CN104380147A

CN104380147A - 光学设备

Info

Publication number: CN104380147A
Application number: CN201380016119.1A
Authority: CN
Inventors: G·帕里卡拉斯; T·卡洛斯
Original assignee: Cloth Made Of Orchid Reaches Securi-Tec Ltd (ie) Baybush Straffan Country Kildare Ireland
Current assignee: Cloth Made Of Orchid Reaches Securi-Tec Ltd (ie) Baybush Straffan Country Kildare Ireland
Priority date: 2012-03-14
Filing date: 2013-03-07
Publication date: 2015-02-25
Anticipated expiration: 2033-03-07
Also published as: JP6307025B2; GB201204517D0; US20150036350A1; EP2825905A2; KR20150001749A; CN104380147B; GB2500232B; US9890925B2; GB2500232A; WO2013136035A2; WO2013136035A3; JP2015510278A

Abstract

提供一种被布置成与电磁源耦合的设备。该设备包括被布置成增加处于预先确定的光学波长的辐射强度的光学超材料。该光学超材料具有周期性反射组件，该周期性反射组件具有不大于预先确定的波长的维度。

Description

光学设备

领域

本公开涉及用于增强电磁源的输出的设备。尤其地，本公开涉及用于增加来自源的处于预定波长的辐射强度的设备。更具体地，本公开涉及用于增加光源的功效的设备。

背景

当今在家庭/消费层存在被广泛使用的三种主要类型的光源：白炽灯、紧凑型荧光(CFL)和发光二极管(LED)。

可以在不同光源的发光功效方面测量这些不同光源的光效率，发光功效具有每瓦流明(lm/W)的单位。这是针对馈入到该设备的给定墙插坐(wall-plug)电功率的由光源所发射的流明量。蜡烛具有0.3lm/W的发光功效(这是该规模的低端)，而理想的单色绿激光具有683lm/W左右的发光功效。这样的激光是最高效的光源，并占据功效规模的高端。光源所需的足以照亮小房间的发光功率量为1000流明左右。高效光源的目标是达到该发光功率量，同时消耗最小可能的电功率。

白炽灯泡是曾经发明的、并将电转换成光的第一种灯泡。其主要技术取决于以非常高的温度加热金属灯丝(通常为钨)直到它发光。该技术在200年之前被首次开发出，并在19世纪后期仍被供应市场。它提供一种对人类眼睛非常舒适的光(光谱)类型，因为它与我们的眼睛最习惯的太阳发出的光谱类似。这是黑体辐射物的光谱。

然而，白炽灯泡是非常低效的光源，因为其功率消耗对于其产生的光输出而言非常高。例如，60瓦的白炽灯泡具有15lm/W左右的发光功效，因此发出900流明左右的光。白炽灯泡的功效如此低是因为发生的加热过程。大多数输入电功率(90％左右)作为处于红外频率的热量被释放，而不是作为有用的可见光被释放。

紧凑型荧光灯被设计来替代白炽灯泡，并基于发光现象操作，其将紫外(UV)光转换成可见光。CFL通常包含惰性气体，诸如水银和氩气。当在包含这些气体的灯管的端部供电时，它迫使该气体中的水银离子复合以便以UV波长发出能量。该UV光被灯管的特殊化学涂层吸收并通过荧光重新发光为可见光。该化学涂层由一种或多种类型的荧光体组成，每一种荧光体负责以不同的波长范围发光。

该方法不涉及加热，因此CFL的发光功效为70lm/W，其效率比白炽灯高4倍以上。同时，其使用寿命比白炽灯长10倍。然而，CFL的光质任何地方都不接近白炽灯所发出的光的光质。这是因为相比白炽灯所产生的更为自然的光,CFL所发出的光的光谱完全不同。

