CN105705861A - 光漫射光学纤维以及包括光漫射光学纤维的发光装置 - Google Patents

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Abstract

披露了多种光漫射光学纤维和多种包括光漫射光学纤维的发光装置。在一个实施例中，发光装置包括：底座；透明的或半透明的包壳，该包壳被附连到该底座；光漫射光学纤维，该光漫射光学纤维包括被包围在该包壳内的卷绕丝；以及光源，其中该光源被光学耦合到该光漫射光学纤维。该卷绕丝包括玻璃芯、外表面、以及多个光散射结构，该多个光散射结构被安置在该卷绕丝内用于将光散射穿过该卷绕丝的外表面。该卷绕丝在小于50mm的绕匝半径下具有在0.5dB/匝至10.0dB/匝的范围内的损失。

Description

光漫射光学纤维以及包括光漫射光学纤维的发光装置
本申请要求于2013年11月8日提交的美国申请序列号14/075071的优先权的权益，本申请基于该申请的内容并且通过引用以其全文结合在此。
背景领域
本说明书总体上涉及光学纤维和发光装置，并且更具体地讲涉及光漫射光学纤维和包括光漫射光学纤维的发光装置。
技术背景
可以使用多种常规照明源(如爱迪生(Edison)式灯泡)来对各种照明应用提供照明。常规照明源可能具有诸如高能耗、高发热、短使用寿命的缺点。
在光是从光源传递到目标区域的各种各样的应用中使用了光学纤维。例如，在一些应用中，例如照明、标识、生物应用等，可以利用光漫射光学纤维来使得扩散穿过该光漫射光学纤维的光沿该纤维的长度径向向外散射，从而沿该光纤的长度照亮目标区域。然而，对于一些应用而言，现有的光漫射光学纤维不能提供令人满意照度特性。
因此，存在对替代性的光漫射光学纤维和包括光漫射光学纤维的发光装置的需求。
发明内容
根据一个实施例，发光装置包括：底座；透明的或半透明的包壳，该包壳被附连到该底座；光漫射光学纤维，该光漫射光学纤维包括被包围在该包壳内的卷绕丝；以及光源，其中该光源被光学耦合到该光漫射光学纤维。该卷绕丝包括玻璃芯、外表面、以及多个光散射结构，该多个光散射结构被安置在该卷绕丝内用于将光散射穿过该卷绕丝的外表面。该卷绕丝在小于50mm的绕匝半径下具有在0.5dB/匝至10.0dB/匝的范围内的损失。由该光源发射出的光的至少一部分进入该光漫射光学纤维并且通过该多个光散射结构而被散射离开该玻璃芯并且穿过该卷绕丝的外表面。
在另一实施例中，一种发光装置包括光漫射光学纤维，该光漫射光学纤维包括卷绕丝。该卷绕丝包括玻璃芯、外表面、以及多个光散射结构，该多个光散射结构被安置在该卷绕丝内用于将光散射穿过该卷绕丝的外表面。该卷绕丝在小于50mm的绕匝半径下具有在0.5dB/匝至10.0dB/匝的范围内的损失。
在又一实施例中，一种光漫射光学纤维该卷绕丝包括玻璃芯、外表面、以及多个光散射结构，该多个光散射结构被安置在该光漫射光学纤维内用于将光散射穿过该光漫射光学纤维的外表面。该光漫射光学纤维在小于50mm的绕匝半径下具有在0.5dB/匝至10.0dB/匝的范围内的损失。
在以下的详细描述中将阐述本发明的另外的特征和优点，并且对于本领域技术人员而言部分特征和优点根据这种说明是容易明白的、或者通过对在此描述的包括以下详细说明、权利要求书以及附图的实施例的实践来认识。
应当理解的是，以上概括描述和以下详细描述都描述了多个不同的实施例并且旨在提供用于理解的所要求保护的主题的性质和特性的概述或框架。这些附图被包括以提供对这些不同实施例的进一步理解，并且被并入并构成本说明书的一部分。这些附图展示了在此描述的不同实施例，并且与该描述一起用于说明所要求保护的主题的原理和操作。
附图简要说明
图1A-1C示意性地描绘了根据在此所示出和描述的一个或多个实施例的光漫射光学纤维的截面，这些光漫射光学纤维在这些纤维的芯部具有多个光散射结构；
图2示意性地描绘了根据在此所示出和描述的一个或多个实施例的图1A的光漫射光学纤维的折射率特征曲线；
图3示意性地描绘了根据在此所示出和描述的一个或多个实施例的图1B的光漫射光学纤维的折射率特征曲线；
图4示意性地描绘了根据在此所示出和描述的一个或多个实施例的图1A的光漫射光学纤维的相对折射率特征曲线；
图5示意性地描绘了根据在此所示出和描述的一个或多个实施例的包括光漫射光学纤维的发光装置，该光漫射光学纤维具有以螺旋构型构造的卷绕丝；
图6示意性地描绘了根据在此所示出和描述的一个或多个实施例的包括光漫射光学纤维的发光装置，该光漫射光学纤维具有以压缩构型来构型的卷绕丝；
