwei Elektronen (die bereits von zwei entsprechenden Photonen angeregt wurden) an der Unterkante des Leitungsbandes eines ins Valenzband sinkt, und die entsprechende Energiemenge eine Anhebung des zweiten Elektrons im benachbarten Nanopartike! über die Unterkante des Leitungsbandes bewirkt.The energy of this emitted photon corresponds to that of both incoming photons and is accordingly shorter-wave. It is also possible that a photon with slightly lower energy than the band gap of the semiconductor raises an electron into the conduction band by additionally introducing the energy of a phonon for this process. Falling back into the valence band emits a photon that is shorter wavelength and higher in energy than the originally captured photon, with energy gain attributable to the effect of the phonon. Another case is when energy travels between these nanoparticles when several nanoparticles are stranded At sufficiently low, appropriate distance between nanoparticles, energy transfer may take place such that, for example, two electrons (already excited by two corresponding photons) at the lower edge of the conduction band sink into the valence band and the corresponding amount of energy raises the second electron in the neighboring nanoparticle! effected over the lower edge of the conduction band.

Dieses kann dann bei Zuruckfallen ins Valenzband ein Photon mit Energie von beiden ursprünglich absorbierten Photonen emittieren. 4/46This can then emit a photon with energy from both originally absorbed photons upon falling back into the valence band. 4/46

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Thomas Lederer, Gernot PlenirtgerThomas Lederer, Gernot Plenirtger

Bei der bekannten Frequenzwandiung mittels optisch nichtlinearer Materialien werden Photonen bei ausreichender Leistungsdichte über „second harmonic generation“ (SHG) oder „third harmonic generation“ (THG) und anderen nichtiinearen Prozessen zu Photonen doppelter oder dreifacher Energie und entsprechender Wellenlänge gewandelt, wobei Impuls und Phase erhalten bleibt. Ebenfalls möglich ist der Effekt der spontan parametrischen Up- Conversion, bei weichen Photonen aus zwei unterschiedlichen Lichtquellen durch Energie- und Impulsaddrtion zu einem energiereicheren Photon konvertiert werden. Der gegenteilige Effekt der spontan parametrischen Down-Conversion wandelt ein Photon aus einer Lichtquelle unter Energie- und Impulserhalt in zwei niederenergetische Photonen.In the known Frequenzwandiung by means of optically nonlinear materials photons are converted at sufficient power density on "second harmonic generation" (SHG) or "third harmonic generation" (THG) and other non-linear processes to photons of double or triple energy and corresponding wavelength, wherein pulse and phase preserved. Also possible is the effect of spontaneous parametric up-conversion, where soft photons from two different light sources are converted by energy and momentum addition to a higher-energy photon. The opposite effect of the spontaneous parametric down-conversion converts a photon from a light source into two low-energy photons with energy and momentum conservation.

Ebenso bekannt ist die Wandlung von Wellenlängen durch Nanoantennen, wobei entweder eine besondere Strukturierung der Nanoantennen selbst vorgenommen wird oder eine besondere wechselseitige Positionierung. Verwendet werden resonante, meist metallische Nanopartikei, die mit vertretbarem Aufwand herstellbar sind. Für Stäbchen- und kugelförmige Nanopartikei existieren chemische Herstellungsverfahren, die keine gesonderte Nanostrukturierung mehr erfordern. Durch entsprechende Anordnung können bestimmte Antenneneigenschaften hervorgerufen werden. Durch Anordnung zweier oder dreier kugelförmiger metallischer Nanopartikei in Berührung oder unmittelbarer Nähe wirken die Nanopartikei verstärkt als resonanter Dipol, indem durch Resonanzphänomene die Wellenlängen absorbierter Photonen gewandelt werden können, wobei die Wellenlängenwandlung von den verwendeten Materialien, der Form der Nanopartikei, ihrer wechselseitigen Anordnung, dem umgebenden Materialien, der Wellenlängen und Anzahl der absorbierten Photonen abhängig sind.Also known is the conversion of wavelengths by nanoantenna, either a special structuring of the nanoantenna itself is made or a special mutual positioning. Used are resonant, usually metallic Nanopartikei that can be produced with reasonable effort. For rod-shaped and spherical nanoparticles, chemical production methods exist that no longer require separate nanostructuring. By appropriate arrangement certain antenna properties can be caused. By arranging two or three spherical metallic nanoparticles in contact or close proximity, the nanoparticles act more as a resonant dipole, by resonating phenomena the wavelengths of absorbed photons can be converted, the wavelength conversion of the materials used, the shape of the nanoparticles, their mutual arrangement, the surrounding materials, which are dependent on wavelengths and number of absorbed photons.

Weiters sind aus dem Stand der Technik Mechanismen bekannt, bei denen ein Energietransfer zwischen zwei benachbarten Nanopartikeln stattfindet. So kann ein von einem Photon angeregter Nanopartikei zum Teil seine Energie auf einen benachbarten übertragen, sodass in Folge zwei Elektronen eine höhere Energie besitzen. Dies ermöglicht die Emission zweier Photonen mit größerer Wellenlänge und geringerer Energie afs das ursprünglich von nur einem Nanopartikei absorbierte Photon. Auch die Anregung von jeweils einem Elektron in zwei benachbarten Nanopartikeln und Energieübertrag der Energie des einen auf den zweiten Nanopartikei ermöglicht die Emission eines Photons mit geringerer Wellenlänge und der gemeinsamen Energie beider Photonen, die von den beiden benachbarten Nanopartikeln absorbiert wurden.Furthermore, mechanisms are known from the prior art, in which an energy transfer between two adjacent nanoparticles takes place. For example, a photon-excited nanoparticle can transfer some of its energy to a neighboring one, resulting in two electrons having a higher energy. This allows the emission of two photons with longer wavelength and lower energy than the photon originally absorbed by only one nanoparticle. Also, the excitation of one electron in two adjacent nanoparticles and energy transfer of the energy of one to the second Nanopartikei allows the emission of a photon with a shorter wavelength and the common energy of both photons, which were absorbed by the two adjacent nanoparticles.

Bedingung für diese Mechanismen ist die Berührung der beteiligten Nanopartikei oder zumindest ein sehr geringer Abstand. Diesen passenden Abstand zu realisieren stellt eine technische Herausforderung dar. 5/46 26-03-2013The condition for these mechanisms is the contact of the participating nanoparticles or at least a very small distance. To realize this suitable distance represents a technical challenge. 5/46 26-03-2013

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Thomas Leders1, Gemoi PleningerThomas Leders1, Gemoi Pleninger

Den Abstand zwischen Nanopartikeln zu minimieren, indem man sie in großen Mengen zusammenpresst, ist jedoch nicht zieiführend, unter anderem aufgrund der mangelnden Transparenz. Darüber hinaus treten die spezifischen Eigenschaften der Strukturierung als Nanopartikel in den Hintergrund, und das entsprechende Produkt verhält sich vermehrt wieder wie der entsprechende Halbleiterohne Strukturierung, sodass die erwünschten Effekte bezüglich Welienlängenwandlung seltener oder nicht mehrauftreten.However, minimizing the distance between nanoparticles by compressing them in large quantities is not attractive, partly because of the lack of transparency. Moreover, the specific properties of structuring as nanoparticles fade into the background, and the corresponding product increasingly behaves like the corresponding semiconductor without structuring, so that the desired effects on wavelength conversion occur less frequently or not.

Die Eigenschaft resonanter Nanopartikel, Wellenlängen zu wandeln, hängt von ihren Dipol-Eigenschaften ab. Diese sind sowohl über die Form als auch über ihre Anordnung im wechselseitigen elektromagnetischen Nahfeld abhängig. Allerdings können bei alten einfach zu erzeugenden Formen von Nanopartikeln die Antennenwirkungen durch eine entsprechende Anordnung verstärkt oder in ihren Eigenschaften modifiziert werden. Kugelförmige Metallnanopartikel können kostengünstig erzeugt werden, und bilden zu zweit oder zu dritt unter Berührung oder unmittelbarer Nähe effiziente Dipoie. Bet Verwendung resonanter Nanopartikel kann durch Abstimmung der wechselseitigen Entfernung einer definierten Anzahl von Nanopartikeln, im IdeatfaH auch Bestimmung der Lagegeometrie, und in Abhängigkeit der verwendeten Materialien, der umgebenden Materialien und der Partikelgrößen und Partikelformen, ein reproduzierbares Verhalten hinsichtlich Weilenlängenwandlung erzielt werden.The property of resonant nanoparticles to change wavelengths depends on their dipole properties. These are dependent both on the shape and on their arrangement in the mutual electromagnetic near field. However, with old forms of nanoparticles which are easy to produce, the antenna effects can be enhanced by a corresponding arrangement or modified in their properties. Spherical metal nanoparticles can be produced at low cost, forming efficient dipoie in twos or threes by touch or near proximity. The use of resonant nanoparticles can be achieved by coordinating the mutual removal of a defined number of nanoparticles, in IdeatfaH also determining the position geometry, and depending on the materials used, the surrounding materials and the particle sizes and particle shapes, a reproducible behavior with respect to wavelength conversion.

Die Probleme derartiger bekannter Vorrichtungen bestehen zunächst im Aufwand, Nanopartikel besonderer Form herzustelien. Dementsprechend steigtauch der Aufwand, die wechselseitige Lagegeometrie der resonanten Nanopartikel feslzulegen. Durch Anwendung mehrerer Beschichtungs- und Ablösungsprazesse können beispielsweise auf einem ebenen Trägermedium pyramidenartige Partikel in einer bestimmten Struktur abgeschieden werden. Die mehrfachen Arbeitsschritte machen dieses Verfahren allerdings aufwendig, verfahrensbedingt ist die Anordnung der Nanopartikel nur mit deren Form gemeinsam adaptierbar, und die resultierende Anordnung erstreckt sich nur in der Fläche.The problems of such known devices are initially in the effort to produce nanoparticles of particular shape. Accordingly, the effort to set the mutual positional geometry of the resonant nanoparticles also increases. By applying several coating and Ablösungsprazesse pyramidal particles can be deposited in a specific structure, for example, on a flat support medium. However, the multiple steps make this process consuming, process-related, the arrangement of the nanoparticles is adaptable only with their shape together, and the resulting arrangement extends only in the area.

Darüber hinaus kommt es bei vielen bekannten Formen der Frequenzwandlung zu einem Enengieveriust der nur durch spezifische Frequenzwandlung mittels mehrerer Teiichen vermieden werden kann. Es ist in den meisten Fällen unabdingbar, dass sich die Nanopartikel in naher räumliche Lage zueinander befinden. Daher werden die entsprechenden Materialien mit einem Nanostrukturierungsverfahren aufgebracht oder geformt und damit die wechselseitigen Abstände und Lage hinreichend genau definiert. Diese Nanostrukturierung ist mitunter technisch aufwendig und mit hohen Kosten verbunden. Der Herstellung von Nanopartikeln an den für die Anwendung vorgesehenen Plätzen sind enge Grenzen gesetzt. 5/27 6 / 46 26-03-2013Moreover, in many known forms of frequency conversion, there is a lack of Enengieveriust that can be avoided only by specific frequency conversion by means of several Teiichen. In most cases, it is essential that the nanoparticles are in close spatial proximity to each other. Therefore, the corresponding materials are applied or formed using a nanostructuring process, thus defining the mutual distances and position with sufficient accuracy. This nanostructuring is sometimes technically complex and associated with high costs. The production of nanoparticles in the places intended for the application are very limited. 5/27 6/46 26-03-2013

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Thomas Lederer, Gernot PlenlrtgerThomas Lederer, Gernot Plenglger

Durch den Zusammenschluss mehrerer Nanopartikei zu einem zwei- oder dreidimensionalen geometrischen Gebilde können spezifische Dipol- oder Mehrpol-Geomeirsen gebildet werden. Den Zusammenschluss von mehreren Partikeln zu einem definierten Gebilde ist jedoch technisch aufwendig. Diese bestimmten geometrische Formen weisen, sofern mit einer elektromagnetischen Weile bestrahlt, Feidüberhöhungen in bestimmten benachbarten räumlichen Regionen auf. Die Platzierung weiterer Nanopartikei in diesen Räumen mit Fe Id Überhöhung erfordert die Messung der tatsächlichen Lage der geometrischen Form und die nanometer-genaue Positionierung von einzelnen Nanoteilchen.By combining several nanoparticles into a two- or three-dimensional geometric entity, specific dipole or multipole geomeirses can be formed. However, the merger of several particles into a defined structure is technically complicated. These particular geometric shapes, if irradiated with an electromagnetic wave, have Feid peaks in certain adjacent spatial regions. The placement of additional nanoparticles in these spaces with Fe Id elevation requires the measurement of the actual position of the geometric shape and the nanometer-accurate positioning of individual nanoparticles.

Die einzelnen Materialien, die eine Frequenzwandlung ermöglichen, haben jeweils einen imaginären Anteil in ihrem Brechungsindex, Dadurch werden Schichten und Ansammlungen dieser Materialien intransparent Sofern die absorbierte Energie nicht vollständig wieder emittiert wird, kommt es zu einer Aufheizung des Materials.The individual materials that enable frequency conversion each have an imaginary part in their refractive index, thereby layers and accumulations of these materials are intransparent If the absorbed energy is not completely re-emitted, it comes to a heating of the material.

Viele der Frequenzwandlungsprozesse, insbesondere jene die Up-Conversion ermöglichen, haben geringe Konversionswahrscheiniichkeiten pro passierter Länge in einem frequenzwandelndem Medium. Die Schichten von frequenzwandelnden Medien müssen daher dick sein um nennenswerte Konversionseffizienzen zu erzielen. Bei jeder Methode zur Wellenlängenwandlung gibt es für eine bestimmte Schichtdicke und eine diese durchdringende Leistungsdichte an Photonen einer bestimmten Wellenlänge eine bestimmte Wahrscheinlichkeit, dass Frequenzwandlung auftritt. Somit ist es vorteilhaft, die Schichtdicke auf die entsprechende Anwendung hin zu optimieren.Many of the frequency conversion processes, particularly those that allow up-conversion, have low conversion probabilities per pass-length in a frequency-transforming medium. The layers of frequency-converting media must therefore be thick to achieve significant conversion efficiencies. In any wavelength conversion method, for a given layer thickness and power density of photons of a particular wavelength that penetrate it, there is a certain probability that frequency conversion will occur. Thus, it is advantageous to optimize the layer thickness to the appropriate application.

Sofern verlustbehafte Prozesse vermieden werden können, ist eine jeweils größere Schichtdicke einer geringeren Schichtdicke in der Anwendung überlegen. In der Praxis stehen einer Maximierung der Schichtdicke immer der Kostenfaktor und gegebenenfalls räumliche oder gewichtsmäßige Beschränkungen gegenüber, sodass einer Erhöhung der Schichtdicke enge Grenzen gesetzt sind. Das kann soweit führen, dass bei manchen Anwendungen eine wirtschaftlich tragbare Schichtdicke keine brauchbaren Ergebnisse liefert, und somit eine Wellenlängenwandlung aus wirtschaftlichen Gründen nicht möglich ist.If lossy processes can be avoided, a larger layer thickness in each case is superior to a smaller layer thickness in the application. In practice, the maximization of the layer thickness is always counteracted by the cost factor and possibly spatial or weight restrictions, so that narrow limits are set for increasing the layer thickness. This can lead to the extent that in some applications, an economically acceptable layer thickness provides no useful results, and thus a wavelength conversion for economic reasons is not possible.