可用的最新类型的光灯泡是LED。这些LED是当在其端子上施加小直流(DC)电压时发光的固态设备。该技术已用了几十年，并且低功率LED光已惯常地被用在某些市场中，诸如不总是需要亮白光的电子产品。在过去的十年内，LED已作出了朝向消费照明产品的推动，这些LED在不久的将来可能变成最被认可的照明技术。这是因为LED的发光功效可达到理论最大值300lm/W，其比白炽灯高20倍，并比CFL高5倍以上。同时，LED具有可达到30年的使用寿命，因此从消费者的观点来看购买好的LED灯是一种安全的长期投资。

当今可用的消费LED灯已被限于低瓦数，一般限于“40瓦的当量”。这意味着这样的LED灯将发出与40瓦的白炽灯相同的光(发光度)，即使它将只消耗约5-10瓦的电功率。当前实用的LED灯的典型发光功效为70-100lm/W左右，这堪比CFL的发光功效。所有的LED都是定向的，这是为什么厂商必须添加反射器和各种光漫射涂层或树脂壳以制成光散射器以供在家庭或其他照明应用中使用的原因。

这些类型的光源中的每一种光源都具有其缺点。白炽灯具有非常低的功效并消耗与其光输出相比不成比例的大量功率。CFL具有改善的功效，然而这是通过牺牲光质实现的，从而导致延长曝光之后的不适。LED具有优良的功效，然而其绝对发光功率与其他类型的光源的发光功率相比较低。

本公开涉及解决传统光源的当前局限性。

概述

本发明的各方面在所附独立权利要求中限定。

提供被布置成与电磁源偶合的设备，诸如白炽灯或发光二极管(LED)。该设备包括至少一种光学超材料，该光学超材料包括周期性反射组件，诸如反射元件的规则阵列或规则网格。该周期性反射组件具有亚波长维度。

特别地，提供可与已知的电磁源耦合、接收已知的电磁源或与已知的电磁源啮合以增强输出(诸如增加效率或功效)的设备。在可选的进一步的改进中，该设备可被布置成形成空腔。有利地，该设备可被调谐以便以特定波长或波长带谐振。更有利地，该设备是无源的，由此增加能量效率。

附图简述

现在将参考附图对发明的实施例进行描述，其中：

图1示出了周期性反射组件的一些示例单位晶胞，该周期性反射组件包括具有Lx乘Ly的边的矩形或具有直径L的圆形盘；

图2示出了根据本公开的示例光学超材料，该光学超材料包括在x维度和y维度中分别具有空间周期Dx和Dy的周期性2D阵列布置的各单位晶胞；

图3示出了平面光超材料表面，该表面被放置在以下辐射源近旁：位于全反射表面近旁的辐射源(左)以及位于不存在超材料的反射表面近旁的辐射源(右)；

图4是包括被放置在基板上的、被球形布置中的各反射元件包围的LED管芯的示例球形空腔，其中这些反射元件被放置在透明支撑材料的顶部；

图5示出了包括被放置在基板上的、被圆柱状布置中的各反射元件包围的LED管芯的示例圆柱状空腔；

图6示出了包括被放置在基板上的、被平面布置中的各PRS元件围绕的LED管芯的示例平面空腔；

图7A是示出反射器/基板和反射元件阵列之间的间隔距离S的示例平面空腔的侧视图；

图7B是包括多层超材料的示例平面空腔的侧视图；

图8A是平面超材料晶胞的示例圆柱状阵列；

图8B示出图8A的进一步细节；

图9示出圆柱状空腔的示例圆柱状阵列；

图10示出圆柱状空腔的示例圆柱状阵列；

图11A示出圆柱状晶胞的示例平面阵列；

图11B示出平面晶胞的示例平面阵列；

图12A示出球形空腔的示例平面阵列；以及

图12B示出平面空腔的示例球形阵列。

在这些附图中，相同的参考标记指示相同的部分。

附图的详细描述

超材料是人造材料，其可以实现自然界不存在的电磁性质，比如负的折射率或电磁隐身。尽管超材料的理论性质是在20世纪60年代被首次描述的，但是在过去的10－15年中，这样的材料的设计、工程和制造已经存在显著发展。超材料一般由大量单位晶胞(即多个单独的元件)组成，所述单位晶胞每个都具有比操作波长小得多的大小。这些单位晶胞在微观上是从诸如金属和介电质之类的常规材料中构建的。然而，它们确切的形状、几何、大小、取向和布置可以在宏观上以非常规方式影响光，比如产生共振或针对宏观介电常数和磁导率的不寻常值。