图7示意性地描绘了根据在此所示出和描述的一个或多个实施例的包括光漫射光学纤维的发光装置，该光漫射光学纤维具有被光学耦合到卷绕丝的多个纤维部；
图8示意性地描绘了根据在此所示出和描述的一个或多个实施例的发光装置，该发光装置在支撑结构上包括卷绕丝；
图9示意性地描绘了根据在此所示出和描述的一个或多个实施例的包括光漫射纤维的发光装置，该光漫射纤维具有被包围在包壳内的卷绕丝，该包壳被附连到底座；
图10A示意性地描绘了根据在此所示出和描述的一个或多个实施例的线圈的侧视图，该线圈包括光漫射光学纤维区段和多个光学传输纤维区段；并且
图10B示意性地描绘了根据在此所示出和描述的一个或多个实施例的线圈的前视图，该线圈包括光漫射光学纤维区段和多个光学传输纤维区段。
具体实施方式
现在将详细地参考光漫射纤维和包括光漫射光学纤维的发光装置的多个不同实施例，在附图中展示了这些光漫射纤维和发光装置的示例。无论何时只要可能，在所有附图中将使用相同的参考数字来表示相同或相似的零部件。图5示意性地描绘了光漫射纤维的卷绕丝，该卷绕丝在小于50mm的绕匝半径下具有在0.5dB/匝至10.0dB/匝的范围内的损失。这样的卷绕丝光漫射纤维可以沿该卷绕丝的长度提供高流明输出，可以提供明亮的照度，并且可以仿效常规白热丝的外观。图9示意性地描绘了被包围在透明的或半透明的包壳内的光漫射纤维卷绕丝，相比于常规灯泡，该光漫射纤维卷绕丝可以具有类似的外观、可以消耗更小的功率、可能产生更小的热量、并且可以持续更长的时间。在此具体参考附图更详细地描述光漫射纤维和包括光漫射光学纤维的发光装置。
在此将使用以下术语来描述本说明书的光漫射光学纤维：
如在此所使用的术语“折射率特征曲线”是折射率或相对折射率与光纤的半径之间的关系。
如在此所使用的术语“相对折射率百分比”被限定为：
Δ(r)％＝100x[n(r)2–nREF 2)]/2n(r)2，
其中n(r)是在半径r处的折射率，除非另有规定。该相对折射率百分比是在850nm下限定的，除非另有规定。在一个方面，参考折射率nREF是在850nm下折射率为1.452498的二氧化硅玻璃。在另一方面，nREF是在850nm下包层的最大折射率。如在此所使用的，相对折射率用Δ表示，并且其值用“％”单位来给出，除非另有规定。在一个区域的折射率小于参照折射率nREF的情况下，相对折射率百分比是负的、并被称作具有下陷的区域或下陷的折射率，并且最小相对折射率就在相对折射率负值最大的点处计算出的，除非另有规定。在一个区域的折射率大于参照折射率nREF的情况下，相对折射率百分比是正的，并且该区域可以被说成是升高的或者具有正折射率。
如在此所使用的术语“阶跃折射率特征曲线”是指用单位为“％”的Δ(r)表达的相对折射率特征曲线，其中r是给定的半径，并且ro是该芯的半径，其遵循以下等式：
Δ(r)％＝100x[n(r)–nREF]/nREF，当r<r0时
Δ(r)％＝0，当r>r0时
如在此所使用的术语“向上掺杂剂(updopant)”是指相对于纯净未掺杂的SiO2提高折射率的掺杂剂。如在此所使用的术语“向下掺杂剂(downdopant)”是具有相对于纯净未掺杂的SiO2降低折射率的倾向的掺杂剂。当伴有一种或多种非向上掺杂剂的其他掺杂剂时，向上掺杂剂可以存在于光学纤维的具有负相对折射率的区域中。同样，一种或多种非向上掺杂剂的其他掺杂剂可以存在于光学纤维的具有正相对折射率的区域中。当伴有一种或多种非向下掺杂剂的其他掺杂剂时，向下掺杂剂可以存在于光学纤维的具有正相对折射率的区域中。同样，一种或多种非向下掺杂剂的其他掺杂剂可以存在于光学纤维的具有负相对折射率的区域中。
现在参照图1A，示意性地描绘了光漫射光学纤维100的一个实施例。光漫射光学纤维100总体上包括具有光散射环106的芯部102、和包层108。在图1A中所示出的实施例中，芯部102是由基于二氧化硅的玻璃形成的并且具有折射率n。芯部102从光漫射光学纤维100的中心线延伸到半径ROC。在一些实施例中，芯部102的半径ROC可以是这样的，即10μm≤ROC≤62.5μm。在一些实施例中，芯部102的半径ROC可以是这样的，即50μm≤ROC≤100μm。在一些实施例中，芯部102的半径ROC可以是约90μm。然而，应当理解的是，其他实施例可以包括具有与在此明确描述的范围不同的半径ROC的芯部102。