Viele Frequenzwandiungsprozesse beruhen darauf dass, innerhalb der Lebensdauer eines Exziions ein weiteres erzeugt wird, bzw. ein weiteres Photon dem bereits angeregten Elektron Energie überträgt. Um dies zu erreichen ist die Leistungsdichte des Sonnenspektrums bzw. der technischen Lichtquelle zu gering.Many frequency-wall processes are based on the fact that within the lifetime of one exciton another one is generated, or another photon transmits energy to the already excited electron. To achieve this, the power density of the solar spectrum or the technical light source is too low.

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Printed: 27-03-2013 E014 10 2013/50208 7 52 016 AG/F!Printed: 27-03-2013 E014 10 2013/50208 7 52 016 AG / F!

Thomas Lederer, Gernot PleningerThomas Lederer, Gernot Plinger

Da bei einer Wandlung von langwelligem zu kurzwelligem Licht die Gesamtenergie nicht zunehmen kann, wird meist die Energie einer größeren Anzahl langwelliger Photonen in die Energie von einer geringeren Anzahl kurzwelliger Photonen gewandelt. Eine Ausnahme ist der Fall, wo die geringe Energie einer Gitterschwingung ins emittierte Photon mit einfließt, in den anderen Fällen werden für die Wandlung zu einem kurzwelligen Photon eine größere Anzahl an langwelligen Photonen benötigt. Das Erfordernis, dass mindestens zwei Photonen innerhalb kurzer Zeit {der Zeitraum der jeweiligen Lebensdauer des angeregten Zustandes) auf einen kleinen Ort (der jeweilige Wirkungsquerschnitt) der möglichen Wellenlängenwandlung eintreffen, zeigt, dass diese Vorgänge sehr von der verfügbaren Photonendichte abhängen. Für einige Möglichkeiten zur Niederkonversion von Licht ist ebenso die Absorption zweier oder mehrerer Photonen nötig. Beispielsweise kann ein kurzweiliges Photon zwar in ein Photon geringerer Energie gewandelt werden, wenn das emittierte Photon auch mehr ais die Hälfte der Energie des ursprünglich absorbierten Photons aufweist, allerdings zu dem Preis, dass die Energiedifferenz entweder als Wärme oder in einem Photon wesentlich größerer Wellenlänge verloren geht. Um Photonen zur Gänze zu solchen Photonen zu wandein, die jeweils mehr als die Hälfte der Energie der kurzwelligen, absorbierten Photonen aufweisen, und das im idealfail ohne Wärmeveriuste, sind Prozesse, die mehrere Photonen umfassen, unumgänglich. So können beispielsweise zwei Photonen geringer Wellenlänge in drei Photonen größerer Wellenlänge gewandelt werden, wobei die emittierten Photonen (im Idealfail) zwei Drittel der Energie der ursprünglich absorbierten Photonen aufweisen.Since the conversion of long-wave to short-wave light, the total energy can not increase, usually the energy of a larger number of long-wave photons is converted into the energy of a smaller number of short-wave photons. An exception is the case where the low energy of a lattice vibration is included in the emitted photon, in the other cases a larger number of long-wave photons are needed for the conversion to a short-wave photon. The requirement that at least two photons arrive within a short time (the period of each excited state lifetime) at a small location (the respective cross section) of the possible wavelength conversion shows that these events are very dependent on the available photon density. For some low-conversion light options, the absorption of two or more photons is also necessary. For example, while an entertaining photon may be converted to a lower energy photon, if the emitted photon also has more than half the energy of the initially absorbed photon, at the price that the energy difference is lost either as heat or in a photon of substantially greater wavelength goes. To completely shun photons to those photons that each have more than half the energy of the shortwave absorbed photons, and ideally in the heat without heat loss, processes involving multiple photons are inevitable. For example, two low-wavelength photons can be converted into three larger-wavelength photons, with the emitted photons (in the ideal case) two-thirds of the energy of the originally absorbed photons.

Je nach verfügbarer Lichtquelle kann das Erfordernis von zwei oder mehrerer Photonen in einem engen Zeitfenster auf kleinem Raum ein Problem darstellen, das die technische Verwendung der genannten Vorgänge substantiell beeinträchtigt. Sei es, dass die Leistung eines Bauteils aus Gründen der Sparsamkeit und Kosteneffizienz so gering wie möglich gehalten werden, soll, oder dass es sich um eine nicht veränderbare Lichtquelle handelt, wie in der Photovoltaik, wo Sonnenlicht mit einer überschaubaren Leistungsdichte auftrifft. Speziell in der Photovoltaik kann die Konzentration des Sonnenlichts über entsprechende Linsensysteme nur bis zum maximalen Leistungsdurchsatz der entsprechenden Solarzellen gesteigert werden.Depending on the available light source, the requirement of two or more photons in a narrow time window in a small space may pose a problem that substantially adversely affects the technical use of the above operations. Whether it is to keep the performance of a component as low as possible for reasons of economy and cost-efficiency, or that it is a non-variable light source, as in photovoltaics, where sunlight hits with a manageable power density. Especially in photovoltaics, the concentration of sunlight through corresponding lens systems can only be increased up to the maximum power throughput of the corresponding solar cells.

Weiters ist die Verwendung von Konzentratorsystemen abhängig von der durchschnittlichen Sonneneinstrahlung - zum Teil wegen nötiger Nachführungssysteme und dem erhöhten Raumbedarf - in der Regel nicht wirtschaftlich. 8/46 26-03-2013Furthermore, the use of concentrator systems depending on the average solar radiation - in part because of necessary tracking systems and the increased space requirements - usually not economical. 8/46 26-03-2013

Pim\e&. 27-03-2013 £014 10-2013/50208Pim \ s &. 27-03-2013 £ 014 10-2013 / 50208

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Thomas Lederer, Gernot PlenirtgerThomas Lederer, Gernot Plenirtger

Die Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der elektromagnetische Strahlung, insbesondere Licht, manipuliert und insbesondere in ihrer Frequenz gewandelt werden kann, ohne die oben genannten Probleme der bekannten Vorrichtungen hervorzurufen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zu schaffen, mit dem eine erfindungsgemäße Vorrichtung einfach hergesteüt werden kann, ohne die oben genannten Probleme der bekannten Herstellungsverfahren hervorzurufen.The object of the invention is therefore to provide a device with which electromagnetic radiation, in particular light, manipulated and in particular can be converted in their frequency, without causing the above-mentioned problems of the known devices. A further object of the invention is to provide a method by which a device according to the invention can be produced simply without causing the abovementioned problems of the known production methods.

Die technische Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung zur Manipulation, insbesondere Frequenzwandlung, von elektromagnetischer Strahlung, insbesondere von Licht, gelöst, umfassend Komponenten zur Strukturbildung, die in zumindest annähernd dichter, vereinzelte oder verbundene Zwischenräume aufweisender Packung angeordnet sind, wobei in den Zwischenräumen und/oder in den Komponenten zur Strukturbildung eingelagerte Komponenten angeordnet sind, wodurch die Position dieser eingelagerten Komponenten in einem kleinen lokalen Bereich festgelegt ist, wobei die Komponenten zur Stnukturbildung und die eingelagerten Komponenten derart ausgeführt und angeordnet sind, dass die eingelagerten Komponenten die zumindest annähernd dichte Packung höchstens geringfügig stören, wobei die Komponenten zur Strukturbildung und/oder die eingelagerten Komponenten derart ausgeführt und positioniert sind, dass sie eine Manipulation, insbesondere eine Frequenzwandlung, der elektromagnetischen Strahlung herbeiführen oder unterstützen.The technical object is achieved by a device for manipulation, in particular frequency conversion, of electromagnetic radiation, in particular of light, comprising components for pattern formation, which are arranged in at least approximately dense, isolated or interconnected interspaces comprising pack, wherein in the spaces and / or components embedded in the structure-forming components are arranged, whereby the position of these embedded components is defined in a small local area, wherein the components for structuring and the embedded components are designed and arranged such that the embedded components at most close the at least approximately dense packing slightly disturbing, wherein the components for structure formation and / or the embedded components are designed and positioned such that they are a manipulation, in particular a frequency conversion, the electromagnetic induce or support radiation.

Die eingelagerten Komponenten können derart ausgeführt und positioniert sein, dass sie durch Streuung, insbesondere resonante Streuung, eine Änderung der freien Weglange der elektromagnetischen Strahlung bewirken.The embedded components can be designed and positioned in such a way that they cause a change in the free path length of the electromagnetic radiation as a result of scattering, in particular resonant scattering.

Bei Verwendung metallischer Partikel als eingelagerte Komponenten, als strukturbildende Komponenten, oder als Zwischenmedium (sogenannte "inverse Opalstruktur") kann die Eigenschaft der Reflexion maßgeblich zur Manipulation der elektromagnetischen Strahlung beitragen.When using metallic particles as embedded components, as structure-forming components, or as an intermediate medium (so-called "inverse opal structure"), the property of the reflection can significantly contribute to the manipulation of the electromagnetic radiation.

Die Komponenten zur Strukturbildung weisen vorzugsweise eine größere Ausdehnung auf als die eingelagerten Komponenten. Die eingelagerten Komponenten können überwiegend in den Zwischenräumen angeordnet sein.The components for structure formation preferably have a greater extent than the embedded components. The embedded components can be arranged predominantly in the intermediate spaces.

Die eingelagerten Komponenten können als Streuzentren für Licht, insbesondere ats Nanopartikel, vorzugsweise als Metallpartikel, Quantendots, nichtlineare Kristalle oder Nanoantennen ausgeführt sein.The embedded components can be embodied as scattering centers for light, in particular as nanoparticles, preferably as metal particles, quantum dots, nonlinear crystals or nanoantennas.

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Thomas Lederer, Gernot PleningerThomas Lederer, Gernot Plinger

Die Komponenten zur Strukturbildung und/oder die eingeiagerten Komponenten können optisch nichtlineares Material umfassen.The structural formation components and / or the incorporated components may comprise optically nonlinear material.

Die Komponenten zur Strukturbiidung können in bestimmten Wellenlängenbereichen des elektromagnetischen Spektrums, vorzugsweise im Wellenlängenbereich sichtbaren Lichts, transparent sein.The components for structuring may be transparent in certain wavelength ranges of the electromagnetic spectrum, preferably in the wavelength range of visible light.

Die Zwischenräume können mit einem Füllmedium versehen sein, wobei die eingeiagerten Komponenten vorzugsweise Teil des Füümediums sind.The interstices may be provided with a filling medium, wherein the incorporated components are preferably part of the Füümediums.

Die Komponenten zur Strukturbitdung können zumindest annähernd kugelförmig sein und in zumindest annähernd dichter Kugelpackung vorliegen.The components for Strukturbitdung may be at least approximately spherical and be present in at least approximately dense sphere packing.

Die Komponenten zur Strukturbildung können geometrisch regelmäßige Formen aufweisen, insbesondere quaderförmig, würfelförmig, ringförmig, zylinderförmig, stäbchenförmig, hantelförmig, tetraederförmig, prismaförmig, sternförmig, kugelförmig oder stachelig sein.The components for structure formation may have geometrically regular shapes, in particular cuboid, cube-shaped, annular, cylindrical, rod-shaped, dumbbell-shaped, tetrahedral, prism-shaped, star-shaped, spherical or prickly.

Die Komponenten zur Strukturbildung können verformt, insbesondere gestreckt (stäbchenartig), gestaucht (scheibchenartig), abgeplattet, gedreht, abgekantet (an den Ecken), abgekantet (an den Kanten), oder sphärisch (mit konvex oder konkav gewölbten Seitenflächen) ausgeführt sein, oderauch als Mischungen oder Modifikationen dieser Formen ausgeführt sein.The components for structure formation may be deformed, in particular stretched (rod-like), compressed (disk-like), flattened, twisted, folded (at the corners), bevelled (at the edges), or spherical (with convex or concave curved side surfaces), or also be carried out as mixtures or modifications of these forms.

Die Komponenten zur Strukturbildung können Mischungen von gleichen oder unterschiedlichen Formen und möglichen Verformungen sein.The components for structure formation may be mixtures of the same or different shapes and possible deformations.

Die Komponenten zur Strukturbildung können zumindest annähernd in einer Kristall Struktur oder einer Quasikristallstruktur angeordnet sein.The components for pattern formation can be arranged at least approximately in a crystal structure or a quasicrystal structure.

Die Komponenten zur Strukturbiidung können eine Umhüllung aufweisen, wobei die Umhüllung vorzugsweise eingelagerte Komponenten umfasstThe structural components may comprise a sheath, the sheath preferably comprising embedded components

In der Umhüllung können, vorzugsweise außenliegend, mehrere, vorzugsweise vier bis zwölf, besonders bevorzugt acht, eingetagerte Komponenten vorgesehen sein.In the envelope, preferably, outside, several, preferably four to twelve, more preferably eight, stored components can be provided.

Die eingeiagerten Komponenten können als resonante Partikel, vorzugsweise als metallische Partikel umfassend Kupfer, Silber, Gold, Platin und andere Platinmetalle, Aluminium und/oder Quecksilber ausgeführt sein oder diese umfassen. 9/27 10/46 26-03-2013 10 52 016 AG/FI Thomas Lederer, Gerrtot PieningerThe incorporated components can be in the form of or comprise resonant particles, preferably metallic particles comprising copper, silver, gold, platinum and other platinum metals, aluminum and / or mercury. 9/27 10/46 26-03-2013 10 52 016 AG / FI Thomas Lederer, Gerrtot Pieninger

Die Komponenten zur Strukturbildung können als annähernd kugelförmige transparente Partikel mit einem Durchmesser von 50nm bis 500nm, vorzugsweise 100nm bis 24önm, bevorzugt etwa 160nm, gebildet sein, die eine dichte Kugeipackung mit annähernd tetraedisch geformten Zwischenräumen bilden und die eingelagerten Komponenten können überwiegend als Metallpartikel, vorzugsweise als Silberpartikel ausgeführt sein.The components for structure formation can be formed as approximately spherical transparent particles having a diameter of 50 nm to 500 nm, preferably 100 nm to 24 nm, preferably about 160 nm, which form a dense Kugeipackung with approximately tetrahedral shaped spaces and the embedded components can predominantly as metal particles, preferably be designed as silver particles.

Die eingelagerten Komponenten können derart ausgeführt sein, dass in den Zwischenräumen jeweils mehrere, vorzugsweise zwei bis vier eingelagerten Komponenten Platz finden, ohne die Packung der Komponenten zur Strukturbildung maßgeblich zu verändern.The stored components can be designed in such a way that in the intermediate spaces in each case several, preferably two to four embedded components find space without significantly changing the packing of the components for structure formation.