可用超材料的一些示例是负折射超材料、手性(chiral)超材料、等离子超材料、光子超材料等。由于它们的亚波长特征，在微波频率下操作的超材料具有几毫米的典型单位晶胞大小，而在光谱的可见光部分操作的超材料具有几纳米的典型单位晶胞大小。超材料可以以某些窄频率范围来强烈地吸收光。

对于常规材料，诸如磁导率和介电常数之类的电磁参数产生于构成该材料的原子或分子对穿过其的电磁波的响应。在超材料的情况下，这些电磁性质不是在原子或分子级被确定的。相反，这些性质是通过选择和配置构成超材料的较小对象的集合来确定的。尽管这样的对象集合及其结构在“原子级”看上去不像常规的材料，但是超材料仍然可以被设计为使得电磁波将穿过该超材料，就好像它穿过常规材料一样。此外，因为超材料的性质可以从这样的小(纳米级)对象的组成和结构中确定，因此超材料的诸如介电常数和磁导率之类的电磁性质可以在非常小的尺度上精确地调谐。

用于辐射增强的光学超材料

提供周期性反射组件的光学超材料，该周期性反射组件被布置成增加从电磁源发出的处于预定波长的辐射强度。该周期性反射组件具有少于预定波长的维度。可以说，周期性反射组件具有“亚波长”维度。

在一实施例中，周期性反射组件包括反射元件的规则阵列，其中每一反射元件具有不大于预定光学波长的第一维度。

在一实施例中，周期性反射组件包括单位晶胞的2D周期性阵列。这些单位晶胞以平面方式布置，并由反射组件101组成，该反射组件具有矩形或圆形形状，例如(参加图1a)。这些单位晶胞不仅包括主要的形状(即，矩形或圆盘)，还包括一些周围空间103，该周围空间由也充当这些反射元件的支撑结构的介电材料组成。这在其中整个阵列都被示出的图2中被更明显地示出，该阵列由在相对于彼此相距Dx和Dy处放置的Nx乘Ny个元件201组成。这些几何参数也定义了“填充因子”，该填充因子是该阵列所覆盖的表面积的几分之一。对于图2中示出的示例而言，这等于f＝(D_xD_y)/(L_xL_y)。

在替换实施例中，周期性反射组件包括规则网格，该规则网格在不大于预定光学波长的一个维度中具有周期性。即，也可利用互补设计，即单位晶胞包括被反射网格107围绕的介电空间(参加图1b)。即，该阵列的反射组件和介电分量已被互换。

反射组件可由包括均质材料(诸如金属)以及复合材料和纳米复合材料(包括Bragg反射器)的任何反射材料形成。反射组件可以由例如银、金和/或氧化铝、或者支持光学频率中的等离子共振的任何其他金属制成。

反射组件可由本身是反射性(独立的)的材料形成，但可理解该材料在特定百分比上将是反射性的，例如银片在某一频率处的反射率可以为99.999％。换言之，该材料表现得像完美的反射器。技术人员将理解，用于在介电支撑结构上产生纳米级反射组件的任何合适的技术可以是恰当的。在各实施例中，使用蚀刻或光刻技术，诸如电子束光刻。在其他实施例中，使用自聚合化学过程。在各实施例中，可将反射组件嵌入在支撑结构中。

图1和2仅作为示例示出了矩形元件；任何其他矩形形状都是合适的。

在各实施例中，支撑结构是热塑性塑料，诸如普列克斯玻璃或有机玻璃。在其他实施例中，支撑结构是聚碳酸酯、复合物(诸如SiO₂和热塑性塑料)、玻璃或硅石。然而，其他热稳定材料可同样是合适的。