在一些实施例中，芯部102的折射率特征曲线的一个或多个区段具有阶跃折射率特征曲线。在一些实施例中，该芯部的折射率可以具有中心线下沉，其中该芯的最大折射率和整个光学纤维的最大折射率位于与光漫射光学纤维100的长轴线105相距小距离处。然而，在其他实施例中，芯部102的折射率没有中心线下沉，并且芯部102的最大折射率和整个光漫射光学纤维的最大折射率位于该中心线处。
芯部106的光散射环是由基于二氧化硅的玻璃形成的并且通常总体上包括多个光散射结构107。在一些实施例中，光散射环106的宽度W是0.1Roc≤W≤Roc。在一些实施例中，光散射环106的宽度W是在约5μm到约100μm之间。由于该多个光散射结构107的存在，光散射环106的平均折射率n2相对于二氧化硅玻璃下降。
在一些实施例中，该多个光散射结构107可以是多个纳米级空隙，例如具有约50nm至约2μm的直径的纳米级空隙。在该多个光散射结构107是多个纳米级空隙的一些实施例中，这些纳米级空隙具有约0.5mm至约1m的长度。这些纳米级空隙是以下意义上的空隙，即它们不包含玻璃。然而，在此描述的多个实施例中，这些空隙可以填充有气体，该气体在形成光学纤维预成型件的过程中被引入这些空隙中，该纤维是由该光学纤维预成型件拉制的。例如，所述纳米级孔隙可以填充有SO2、Kr、Ar、CO2、N2、O2、或它们的混合物。可替代地，这些纳米级空隙可以是基本上不含任何气体的。在其他实施例中，该多个光散射结构可以是诸如荧光颗粒或磷光颗粒的光散射颗粒。例如，包括光散射颗粒的一些实施例可以包括由TiO2或SiO2或任何其他无机或有机材料构成的光散射颗粒。
这些光散射结构107被用来散射在光漫射光学纤维100的芯部102中扩散的光，使得将该光从芯部102径向向外地引导穿过该外表面，从而照亮光漫射光学纤维100和光漫射光学纤维100周围的空间。
在此描述的这些实施例中，光散射环106可以在芯部102中被定位在不同的位置，以便实现所希望的散射引起的衰减损失的增大。参照图1A中所描绘的光漫射光学纤维100的实施例，光散射环106被定位在芯部102内。确切地讲，在该实施例中，芯部102包括由光散射环106分开的内芯部103和外芯部104，该光散射环包括该多个光散射结构107。光散射环106围绕内芯部103并且与内芯部103和外芯部104两者直接接触。内芯部103可以是由基于二氧化硅的玻璃形成的并且具有折射率n1。外芯部104也可以是由基于二氧化硅的玻璃形成的并且具有折射率n3。总体上，内芯部103的折射率n1和外芯部104的折射率n3大于光散射环106的折射率n2。
在一些实施例中，内芯部103具有在0.1ROC≤RIC≤0.9ROC范围内的半径RIC。在一些实施例中，内芯部103具有在0.1ROC≤RIC≤0.6ROC范围内的半径RIC。
仍参照图1A，光漫射光学纤维100可以进一步包括包层108，该包层围绕芯部102并且与其直接接触。包层108可以是由具有低折射率的材料来形成的，以增加光漫射光学纤维100的数值孔径(NA)。在一些实施例中，该纤维的数值孔径可以小于0.2。例如，光漫射光学纤维100的数值孔径可以大于0.1、更优选是大于0.15。在一些实施例中，光漫射光学纤维100的数值孔径可以是在0.1至0.2的范围内。在一些实施例中，光漫射光学纤维100的数值孔径可以是在0.15至0.2的范围内。在一个实施例中，包层108可以是由诸如可UV或热固化的氟代丙烯酸酯或硅酮的低折射率聚合物材料形成的。在其他实施例中，包层108可以是由被向下掺杂有诸如氟的向下掺杂剂的二氧化硅玻璃形成的。包层108一般具有折射率n4，该折射率小于芯部102折射率、并且更确切地讲小于内芯部103的折射率n1和外芯部104的折射率n3。在一些实施例中，包层108的折射率n4可以小于光散射环106的折射率n3。在一个特定实施例中，包层108是相对于二氧化硅玻璃具有负的相对折射率的低折射率聚合物包层。例如，该包层的相对折射率可以小于约-0.5％并且甚至更优选地小于-0.75％。
包层108总体上从芯部102的外半径ROC延伸至半径RCL。在一些实施例中，包层108的径向宽度(即RCL-ROC)大于约10μm。在一些实施例中，包层108的径向宽度(即RCL-ROC)大于约15μm。