Die Komponenten zur Strukturbildung können zumindest teilweise eingeiagerte Komponenten umfassen, wobei die eingelagerten Komponenten als metallischer Kem, vorzugsweise umfassend Silber, mit einem Durchmesser von 2nm bis 110nm, vorzugsweise von 8nm bis 50nm, bevorzugt etwa 24nm, ausgeführt sein können.The components for structure formation may comprise at least partially incorporated components, wherein the embedded components as a metallic core, preferably comprising silver, with a diameter of 2nm to 110nm, preferably from 8nm to 50nm, preferably about 24nm, may be performed.

Die eingelagerien Komponenten können geometrisch regelmäßige Formen aufweisen, insbesondere quaderförmig, würfelförmig, ringförmig, zylinderförmig, stäbchenförmig, hantelförmig, tetraederförmig, prismaförmig, sternförmig, kugelförmig, oder stachelig.The embedded components may have geometrically regular shapes, in particular cuboid, cube-shaped, annular, cylindrical, rod-shaped, dumbbell-shaped, tetrahedral, prism-shaped, star-shaped, spherical, or prickly.

Die eingelagerten Komponenten können verformt, insbesondere gestreckt (stäbchenartig), gestaucht (scheibchenartig), abgeplattet, gedreht, abgekantet (an den Ecken), abgekantet (an den Kanten), sphärisch (konvex oder konkav gewölbte Seitenflächen) ausgeführt sein, oder Mischungen dieser Formen oder Modifikationen sein.The embedded components may be deformed, in particular stretched (rod-like), compressed (disc-like), flattened, turned, folded (at the corners), bevelled (at the edges), spherical (convex or concave curved side surfaces) executed, or mixtures of these forms or modifications.

Die eingelagerten Komponenten können Mischungen von gleichen oder unterschiedlichen Formen und möglichen Verformungen sein, wobei es sich um gleiche oder andere Mischungen als bei den strukturgebenden Komponenten handeln kann.The incorporated components may be mixtures of the same or different shapes and possible deformations, which may be the same or different mixtures than the structuring components.

Die eingelagerten Komponenten können ais vorzugsweise zylindrische Metallstäbchen ausgeführt sein oder vorzugsweise zylindrische Meialistäbchen umfassen.The embedded components can be embodied preferably as cylindrical metal rods or preferably comprise cylindrical Meialistäbchen.

Der Durchmesserder Metailstäbchen kann etwa dem Inkreis des Zwischenraumes zwischen den Komponenten zur Sirukturbildung entsprechen, wenn diese in zumindest annähernd dichter Packung angeordnet sind. 11/46 11 Printed; 27-03-2013 E014 10 2013/50208 52 016 AG/Fl Thomas Lederer, Gernot PleningerThe diameter of the metal rods may correspond approximately to the inscribed circle of the space between the components for structure formation, if they are arranged in at least approximately close packing. 11/46 11 Printed; 27-03-2013 E014 10 2013/50208 52 016 AG / Fl Thomas Lederer, Gernot Pleninger

Die Länge der Metailstäbchen kann etwa dem durchschnittlichen Radius der Komponenten zur Strukturbiidung entsprechen.The length of the metal rods can be approximately equal to the average radius of the structural components.

Die Erfindung umfasst weiters Vorrichtungen, die eine erfindungsgemäße Vorrichtung umfassen oder denen eine erfindungsgemäße Vorrichtung zugeordnet ist. Dazu zählt beispielsweise ein Konzentrator, ein Wellenleiter oder eine Schichtstruktur mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, sowie eine Solarzelle, umfassend eine erfindungsgemäße Vorrichtung.The invention further includes devices which comprise a device according to the invention or to which a device according to the invention is assigned. These include, for example, a concentrator, a waveguide or a layer structure with a device according to the invention, as well as a solar cell comprising a device according to the invention.

Weiters umfasst die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung zur Manipulation, insbesondere zur Frequenzwandiung von elektromagnetischer Strahlung, insbesondere von Licht, umfassend folgende Schritte: (a) Bereitstellung Komponenten zur Strukturbiidung, (b) Bereitstellung von eingeiagerten Komponenten, (c) Durchmischung der Komponenten zur Strukturbildung mit den eingelagerten Komponenten zur Formung eines Gemisches, (d) Behandlung und Verdichtung des Gemisches derart, dass die Komponenten zur Strukturbildung in zumindest annähernd dichter, vereinzelte oder verbundene Zwischenräume aufweisender Packung zu liegen kommen, wobei in den Zwischenräumen eingelagerte Komponenten angeordnet sind, wodurch die Positron dieser eingelagerten Komponenten in einem kleinen lokalen Bereich festgelegt wird, und die eingelagerten Komponenten die annähernd dichte Packung höchstens geringfügig stören, wobei die eingeiagerten Komponenten derart ausgeführt und positioniert sind, dass sie eine Manipulation, insbesondere eine Frequenzwandlung, der elektromagnetischen Strahlung herbeiführen oder unterstützen.Furthermore, the invention comprises a method for producing a device for manipulation, in particular for the frequency conversion of electromagnetic radiation, in particular of light, comprising the following steps: (a) provision of components for structure formation, (b) provision of incorporated components, (c) mixing of the components for structuring with the embedded components to form a mixture, (d) treating and compacting the mixture in such a way that the components for structure formation come to lie in at least approximately dense, singulated or interconnected interstices of the packing, wherein components stored in the interstices are arranged, whereby the positron of these embedded components is set in a small local area, and the embedded components at most slightly disturb the approximately dense packing, wherein the incorporated components are designed and positioned such that they are a manipulation, in particular a frequency conversion, cause or support the electromagnetic radiation.

Die eingeiagerten Komponenten und/oderdie Komponenten zur Strukturbiidung können in einem Füllmedium bereitgesteift werden, oder dem Gemisch kann ein Füllmedium hinzugefügt werden.The incorporated components and / or structural components may be provided in a filling medium, or a filling medium may be added to the mixture.

Die Durchmischung in Schritt c) kann durch physikalische Prozesse, insbesondere mechanische Erschütterung, bevorzugt Ultraschallbehandlung, erfolgen. Die Verdichtung in Schritt d) kann durch physikalische Prozesse, vorzugsweise Unterdruckbehandiung oder Überdruckbehandlung, und/oder chemische Prozesse erfolgen. Die eingelagerten Komponenten können als Kondensations-, Kristaltisations-, und/oder Abscheidungskeime bereitgestellt werden. Die Kondensations-, Kristallisations-, und/oder Abscheidungskeime können Im Schritt c) mit den Komponenten zur Strukturbildung durchmischt wenden, und im Schritt durch Kondensations-, Abscheidungs- und/oder Kristaliisationsbehandlung ihr Volumen derart vergrößern, dass sie zwischen den Komponenten zur Strukturbildung unbeweglich fixiert werden. 11/27 12/46 26-03-2013The mixing in step c) can be effected by physical processes, in particular mechanical vibration, preferably ultrasound treatment. The compaction in step d) can be effected by physical processes, preferably underpressure treatment or overpressure treatment, and / or chemical processes. The embedded components can be provided as condensation, crystallization, and / or deposition nuclei. The condensation, crystallization, and / or deposition nuclei may be mixed with the patterning components in step c) and, in the condensation, deposition and / or crystallization treatment step, increase their volume to be immobile between the pattern formation components be fixed. 11/27 12/46 26-03-2013

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Thomas Lederer, Gemot PleningerThomas Lederer, Gemot Plinger

In Schritt c) und/oder in Schritt d) kann der Druck des Füllmediums zunächst verringert werden, um die darin befindlichen eingeiagerten Komponenten besser zu verteilen, Das Füilmedium kann als Feststoff, Flüssigkeit, Gas, oder Flüssigkeit mit darin gelöstem Gas, insbesondere ais Lösungsmittel, ausgeführt sein.In step c) and / or in step d), the pressure of the filling medium can first be reduced in order to better distribute the incorporated components therein. The filling medium can be in the form of solid, liquid, gas or liquid with dissolved gas, in particular as solvent be executed.

Es wird vorzugsweise eine Struktur benutzt, die aus einer zumindest annähernd dichten Packung von Partikeln (strukturgebende Komponenten) besteht, wobei deren dichte Packung Lücken aufweist, Dies ist beispielsweise bei der Struktur des Opals gegeben, bei dem eine dichte Packung kugelförmiger Partikel vorliegt, die entsprechende Lücken aufweist. Die strukturgebenden Komponenten bilden vorzugsweise eine periodisch oder quastperiodisch angeordnete Struktur.It is preferably used a structure which consists of an at least approximately dense packing of particles (structuring components), wherein the dense packing has gaps, This is for example given the structure of the opal, in which a dense packing of spherical particles is present, the corresponding Has gaps. The structuring components preferably form a periodically or tessperiodically arranged structure.

In die Lücken werden Partikel (eingeiagerte Komponenten) eingebracht, die aufgrund der Anordnung der Lücken nur bestimmte Lagen, und damit nur bestimmte Abstände und wechselseitige Lagegeometrien einnehmen können. Die eingeiagerten Komponenten verändern bet geeigneter Anordnung die Struktur und Periode oder Ouasipertode der strukturgebenden Komponenten vorzugsweise nicht maßgeblich.In the gaps, particles (incorporated components) are introduced, which due to the arrangement of the gaps only certain positions, and thus can take only certain distances and mutual positional geometries. The incorporated components do not significantly alter the structure and period or Ouasipertode of the structuring components of a suitable arrangement.

Die relative Größe der eingeiagerten Komponenten soll die Ausbildung der dichten Packung der strukturgebenden Komponenten höchstens geringfügig verhindern. Weiters kann durch günstige Wahl des Größenverhältnisses, und abhängig von der Form der jeweiligen Komponente, bestimmt werden, wieviele Komponenten maximal in einer Lücke Platz finden können. Dabei kann es, je nach Anwendung, von Vorteil sein, möglichst viele Komponenten gegebener relativer Größe in jeweils einer Lücke zu platzieren. Umgekehrt kann es auch von Vorteil sein, möglichst wenige Komponenten in einer Lücke zu platzieren, odereine optimale, mittlere Anzahl von Komponenten anzustreben.The relative size of the incorporated components should at most slightly prevent the formation of the dense packing of the structuring components. Furthermore, by a favorable choice of the size ratio, and depending on the shape of the respective component, it can be determined how many components can at most be accommodated in a gap. Depending on the application, it may be advantageous to place as many components of a given relative size as possible in each gap. Conversely, it can also be advantageous to place as few components as possible in a gap or to strive for an optimum, medium number of components.

Die eingelagerten Komponenten sind nach Größe und Form vorzugsweise so bemessen, daß sie bereits aufgrund der räumlichen Verhältnisse ihren Platz innerhalb der periodischen (oder quasiperiodischen) Struktur nicht verlassen können. Dies kann durch Einschließung in einer Lücke zwischen mehreren strukturgebenden Komponenten geschehen, durch eine entsprechende Größe, die den Durchgang von einer Lücke in eine benachbarte Lücke verhindert, oder durch entsprechende Abmessungen, welche beispielsweise eine längliche Komponente, die innerhalb zweier benachbarter Lücken und dem entsprechenden Durchgang positioniert ist, daran hindern, eine andere Position odereine ähnliche Position an anderer Steife in der periodischen (oder quasiperiodischen) Struktur einzunehmen. 12/27 13/46 26-03-2013 13 52 016 AG/Fl Thomas Lederer, Gsrnot PlenirtgerThe embedded components are preferably dimensioned in size and shape so that they can not leave their place within the periodic (or quasiperiodic) structure due to the spatial conditions. This can be done by enclosing in a gap between several structuring components, by an appropriate size that prevents passage from one gap to an adjacent gap, or by appropriate dimensions, such as an elongated component, within two adjacent gaps and the corresponding passageway is positioned to occupy a different position or position at other stiffeners in the periodic (or quasi-periodic) structure. 12/27 13/46 26-03-2013 13 52 016 AG / Fl Thomas Lederer, Gsrnot Plenirtger

Dadurch kann gewährleistet werden, dass die in den Lücken fixierten Komponenten nicht oder nur innerhalb der Lücken wandern können, bzw. in und zwischen mehreren Lücken fixiert sind. Befinden sich mehrere Komponenten in derselben Lücke, ist der Abstand zwischen zwei eingelagerten Komponenten vorzugsweise kleiner als die längste Strecke innerhalb einer Lücke.This can ensure that the components fixed in the gaps can not migrate or only within the gaps, or are fixed in and between several gaps. If several components are in the same gap, the distance between two embedded components is preferably smaller than the longest distance within a gap.

Bei Betrachtung zweier beliebiger eingeiagerter Komponenten in jeweils einer unterschiedlichen Lücke ist der Abstand zwischen diesen Komponenten vorzugsweise mindestens so groß wie die kürzeste Entfernung der beiden betrachteten Lücken, aber vorzugsweise höchstens so groß wie die längst mögliche Strecke zwischen den zwei Lückenhüllen.Considering two arbitrary incorporated components each in a different gap, the distance between these components is preferably at least as great as the shortest distance of the two considered gaps, but preferably at most as large as the longest possible distance between the two gap envelopes.

Die Abstände der Lücken treten in der Rege! periodisch oder quasi-periodisch auf, womit auch oben beschriebene kürzeste Entfernungen zwischen zwei Lücken und längste Entfernungen zwischen zwei Lückenhüllen jeweils mit einem Vielfachen einer Gitterkonstante der jeweiligen Raumrichtung anwächst.The gaps of the gaps occur in the rain! periodically or quasi-periodically, with which also the shortest distances described above between two gaps and longest distances between two gap envelopes increases in each case with a multiple of a lattice constant of the respective spatial direction.

Durch die regelmäßige Anordnung der Lücken in einem entsprechenden Gitter ergibt sich somit eine wesentlich genauere Bestimmbarkeit der wechselseitigen Abstände der eingelagerten Komponenten untereinander, als dies bei zufälliger Verteilung der eingelagerten Komponenten (selbst bei derselben durchschnittlichen Häufigkeit) der Fall wäre.The regular arrangement of the gaps in a corresponding grid thus results in a much more precise determinability of the mutual distances of the stored components with one another, as would be the case with random distribution of the embedded components (even at the same average frequency).

Durch geeignete Abmessungen der eingelagerten Komponenten kann die maximale Anzahl von eingeiagerten Komponenten innerhalb einer Lücke begrenzt werden. Da sich alle eingelagerten Komponenten auf genau das Gesamtlückenvolumen verteilen, kann die Dichte der eingelagerten Komponenten innerhalb der Lücken statistisch gut eingeschätzt werden. Bei geeignet hoher Dichte an eingelagerten Teilchen kann ihre wahrscheinliche Anordnung innerhalb einer Lücke gut abgeschätzt werden, weil sich die eingelagerten Komponenten bei steigender Größe oder Anzahl vermehrt an der Lückenhülle orientieren müssen.By suitable dimensions of the stored components, the maximum number of stored components can be limited within a gap. Since all embedded components are distributed to exactly the total gap volume, the density of the embedded components within the gaps can be estimated statistically well. With a suitably high density of embedded particles their probable arrangement within a gap can be estimated well, because the stored components must increasingly orient themselves with increasing size or number at the gap envelope.

