CN106716207B

CN106716207B - 基于流体的光导结构及其制造

Info

Publication number: CN106716207B
Application number: CN201580049242.2A
Authority: CN
Inventors: 多布林斯基·亚历山大; 舒尔·迈克尔; 盖思卡·雷米吉尤斯
Original assignee: Sensor Electronic Technology Inc
Current assignee: Sensor Electronic Technology Inc
Priority date: 2014-09-13
Filing date: 2015-09-14
Publication date: 2019-03-12
Anticipated expiration: 2035-09-14
Also published as: US9696484B2; WO2016040925A1; CN106716207A; US20160077278A1; CN109917511A; CN109917511B

Abstract

提供了一种用于制造包括光导结构的结构的解决方案。光导结构可以由氟聚合物类材料形成，并包括一个或更多个区域，每个区域被对具有目标波长的辐射(诸如紫外辐射)透明的流体填充。可以使用填料材料产生该区域，填料材料至少基本上被氟聚合物类材料包围并随后从每个区域去除。该结构还可以包括集成到光导结构中的至少一个光学元件。

Description

基于流体的光导结构及其制造

本申请要求于2014年9月13日提交的第62/050,126号美国临时申请的权益，该申请通过引用包含于此。

技术领域

本公开总体上涉及一种光导结构，更具体地，涉及包括流体的光导结构的制造。

背景技术

液芯波导(liquid core waveguide)或光导结构可以例如由于诸如纯净水的一些液体的低UV吸收性质而有利于引导紫外(UV)辐射。水的普遍可用性允许制造可容易地用于工业用途的对于UV辐射的相对便宜的光导。与由具有低UV吸收性和其它有益性质(例如，化学惰性、低生物污染性)的氟聚合物形成的光导外壳结合，可以容易地增进薄光导UV层的优点。

已经开发了用于光谱的紫外区、可见光区和红外区中的光谱学应用的这些光导结构，或所谓的液芯波导或流动池(flow cell)。这样的流动池在与用于光传输的光导纤维结合时是特别合适的，能够设计柔性传感器系统。已经设计了用于吸收光谱、荧光光谱和拉曼光谱的具有长的光程长度的多个流动池。与光导纤维相似，通过液芯/壁界面或液芯/覆层(涂层)界面处的全内反射(TIR)，光被限定在(液)芯内在这样的流动池中。唯一的要求是液芯折射率高于环境的折射率。对于包括纯净水的液芯和空气作为环境，容易满足该要求。

采用基于液体的光导结构的一种方法描述了利用TIR和流动管对水进行UV处理的反应器构造。圆柱形罐式反应器单元的入口和芯是透明的流动管，所述透明的流动管被密封的、同心体积的具有比流动管中流动的流体的折射率低的折射率的材料围绕，当UV光被轴向引导到流动管中时能够实现UV光的TIR。另一种方法公开了一种通过光辐射对流体和气体进行同轴处理的方法和反应器，其包括管或容器，所述管或容器由透明材料(优选为石英玻璃)制成、被空气围绕并具有流体入口、流体出口以及适用于将来自外部光源的光传输到管中的至少一个开口或窗口。与能够TIR的处理的流体相比，管或容器外部的空气具有较低的折射率。又一种方法讨论了液芯光导的各方面。一种这样的方法讨论了液芯波导光子能量材料处理系统。

其它方法讨论了液体光导层的制造。图1A和图1B示出根据现有技术的用于制造氟聚合物类外壳的一种方法。在该方法中，如1A中所示，将氟聚合物颗粒2置于容器4中。接着，施加热，这致使氟聚合物颗粒2熔化成连续的氟聚合物类外壳6，如图1B中所示。这样的方法在外壳6可以制造得多薄和外壳6的尺寸达到何种精确度方面受到限制。另外，形成颗粒2的氟聚合物材料和容器4的材料的选择需要使氟聚合物类外壳6与容器4之间没有明显的粘附性，以便将氟聚合物类外壳6从容器4去除。

图2A和2B分别示出根据现有技术的氟聚合物类外壳8的侧视图和俯视图。在此情况下，氟聚合物类膜被折叠并随后沿边缘9A-9C融合。这样的方法需要柔性的氟聚合物类膜，并且导致在一些应用中会不利的柔性氟聚合物类外壳8。另外，与其它方法相似，外壳的精确尺寸、具体厚度难以精确控制。