在光学频率处，金属可能非常易损，因此在各实施例中，同时实现低损耗和高热稳定性的金属介电和/或介电材料和复合物是优选的。

通常，根据本公开的Lx和Ly为20纳米到2000纳米，这取决于诸如预定波长等其他设计参数。反射组件的厚度通常不小于感兴趣的波长的50分之一。在各实施例中，反射组件具有大于其透入深度的厚度。

可理解，超材料具有“填充因子”。即，该超材料的表面积的几分之一是反射性的。例如，如果该表面积的一半是反射性的，则超材料可具有50％的填充因子。该超材料的总反射率或透射率由该填充因子确定。因此提供其中超材料的总反射率可通过选择周期性反射组件的参数来预定布置。

本公开的各实施例涉及增强可见波长以改善功效。因此，预定供放大或增强的波长通常不大于2000纳米。然而，本公开同样适用于在100到30000纳米范围内的波长。

有利地，发现当被合适地放置时，根据各实施例的光学超材料增加处于预定波长的辐射强度。这归功于调谐光学超材料的独特属性的能力。注意，发明人已认识到根据本公开配置的光学超材料可用于例如放大处于预定波长的来自源的光并增加功效。

反射和透射元件的“亚波长”周期性布置允许周期性反射组件以谐振频率(或波长)谐振。技术人员将理解，可存在以谐振频率(在该谐振频率处，将发生至少部分谐振)为中心的窄频率带。自谐振频率取决于入射角。在各实施例中，选择周期性反射组件的参数，使得超材料将以预定波长谐振；该谐振可被称为该超材料的“自谐振”。在谐振频率处，将至少部分地在该超材料处“捕获”该谐振频率的辐射，并且放大可例如因相长干涉而发生。超材料形成一种类型的波导，在该“波导”内部的场受束缚和包含。

在谐振频率处，发现周期性反射组件的总反射率可下降0-10％(即，透射率上升90-100％)，当然除非填充因子为100％。因此，该设备放大来自源的辐射并以谐振频率透射该辐射。因此，提供被布置成与电磁源耦合并增加处于预定光学波长的辐射强度的设备。这通过提供具有周期性反射组件的光学超材料来实现，该周期性反射组件具有不大于预定波长的维度。

发明人已发现为了使超材料自谐振，需要单位晶胞的最小数目。有利地，发明人已发现超材料在一个维度中需要至少2.5λ的长度(其中单位晶胞是亚波长)。

在各实施例中，该设备包括其他超材料层，以例如提供多频带光学性能。即，在一实施例中，该设备包括具有周期性反射组件的至少第二光学超材料，以便以第二预定波长来增加来自源的辐射强度。这两种光学超材料可例如通过层叠来组合。在各实施例中，第二超材料的反射组件的周期性与第一超材料的反射组件的周期性不同。因此，多频带性能可被实现。在各实施例中，多个不同的光学超材料(具有部分重叠的预定波长)可被组合以提供伪宽带响应。在各实施例中，该设备可包括被布置成提供增加的功效的多个光学超材料。

在各实施例中，发明人已发现附加的超材料层有利地间隔mλ/2，其中m是整数。技术人员将理解，附加的超材料还可与第一超材料相同，以在预定波长的强度方面提供进一步的增加。

该设备可进一步合并荧光材料，诸如例如在空腔内部或外部将紫外光或蓝光转换成白光的荧光体。荧光体可涂敷该超材料的非反射部分，例如以提供不同的频率响应。荧光体也可被嵌入在支撑材料中。

包括光学超材料的空腔

注意，发明人已发现预定波长的强度可通过形成至少部分地由光学超材料和反射器来定界的空腔来进一步增加。

提供发光设备，包括：至少部分地由光学材料和反射器来定界的空腔；该空腔内的电磁源；以及其中光学超材料包括被布置成接收来自电磁源的辐射并增加处于预定光学波长的辐射强度的周期性反射组件。

在一实施例中，提供“敞开的”平面空腔。在图3中模拟示出了根据这个实施例的平面空腔的效能，其中在光学超材料被放置在平面配置中的反射器上的源邻近时，电场幅度被增强。图3(左)示出了嵌在反射器(在源的左边)和光学超材料(在源的右边)之间的源。图3(右)中没有光学超材料。各图中示出的灰度水平表示处于预定波长的辐射强度(白表示高强度)。