Es können mehrere Arten von eingelagerten Komponenten unterschiedlicher Größe in die Lücke der strukturgebenden Komponenten eingebracht werden, wobei die größere Art der eingeiagerten Komponenten einen größeren Teil der Lücke einnimmt und der kleineren Art der eingeiagerten Komponenten wiederum eine räumliche Struktur vorgibt. 14/46 10 2013/50208Several types of embedded components of different sizes can be introduced into the gap of the structuring components, wherein the larger type of incorporated components occupies a larger part of the gap and in turn dictates a spatial structure to the smaller type of incorporated components. 14/46 10 2013/50208

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Das Herstellungsverfahren kann umfassen die Schritte der Zubereitung und Durchmischung der Komponenten in geeignetem Mengenverhältnis, und Formierung der Struktur durch; Schüttung, Verminderung bzw. Veränderung des Zwischenmediums durch chemische Prozesse, die zu höherer Dichte führen, physikalische Prozesse wie Verdunstung oder Verdampfung, Saugwirkung bzw. Unterdrück, oder Presswirkung bzw. Überdruck, mechanische Erschütterungen, mechanische Verdichtung, Verdichtung durch Beschleunigung, Ultraschall, oder einer Kombination der vorstehenden Mechanismen,The manufacturing method may include the steps of preparing and mixing the components in an appropriate proportion, and forming the structure by; Bulk, reduction or change of the intermediate medium by chemical processes that lead to higher density, physical processes such as evaporation or evaporation, suction or negative pressure, or pressing or overpressure, mechanical shocks, mechanical compression, compression by acceleration, ultrasound, or a Combination of the above mechanisms,

Das Herstellungsverfahren kann ebenso umfassen die Schritte der Zubereitung und Durchmischung der Komponenten, wobei dio kleinen Komponenten zumindest zum Teil nur als Vorstufen (beispielsweise als Kondensationskerne) eingebracht werden, wobei diese Vorstufen von einer Größe sein können, die einen Durchgang zwischen Lücken der fertigen Struktur entweder erlaubt oder nicht erlaubt Bildung der Struktur wie oben, und Bildung der fertigen kleinen Komponenten in den Lücken durch Kondensation, Kristallisation, Abscheiden aus Lösung, Abscheiden von Stoffen aus den Vorstufen der kleinen Komponenten an das umgebende Medium, oder an die großen, strukturgebenden Komponenten, Aufnahme der kleinen Komponenten von Stoffen aus dem umgebenden Medium, oder aus den großen, strukturgebenden Komponenten.The method of preparation may also include the steps of preparing and mixing the components, wherein at least some of the small components are introduced only as precursors (for example, as condensation nuclei), which precursors may be of a size that allows passage between gaps in the finished structure allowed or not allowed formation of the structure as above, and formation of the final small components in the gaps by condensation, crystallization, separation from solution, deposition of substances from the precursors of the small components to the surrounding medium, or to the large structuring components, Inclusion of small components of substances from the surrounding medium, or from the large, structuring components.

Neben den Fertigungsmögiichkeiten durch Ultraschall oder Entzug des Zwischenmediums kann noch ein besonderes Verfahren eingesetzt werden; während der Anlagerung der großen strukturgebenden Komponenten zu einer dichten Masse und damit zum Teil zur gewünschten dichten Packung wird der Druck des Zwischenmediums folgendermaßen geregelt: Nachdem die angestrebte dichte Packung der strukturgebenden Komponenten zum Teil erreicht ist, wird der Druck des Zwischenmediums verringert; das Zwischenmedium dehnt sich dementsprechend aus, und generiert zusätzliches Volumen, direkt proportional zum Volumen des jeweilig vorhandenen Volumens an Lösungsmittel. In jenen Lücken, in denen sich mehr der kleinen Komponenten befinden, findet sich ein entsprechend geringeres Volumen an Zwischenmedium ~ damit kann bei passender Druckverringerung genau jene Lücken “geöffnet” werden (durch das angestiegene Volumen des darin befindlichen Zwischenmediums), die eine zu geringe Menge an kleinen Komponenten beinhalten. Voraussetzung für dieses Vorgehen ist die Wahl eines geeigneten Zwischenmediums,In addition to the manufacturing possibilities by means of ultrasound or removal of the intermediate medium, a special method can still be used; During the deposition of the large structuring components to a dense mass and thus in part to the desired dense packing, the pressure of the intermediate medium is controlled as follows: After the desired dense packing of the structuring components is achieved in part, the pressure of the intermediate medium is reduced; the intermediate medium accordingly expands and generates additional volume, directly proportional to the volume of the respective volume of solvent present. In those gaps, in which more of the small components are, there is a correspondingly lower volume of intermediate medium ~ thus, with appropriate pressure reduction, precisely those gaps can be "opened" (by the increased volume of the intermediate medium contained therein), which is too small to include small components. A prerequisite for this procedure is the choice of a suitable intermediate medium,

Besonders in Frage kommen Flüssigkeiten, Gase, oder Flüssigkeiten, die Gase mit entsprechendem Partialdruck gelöst enthalten. Auch chemische Reaktionen kommen für die gezielte Erhöhung des Drucks des Zwischenmediums innerhalb der Lücken in Frage. 15/46 26-03-2013 15 52 016 AG/FI Thomas Lederer, Gemot PleningerParticularly suitable are liquids, gases, or liquids containing dissolved gases with corresponding partial pressure. Also, chemical reactions come into question for the targeted increase of the pressure of the intermediate medium within the gaps. 15/46 26-03-2013 15 52 016 AG / FI Thomas Lederer, Gemot Pleninger

Vorzugsweise ist der Raum zwischen den großen, strukturbildenden Komponenten zur Gänze mit kleinen Komponenten, oder zusätzlich zu den kie'ine Komponenten mit einem Zwischen medium gefüllt Ein Zwischenmedium kann während der Strukturbildung, wahrend einer etwaigen Bildung, Umbildung, oder Umstrukturierung der kleinen Komponenten, im fertigen Zustand vorhanden sein, Das Zwischen medium kann gasförmig, flüssig, oder fest sein. Es kann seinen Aggregatszustand verändern, oder auch eine Mischung darstellen (beispielsweise ein in Flüssigkeit gelöstes Gas). Es können verschiedene Zwischenmedien zur Anwendung kommen, wobei diese durch Austausch, chemische Veränderung, Materialaustausch mit den großen, strukturbildenden Komponenten, Materiaiaustausch mit den kleinen Komponenten oder ihren Vorstufen, oder thermische Veränderung, ausgetauscht oder verändert werden können.Preferably, the space between the large structure-forming components is entirely filled with small components, or in addition to the kie'ine components, with an intermediate medium. An intermediate medium may be present during pattern formation, during any formation, remodeling, or restructuring of the small components The intermediate medium can be gaseous, liquid or solid. It may change its state of aggregation or it may be a mixture (for example, a gas dissolved in liquid). Various intermediate media can be used, which can be exchanged or changed by exchange, chemical modification, material exchange with the large structure-forming components, material exchange with the small components or their precursors, or thermal change.

Die Komponenten zur Strukfurbildung können geometrisch regelmäßige Formen aufweisen, insbesondere quaderförmig, würfelförmig, ringförmig, zylinderförmig, stäbchenförmig, hanteiförmig, tetraederförmig, prismaförmig, sternförmig, kugelförmig oder stachelig sein. Die Komponenten zur Strukturbiidung können verformt, insbesondere gestreckt (stäbchenartig), gestaucht (scheibchenartig), abgeplattet, gedreht, abgekantet (an den Ecken), abgekantet (an den Kanten), oder sphärisch (mit konvex oder konkav gewölbten Seitenflächen) ausgeführt sein, oderauch als Mischungen oder Modifikationen dieser Formen ausgeführt sein.The components for structural formation may have geometrically regular shapes, in particular cuboid, cube-shaped, annular, cylindrical, rod-shaped, dumbbell-shaped, tetrahedral, prism-shaped, star-shaped, spherical or prickly. The structural components may be deformed, in particular stretched (rod-like), upset (disc-like), flattened, twisted, canted (at the corners), canted (at the edges), or spherically (with convex or concavely-curved side surfaces) be carried out as mixtures or modifications of these forms.

Die Komponenten zur Strukturbildung können Mischungen von gleichen oder unterschiedlichen Formen und möglichen Verformungen sein. Strukturgebende Komponenten, sowie auch eingelagerte Komponenten können eine Kern - Hüllen - Struktur aufweisen, wobei Kern und Hülle, bzw. mehrere Hüllen untereinander gleiche Form oder unterschiedliche Form aufweisen können. Die großen, strukturgebenden Komponenten können in einerdichten Kugelpackung, einer Packung, die einem Kristall entspricht, einer Packung, die eine Quasiperiode im Sinne einer dreidimensionalen Penrose- Parkettierung entspricht, angeordnet sein, wobei die entsprechenden Gitterplätze genau, mit Abweichungen, oder bei verzerrtem, gestrecktem, gestauchtem oder gedrehtem Gitter belegt sein können. Die dadurch entstehenden Lücken können voneinander gänzlich getrennt, oder kommunizierend sein, das heißt, über Kanäle miteinander verbunden (wie bei einer dichten Kugelpackung)The components for structure formation may be mixtures of the same or different shapes and possible deformations. Structurizing components, as well as embedded components, can have a core-shell structure, wherein the core and the shell, or a plurality of shells, can have the same shape or different shape. The large structuring components may be arranged in a sealed sphere package, a package that corresponds to a crystal, a package that corresponds to a quasi-period in the sense of a three-dimensional Penrose tiling, the corresponding grid locations being exactly, with deviations, or distorted, stretched , compressed or twisted grid can be occupied. The resulting gaps can be completely separated from each other, or communicating, that is, connected via channels (as in a dense sphere packing)

Auch können Anordnungen der großen, strukturgebenden Komponenten an Gittern mit nur wenigen Gitterperioden (bei Anordnung im Quasikristall entsprechend: wenige Quasiperioden) erfolgen, das heißt, die Dimensionierung der beschriebenen Struktur kann in einer Dimension (Stange, Stab, auch gewunden / gebogen / gedreht), in zwei Dimensionen (Fläche, auch verformt) beschränkt sein, in drei Dimensionen und in Richtung einer solchen möglichen Beschränkung eine Tiefe von nur wenigen Gitterperioden (bzw. Quasiperioden) haben. 16/46 16Prirfted: 27-03-2013 E014 10 2013/50208 52 016 AG/FI Thomas Lederer, Gemot PleningerArrangements of the large, structuring components can also take place on gratings with only a few grating periods (when arranged in the quasicrystal corresponding to: a few quasi-periods), that is to say the dimensioning of the structure described can be in one dimension (rod, rod, also wound / bent / rotated) , in two dimensions (area, also deformed), have a depth of only a few grating periods (or quasip diodes) in three dimensions and in the direction of such a possible restriction. 16/46 16Prirfted: 27-03-2013 E014 10 2013/50208 52 016 AG / FI Thomas Lederer, Gemot Pleninger

Die eingelagerten Komponenten, die durch die Packung der großen, strukturgebenden Komponenten strukturiert wenden, können in den Lücken, in den großen, strukturgebenden Komponenten (beispielsweise als Kern oderais Kerne) positioniert sein.The embedded components, which are structured by the packing of the large structuring components, may be positioned in the gaps, in the large structuring components (for example, as core or cores).

Die Einbringung der kleinen Komponenten in die Lücken der dichten Packung der großen Komponenten kann prinzipiell auf mehreren Wegen erfolgen: durch Vermengung der großen Komponenten mit den Kleinen, und Formung der Struktur (z.B. durch Schüttung, Verminderung des Zwischenmediums, mechanische Erschütterungen oder Ultraschall), sodass die kleinen Komponenten in den Lücken zu liegen kommen, durch Einbringung in Hüllen der großen, strukturgebenden Komponenten, verbunden mit Kompression, oder Abtragung dieser Hülle durch Einbringung von Vorstufen der kleinen Komponenten in Hüllen der großen, strukturgebenden Komponenten, verbunden mit Kompression, oder Abtragung dieser Hülle, durch Einbringung von Vorstufen der kleinen Komponenten in eine bereits fertige Struktur, wenn (geometrisch, wie bei einer Kugelpackung, oder chemisch) Kanäle offenstehen, die das Passieren von diesen Vorstufen erlauben, und Ausprägung der Komponenten in den Lücken der fertigen Struktur.The introduction of the small components in the gaps of the dense packing of the large components can in principle be done in several ways: by mixing the large components with the little ones, and shaping the structure (eg by bedding, reduction of the intermediate medium, mechanical vibrations or ultrasound), so the small components get in the gaps, by incorporation into sheaths of the large structuring components associated with compression, or removal of this sheath by introduction of precursors of the small components in sheaths of the large structuring components associated with compression, or ablation thereof Sheath, by incorporating precursors of the small components into an already finished structure when (geometrically, as in a spherical packing, or chemically), channels open to allow passage of these precursors and embossing of the components in the gaps of the finished structure.

Ebenso vorgesehen ist die Einbringung der fertigen kleinen Komponenten in die fertige Struktur der großen Komponenten, wenn die Kanäle so groß sind, dass sie ein Passieren der fertigen kleinen Komponenten gestatten, wenn die kleinen Komponenten sich ausreichend stark in den Lücken anreichem, wenn eine höhere Konzentration an kleinen Komponenten in den Lücken vorliegt (auch, wenn man nur den den kleinen Komponenten zur Verfügung stehenden Raum zur Berechnung der Konzentration heranzieht), oder wenn noch eine geeignete Nachbearbeitung erfolgt, die ausreichend sicherstellt, dass die kleinen Komponenten sich großteüs nur in den Lucken befinden (durch Kompression der Struktur der großen Komponenten, durch Anlagerung von Material an (unter anderem) den großen Komponenten), 16/27 17/46 26-03-2013Also provided is the incorporation of the finished small components into the finished structure of the large components when the channels are so large as to allow passage of the finished small components if the small components are sufficiently rich in the gaps, if a higher concentration of small components in the gaps (even if one only uses the space available for calculating the concentration of the small components), or if there is still a suitable post-processing that sufficiently ensures that the small components are large only in the gaps (by compression of the structure of the large components, by attachment of material to (among other things) the large components), 16/27 17/46 26-03-2013

Printed; 27-03-20,13 E014 ίθ 2013/50208 17 52 016 AG/FlPrinted; 27-03-20,13 E014 ίθ 2013/50208 17 52 016 AG / Fl

Thomas Lederer, Gernot PleningerThomas Lederer, Gernot Plinger

Bei Einbringung von kleinen Komponenten oder deren Vorstufen in die fertige Struktur, oder im Zuge der Bildung der Struktur,kann mit wenig Aufwand eine schichtweise Bildung erfolgen, sodass kontinuierlich, oder mit scharfen Schichtgrenzen Komponenten mit anderen Eigenschaften (Material, Form, Größe) zur Anwendung kommen, sodass die fertige Vorrichtung bezüglich ihrer Eigenschaften ein Gefälle bzw. einen Gradienten aufweist, möglicherweise proportional zur Schichtdicke.When introducing small components or their precursors into the finished structure, or in the course of the formation of the structure, a layered formation can be carried out with little effort, so that components with different properties (material, shape, size) are used continuously or with sharp layer boundaries come so that the finished device has a slope or a gradient in terms of their properties, possibly proportional to the layer thickness.