参照图1A和图2，图2用图表描绘了图1A的光漫射光学纤维100的折射率特征曲线。如图2所示出的，内芯部103的折射率n1和外芯部104的折射率n3大于光散射环106的折射率n2。例如，在图1A图中所示出的实施例中，内芯部103和外芯部104可以是由包含诸如Ge、Al、P或类似向上掺杂剂的掺杂剂的基于二氧化硅的玻璃形成的，使得内芯部103的折射率n1和外芯部104的折射率n3大于光散射环106的未掺杂的二氧化硅玻璃的折射率。此外，在该示例中，内芯部103和外芯部104中所使用的掺杂剂地相对量和/或类型可以是不同的，使得n1>n3，如图2所示的折射率特征曲线所描绘出的。进一步地，光散射环106可以是由向下掺杂的二氧化硅玻璃形成的，使得该光散射环的折射率n2明显小于内芯部103或外芯部104任一者的折射率。在该示例性折射率特征曲线中，n1>n3>n2>n4。
例如，虽然内芯部103、外芯部104和光散射环106在此已经被描述为包含掺杂物，但应当理解的是，这些部分中的一者或多者可以形成为不带有掺杂剂，只要n1和n3大于n2即可。例如，在一个实施例中，内芯部103和外芯部104可以形成为不带有掺杂剂，而光散射环106是向下掺杂的。可替代地，内芯部103和外芯部104可以是向上掺杂的，而光散射环106被形成为不带有掺杂剂。
现在参照图1A、图2和图4，用图表描绘了针对图1A中所示出的光漫射光学纤维100的芯部和包层部的示例性相对折射率特征曲线。参考折射率nREF是包层108的折射率。在该实施例中，内芯部103具有对应于最大折射率n1的相对折射率特征曲线Δ1，该最大折射率在该实施例中是恒定的。光散射环106具有最小折射率n2、相对折射率特征曲线Δ2(r)、最大相对折射率Δ2MAX、以及最小相对折射率Δ2MIN。外芯部104具有对应于最大折射率n3的最大相对折射率Δ3MAX的相对折射率特征曲线Δ3(r)，该最大折射率在该实施例中是恒定的。在该实施例中，包层108具有对应于折射率n4的相对折射率特征曲线Δ4(r)，该折射率在该实施例中是恒定的。在该实施例中，这些区域的折射率具有下列关系：n1>n3>n2>n4。
再次参照图1A，光漫射光学纤维100可以任选地包括涂层110，该涂层围绕包层108并且与其直接接触。例如，在一个实施例中，涂层110包括低模量初级涂层和围绕该低模量初级涂层的高模量次级涂层。在一些实施例中，涂层110包括聚合物涂层，例如基于丙烯酸酯的或基于硅酮的聚合物。在至少一些实施例中，涂层110沿该光漫射光学纤维的长度具有恒定的直径。
在一些实施例中，可以利用涂层110来增强从芯部102径向发射出的并且穿过包层108的光的分布和/或性质。例如，在一些实施例中，涂层110可以包括在涂层110最外侧表面上的散射材料。该散射材料可以包含基于TiO2的白色墨料，该白色墨料提供用于从光漫射光学纤维100的芯部102散射的光的角分布。例如，在一些实施例中，该墨层可以具有约1μm至约5μm的厚度。在其他实施例中，该墨层的厚度和/或该墨层中的颜料的浓度可以沿该纤维的轴向长度而变化，以便在大的角度(即大于约15度的角度)提供从光漫射光学纤维100散射的光的强度的更均匀的变化。
可替代地或另外，涂层110可以包含将从芯部102散射的光转换成波长更长的光的荧光材料。在一些实施例中，可以通过将在涂层110中具有这样的荧光材料的光漫射光学纤维100耦合到诸如405nm或445nm的UVLED的UV光源来从该光漫射光学纤维发射出白光。来自该光源的UV光被从芯部102散射出并且从该涂层的该材料激发荧光，使得从光漫射光学纤维100发射出白光。
现在参照图1B和图3，在另一实施例中，光漫射光学纤维120包括具有光散射环106的芯部102、包层108以及涂层110，如上所述。然而，在该实施例中，光散射环106是芯部102的最外区域，使得包层108围绕光散射环106并且与其直接接触。光散射环106包括多个光散射结构。此外，在该实施例中，芯部102可以具有阶跃折射率特征曲线，如上文所描述的。在该实施例中，芯部102的折射率n1总体上大于包层108的折射率n4，该包层又具有大于光散射环106的折射率，从而n1>n4>n2，如图3中所描绘的。
现在参照图1C，在另一实施例中，光漫射光学纤维130包括芯部102、包层108以及涂层110，如上文相对于图1A和图1B所描述的。然而，在该实施例中，整个芯部102包含多个光散射结构107。在该实施例中，芯部102可以具有阶跃折射率特征曲线，如上文所描述的。