发明内容

发明人认识到需要一种提供制造薄光导层和/或具有额外的光学组件和漫散射组件的光导层的方法的解决方案。

发明的各方面提供一种用于制造包括光导结构的结构的解决方案。光导结构可以由氟聚合物类材料形成，并包括一个或更多个区域，所述一个或更多个区域中的每个区域被对具有目标波长的辐射(诸如紫外辐射)透明的流体填充。可以使用填料材料产生该区域(或多个区域)，所述填料材料至少基本上被氟聚合物类材料包围并且随后从每个区域去除。该结构还可以包括集成到光导结构中的至少一个光学元件。

发明的第一方面提供了一种制造光导结构的方法，所述方法包括：形成中间结构，中间结构包括至少基本上被氟聚合物类材料包围的第一填料材料；从中间结构去除第一填料材料，以产生第一区域；利用对具有目标波长的辐射透明的第一流体填充第一区域；在填充之后，相对于环境密封第一区域。

发明的第二方面提供了一种制造结构的方法，所述方法包括：制造由氟聚合物类材料形成的光导结构，其中，光导结构包括填充有对具有目标波长的辐射透明的第一流体的第一区域，其中，使用随后从第一区域去除的填料材料来产生第一区域；将至少一个光学元件集成到光导结构中。

发明的第三方面提供了一种制造光导结构的方法，所述方法包括：形成由氟聚合物类材料形成的中间结构，其中，中间结构包括多个区域，每个区域由至少基本上被氟聚合物类材料包围的填料材料限定；从所述多个区域中的每个区域去除填料材料；相对于环境密封所述多个区域的子集，其中，所述多个区域包括至少一个未密封区域；利用对具有目标波长的辐射透明的液体填充所述多个区域中的每个未密封区域；在填充之后，相对于环境密封所述多个区域中的每个未密封区域。

发明的示出性方面被设计为解决这里描述的一个或更多个问题和/或未讨论的一个或更多个其它问题。

附图说明

通过以下的结合描绘发明的各方面的附图对发明的各方面的详细描述，本公开的这些和其它特征将更容易理解。

图1A和图1B示出根据现有技术的用于制造氟聚合物类外壳的一种方法。

图2A和图2B分别示出根据现有技术的氟聚合物类外壳的侧视图和俯视图。

图3A-3F示出根据实施例的用于形成光导层的示出性工艺。

图4A-4F示出根据另一实施例的用于形成光导层的示出性工艺。

图5A-5C示出根据实施例的用于在区域中形成柱的示出性工艺。

图6A-6C示出根据实施例的用于将光电装置结合到光导结构的示出性解决方案。

图7A-7D示出根据实施例的示出性光导结构。

图8A-8C示出根据实施例的示出性光导结构。

图9A-9C示出根据实施例的示出性复合结构。

图10A和图10B示出根据实施例的包括有源光学元件的示出性光导结构。

图11A和图11B示出根据实施例的示出性光导结构。

图12A-12D示出根据实施例的被构造为从多个位置发射辐射的示出性光导结构。

注意到的是，附图可以不按比例。附图意图仅描绘发明的典型方面，因此，不应被认为限制发明的范围。在附图中，在附图之间同样的附图标记表示同样的元件。

具体实施方式

如上所述，发明的各方面提供了一种用于制造包括光导结构的结构的解决方案。光导结构可以由氟聚合物类材料形成，并包括均填充有对具有目标波长的辐射(诸如紫外辐射)透明的流体的一个或更多个区域。可以使用填料材料产生该区域(或多个区域)，所述填料材料至少基本上被氟聚合物类材料包围并且随后从每个区域去除。该结构还可以包括集成到光导结构中的至少一个光学元件。光导结构的实施例可以具有几微米的厚度(如在横穿通过其的光的传播的方向上测量的)。

发明的各方面可提供一种制造光导结构的方法，所述光导结构可以是薄的(例如，可以是几微米的量级，或者甚至是几百纳米的量级)，并且可以容易地用于小薄装置中。实施例还提供了一种具有几微米的量级或者甚至是几百纳米的量级的厚度的光导结构。另一实施例提供了一种包括这里描述的光导结构的装置。