在各实施例中，发现光学材料和反射表面之间的最优距离被给定如下：

其中，λ₀是自由空间中的波长，m是整数，且是光学超材料的反射系数相位。

反射系数相位或反射系数的相位是本领域已知的术语。它提供关于因反射而导致的相移的信息。对于任何给定材料，可例如使用网络分析器来理论地或通过实验确定该相移信息。反射系数相位取决于入射角的角度。。反射系数相位包含有关超材料的谐振频率的信息。

以上等式中的参数S可被认为是该空腔的“谐振距离”。可在空腔的谐振和超材料的自谐振之间作出区分。

在S值满足以上等式时，空腔的谐振被实现，并从该空腔发出辐射。随着距该谐振距离S增加或减少，所发出的辐射量大大减少。因此，还可认为提供一种类型的光学开关或过滤器，该光学开关或过滤器捕获辐射，除非必要的标准被满足。透射带宽通常为几纳米。

例如，对于反射系数相位的典型值(例如，)且对于m＝1而言，对于λ₀＝532纳米左右的操作，最优间隔距离为约22.1纳米。在图3所示的实施例中，D_x＝99.3纳米,D_y＝227.0纳米,L_x＝92.2纳米且L_y＝216.3纳米。反射系数相位是通过测量单位晶胞的S参数来实现的。参数m是整数，并且较大的m值也可用于将反射器和光学超材料表面之间的距离S调整到优选值。在各实施例中，m少于15，这取决于设计参数。

超材料概念给予设计者通过应用特殊的几何模式(例如，以某一距离隔开的特定大小的圆形元件的2D周期性几何形状)来提供可控的反射率的自由。该布置可进一步用某范围的特殊模式(例如，不同的元件大小、形状、周期性等)来实现。这提供了对光学超材料的反射率的完全控制(例如，50％、60％、99％的反射率等)。

注意，发明人已认识到，通过提供部分反射且部分透射的光学超材料可形成空腔。可从以上所述中理解，光学超材料本身可被配置为提供预定自谐振频率和预定反射率。发明人已发现，若空腔的谐振频率与超材料的自谐振频率重叠则可实现显著的放大。当两个谐振频率重叠且空腔因该频率的辐射而被抽运时，辐射积累且该辐射穿过该超材料。技术人员将理解尽管提及谐振频率和预定频率，但这些频率可包括带宽。带宽可相对较窄。在各实施例中，从空穴“发出”的辐射具有窄带宽。

可从以上描述中理解到，传出光束的发射角θ也可在+/-60度之间(从垂直到平面阵列轴)调谐。对于任何给定的期望发射角，可发现相应的反射系数相位。

在各实施例中，反射器是全反射表面，诸如金属表面。在其他实施例中，反射器可以是根据本公开的其他光学超材料。在其他实施例中，反射器是复合物或纳米复合物或Bragg反射器。

在各实施例中，超材料的反射元件被放置在源周围，并以空腔的形状包围源。光源可位于空腔的底部表面，或在空腔体内部的某处。技术人员将从本公开理解到，该设备的精确操作可通过改变空腔的反射率来调谐。

球形或半球形空腔

在一实施例中，形成球形或半球形空腔。该设置在图4中示出。源(例如，LED管芯)401被放置在平面反射基板403的顶部。

如可从如上所述理解到的，平面基板是光学的，或者可以例如不是反射性的。球形形状的支撑材料被放置在基板和LED管芯的顶部。该支撑材料可填充该空腔。单位晶胞(反射元件)405可因此被放置在该支撑材料的顶部，并面对球心。可任选地，在该空腔内部或外部可包括荧光材料(荧光体)。在各实施例中，基板和/或反射组件的反射表面可使用金属或类似Bragg镜的低损耗反射器来创建。技术人员将理解，出于说明的目的，所示的单位晶胞的数目仅是指示，并且任何数目的单位晶胞可以是合适的。在各实施例中，确切数目比附图中示出的数目要大得多。