现在参照图5，示意性地描绘了包括光漫射光学纤维500的发光装置的一个实施例。光漫射光学纤维500可以是图1A的光漫射光学纤维100、图1B的光漫射光学纤维120、图1C的光漫射光学纤维130、或者具有不同于以上所描述的结构或组合的光漫射光学纤维。光漫射光学纤维500包括卷绕丝510。卷绕丝510包括玻璃芯、外表面、以及多个光散射结构，该多个光散射结构被安置在该卷绕丝内用于将光散射穿过卷绕丝510的外表面。例如，参照图1A-1C和图5，在光漫射光学纤维500是图1A的光漫射光学纤维100、图1B的光漫射光学纤维120、到图1C的光漫射光学纤维130的多个实施例中，卷绕丝510包括玻璃芯102、外表面、以及多个光散射结构107，该多个光散射结构被安置在卷绕丝510内用于将光散射穿过卷绕丝510的外表面。
再一次参照图5，卷绕丝510具有半径r。在一些实施例中，卷绕丝510的半径r小于50mm。在一些实施例中，卷绕丝510的半径r小于25mm。在其他实施例中，卷绕丝510的半径r小于15mm。在另外的其他实施例中，卷绕丝510的半径r小于7.5mm。在一些实施例中，卷绕丝510的半径r是在4mm至30mm的范围内。相比于该光漫射光学纤维的未卷绕的或松散卷绕的区段，通过紧密地卷绕该卷绕丝510可以获得更高的单位长度流明输出，这可能在特定位置希望更亮的光的照明应用中是所希望的。虽然卷绕丝510在图5中被描绘为包括多个圆形线圈，但应当理解的是，在其他实施例中，卷绕丝510可以具有多个椭圆形线圈、或多个其他构型的线圈。
仍参照图5，卷绕丝510在小于50mm的绕匝半径下具有在0.5dB/匝至10.0dB/匝的范围内的损失。该损失可以通过将具有一个波长的光注入到卷绕丝510的一端并且测量经过该卷绕丝的完整一匝的损失来测量。卷绕丝510的0.5dB/匝至10.0dB/匝的损失确保了卷绕丝510沿卷绕丝510的整个长度被明亮地照亮并且可以模拟常规白热丝的外观。在一些实施例中，由于该多个光散射结构引起的散射，光漫射光学纤维500具有在0.02dB/m到1dB/m的范围内的基线损失。在一些实施例中，卷绕丝510包括多匝。在一些实施例中，匝数可以是在1至20的范围内，使得在卷绕丝510的整个长度上，卷绕丝510具有10dB的损失。例如，在卷绕丝510包括20匝并且具有10.0dB/匝的损失的一个实施例中，在卷绕丝510的整个长度上，卷绕丝510具有10dB的损失，从而将在20匝的卷绕丝510的整个长度上消散该光的近90％。通过非限制性举例的方式，在卷绕丝510包括1匝并且具有10.0dB/匝的损失的一个实施例中，在卷绕丝510的整个长度上，卷绕丝510具有10dB的损失，从而将沿1匝的卷绕丝510的整个长度消散该光的近90％。应当理解的是，通过调节卷绕丝510的线圈的半径和/或数量以及形成卷绕丝510的光漫射纤维的dB/匝损失，可以改变卷绕丝510的发射特性。总体上，弯曲损失随线圈半径的增大而增大。
仍参照图5，所描绘的卷绕丝510是以螺旋构型来构型的，在该螺旋构型中相邻线圈510a、510b彼此不接触。虽然卷绕丝510被描绘为具有多个均匀间隔的线圈，但应当理解的是，在其他实施例中，例如在一些相邻线圈比其他相邻线圈间隔得更远的实施例中，线圈可以不是均匀地间隔开的。此外，在一些实施例中，至少一对相邻线圈可以彼此接触。
此外，虽然卷绕丝510的这些线圈在图5被描绘成具有相同的半径r，但应当理解的是，在其他实施例中，例如在这些线圈的半径沿卷绕丝510的整个长度增大或减小的实施例中，卷绕丝510可以包括具有变化半径的线圈。通过跨卷绕丝510的整个长度改变这些线圈的半径，可以控制卷绕丝510的照度特性，例如通过沿整个卷绕丝510(例如从卷绕丝510的输入端至卷绕丝510的输出端)增大这些线圈的半径，使得从卷绕丝510发射出的光具有均匀的发射特征曲线。
现在参照图6，示意性地描绘了包括光漫射光学纤维600的发光装置的一个实施例。光漫射光学纤维600可以是图1A的光漫射光学纤维100、图1B的光漫射光学纤维120、图1C的光漫射光学纤维130、或者具有不同于以上所描述的结构或组合的光漫射光学纤维。光漫射光学纤维600包括卷绕丝610。卷绕丝610包括玻璃芯、外表面、以及多个光散射结构，该多个光散射结构被安置在该卷绕丝内用于将光散射穿过卷绕丝610的外表面。例如，参照图1A-1C和图6，在光漫射光学纤维600是图1A的光漫射光学纤维100、图1B的光漫射光学纤维120、或图1C的光漫射光学纤维130的多个实施例中，卷绕丝610包括玻璃芯102、外表面、以及多个光散射结构107，该多个光散射结构被安置在卷绕丝610内用于将光散射穿过卷绕丝610的外表面。