如这里使用的，除非另有说明，否则术语“组”意味着一个或更多个(即，至少一个)，表述“任何解决方案”意味着任何现在已知的或以后开发的解决方案。也如这里使用的，当层允许具有目标波长的辐射的至少百分之十(其以法线入射到该层的界面而辐射)穿过其中时，该层是透明层。当层允许至少百分之三十的辐射穿过其中时，该层是高度透明的，当层允许至少百分之八十的辐射穿过其中时，该层基本上是透明的。另外，如这里使用的，当层反射具有目标波长的辐射的至少百分之十(其以法线入射到该层的界面而辐射)时，该层是反射层，当层反射辐射的至少百分之八十时，该层是高反射的。要理解的是，层可以既是透明的又是反射的。在实施例中，辐射的目标波长对应于在装置的操作期间由光电装置的有源区域发射或感测的辐射的波长(例如，峰值波长+/-5纳米)。对于给定的层，可以在考虑的材料中测量波长并且波长可以取决于该材料的折射率。要理解的是，除非另有说明，否则每个值是近似的，并且在此包括的值的每个范围包括限定该范围的端点值。

查阅附图，图3A-3F示出根据实施例的用于形成光导层的示出性工艺。在图3A中，制造包括填充有填料材料12的薄氟聚合物类膜14的结构10。如这里使用的，当厚度明显小于对应的目标辐射(例如，紫外光)的特征吸收长度时，层/膜是薄的。特征吸收长度可以测量为形成该层的材料和对应的目标辐射的吸收系数的倒数。在实施例中，厚度至多为特征吸收长度的百分之十。可以基于如这里描述的从其制造的光导层的应用来限定填料材料12的厚度。

形成氟聚合物类膜14的示出性氟聚合物包括：乙烯和氟化乙烯-丙烯的共聚物(EFEP)、氟化乙烯丙烯(FEP)、全氟烷氧烷(PFA)、四氟乙烯六氟丙烯偏二氟乙烯(THV)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、乙烯-四氟乙烯(ETFE)、乙烯三氟氯乙烯(ECTFE)、聚三氟氯乙烯(PCTFE)、四氟乙烯和全氟甲基乙烯基醚的共聚物(MFA)、低密度聚乙烯(LDPE)、全氟醚(PFA)等。虽然主要结合氟聚合物进行了描述，但是要理解的是，可以使用其它可比较的材料。示出性材料包括聚交酯(PLA)、熔融石英、蓝宝石、THE等。填料材料12可以是可使用不损坏氟聚合物类膜14的工艺从氟聚合物类膜14去除(例如，蚀刻)的任何材料。在实施例中，填料材料12是二氧化硅。然而，要理解的是，可以使用可容易地施用并溶解的任何材料(诸如氮化硅等)。

图3A中示出的结构10可以使用任何解决方案来制造。例如，可以使用任何解决方案(诸如溅射)将填料材料12施用到平坦的氟聚合物类膜14上，直到已经形成具有期望尺寸的填料材料12。可选择地，可以获得(例如，准备)具有期望尺寸的填料材料12的层(例如，片)，并将其放置为与氟聚合物类膜12相邻(例如，在氟聚合物类膜12上、之下等)。随后，可以使用任何解决方案将氟聚合物类膜14安置在填料材料12周围，诸如使用氟聚合物类膜14包裹填料材料12，随后加热该结构并使氟聚合物类膜14凝固(硬化)，以将填料材料12密封在氟聚合物类膜14内。在另一实施例中，可以将填料材料12放置在包括氟聚合物类颗粒的腔内，使得填料材料12被氟聚合物类颗粒围绕。接着，可以将氟聚合物类颗粒加热以熔化成连续的膜，从而形成紧密地包封填料材料12的氟聚合物类膜14。在此情况下，可以选择腔的尺寸以形成具有期望厚度的氟聚合物类膜14。

如图3B中所示，在氟聚合物类膜14中形成开口16，以将填料材料12暴露于环境。可以使用任何解决方案(诸如使用钻孔、穿刺等机械地去除氟聚合物膜、局部加热和/或化学去除氟聚合物膜等)来形成开口16。虽然开口16示出为位于结构10的一侧上，但是要理解的是，开口16可以位于任何期望的位置中。另外，要理解的是，开口16可以具有任何尺寸。虽然这里示出并描述了单个开口16，但是要理解的是，实施例可以使用多于一个开口16。

如图3C中所示，可以使用任何解决方案从氟聚合物类膜14去除填料材料12(图3A和图3B)。例如，可以使用化学蚀刻方法将填料材料12去除。在此情况下，可以将结构10(图3B)放置在与填料材料12反应(例如，溶解填料材料12)而保留氟聚合物类膜14的化学品20的浴中。化学品20可以穿过开口16，与填料材料12反应并蚀刻填料材料12。例如，当填料材料12是二氧化硅时，化学品20可以是氢氟酸。然而，要理解的是，这仅是可使用的各种化学品20和填料材料12的示例。