圆柱形或半圆柱形空腔

图5中示出了进一步实施例。光源501(例如，LED管芯)被放置在平面基板503的顶部，其可以是或可以不是反射性的。具有圆柱形形状的支撑材料被放置在基板和LED管芯的顶部。反射元件505被放置在该支撑材料的顶部，并面对着中心。可任选地，在该空腔内部或外部可包括荧光材料(诸如荧光体)。基板和/或反射组件的反射表面可使用金属或类似Bragg镜的低损耗反射器来创建。

平面空腔

图6中示出了包括平面配置的实施例。光源601(例如，LED管芯)被放置在平面基板603的顶部，其可以是或可以不是反射性的。矩形形状的支撑材料被放置在基板和管芯的顶部。反射元件605随后被放置在该支撑材料的顶部。可任选地，在该空腔内部或外部可包括荧光材料(诸如荧光体)。基板和/或反射组件的反射表面可使用金属或类似例如Bragg镜的低损耗反射器来创建。

如上所述，在各实施例中，可添加另外的超材料作为附加层，例如用以提供多频带响应，诸如宽带响应。图7A示出了包括一种光学超材料(701)的示例平面空腔的示意图。图7B示出了具有三种光学超材料(703、705、707)的示例平面空腔的示意图。技术人员将理解，可使用任何数目的光学超材料。

发明人已发现存在权衡利弊的问题，因为超材料的反射率越高，空腔内部的场越强，但所发出的辐射的带宽越低。特别地，发明人已发现，带宽和空腔性能之间的有利平衡可通过使用具有66-75％的反射率的材料来实现。在各实施例中，发现，这提供3倍到5倍的能量增益增加。

发明人已通过提供多空腔设计来进一步解决增益和带宽之间的权衡。

多空腔

在一实施例中，提供具有多个源和平面空腔的设备。多个空腔可例如被放置在圆柱形基板的顶部。每一空腔可具有不同的几何形状，即不同形状和/或大小的反射元件。这允许每一空腔以电磁光谱的不同部分发光，使得总输出为宽带，诸如例如为白光。每一空腔可能不会导致第一(m＝1)谐振，但可利用较高量级的谐振。

图8到12中示出了多空腔实施例。

在多空腔实施例中，每一空腔可利用不同形状和大小的周期性元件，以便增强该系统的总带宽。因此可提供多个空腔，每一空腔被调谐以最优地在给定光波长周围操作。所有空腔的组合光输出可例如在整个可见光谱上生成白照明。

各实施例涉及白炽灯和LED，但本公开同样适用于任何光源，包括任何单向光源或多向光源。

有利地，根据各实施例的系统可用作现有电磁源(例如，白炽灯丝&固态光源)的“插件”组件。该设备是无源的，即它不需要外部电源或有源控制系统。

根据各实施例的设备在光谱中的特定波长范围上增加发光功率。它可被调谐以增加窄带光源(例如，激光器或LED)的亮度，或被调谐以在整个带上增加宽带光源的亮度。各实施例涉及增加发光功效，即该设备从输入瓦数产生光有多好。这可用单空腔几何形状(即，平面、圆柱形或球形单空腔)的布置来实现，该单空腔几何形状与没有空腔的源相比可实现高功效并在给定方向产生更多每瓦流明。当多个这样的空腔被一起聚集在例如平面、圆柱形或球形设置中时，可实现多个光束，各自具有高功效。这进而增加了总发光通量。

本公开中对可见光的任何提及均仅作为示例，且本公开同样适用于红外光和紫外光。

尽管上面已经描述了各方面和实施例，但是可以作出变型方案而不偏离在此公开的发明概念。

Claims

1.一种被布置成与电磁源耦合的设备，所述设备包括被布置成增加处于预定光学波长的辐射强度的光学超材料，所述光学超材料具有周期性反射组件，所述周期性反射组件具有不大于所述预定波长的维度。