再一次参照图6，卷绕丝610具有半径r。在一些实施例中，卷绕丝610的半径r小于50mm。在一些实施例中，卷绕丝610的半径r小于25mm。在其他实施例中，卷绕丝610的半径r小于15mm。在另外的其他实施例中，卷绕丝610的半径r小于7.5mm。在一些实施例中，卷绕丝610的半径r是在4mm至30mm的范围内。相比于该光漫射光学纤维的未卷绕的或松散卷绕的区段，通过紧密地卷绕该卷绕丝610可以获得更高的单位长度流明输出，这可能在特定位置希望更亮的光的照明应用中是所希望的。虽然卷绕丝610在图6中被描绘为包括多个圆形线圈，但应当理解的是，在其他实施例中，卷绕丝610可以具有多个椭圆形线圈、或多个其他构型的线圈。
仍参照图6，卷绕丝610在小于50mm的绕匝半径下具有在0.5dB/匝至10.0dB/匝的范围内的损失。该损失可以通过将具有一个波长的光注入到卷绕丝610的一端并且测量经过该卷绕丝的完整一匝的损失来测量。卷绕丝610的0.5dB/匝至10.0dB/匝的损失确保了卷绕丝610沿卷绕丝610的整个长度被明亮地照亮并且可以模拟常规白热丝的外观。在一些实施例中，由于该多个光散射结构引起的散射，光漫射光学纤维600具有在0.02dB/m到1dB/m的范围内的基线损失。在一些实施例中，卷绕丝610包括多匝。在一些实施例中，匝数可以是在1至20的范围内，使得在卷绕丝610的整个长度上，卷绕丝610具有10dB的损失。例如，在卷绕丝610包括20匝并且具有10.0dB/匝的损失的一个实施例中，在卷绕丝610的整个长度上，卷绕丝610具有10dB的损失，从而将在20匝的卷绕丝610的整个长度上消散该光的近90％。通过非限制性举例的方式，在卷绕丝610包括1匝并且具有10.0dB/匝的损失的一个实施例中，在卷绕丝610的整个长度上，卷绕丝610具有10dB的损失，从而将沿1匝的卷绕丝610的整个长度消散该光的近90％。应当理解的是，通过调节卷绕丝610的线圈的半径和/或数量以及形成卷绕丝610的光漫射纤维的dB/匝损失，可以改变卷绕丝610的发射特性，如上所述。
仍参照图6，所描绘的卷绕丝610是以压缩构型来构型的，在该压缩构型中相邻线圈610a、610b彼此接触。虽然卷绕丝610被描绘成使所有的相邻线圈彼此接触，但应当理解的是，在一些实施例中，所有的成对相邻线圈可以不彼此接触。
现在参照图7，示意性地描绘了包括多个纤维部的发光装置，这些纤维部被光学耦合到图5的光漫射光学纤维500。确切地讲，第一纤维部710被光学耦合到卷绕丝510的第一端502，并且第二纤维部720被光学耦合到卷绕丝510的第二端504。注入到第一纤维部710和/或第二纤维部720的光可以横穿该纤维部并且进入卷绕丝510，并且可以从卷绕丝510发射出。
在一些实施例中，第一纤维部710和第二纤维部720是光漫射光学纤维的多个部分。在一些这样的实施例中，第一纤维部710、第二纤维部720、以及卷绕丝510可以是相同的光漫射光学纤维的多个部分。在第一纤维部710和第二纤维部720的光漫射光学纤维的多个部分的其他实施例中，第一纤维部710和/或第二纤维部720可以是被附连到并被光学耦合到卷绕丝510的分开的光漫射光学纤维。在第一纤维部710和第二纤维部720的光漫射光学纤维的多个部分的多个实施例中，相比于从卷绕丝510发射出的每单位长度更强烈的光，沿第一纤维部分710和第二光纤部分720的长度可以发射出每单位长度较不强烈的光。
在一些实施例中，第一纤维部710和第二纤维部720对应地是被附连到并被光学耦合到卷绕丝510的第一光学传输纤维和第二光学传输纤维。在这样的实施例中，没有或最小量的光可以沿第一纤维部710和第二纤维部720的长度发射出，而强烈的光可以从卷绕丝510发射出。
虽然图5的光漫射光学纤维500被描绘成光学耦合到图7的第一纤维部710和第二纤维部720，但应当理解的是，在其他实施例中，不同的光漫射光学纤维(例如图6的光漫射光学纤维600)可以被光学耦合到第一纤维部710和第二纤维部720。
虽然卷绕丝510和卷绕丝610的这些线圈被描绘和描述为光漫射光学纤维的线圈，但在其他实施例中，卷绕丝510或卷绕丝610的这些线圈中的一者或多者的仅一部分可以由光漫射光学纤维来形成。例如，在一些实施例中，卷绕丝510或卷绕丝610的这些线圈中的一者或多者可以包括至少一个光漫射光学纤维区段和至少一个光学传输纤维区段。现在参照图10A(描绘了线圈1000的侧面图)和图10B(描绘了线圈1000的前视图)，示意性地描绘了一个这样的实施例，其中线圈1000包括被光学耦合到光漫射光学纤维区段1020的第一光学传输纤维区段1010a，该光漫射光学纤维区段又被光学耦合到第二光学传输纤维区段1010b。在这样的实施例中，仅线圈1000的一部分(例如，线圈的四分之一到二分之一)可以由光漫射光学纤维来形成。包括至少一个光漫射光学纤维区段和至少一个线圈光学传输纤维区段的线圈可以提供所希望的照度特性并且可以提供用于制造包括急转弯部的卷绕丝的所希望方式。