Die eingelagerten und oder strukturgebenden Komponenten können, durch die Wahl ihres Materials, eine oder mehrere der folgenden Funktionen bewerksteiiigen: Lichtstreuung bzw. Anderson-Lokalisation von Licht, Frequenz Wandlung durch ihr Haibleitermaterial, beispielsweise als Guantendot, Frequenzwandlung durch ihr optisch nicht lineares Material, Frequenzwandiung durch ihre Reeortanzfählgkeit mit elektromagnetischen Weiien, das heißt, durch ihre Eigenschaft, als entsprechende Nanoantenne allein oder mit anderen Komponenten der Struktur zu wirken.The embedded and / or structuring components can, by the choice of their material, accomplish one or more of the following functions: light scattering or Anderson localization of light, frequency conversion by their semiconductor material, for example Guantan Dot, frequency conversion by their optically non-linear material, frequency walling by its radiopacity with electromagnetic Weiien, that is, by their capacity to act as a corresponding nanoantenna alone or with other components of the structure.

Als Streupartikel kommen Komponenten in Frage, die aus einem Material hergestellt sind, das mindestens eine der folgenden Eigenschaften aufweist: transparent, aber unterschiedlicher Brechungsindex als das umgebende Material, intransparent, intransparent und reflektierend, wobei eingelagerte Komponenten, die keine dieser genannten Eigenschaften aufweisen, bei ansonsten geeigneter Beschaffenheit auch nur zur Frequenzwandiung beisteuern können, oder auch zur Strukturierung anderer eingeiagerter Komponenten innerhalb einer Lücke,Suitable as scattering particles are components made of a material which has at least one of the following properties: transparent but different refractive index than the surrounding material, non-transparent, non-transparent and reflective, embedded components having none of these properties otherwise suitable condition can only contribute to the frequency wall, or also for structuring other incorporated components within a gap,

Eine Verdichtung von Licht wird bewerkstelligt durch streuende Komponenten, Die möglichen Positionen sind durch die Strukturierung der großen, strukturbildenden Komponenten auf bestimmte Bereiche beschränkt Durch eine nahezu periodische Strukturierung wird eine schärfere Verteilung der vorhandenen durchschnittlich freien Weg längen erreicht, als dies bei einem unstrukturierten Medium mit Streupartikeln der Fall wäre.The possible positions are limited to certain areas by the structuring of the large, structure-forming components. By means of almost periodic structuring, a sharper distribution of the available average free path lengths is achieved than with an unstructured medium Scattering particles would be the case.

Einrichtungen zur Frequenzwandlung können sich in der Gesamtstruktur an allen geeigneten Orten finden. Abhängig von ihrer Beschaffenheit hinsichtlich Transparenz und Formgebung bzw. Größe: nicht transparente Materialien wie Halbleiter oder Metalle werden in den eingelagerten Komponenten zur Anwendung gebracht, transparente Materialien wie optisch nicht lineare Materialien können sowohl in den großen, strukturgebenden Komponenten ais auch in den eingelagerten Komponenten verwendet werden. Bei besonderer Ausführung der Struktur können auch die großen, strukturgebenden Komponenten, oder das Zwischenmedium intransparent, aber ausreichend reflektierend ausgeführt sein. 18/46 26-03-2013 18 52 016 AG/Fi Thomas Lederer, Gemot PleningerFrequency conversion devices can be found in the forest at any suitable location. Depending on their nature in terms of transparency and shape or size: non-transparent materials such as semiconductors or metals are used in the embedded components, transparent materials such as non-linear materials can be used both in the large structuring components and in the embedded components become. In a special embodiment of the structure, the large, structuring components, or the intermediate medium can also be designed to be opaque but sufficiently reflective. 18/46 26-03-2013 18 52 016 AG / Fi Thomas Lederer, Gemot Pleninger

Es können auch mehrere Arten der Frequenzwandlung in einer Struktur angewendet werden: Metallpartikel und Haibleiterpartikel als strukturierte eingelagerte Komponenten, optisch nicht lineares Material als große strukturbildende Komponenten, nur zwei der genannten Mechanismen miteinander kombiniert, Anwendung eines einzelnen der genannten Medianismen zur Frequenzwandlung, Nutzung einer anderen Wirkweise zur Frequenzwandiung an geeigneter Stelle der Struktur aileine, oder in Kombination mit einem oder mehreren der genannten Mechanismen zur Frequenzwandlung.It is also possible to use several types of frequency conversion in a structure: metal particles and semiconductor particles as structured embedded components, optically nonlinear material as large structuring components, only two of the mechanisms mentioned combined, application of a single one of said medianisms for frequency conversion, use of another Mode of action for the frequency wall at a suitable location of the structure aileine, or in combination with one or more of the said mechanisms for frequency conversion.

Auch kann die Frequenzwandiung nur durch optisch nichtiineares Material erfolgen, aus dem die großen, strukturgebenden Komponenten gefertigt sind, und die eingelagerten Komponenten sind transparent und bewerkstelligen Streuung nur durch einen Brechungsindex, der sich vom umgebenden Medium unterscheidet.The Frequenzwandiung can be made only by optically nichtiineares material from which the large structuring components are made, and the embedded components are transparent and accomplish scattering only by a refractive index that is different from the surrounding medium.

Die entsprechenden Mechanismen zur Frequenzwandlung können mit besonderer Optimierung des Streuverhaltens bei besonderen Frequenzen, oder ohne eine solche Optimierung erfolgen, wobei eine Optimierung so erfolgen kann, das Licht einer bestimmten Frequenz oder in einem bestimmten Frequenzbereich besonders stark verdichtet wird, relativ wenig verdichtet wird, wobei in derselben Struktur eine Optimierung auf ein unterschiedliches Verdichtungsverhaiten bei unterschiedlichen Wellenlängen erfolgen kann.The corresponding mechanisms for frequency conversion can be carried out with particular optimization of the scattering behavior at particular frequencies, or without such optimization, wherein an optimization can be carried out so that the light of a certain frequency or in a particular frequency range is particularly highly compressed, relatively little compressed, wherein in the same structure can be optimized for a different compression Verhaiten at different wavelengths.

Besonders bietet sich eine mehrfache Optimierung an, damit Licht in einem bestimmten gewünschten Frequenzbereich die Struktur schnell verlassen kann, und Licht in einem zweiten bestimmten, gewünschten Frequenzbereich soweit wie möglich verdichtet wird, um es effizient der Frequenzwandlung zuzuführen.In particular, a multiple optimization is suggested so that light in a certain desired frequency range can leave the structure quickly, and light is condensed as much as possible in a second specific, desired frequency range to efficiently feed it to frequency conversion.

Die Struktur als Vorrichtung zur relativen Verdichtung von Licht und Erhöhung der relativen Leistungsdichte kann mit Frequenzwandiung, ohne Frequenzwandlung, oder mit einer Frequenzwandlung, die nicht direkt in der Struktur selbst verortet ist, sondern beispielsweise die Begrenzung der Struktur darstellt, sowie mit anderen Mechanismen, die sich beispielsweise als eingelagerte Komponenten in der gesamten Struktur darstellen lassen, verwendet werden. 19/46The structure as a device for relative compression of light and increase of the relative power density can be with Frequenzwandiung, without frequency conversion, or with a frequency conversion, which is not located directly in the structure itself, but for example, the limitation of the structure, as well as with other mechanisms For example, they can be represented as embedded components throughout the structure. 19/46

Prirrted: 27-03-2013 1014 10 2013/50208 52 016 AG/FI Thomas Lederer, Gemot PleningerPrirrted: 27-03-2013 1014 10 2013/50208 52 016 AG / FI Thomas Lederer, Gemot Pleninger

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung erfolgt anhand der im Folgenden beschriebenen Wirkmechanismen.The mode of action of the device according to the invention takes place on the basis of the action mechanisms described below.

Zunächst kann eine Verdichtung von Licht durch Streuung und Wegverlängerung erfolgen. Vorzugsweise werden dafür transparente strukturfoiidende Komponenten, kein oder transparentes Zwischenmedium, sowie eingetagerte Komponenten mit ähnlicher oder geringerer Größe als der Wellenlänge des Lichtes eingesetzt. Bei Agglomeration mehrerer eingeiagerter Komponenten in Lücken ist die Aggfomerationsgröße bzw. Lückengröße eine relevante Größe, welche die Wellenlänge des zu verdichtenden Lichts nicht überschreiten darf.First, a compression of light by scattering and path extension can take place. Preferably, transparent Strukturfoiidende components, no or transparent intermediate medium, as well as stored components of similar or smaller size than the wavelength of the light are used. In the case of agglomeration of several incorporated components in gaps, the agglomeration size or gap size is a relevant quantity which must not exceed the wavelength of the light to be compacted.

Weiters kann Verdichtung von Licht durch Anderson-Lokalisation des Lichtspektrums erfolgen. Anderson-Lokalisation von Licht bezieht sich auf die konstruktive Interferenz der Weilenfunktion eines Photons von zwei nichtidentischen, zeitreversibien Wegen. Dieses Verhalten tritt insbesondere dann auf, wenn die durchschnittlich freie Wegiänge des Lichts in einem besonderen Verhältnis zu dessen Wellenlänge steht. Die Struktur wird in diesem Fall vorzugsweise so angeordnet, dass die durchschnittliche freie Weglänge des Lichts bei der am meisten zu verdichtenden Wellenlänge, multipliziert mit zwei Pi, möglichst ähnlich oder gleich groß der hauptsächlich zu verdichtenden Wellenlänge ist.Furthermore, densification of light can be done by Anderson localization of the light spectrum. Anderson's localization of light refers to the constructive interference of the photon's temporal function of two nonidentical, time-reversed paths. This behavior occurs in particular when the average free path length of the light is in a particular relationship to its wavelength. The structure in this case is preferably arranged such that the average free path of the light at the wavelength to be densified multiplied by two Pi is as similar as possible or equal to the wavelength to be mainly compressed.

Vorzugsweise werden die eingelagerten Komponenten mit definiertem Abstand zwischen benachbarten Lücken angeordnet, sodass dadurch ein geeigneter Abstand für Reaktionen unter Beteiligung mehrerer Komponenten erreicht ist Die Strukturierung des Abstandes von Komponenten zweier benachbarter Lücken ist in jenen Fällen interessant, wenn der zu erreichende optimale Abstand für die beabsichtigte Reaktion relativ groß ist, oder wenn der Abstand zwischen zwei Lücken relativ klein ist, jeweils verglichen mit der Größe einzelner Komponenten.Preferably, the embedded components are arranged with a defined spacing between adjacent gaps, thereby providing a suitable distance for multi-component reactions. The patterning of the spacing of components of two adjacent gaps is of interest in those cases where the optimum distance to be achieved is for the intended one Reaction is relatively large, or when the distance between two gaps is relatively small, each compared to the size of individual components.

Es kann ein Problem vermieden werden, das auftritt, wenn die Größenverhältnisse so gewählt werden, das maximal eine Komponente Platz in einer Lücke findet, und wenn weiters versucht wird, die entsprechende Struktur durch eine Mischung bereits gänzlich vorgefertigter Komponenten und durch Kompression zu erzeugen. Wird in einem solchen Falt ein Mischungsverhältnis gewählt, sodass die Anzahl der kleinen Komponenten identisch oder zumindest nahezu identisch ist mit der Anzahl der sich bildenden Lücken, dann führt jedes zufällige Auftreten von zwei oder mehr kleinen Komponenten zu einem Gitterfehler der zu bildenden Struktur. Umgekehrt bleiben dann genau so viele Lücken ohne eingelagerte Komponenten, wie kleine Komponenten in den Gitterfehlern zu finden sind, abzüglich jeweils einer Komponente pro Lücke.A problem can be avoided, which occurs when the proportions are chosen that maximally one component finds space in a gap, and further tries to produce the corresponding structure by mixing already fully prefabricated components and by compression. If a blend ratio is chosen in such a fold such that the number of small components is identical or at least nearly identical to the number of gaps formed, then any random occurrence of two or more small components will result in a lattice defect of the structure to be formed. Conversely, just as many gaps remain without embedded components as small components can be found in the lattice defects, minus one component per gap.

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Thömas Lederer, Gemot PleningerThömas Lederer, Gemot Pleninger

Durch eine starke Verringerung der verhältnismäßigen Anzahl an Komponenten kann zwar das Auftreten von Gitterfehlern zunehmend verringert oder gar vermieden werden, allerdings nur zu dem Preis, daß vermehrt Lücken leer bleiben. Eine Erhöhung der Anzahl an Komponenten stellt zwar zunehmend das Vorhandensein mindestens einer Komponente in jeder Lücke sicher, allerdings zum Preis einerweiteren Vermehrung von Gitterfehlern, Eine hohe Gleichmäßigkeit von mit kleinen Komponenten besetzten Lücken Ist vor allem für die Verdichtung durch Licht erforderlich, weil nur so bestimmte, in berechenbarer Verteilung vorliegende Abstände zwischen Streuzentren {den kleinen Komponenten) produziert werden können, wobei die Verteilung der Abstände wesentlich einheitlicher voriiegt, als beispielsweise in einem unorganisierten Medium zur Streuung,By greatly reducing the relative number of components, although the occurrence of lattice defects can be increasingly reduced or even avoided, but only at the price that more gaps remain empty. Although an increase in the number of components increasingly ensures the presence of at least one component in each gap, but at the price of a further increase in lattice defects, a high uniformity of small component occupied gaps is required especially for the compression by light, because only so specific , distances between scattering centers (the small components) can be produced in a computable distribution, the distribution of the distances being substantially more uniform than, for example, in an unorganized medium for scattering,

Die Lösung dieses Problems geschieht dadurch, dass das durchschnittliche Verhältnis von Lückenanzahi, Lückengröße und Lückenform, Anzahl der kleinen Komponenten und deren Größe und Form so gewählt wird, dass bei einer starken Abweichung vom statistischen Durchschnitt der Anzahl der kleinen Komponenten pro Lücke dennoch sich mindestens ein Komponenten in einer Lücke befindet, auf der anderen Seite nicht so viele Komponenten in einer Lücke aufeinandertreffen, daß damit das Lückenvoiumen (oder in zumindest einer Dimension die entsprechende Weite der Lücke) überschritten wird.The solution to this problem is that the average ratio of gap size, gap size and gap shape, number of small components and their size and shape is chosen so that at a large deviation from the statistical average of the number of small components per gap nevertheless at least one Components are in a gap, on the other hand, not so many components meet in a gap, so that the gap voienen (or in at least one dimension, the corresponding width of the gap) is exceeded.