2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述周期性反射组件包括反射元件的规则阵列，其中每一反射元件具有不大于所述预定光学波长的第一维度。

3.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述周期性反射组件包括规则网格，所述规则网格在不大于预定光学波长的一个维度中具有周期性。

4.如任一前述权利要求所述的设备，其特征在于，所述周期性反射组件由介电质支撑。

5.如任一前述权利要求所述的设备，其特征在于，所述光学超材料基本上是平面。

6.如任一前述权利要求所述的设备，其特征在于，所述预定光学波长处于电磁光谱的可见部分中。

7.如任一前述权利要求所述的设备，其特征在于，所述增加辐射强度是增加发光功效。

8.如任一前述权利要求所述的设备，其特征在于，所述预定光学波长包括带宽。

9.如任一前述权利要求所述的设备，其特征在于，所述设备是无源的。

10.如任一前述权利要求所述的设备，其特征在于，所述光学超材料进一步包括荧光材料用以将处于所述预定光学波长的辐射转换成另外的光学波长，所述荧光材料可任选地为磷光体，所述另外的光学波长可任选地为可见波长。

11.如任一先前权利要求所述的设备，其特征在于，进一步包括反射器。

12.如权利要求11所述的设备，其特征在于，所述反射器为全反射表面，可任选地为金属。

13.如权利要求11或12所述的设备，其特征在于，所述反射器是具有周期性反射组件的第二光学超材料。

14.如权利要求11到13中的任一项所述的设备，其特征在于，所述反射器基本上为平面。

15.如权利要求11到14中的任一项所述的设备，其特征在于，所述光学超材料和反射器被相应地布置成形成敞开的或关闭的空腔，所述空腔被布置成接收电磁源。

16.如权利要求11到15中的任一项所述的设备，其特征在于，所述空腔被布置成以预定角度θ将处于所述预定光学波长的辐射发射到所述光学超材料。

17.如权利要求16所述的设备，其特征在于，所述光学超材料和反射器在空间上相隔距离S，所述距离S由以下等式定义：

其中，为处于所述预定角度的反射系数相位，λ₀为所述预定波长，且m为整数。

18.如任一前述权利要求所述的设备，其特征在于，进一步包括层叠有所述第一光学超材料的另外光学超材料，所述另外光学超材料具有周期性反射组件，所述周期性反射组件被布置成增加来自所述电磁源的、处于第二预定光学波长的辐射强度。

19.如权利要求18所述的设备，其特征在于，所述第二光学超材料的周期性反射组件的周期不同于所述第一光学超材料的周期性反射组件的周期。

20.一种辐射发射设备，包括：

空腔，所述空腔至少部分地由光学超材料和反射器来定界；

所述空腔内的电磁源；并且其中

所述光学超材料包括周期性反射组件，所述周期性反射组件被布置成接收来自所述电磁源的辐射并增加处于预定光学波长的辐射强度。

21.如权利要求20所述的辐射发射设备，其特征在于，所述周期性反射组件包括：反射元件的规则阵列，其中每一反射元件具有不大于所述预定光学波长的第一维度；或规则网格，所述规则网格在不大于所述预定光学波长的一个维度中具有周期性。

22.如权利要求20或21所述的辐射发射设备，其特征在于，所述反射器基本上为平面。

23.如权利要求20到22中的任一项所述的辐射发射设备，其特征在于，所述空腔是平面、至少部分为球形、半球形或至少部分为圆柱形。

24.如权利要求20到23中的任一项所述的辐射发射设备，其特征在于，所述设备被布置成以预定角度将处于所述预定光学波长的光发射到所述光学超材料。

25.如权利要求20到24中的任一项所述的辐射发射设备的阵列，其特征在于，所述发光设备被布置在平面阵列或圆柱形阵列中。

26.如任一前述所述的设备、辐射发射设备或辐射发射设备阵列，其特征在于，所述电磁源是从包括以下的组中选出的至少一者：白炽灯；发光二极管；紧凑型荧光灯；和激光器。

27.基本上如上文参考附图描述的一种设备、辐射发射设备或辐射发射设备的阵列。