现在参照图8，示意性地描绘了在支撑结构810上包括卷绕丝510的发光装置800。沿该支撑结构的长度，卷绕丝510可以被附接到或缠绕到支撑结构810上。在一些实施例中，该支撑结构可以是将卷绕丝510缠绕在其上的实心或空心杆。在其他实施例中，卷绕丝510可以在卷绕丝510的一端处或在其附近来附接到支撑结构，但不可以在卷绕丝510的中间被附接到该支撑结构。在一些实施例中，支撑结构810可以是反射性的或可以是涂覆有反射材料的。支撑结构810可以帮助卷绕丝510维持其构型和/或形状。支撑结构810还可以帮助卷绕丝510维持在所希望的空间位置。虽然图5的卷绕丝510被示意性地描绘成由图8中的支撑结构810支撑，但应当理解的是，其他实施例可以包括不同的卷绕丝，例如图6的卷绕丝610。此外，应当理解的是，一些实施例可以不包括支撑结构，例如在卷绕丝510是自立的实施例中。
现在参照图9，示意性地描绘了发光装置900。发光装置900包括底座910、透明的或半透明的包壳920、图5的光漫射光学纤维500、以及光源930。透明的或半透明的包壳920被附连到底座910。光漫射光学纤维500包括被包围在透明的或半透明的包壳920内的卷绕丝510。
在一些实施例中，底座910可以是带螺纹的螺丝底座。在这样的实施例中，底座910可以被适配成用于拧入到标准的灯泡插座中，例如E5插座、E10插座、E11插座、E12插座、E14插座、E17插座、E26插座、E27插座、E29插座、E39插座、E40插座、汽车灯插座或类似物。在其他实施例中，底座910可以被适配成***到荧光灯泡插座、或任何其他类型的标准灯插座中。底座910还可以包括用于将电力从***该底座的插座电耦合到光源930的电子器件。在其他实施例中，底座910可以不被构造成带螺纹的螺丝底座，例如在底座910是独立结构的实施例中。
透明的或半透明的包壳920可以是由任何透明或半透明的材料形成的。例如，在一些实施例中，透明的或半透明的包壳920可以是由塑料或玻璃形成的。在一些实施例中，该透明的或半透明的包壳可以是磨砂玻璃。透明的或半透明的包壳920可以是清澈的或可以是着色的。在一些实施例中，透明的或半透明的包壳920涂覆有荧光或散射材料，例如在透明的或半透明的包壳920涂覆有荧光或散射材料但光漫射光学纤维500未如此涂覆的多个实施例中。
光源930被光学耦合到光漫射光学纤维500的卷绕丝510。在图9中所描绘的实施例中，光源930被光学耦合到在图7中所描绘的并且如上所描述的第一纤维部710和第二纤维部720。在一些实施例中，可以将光源930直接耦合到卷绕丝510的一端。在一些实施例中，光源930可以被光学耦合到卷绕丝510的仅仅一端或者从卷绕丝510的仅仅一端延伸的纤维部。在一些实施例中，光源930可以包括发光二极管或激光二极管。在一些实施例中，光源930可以包括多个发光二极管或多个激光二极管。在一些实施例中，例如在图9中所描绘的实施例中，光源930被附连到底座910。
当光源930被通电时，从光源930发射出的光被光学耦合到卷绕丝510，使得所发射出的光的至少一部分进入光漫射光学纤维500并且通过卷绕丝510内的该多个光散射结构而被散射离开该芯并且穿过卷绕丝510的外表面。这样的从被包围在透明的或半透明的包壳920的卷绕丝510发射出光的发光装置900相比于常规的发光装置(例如，爱迪生式灯泡)可以具有类似的外观、可以消耗更小的功率、可能产生更小的热量、并且可以持续更长的时间。
现在应当理解的是，如在此所描述的包括具有卷绕丝的光漫射光学纤维的发光装置可以沿该卷绕丝的长度提供高流明输出、可以提供明亮的每单位长度照度、并且可以仿效常规白热丝的外观。此外，应当理解的是，如在此描述的，包括被包围在透明的或半透明的包壳内的多个光漫射纤维卷绕丝的发光装置相比于常规灯泡可以具有类似的外观、可以消耗更小的功率、可能产生更小的热量、并且可以持续更长的时间。
应当指出的是，术语“基本上”和“约”在此可以用来表示可归因于任何定量比较、数值、测量、或其他表示的固有不确定度。这些术语在此还用来表示在不导致所讨论的主题的基本功能改变的情况下定量表示可以从所陈述的参考变化的程度。