Wenn eine Lücke maximal n Komponenten beinhalten kann, und die Anzahl der kleinen Komponenten zu den verfügbaren Lücken so gewählt ist, dass durchschnittlich p Komponenten auf eine Lücke kommen, so lösen statistische Häufungen von bis zu n Komponenten keinen Gitterfehler aus, das heißt, n - p ist die Anzahl kleiner Komponenten innerhalb einer Lücke, um die die durchschnittliche Anzahl kleiner Komponenten innerhalb einer Lücke überschritten werden kann, ohne das deshalb ein Gitterfehierauftrltt, Umgekehrt bezeichnet p - 1 die Anzahl kleiner Komponenten innerhalb einer Lücke, um die die durchschnittliche Anzahl kleiner Komponenten innerhalb einer Lücke unterschritten werden kann, sodass noch immereine kleine Komponente innerhalb dieser Lücke als Stneuzentrum zur Verfügung steht.If a gap can contain a maximum of n components, and the number of small components to the available gaps is chosen such that average p components encounter a gap, statistical bursts of up to n components will not trigger lattice errors, that is, n - p is the number of small components within a gap by which the average number of small components within a gap can be exceeded, without therefore a grid misalignment, conversely, p-1 denotes the number of small components within a gap, around which the average number of small components within a gap, so that there is still a small component within this gap as Stneuzentrum available.

Um Gitterfehler zu minimieren und dennoch leere Lücken zu vermeiden, sind die Dimensionen der kleinen Komponenten so zu wählen, daß möglichst viele in eine Lücke passen, und die Menge der verwendeten kleinen Komponenten ist so zu wählen, daß durchschnittlich weniger kleine Komponenten auf eine Lücke kommen als möglich wäre. Einer statistischen Betrachtung zufolge liegt das Optimum bei der Hälfte (das heißt, durchschnittlich kommen halb so viele kleine Komponenten auf eine Lücke, ais maximal Platz in ihr finden können), je nach Anwendung kann dieses Verhältnis aber über alle Werte zwischen nahe 0% und nahe 100% variiert werden. 21/46 26-03-2013 102013/50208In order to minimize lattice defects and still avoid empty gaps, the dimensions of the small components should be chosen so that as many as possible fit in a gap, and the amount of small components used should be chosen so that on average less small components come to a gap as possible would be. From a statistical point of view, the optimum is half (that is, on average, half as many small components can be found in a gap, maximum space in it), but depending on the application, this ratio can be close to 0% and close 100% be varied. 21/46 26-03-2013 102013/50208

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Thomas Lederer, Gernot PleningerThomas Lederer, Gernot Plinger

Die Wahl der Größen und Formen der beiden Komponenten (eingelagerte und strukturgebende) mit Rücksicht darauf, dass möglichst viele in eine Lücke passen, stellt nur ein Optimierungskriterium dar und kann mehr oder weniger beachtet oder gänzlich außer Acht gelassen werden.The choice of the sizes and shapes of the two components (embedded and structuring) with regard to the fact that as many as possible fit in a gap, is only one criterion for optimization and can be more or less respected or ignored altogether.

Je nach Anwendung kann es erforderlich sein wenige Komponenten in unmittelbarer Nähe zueinander (und damit in einer Lücke) zu positionieren. In diesem Fall muss von einer statistischen Größen- und Anzahloptimierung abgegangen werden. Als guter Mittelweg ist im nachfolgenden Beispiel eine Struktur und die jeweiligen relativen Abmessungen aufgeführt, bei der in einer Lücke maximal vier kleine Komponenten Platz finden, und auf jede Lücke im Durchschnitt 2,5 bzw. 3 Komponenten kommen. Genau so kann die Dimensionierungen von großen, strukturgebenden Komponenten (und damit der Lücken) und der kleinen Komponenten sowie ihre zahlenmäßigen Verhältnisse aufeinander abgestimmt wenden, um statistisch sehr häufig eine bestimmte Mindestanzahl kleiner Komponenten innerhalb einer Lücke sicherzustellen,Depending on the application, it may be necessary to position a few components in the immediate vicinity of each other (and thus in a gap). In this case, a statistical size and number optimization must be avoided. As a good middle ground, the following example shows a structure and the respective relative dimensions in which a maximum of four small components can be accommodated in a gap, and 2.5 or 3 components average for each gap. In the same way, the sizing of large, structuring components (and thus the gaps) and the small components as well as their numerical relationships can be coordinated so as to statistically ensure a certain minimum number of small components within a gap,

Dies ist relevant für die Bildung einer Struktur, die Reaktionen beinhaltet, die mehrere beteiligte Komponenten umfassen. So werden innerhalb einer Lücke eine gut abschätzbare Anzahl an kleinen Komponenten auf engem Raum zusammengebracht, was insbesondere für resonante Komponenten und die Erstellung einer Nanoantenne durch diese Komponenten und ihre nahe Anordnung (oder Verstärkung oder Modifikation ihrer bereits bestehenden Eigenschaften als Nanoantenne) wichtig ist. Auch die Reaktionen zwischen mehreren Komponenten unter anderem Halblester-Nanopartikeln werden durch eine definierte Mindestanzahl unterstützt.This is relevant to the formation of a structure that involves reactions involving several components involved. Thus, within a gap, a good predictable number of small components are brought together in a small space, which is particularly important for resonant components and the creation of a nano-antenna by these components and their close arrangement (or enhancement or modification of their already existing properties as a nano-antenna). The reactions between several components, including half-ester nanoparticles, are also supported by a defined minimum number.

Strukturierung von Komponenten mit definiertem Maximalabstand und gegebenenfalls statistisch abschätzbarer wechselseitiger Lage innerhalb einer Lücke ist auf eine solche Weise möglich, sodass dadurch sehr geringe Abstände für entsprechende Reaktionen mit mehreren beteiligten kleinen Komponenten gewährleistet sind. Beispiele dafür sind die Anordnung von resonanten, beispielsweise metallischen Komponenten, zu Nanoantennen, die Anordnung von Halbleiier-Nanopartikei mit minimalen Abständen zur Ermöglichung von Reaktionen mit mehreren beteiligten Komponenten, und die Anordnung von naheliegenden Nanopartikein teils aus Halbleiterkristailen, teils aus metallischen Kristallen, teils aus Nichtlinearen Kristallen.Structuring of components with a defined maximum distance and possibly randomly estimable mutual position within a gap is possible in such a way, so that very small distances for corresponding reactions with several involved small components are ensured. Examples of this are the arrangement of resonant, for example, metallic components, to nanoantenna, the arrangement of semiconductor nanoparticles with minimal distances to allow reactions with multiple components involved, and the arrangement of nearby nanoparticlesin part of Halbleiterkristailen, partly from metallic crystals, partly from Nonlinear crystals.

Es gibt entsprechende Größenverhältnisse bei gegebenen Lücken- und Komponentenformen, dass eine kleine Reduktion der Lückengröße zu einer Verringerung der Anzahl an maximal piatzfindenden Komponenten führen würde.There are corresponding size ratios for given gap and component shapes that a small reduction in gap size would result in a reduction in the number of maximum feature-finding components.

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Thomas Lederer, Gernot PleningerThomas Lederer, Gernot Plinger

Wird in solchen Fällen die Lücke durch weniger Komponenten befüllt als maximal Platz finden würden, befinden sich die Komponenten in unmittelbarer Nähe oder in Kontakt zueinander. Dies kann zur Formung verschiedener Dipole und Multipole sowie zur Formung von Strukturen aus Halbleiter oder nichtlinearen Kristallen mit unterschiedlichen Lagen, Längen und Geometrien führen, die für die Frequenzwandlung von Licht geeignet sind.If, in such cases, the gap is filled with fewer components than maximum space, the components are in close proximity or in contact with each other. This can lead to the formation of various dipoles and multipoles, as well as to the formation of structures of semiconductors or non-linear crystals with different layers, lengths and geometries suitable for the frequency conversion of light.

Weitere erfindungsgemäße Merkmale ergeben sich aus den Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen.Further features of the invention will become apparent from the claims, the description of the figures and the drawings.

AusführunasbeisoieleAusführunasbeisoiele

Im Folgenden wird die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:In the following the invention will be explained in more detail with reference to several embodiments. Show it:

Fig. 1 a - 1 b: ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;Fig. 1 a - 1 b: a first embodiment of a device according to the invention;

Fig. 2: eine Anordnung der strukturbildenden und eingelagerten Komponenten gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels;2 shows an arrangement of the structure-forming and embedded components according to a second embodiment;

Fig. 3: eine Anordnung der strukturbiidenden und eingelagerten Komponenten gemäß eines dritten Ausführungsbeispiels;3 shows an arrangement of the structure-based and embedded components according to a third embodiment;

Fig. 4: ein viertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;4 shows a fourth embodiment of a device according to the invention;

Fig. 5: eine Anordnung der strukturbildenden und eingelagerten Komponenten gemäß eines fünften Ausführungsbeispiels;5 shows an arrangement of the structure-forming and embedded components according to a fifth embodiment;

Fig. 6: eine Anordnung der strukturbildenden und eingelagerten Komponenten gemäß eines sechsten Ausführungsbeispieis;6 shows an arrangement of the structure-forming and embedded components according to a sixth embodiment;

Fig. 7a - 7b: ein siebtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;Fig. 7a - 7b: a seventh embodiment of a device according to the invention;

Fig. 8a - 8c: eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.Fig. 8a - 8c: a schematic representation of the inventive method for producing a device according to the invention.

Fig. 1a und 1b zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Frequenzwandlung. Komponenten zur Strukturbiidung 1 in Form von sphärischen transparenten Komponenten sind in dichter Kugelpackung angeordnet. Die Anordnung in dichter Kugelpackung bewirkt das Vorhandensein von Zwischenräumen 3. in den Zwischenräumen 3 der Komponenten zur Strukturbildung 1 sind eingelagerte Komponenten 2 angeordnet.1a and 1b show a first embodiment of a device according to the invention for frequency conversion. Strukturbiidung 1 in the form of spherical transparent components are arranged in a dense sphere. The arrangement in dense spherical packing causes the presence of gaps 3. In the interstices 3 of the components for structure formation 1 embedded components 2 are arranged.

Fig. 2 zeigtein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei in den Zwischenräumen 3 mehrere, im vorliegenden Ausführungsbeispiel vier, eingelagerte Komponenten angeordnet sind. 23/46 26-03-2013Fig. 2 shows a second embodiment of a device according to the invention, wherein in the intermediate spaces 3 a plurality, in the present embodiment four, embedded components are arranged. 23/46 26-03-2013

Printed: 27-03-2013 E014 10 2013/50208 23 52 016 AG/FlPrinted: 27-03-2013 E014 10 2013/50208 23 52 016 AG / Fl

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Fig. 3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei in den Zwischenräumen 3 ein Fülimedium 4 vorgesehen ist, und die eingeiagerten Komponenten 2 Teil des Füilmediums 4 sind.Fig. 3 shows a third embodiment of a device according to the invention, wherein in the interstices 3 a filling medium 4 is provided, and the eingīagerten components 2 are part of the Füilmediums 4.

Fig. 4 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei die Komponenten zur Strukturbildung 1 nicht sphärisch, sondern quaderförmig mit abgerundeten Ecken ausgeführt sind. Wiederum bilden sich bei dichter Packung der Komponenten zur Strukturbildung 1 Zwischenräume 3, in denen die eingelagerten Komponenten 2 angeordnet sind.Fig. 4 shows a fourth embodiment of a device according to the invention, wherein the components for pattern formation 1 are not spherical, but cuboidal with rounded corners. Once again, with dense packing of the structural formation components 1, intermediate spaces 3 are formed, in which the embedded components 2 are arranged.

Fig. 5 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiet einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei die Komponenten zur Strukturbildung 1 einzelne eingelagerte Komponenten 2 umfassen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel bilden einzelne eingelagerte Komponenten 2 den Kem einzelner Komponenten zur Strukturbildung, und es sind zusätzlich in den Zwischenräumen 3 eingelagerte Komponenten 2 angeordnet.FIG. 5 shows a fifth exemplary embodiment of a device according to the invention, the components for structure formation 1 comprising individual embedded components 2. In the present exemplary embodiment, individual embedded components 2 form the core of individual components for structure formation, and additional components 2 stored in the intermediate spaces 3 are arranged.

Fig. 6 zeigt ein sechstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei die Komponenten zur Strukturbildung 1 eine Umhüllung 5 aufweisen, und einzelne eingelagerte Komponenten 2 ein Teil der Umhüllung 5 sind. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind in den Zwischenräumen 3 keine eingelagerte Komponenten 2 angeordnet.6 shows a sixth exemplary embodiment of a device according to the invention, wherein the components for pattern formation 1 have an envelope 5, and individual embedded components 2 are part of the envelope 5. In the present embodiment, no embedded components 2 are arranged in the spaces 3.

Fig. 7a -7b zeigtein siebtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei Fig. 7b ein Schnittdarstellung entlang der Linie B-B in Fig. 7a ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind sphärische Komponenten zur Strukturbiidung 1 in dichter Kugelpackung angeordnet und bilden Zwischenräume 3. In den Zwischenräumen 3 sind eingelagerte Komponenten 2 in Form von zylindrischen Metallstäbchen 6 angeordnet.Figs. 7a-7b show a seventh embodiment of a device according to the invention, Fig. 7b being a sectional view along the line B-B in Fig. 7a. In the present embodiment, spherical components for Strukturbiidung 1 are arranged in a dense spherical packing and form spaces 3. In the interstices 3 embedded components 2 in the form of cylindrical metal rods 6 are arranged.

Fig. 8a -8b zeigtein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Zunächst werden die Komponenten zur Strukturbildung 1 in dichter Packung angeordnet, wobei eine teilweise ungleichmäßige Verteilung der eingelagerten Komponenten 2 voriiegt. Die eingelagerten Komponenten 2 sind in einem Fülimedium 4 angeordnet. Um die Verteilung der eingelagerten Komponenten 2 zu homogenisieren, wird zunächst ein Unterdrück erzeugt. Dies führt dazu, dass sich jene Zwischenräume 3, die zur Gänze mit dem Fülimedium 4 befüilt sind, stärker ausdehnen, als jene Zwischenräume 3, die teilweise mit eingelagerten Komponenten 3 befüilt sind. 23/27 24/46 26-03-2013Fig. 8a-8b shows an embodiment of a method according to the invention for producing a device according to the invention. First, the components for structure formation 1 are arranged in a tight pack, wherein a partially uneven distribution of the stored components 2 voriiegt. The embedded components 2 are arranged in a filling medium 4. In order to homogenize the distribution of the stored components 2, a suppression is first generated. As a result, those intermediate spaces 3, which are completely filled with the filling medium 4, expand more than those intermediate spaces 3, which are partially filled with embedded components 3. 23/27 24/46 26-03-2013

Printedf^£2Ö13 £014 -1 ο 2013/50208Printed £ 2 £ 13 £ 014 -1 ο 2013/50208

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Somit öffnen sich Verbindungswege zwischen den Komponenten zur Strukturbildung, und einzelne eingelagerie Komponenten 2 wandern in die leerstehenden Zwischenräume 3. Danach wird der Unterdrück wieder entfernt, die Komponenten zur Sfrukturbildung nehmen ihre ursprüngliche, dichte Position ein, und es steift sich eine Verteilung an abgelagerten Komponenten 2 ein, die wesentlich homogener ist als im Ausgangszustand. Dieser Vorgang kann während der Strukturbildung beliebig oft wiederholt werden.Thus, communication paths between the components for structure formation open, and individual embedded components 2 migrate into the vacant spaces 3. Thereafter, the suppression is removed again, the components for structuring take their original, dense position, and a distribution of deposited components is formed 2, which is much more homogeneous than in the initial state. This process can be repeated as often as desired during texture formation.

Bei sphärischen Partikeln als Komponenten zur Strukturbildung gelten folgende Größenverhältnisse: Haben eingelagerte sphärische Nanopartikel, die zwischen den strukturbildenden Sphären liegen, eine Größe kleiner als 7,735% des Durchmessers der strukturgebenden Komponenten, so sind sie zwischen den strukturgebenden Komponenten frei beweglich; das heißt, sie können die Engstellen zwischen drei benachbarten Sphären passieren. Weisen sie einen Durchmesser größer als 7,735%, so sind sie in einer "Kaverne”, das heißt, einer Lücke bzw. einem Zwischenraum, begrenzt durch vier strukturbiidende Komponenten und vier solcher Engstellen, gefangen. Weisen die sphärischen Nanopartikel einen größeren Durchmesser als 22,474% der strukturgebenden Sphären auf, so ist eine dichteste Kugelpackung der strukturgebenden Sphären geometrisch nicht mehr möglich, da alle Nanopartikel Gitterfehlstelien in der Kugelpackung nach sich ziehen.The following proportions apply to spherical particles as components for structure formation: If embedded spherical nanoparticles lying between the structure-forming spheres have a size smaller than 7.735% of the diameter of the structuring components, they are freely movable between the structuring components; that is, they can pass through the bottlenecks between three neighboring spheres. If they have a diameter greater than 7.735%, they are trapped in a "cavern," that is, a gap bounded by four structural components and four such bottlenecks. If the spherical nanoparticles have a larger diameter than 22.474% of the structuring spheres, a densest sphere packing of the structuring spheres is geometrically no longer possible, since all nanoparticles entail lattice defects in the sphere packing.

Zwischen diesen beiden Grenzen der Größe lassen sich Nanopartikel in den Kavernen lokalisieren. Die Absetzbarkeit und Bestimmbarkeit der Abstände der einzelnen Nanopartikel untereinander ist von dieser Lokalisierung abhängig, und darüber hinaus noch in höherem Detailgrad abhängig: bei Nanopartikel der maximalen Größe (22,474% der strukturgebenden Komponenten) liegt der Mittelpunkt der Nanopartikel immer im Mittelpunkt der Kaverne, wohingegen bei einer Größe nahe der minimalen Größe für eine Lokalisierung innerhalb der Kavernen (7,735% der strukturgebenden Komponenten) das betreffende Nanopartikel sich überall in der Kaverne befinden kann, mit Ausnahme der Engstellen zu den benachbarten vier Kavernen. Es nimmt also die Bestimmbarkeit des Ortes der Nanopartikel mit deren Größe zu (innerhalb der aufgezeigten Grenzen) - wenn man von einem einzelnen Nanopartikel ausgeht.Between these two limits of size, nanoparticles can be located in the caverns. The deductibility and determinability of the distances of the individual nanoparticles among each other depends on this localization, and moreover depends on a higher degree of detail: with nanoparticles of the maximum size (22.474% of the structuring components) the center of the nanoparticles always lies in the center of the cavern, whereas a size close to the minimum size for localization within the caverns (7.735% of the structuring components) the nanoparticle concerned can be located anywhere in the cavern, except for the bottlenecks to the adjacent four caverns. Thus, the determinability of the location of the nanoparticles increases with their size (within the limits shown) - assuming a single nanoparticle.

Bei mehreren in einer Kaverne sich befindlichen Nanopartikeln verhält es sich anders: bei genau zwei (gleich großen) Nanopartikeln innerhalb einer Kaverne liegt eine größenmäßige Obergrenze von ca. 16% vor, bei deren Überschreitung Gitterfehler notwendig auftreten. Diese Obergrenze gilt genauso bei bis zu vier Komponenten, weil diese sich tetraedisch in die Kaverne einlagern. 24/27 25/46 26-03-2013When there are several nanoparticles in a cavern, the situation is different: with exactly two nanoparticles (of the same size) within a cavern, there is an upper limit of approx. 16% which, if exceeded, causes lattice defects to occur. This upper limit also applies to up to four components because they are stored tetrahedrally in the cavern. 24/27 25/46 26-03-2013

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Vergleichbares gilt für eine größere Anzahl an Nanoieilchen in einer Kaverne, nämlich dass die Größenobergrenze für eine höhere Anzahl von Teilchen stufenmäßig ansteigt, und zwar jeweils gleichbteibt, bis ein neuer Tetraeder mit Sphären dichtester Packung befüllt ist (4,10,20, 35...). Zu beachten ist, daß die Einpassung mehrerer Nanopartikei in eine Kaverne nur be! vier Nanopartiket perfekt abgestimmt werden kann, und die Packungsgenauigkeit mit steigender Zahl der Nanopartikei abnimmt.The same applies to a larger number of nanoparticles in a cavern, namely that the upper limit of size for a higher number of particles increases in stages, and in each case the same, until a new tetrahedron is filled with densest packing spheres (4, 10, 20, 35). .). It should be noted that the fitting of several Nanopartikei in a cavern only be! four Nanopartiket can be perfectly matched, and the packing accuracy decreases with increasing number of Nanopartikei.

Werden Nanopartikei einer Größe zwischen ca. 16% und ca. 12% der Größe der strukturgebenden Komponenten verwendet (nach Möglichkeit näher bei 16%), und das in einer Anzahl, dass z,B. durchschnittlich 2,5 Nanopartikei auf eine Kaverne kommen, so führen die statistisch wahrscheinlichsten Abweichungen (ein, zwei, drei oder vier Nanopartikei in einer Kaverne) weder zu einer leeren Kaverne, noch zu einem Gitierfehier. Wählt man eine relative Konzentration der Nanopartikei so, daß durchschnittlich drei Nanopartikei auf eine Kaverne kommen, so weisen die beiden wahrscheinlichsten Abweichung (zwei oder vier Nanopartikei pro Kaverne) darüber hinaus noch die Eigenschaft auf, daß die entsprechenden Nanopartikei in der Kaverne fixiert sind, und ihre Lage zueinander und zu den strukturgebenden Sphären genau bekannt ist (von Lagesymetrien abgesehen: bei zwei Nanopartikein gibt es innerhalb der Kaverne sechs verschiedene mögliche Lagen, bei drei Nanopartikein sind es vier).If nanoparticles of a size between about 16% and about 12% of the size of the structuring components are used (if possible closer to 16%), and that in a number such that z, B. 2.5 nanoparticles come to a cavern on average, the statistically most probable deviations (one, two, three or four nanoparticles in a cavern) lead neither to an empty cavern nor to a gitier error. If one selects a relative concentration of the nanoparticles such that an average of three nanoparticles come to one cavern, the two most probable deviations (two or four nanoparticles per cavern) additionally exhibit the property that the corresponding nanoparticles are fixed in the cavern, and their position relative to each other and to the structuring spheres is well known (apart from positional symmetries: with two nanoparticles there are six different possible positions within the cavern, with three nanoparticles there are four).

Besonders hervorzuheben ist der Aufbau mit mehreren Nanopartikein in den Kavernen im Zusammenhang mit Nanoantennen: Es ist aus der Literatur bekannt, daß mehrere (z.B. zwei oder drei) sich berührende oder nahe resonante Nanopartikei (aus beispielsweise Ag, Au, Pt, AI) als Nanoantennen wirken, mit frequenzwandelnden Eigenschaften, in einem solche Aufbau finden, abhängig von Material, Umgebungsmaterial, Größe, Anzahl und Anordnung sowie abhängig von Lichtdichte und Lichtwellenlängen sowohl Hochkonversion als auch Niederkonversion von Licht statt. Manche Prinzipien zur Frequenzwandlung erfordern Energieübertragung zwischen Nanopartikein (beispielsweise Halbleiter-Nanokristallen), welche stark von der Entfernung der betreffenden Nanopartikei untereinander abhängig ist. 26/46Particularly noteworthy is the structure with several Nanopartikein caverns in the context of nanoantenna: It is known from the literature that several (eg two or three) touching or near resonant Nanopartikei (for example Ag, Au, Pt, Al) as a nanoantenna act, with frequency-transforming properties, in such a design, depending on material, surrounding material, size, number and arrangement, and depending on light density and wavelengths of light, both upconversion and low conversion of light. Some frequency conversion principles require energy transfer between nanoparticles (eg, semiconductor nanocrystals), which is highly dependent on the distance of the nanoparticles involved from each other. 26/46

Printed: 27-03-2013 E014 10 2Ö13/5Q2Ö8Printed: 27-03-2013 E014 10 2Ö13 / 5Q2Ö8

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Die Erfindung umfasst nicht nur die dargestefiten Ausführungsbeispiele, sondern sämtliche Ausfuhrungsformen im Rahmen der vorliegenden Patentansprüche, insbesondere umfasst die Erfindung Anwendungen, bei denen bestimmte Zustände einzelner Komponenten logische Zustände bilden, und damit als Computer verwendet werden können. Auch bei dieser Anwendung kann die genaue Positionierung von Komponenten relevant sein. Ähnliches gilt für Signalübertragung, bei denen ein Signal (z.B. elektrisch, magnetisch, optisch) von einer Komponente zur jeweils nächsten Komponente erfolgt. Auch ein elektrisches Gleichsiromsigna! oder Wechselstromsigna! könnte übereine solche Einrichtung übertragen werden.The invention includes not only the illustrated embodiments, but all embodiments within the scope of the present claims, in particular, the invention includes applications in which certain states of individual components form logical states, and thus can be used as a computer. Also in this application the exact positioning of components can be relevant. The same applies to signal transmission where a signal (e.g., electrical, magnetic, optical) from one component to the next component occurs. Also an electric Gleichsiromsigna! or AC signal! could be transmitted via such a device.

Auch die Verwendung von „surface-piasmons“ oder „surface-plasmon-poiaritons“ kann in einer solchen Anordnung erfolgen, zur Signalübertragung, Schaltung, oder auch als Surface Plasmon amplifled spontaneous emission of radiation „SPASER“. Durch Verwendung von Lasermaterialien in Verbindung mit Komponenten, die Lichtstreuung ermöglichen, können auch so genannte „Random-Laser“ hergestellt werden. In der Optik werden Anordnungen kleinster Komponenten für die Herstellung von Linsen eingesetzt, die eine Auflösung von Längen weit unter der Wellenlänge des eingesetzten Lichts ermöglichen.The use of "surface-piasmons" or "surface-plasmon-poiaritons" can also take place in such an arrangement, for signal transmission, switching, or as surface plasmon amplified spontaneous emission of radiation "SPASER". By using laser materials in conjunction with components that allow light scattering, so-called "random lasers" can also be produced. In optics arrangements of the smallest components are used for the production of lenses, which allow a resolution of lengths far below the wavelength of the light used.

27/46 26-03-2013 27 Printed; 27-03-2013 E014 10 2013/50208 52 016 AG/Fi Thomas Lederer, Gernot Pleninger27/46 26-03-2013 27 Printed; 27-03-2013 E014 10 2013/50208 52 016 AG / Fi Thomas Lederer, Gernot Pleninger

Bezugszeichenliste 1 Komponenten zur Strukturbildung 2 Eingelagerte Komponente 3 Zwischenraum 4 Füllmedium 5 Umhüllung 6 Metallstäbchen 27/27 28/46 26-03-2013LIST OF REFERENCE NUMERALS 1 components for structure formation 2 embedded component 3 interspace 4 filling medium 5 coating 6 metal rods 27/27 28/46 26-03-2013

Claims

28: 52 016 AG/FI Thomas Lederer, Gernot Pleninger Patentansprüche: 1. Vorrichtung zur Manipulation, insbesondere Frequenzwandlung, von elektromagnetischer Strahlung, insbesondere von Licht, umfassend Komponenten zur Strukturbildung (1), die in zumindest annähernd dichter, vereinzelte oder verbundene Zwischenräume (3) aufweisender Packung angeordnet sind, wobei in den Zwischenräumen (3) und/oder in den Komponenten zur Strukturbildung eingelagerte Komponenten (2) angeordnet sind, wodurch die Position dieser eingelagerten Komponenten in einem kleinen lokalen Bereich festgelegt ist, wobei die Komponenten zur Strukturbildung (1) und die eingelagerten Komponenten (2) derart ausgeführt und angeordnet sind, dass die eingelagerten Komponenten (2) die zumindest annähernd dichte Packung höchstens geringfügig stören, * wobei die Komponenten zur Strukturbitdung (1) und/oder die eingelagerten Komponenten (2) derart ausgeführt und positioniert sind, dass sie eine Manipulation, insbesondere eine Frequenzwandiung, der elektromagnetischen Strahlung herbeiführen oder unterstützen,28: 52 016 AG / FI Thomas Lederer, Gernot Pleninger Claims: 1. An apparatus for manipulating, in particular frequency converting, electromagnetic radiation, in particular light, comprising structural formation components (1) arranged in at least approximately dense, isolated or interconnected spaces ( 3) are arranged, wherein in the interstices (3) and / or in the components for structure formation embedded components (2) are arranged, whereby the position of these embedded components is defined in a small local area, wherein the components for structure formation ( 1) and the embedded components (2) are designed and arranged such that the embedded components (2) interfere with the at least approximately dense packing at most slightly, * wherein the components for Strukturbitdung (1) and / or the embedded components (2) such are executed and positioned that they have a manipulation, esp another frequency wall that induces or supports electromagnetic radiation,

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die eingelagerten Komponenten (2| derart ausgeführt und positioniert sind, dass sie durch Streuung, insbesondere resonante Streuung, eine Änderung der freien Weglänge der elektromagnetischen Strahlung bewirken.2. The device according to claim 1, characterized in that the embedded components (2 are designed and positioned such that they cause by scattering, in particular resonant scattering, a change in the free path length of the electromagnetic radiation.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die eingelagerten Komponenten (2) überwiegend in den Zwischenräumen (3) angeordnet sind. 29/46 29 52 016 AG/FI Thomas Lederer, Gemot Pleninger3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the embedded components (2) are arranged predominantly in the intermediate spaces (3). 29/46 29 52 016 AG / FI Thomas Lederer, Gemot Pleninger

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die eingeiagerten Komponenten (2) als Streuzentren für Lieht, insbesondere als Wanopartikel, vorzugsweise als Metallpartikel, Quantendots, nichtlineare Kristalle oder Nanoantennen ausgeführt sind. Vorrichtung nach einem der Vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten zur Strukturbildung (1) und/oderdie eingeiagerten Komponenten (2) optisch nichtlineares Material umfassen.4. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the eingeiagerten components (2) are designed as scattering centers for Lieht, in particular as Wanopartikel, preferably as metal particles, quantum dots, nonlinear crystals or nanoantenna. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the structure-forming components (1) and / or the incorporated components (2) comprise optically non-linear material.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten zur Strukturbildung (1) in bestimmten Weilenllngenbereichen des elektromagnetischen Spektrums, vorzugsweise im Wellenlängenbereich sichtbaren Lichts, transparent sind.6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the components for pattern formation (1) in certain Weilllngenbereichen the electromagnetic spectrum, preferably in the wavelength range of visible light, are transparent.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenräume (3) mit einem Füllmedium (4) versehen sind, wobei die eingeiagerten Komponenten (2) vorzugsweise Teil des Füllmediums (4) sind.7. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the intermediate spaces (3) are provided with a filling medium (4), wherein the eingeiagerten components (2) are preferably part of the filling medium (4).