本领域技术人员将清楚的是，在不脱离所权利要求的主题的精神和范围的情况下可以对在此描述的实施例进行各种修改和变化。因此，本说明书旨在覆盖在此描述的不同实施例的修改和变化，只要这样的修改和改变落在所附权利要求和其等效物的范围内即可。

Claims (20)

1.一种发光装置，包括：
底座；
透明的或半透明的包壳，该包壳被附连到该底座；
光漫射光学纤维，该光漫射光学纤维包括被包围在该包壳内的卷绕丝，其中：
该卷绕丝包括玻璃芯、外表面、以及多个光散射结构，该多个光散射结构被安置在该卷绕丝内用于将光散射穿过该卷绕丝的外表面；
该卷绕丝在小于50mm的绕匝半径下具有在0.5dB/匝至10.0dB/匝的范围内的损失；以及
光源，其中该光源被光学耦合到该光漫射光学纤维，使得由该光源发射出的光的至少一部分进入该光漫射光学纤维并且通过该多个光散射结构而被散射离开该玻璃芯并且穿过该卷绕丝的外表面。
2.如权利要求1所述的发光装置，其特征在于，该卷绕丝是以螺旋构型来构型的，在该螺旋构型中该卷绕丝的相邻线圈彼此不接触。
3.如权利要求1所述的发光装置，其特征在于，该卷绕丝是以压缩构型来构型的，在该压缩构型中该卷绕丝的至少一对相邻线圈彼此接触。
4.如权利要求1、2或3所述的发光装置，其特征在于，该光源包括发光二极管或激光二极管。
5.如以上权利要求中任一项所述的发光装置，其特征在于，该底座包括被适配成用于旋拧到灯泡插座中的螺丝底座。
6.一种发光装置，包括：
光漫射光学纤维，该光漫射光学纤维包括卷绕丝，其中，
该卷绕丝包括玻璃芯、外表面、以及多个光散射结构，该多个光散射结构被安置在该卷绕丝内用于将光散射穿过该卷绕丝的外表面；并且
该卷绕丝在小于50mm的绕匝半径下具有在0.5dB/匝至10.0dB/匝的范围内的损失。
7.如权利要求6所述的发光装置，其特征在于，该卷绕丝是以螺旋构型来构型的，在该螺旋构型中该卷绕丝的相邻线圈彼此不接触。
8.如权利要求6所述的发光装置，其特征在于，该卷绕丝是以压缩构型来构型的，在该压缩构型中该卷绕丝的至少一对相邻线圈彼此接触。
9.如权利要求6所述的发光装置，进一步包括支撑结构，其中该卷绕丝被附接到该支撑结构或者沿该该支撑结构的长度被缠绕在该支撑结构上。
10.如权利要求1、6、7或8所述的发光装置，其特征在于，该光漫射光学纤维进一步包括第一纤维部和第二纤维部，其中该第一纤维部被光学耦合到该卷绕丝的第一端并且该第二纤维部被光学耦合到该卷绕丝的第二端。
11.如权利要求1、6、7或8所述的发光装置，进一步包括第一光学传输纤维和第二光学传输纤维，其中该第一光学传输纤维被光学耦合到该卷绕丝的第一端并且该第二光学传输纤维被光学耦合到该卷绕丝的第二端。
12.如权利要求1或6所述的发光装置，其特征在于，该卷绕丝包括多个线圈，其中该卷绕丝的线圈的直径跨该卷绕丝的整个长度变化。
13.一种光漫射光学纤维，包括玻璃芯、外表面、以及多个光散射结构，该多个光散射结构被安置在该光漫射光学纤维内用于将光散射穿过该光漫射光学纤维的外表面，其中该光漫射光学纤维在小于50mm的绕匝半径下具有在0.5dB/匝至10.0dB/匝的范围内的损失。
14.如权利要求1至12所述的发光装置，或者如权利要求13所述的光漫射光学纤维，其特征在于，该光漫射光学纤维的数值孔径小于0.2。
15.如权利要求1至12所述的发光装置，或者如权利要求13或14所述的光漫射光学纤维，其特征在于，该绕匝半径是在4mm至30mm的范围内。
16.如权利要求1至12所述的发光装置，或者如权利要求13、14或15所述的光漫射光学纤维，其特征在于，该光漫射光学纤维具有在0.02dB/m至1dB/m的范围内的基线损失。
17.如权利要求1至12所述的发光装置，或者如权利要求13、14或15、或16所述的光漫射光学纤维，其特征在于，该光漫射光学纤维的芯部包括该多个光散射结构。
18.如权利要求1至12所述的发光装置，或者如权利要求13至17所述的光漫射光学纤维，其特征在于，该光漫射光学纤维包括卷绕丝，该卷绕丝包括多个线圈。
19.如以上权利要求中任一项所述的发光装置或光漫射光学纤维，其特征在于，该卷绕丝包括多个线圈，并且线圈的数量是在1和20之间。
20.如以上权利要求中任一项所述的发光装置或光漫射光学纤维，其特征在于，跨该卷绕丝的整个长度的总损失是约10dB。
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