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten zur Strukturbildung (1) zumindest annähernd geometrisch regelmäßige Formen aufweisen, insbesondere quaderförmig, würfelförmig, ringförmig, zylinderförmig, stäbchenförmig, hanteiförmig, tetraederförmig, prismaförmig, sternförmig, kugelförmig oder stachelig sind.8. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the components for structure formation (1) have at least approximately geometrically regular shapes, in particular cuboid, cubic, annular, cylindrical, rod-shaped, dumbbell-shaped, tetrahedral, prismatic, star-shaped, spherical or prickly ,

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten zur Strukturbildung (1) verformt, insbesondere abgekantet, abgeplattet, gestreckt und/oder gestaucht sind.9. Apparatus according to claim 7 or 8, characterized in that the components for structure formation (1) deformed, in particular bevelled, flattened, stretched and / or compressed.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten zur Strukturbildung (1) zumindest annähernd in einer Kristallstruktur oder einer Quasikristallstruktur angeordnet sind.10. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the components for pattern formation (1) are arranged at least approximately in a crystal structure or a quasi-crystal structure.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten zur Strukturbildung (1) eine Umhüllung (5) aufweisen, wobei die Umhüllung (5) vorzugsweise eingeiagerte Komponenten (2) umfasst. 30/46 30 52 016 AG/FI Thomas Lederer, Gernot Pleninger11. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the components for structure formation (1) have a sheath (5), wherein the sheath (5) preferably incorporated components (2). 30/46 30 52 016 AG / FI Thomas Lederer, Gernot Pleninger

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass in der Umhüllung (5), vorzugsweise außenliegend, mehrere, vorzugsweise vier bis zwölf, besonders bevorzugt acht, eingelagerte Komponenten (2) vorgesehen sind.12. The device according to claim 11, characterized in that in the enclosure (5), preferably outboard, a plurality, preferably four to twelve, more preferably eight, embedded components (2) are provided.

13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die eingelagerten Komponenten (2) als resonante Partikel, vorzugsweise als metallische Partikel umfassend Kupfer, Silber, Gold, Platin und andere Piatinmetalle, Aluminium und/oder Quecksilber ausgeführt sind oder diese umfassen.13. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the embedded components (2) are designed as resonant particles, preferably as metallic particles comprising copper, silver, gold, platinum and other Piatinmetalle, aluminum and / or mercury or include these.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten zur Strukturbiidung (1) als zumindest annähernd kugelförmige transparente Partikel mit einem Durchmesser von 50nm bis 500nm, vorzugsweise 100nm bis 240nm, bevorzugt etwa 160nm, gebildet sind, die eine dichte Kugelpackung mit annähernd tetraedlsch geformten Zwischenräumen (3) bilden und die eingelagerten Komponenten (2) überwiegend als Metalipartikel, vorzugsweise als Silberpartikel ausgeführt sind,14. Device according to one of claims 2 to 13, characterized in that the components for Strukturbiidung (1) as at least approximately spherical transparent particles having a diameter of 50nm to 500nm, preferably 100nm to 240nm, preferably about 160nm, are formed, the one form dense spherical packing with approximately tetrahedral shaped spaces (3) and the embedded components (2) are predominantly designed as metal particles, preferably as silver particles,

15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die eingelagerten Komponenten (2) derart ausgeführt sind, dass in den Zwischenräumen (3) jeweils mehrere, vorzugsweise zwei bis vier eingelagerten Komponenten Platz finden, ohne die Packung der Komponenten zur Strukturbiidung maßgeblich zu verändern.15. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the embedded components (2) are designed such that in the interstices (3) each have more, preferably two to four embedded components place without the packaging of the components for Strukturbiidung relevant to change.

16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten zur Strukturbildung (1) zumindest teilweise eingelagerte Komponenten (2) umfassen, wobei die eingelagerten Komponenten (2) als metallischer Kem, vorzugsweise umfassend Silber, mit einem Durchmesser von 2nm bis 110nm, vorzugsweise von 8nm bis 50nm, bevorzugt etwa 24nm, ausgeführt sind.16. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the components for structure formation (1) comprise at least partially embedded components (2), wherein the embedded components (2) as a metallic core, preferably comprising silver, with a diameter of 2nm to 110nm, preferably from 8nm to 50nm, preferably about 24nm, are made.

17. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die eingelagerten Komponenten (2) zumindest annähernd geometrisch regelmäßige Formen aufweisen, insbesondere quaderförmig, würfelförmig, ringförmig, zylinderförmig, stäbchenförmig, hantelförmig, tetraederförmig, prismaförmig, sternförmig, kugelförmig oder stachelig sind.17. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the embedded components (2) have at least approximately geometrically regular shapes, in particular cuboid, cubic, annular, cylindrical, rod-shaped, dumbbell-shaped, tetrahedral, prismatic, star-shaped, spherical or prickly.

18. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die eingelagerten Komponenten (2) als zylindrische oder als hantelförmige 31/46 31 52 016 AG/F! Thomas Lederer, Gernot Pleninger Metallstäbchen (6) ausgeführt sind oder vorzugsweise zylindrische oder hantelförmige Metallstäbchen (6) umfassen, wobei der Durchmesser des Mittelteils der Metallstäbchen (6) etwa dem Inkreis des Zwischenraumes (3) zwischen den Komponenten zur Strukturöildung (1) entspricht, wenn diese in zumindest annähernd dichter Packung angeordnet sind, und wobei die Länge der Metallstäbchen (6) etwa dem durchschnittlichen Radius der Komponenten zur Strukturbildung {1) entspricht, und wobei die Komponenten zur Strukturbildüng (1) vorzugsweise kugelförmig sind,18. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the embedded components (2) as a cylindrical or dumbbell-shaped 31/46 31 52 016 AG / F! Thomas Lederer, Gernot Pleninger metal rods (6) are executed or preferably cylindrical or dumbbell-shaped metal rods (6), wherein the diameter of the central part of the metal rods (6) corresponds approximately to the inscribed circle of the intermediate space (3) between the components for Strukturöildung (1), if they are arranged in at least approximately close packing, and wherein the length of the metal rods (6) corresponds approximately to the average radius of the components for pattern formation {1), and wherein the components for Strukturbildüng (1) are preferably spherical,

19. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Große der Komponenten zur Strukturbiidung (1) so gewählt ist, dass die eingelagerten Komponenten (2) hinsichtlich der durchschnittlichen freien Weglänge durchschnittlich so angeordnet sind, dass die elektromagnetische Strahlung eines bestimmten Frequenzbereiches möglichst stark gestreut oder lokalisiert wird, insbesondere, dass die durchschnittliche freie Weg länge multipliziert mit dem Faktor 2 Pi ungefähr die Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung dieses bestimmten Frequenzbereiches ist,19. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the size of the components for Strukturbiidung (1) is selected so that the embedded components (2) with respect to the average free path are arranged on average so that the electromagnetic radiation of a certain frequency range scattered or localized as much as possible, in particular that the average free path length multiplied by the factor 2 Pi is approximately the wavelength of the electromagnetic radiation of this particular frequency range,

20. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe der Komponenten zur Strukturbildung (1) so gewählt ist, dass die eingelagerten Komponenten (2) hinsichtlich der durchschnittlichen freien Weglänge durchschnittlich so angeordnet sind, dass die elektromagnetische Strahlung eines bestimmten Frequenzbereiches möglichst schwach gestreut oder lokalisiert wird.20. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the size of the components for structure formation (1) is selected so that the embedded components (2) are arranged on the average free path on average so that the electromagnetic radiation of a certain frequency range scattered as little as possible or localized.

21. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe der Komponenten zur Strukturbildung (1) so gewählt ist, dass die eingelagerten Komponenten (2) hinsichtlich ihrer durchschnittlichen freien Weglänge durchschnittlich so angeordnet sind, daß die elektromagnetische Strahlung eines bestimmten Frequenzbereiches möglichst stark gestreut bzw. lokalisiert wird, und dass die elektromagnetische Strahlung eines zweiten, unterschiedlichen bestimmten Frequenzbereiches möglichst schwach gestreut bzw. lokalisiert wird.21. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the size of the components for structure formation (1) is selected so that the embedded components (2) are arranged with respect to their average free path on average so that the electromagnetic radiation of a certain frequency range scattered or localized as much as possible, and that the electromagnetic radiation of a second, different specific frequency range is scattered or localized as weak as possible.

22. Konzentrator, Wellenleiter, oder Schichtstruktur, insbesondere Solarzelle, umfassend eine Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.22. Concentrator, waveguide, or layer structure, in particular solar cell, comprising a device according to one of the preceding claims.

23. Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung zur Manipulation, insbesondere zur Frequenzwandlung von elektromagnetischer Strahlung, insbesondere von Licht, umfassend folgende Schritte: 32/46 32 52 016 AG/FI Thomas Lederer, Gemot Pleninger a. Bereitstellung Komponenten zur Strukturbildung (1), b. Bereitstellung von eingelagerten Komponenten (2), c. Durchmischung der Komponenten zur Strukturbildung (1) mit den eingelagerten Komponenten (2) zur Formung eines Gemisches, d. Behandlung und Verdichtung des Gemisches derart, dass die Komponenten zur Strukturbildung (2) in zumindest annähernd dichter, vereinzelte oder verbundene Zwischenräume (3) aufweisender Packung zu liegen kommen, wobei in den Zwischenräumen (3) eingelagerte Komponenten (2) angeordnet sind, wodurch die Position dieser eingelagerten Komponenten in einem kleinen lokalen Bereich festgelegt wird, und die eingelagerten Komponenten (2) die annähernd dichte Packung höchstens geringfügig stören, wobei die eingelagerten Komponenten (2) derart ausgeführt und positioniert sind, dass sie eine Manipulation, insbesondere eine Frequenzwandlung, der elektromagnetischen Strahlung herbeiführen Oder unterstützen,23. A method for producing a device for manipulating, in particular for frequency conversion of electromagnetic radiation, in particular of light, comprising the following steps: 32/46 32 52 016 AG / FI Thomas Lederer, Gemot Pleninger a. Provision of Structure Forming Components (1), b. Provision of embedded components (2), c. Mixing of the components for structure formation (1) with the embedded components (2) for forming a mixture, d. Treatment and compression of the mixture such that the components for structure formation (2) come to lie in at least approximately dense, isolated or interconnected spaces (3) comprising the package, wherein in the interstices (3) embedded components (2) are arranged, whereby the Position of these embedded components is set in a small local area, and the embedded components (2) the minor density at most slightly disruptive, wherein the embedded components (2) are designed and positioned so that it is a manipulation, in particular a frequency conversion, the induce or support electromagnetic radiation,

24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die eingelagerten Komponenten (2) unc/oder die Komponenten zur Strukturbildung (1) in einem Füllmedium (4) bereitgestellt Werden oder dem Gemisch ein Füllmedium (4) hinzugefügt wird.24. The method according to claim 23, characterized in that the embedded components (2) unc / or the components for structure formation (1) are provided in a filling medium (4) or the mixture is a filling medium (4) added.

25. Verfahren nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchmischung in Schritt c) durch physikalische Prozesse, insbesondere mechanische Erschütterung, bevorzugt Ultraschallbehandlung, erfolgt. 33/46 33 52 016 AG/Π Thomas Lederer, Gernot Pleninger25. The method according to claim 23 or 24, characterized in that the mixing in step c) by physical processes, in particular mechanical vibration, preferably ultrasonic treatment occurs. 33/46 33 52 016 AG / Π Thomas Lederer, Gernot Pleninger

26. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdichtung in Schritt dadurch physikalische Prozesse, vorzugsweise Unterdruckbehandlung oder Überdruckbehandlung, und/oder chemische Prozesse erfolgt.26. The method according to any one of claims 23 to 25, characterized in that the compression in step thereby physical processes, preferably negative pressure treatment or overpressure treatment, and / or chemical processes takes place.

27. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die eingelagerten Komponenten (2) als Kondensations-, Kristallisations-, und/oder Abseheidungskeime bereitgestellt werden, und die eingelagerten Komponenten (2) anhand dieser Keime innerhalb der Struktur durch Anlagerungsprozesse fertiggestellt werden.27. The method according to any one of claims 23 to 26, characterized in that the embedded components (2) are provided as condensation, crystallization, and / or Abseheidungskeime, and the embedded components (2) based on these nuclei within the structure by addition processes to get finished.

28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensations-, Kristallisations-, und/oder Abscheidungskeime im Schritt c) mit den Komponenten zur Strukturbildung (1) durchmischt werden, und im Schritt d) durch Kondensations-, Abscheidungs- und/oder Kristallisationsbehandlung ihr Volumen derart vergrößern, dass sie zwischen den Komponenten zur Strukturbildung (1) wenigstens in einem kleinen lokalen Bereich festgelegt, insbesondere unbeweglich fixiert werden,28. The method according to claim 27, characterized in that the condensation, crystallization, and / or Abscheidungskeime in step c) with the components for structure formation (1) are mixed, and in step d) by condensation, deposition and / or crystallization treatment increase their volume such that they are fixed between the components for structure formation (1) at least in a small local area, in particular fixed immovably,

29. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt c) und/oder in Schritt d) der Druck des Füllmediums (4) zunächst verringert wird, um die darin befindlichen eingelagerten Komponenten (2) besser zu verteilen, und dieser Vorgang gegebenenfalls wiederholt wird.29. The method according to any one of claims 24 to 28, characterized in that in step c) and / or in step d), the pressure of the filling medium (4) is first reduced to better distribute the embedded components (2) therein, and this process is repeated if necessary.

30. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllmedium (4) als Feststoff, Flüssigkeit, Gas, oder Flüssigkeit mit darin gelöstem Gas, insbesondere als Lösungsmittel, ausgeführt ist Wien, am 2 ü. März Ϊ0Λ3 Anmelder(in) vertreten durch Patentanwälte Puchberger,: Berger & Partner 34/4630. The method according to any one of claims 24 to 29, characterized in that the filling medium (4) as a solid, liquid, gas, or liquid with dissolved gas, in particular as a solvent, is performed Vienna, on 2 ü. March Ϊ0Λ3 Applicant represented by Patent Attorneys Puchberger, Berger & Partner 34/46