如图3D中所示，可以利用流体22填充在已经去除填料材料之后留下的内部空位。例如，可以将氟聚合物类膜14放置在流体22的浴内，流体22可通过开口16进入并填充在已经去除填料材料12之后留下的内部空位。氟聚合物类膜14可以完全淹没在这样的浴内，或淹没至少足以允许流体22完全填充内部空位。在这种程度上，可以选择开口16的放置(氟聚合物类膜14放置在浴内的角度等)，以便使用流体22完全填充内部空位。可选择地，可以通过开口16将流体22倾注到空位中。要理解的是，实施例可以使用两种或更多种流体的组合以填充空位。在实施例中，流体包括液体和气体。可选择地，可以通过一种或更多种液体来完全填充空位。

无论如何，流体22可以对紫外辐射是透明的。在实施例中，流体22对紫外辐射基本上是透明的，在这种情况下，流体22对于在240纳米至360纳米的范围内的光波长具有与纯净水的透明度至少相似的透明度(例如，在百分之十内)。在实施例中，流体22是如由美国食品和药物管理局定义的纯净水。可选择地，流体22可以是对于人类饮用足够干净的水。

如图3E和图3F中所示，可以使用任何解决方案来密封开口16。在实施例中，在氟聚合物类膜14中的开口16保持淹没在流体22浴内的同时密封开口16，例如，以帮助确保在被密封之后氟聚合物类膜14被流体22完全填充。然而，要理解的是，这不是必须的情况。如图3E中所示，密封件可以包括密封材料18A。密封材料18A可以是可有效地结合到氟聚合物类膜14并在目标时间段内足够稳定的任何材料，诸如合适类型的环氧树脂。在实施例中，密封材料18A是放置在开口上并被加热以与氟聚合物类膜14结合的氟聚合物类材料。如图3F中所示，密封件可以包括诸如夹具和螺钉的机械密封件18B。然而，要理解的是，这些方法仅是可使用的各种密封件的示例。

图4A-4F示出根据另一实施例的用于形成替代的光导层30的示出性工艺。在此情况下，所得结构包括多个区域，所述多个区域可以包括一种或更多种不同类型的紫外透明流体。在图4A中，可以使用任何解决方案来制造包括包封填料材料12A-12C的多个不同区域的氟聚合物类膜14的结构30。例如，可以形成填料材料12A-12C的交替层和氟聚合物类膜14，氟聚合物类膜14可包裹在填料材料12A-12C的层的周围，以完全地包封它们，可以将氟聚合物类膜14加热以将填料材料12A-12C的区域密封在氟聚合物类膜14内。

如图所示，结构30可以包括可堆叠布置的填料材料12A-12C的三个区域。另外，填料材料12A-12C的区域可以包括一个或更多个相似的尺寸或不同的尺寸。例如，在示出的实施例中，填料材料的中心区域12B具有比具有基本上相似的厚度的外部区域12A、12C大的厚度。然而，要理解的是，包括如图所示构造的三个区域仅是示出性的。在这种程度上，在可选择的实施例中，结构30可以包括可相对于彼此以任何方式布置并具有期望尺寸的任何组合的填料材料的两个或更多个区域中的任何数量的区域。

如图4B中所示，可以使用任何解决方案将填料材料12A-12C的每个区域暴露于环境。例如，如图3B中所示，可以在氟聚合物类膜14中形成一个或更多个开口16，以暴露填料材料12A-12C的每个区域。可选择地，如图4B中所示，可以去除氟聚合物类膜14的侧边32的一些或全部，以暴露填料材料12A-12C的每个区域。例如，可以沿氟聚合物类膜14的具有足以暴露填料材料12A-12C的每个区域的深度的侧边32形成细长的开口。在另一实施例中，可以使用任何解决方案去除氟聚合物类膜14的整个侧边32。在此情况下，实施例可以包括形成使用氟聚合物类膜14不完全包封填料材料12A-12C的区域但至少基本上包封填料材料12A-12C(例如，暴露少于百分之十的表面积)的结构30。例如，结构30可以包括当加热氟聚合物类膜14时仅一个侧边32(例如，具有最小的尺寸的侧边)暴露的填料材料12A-12C。

在图4C中，示出了填料材料12A-12C的区域被去除的氟聚合物类膜14。可以使用任何解决方案(例如，化学蚀刻)执行填料材料12A-12C的去除。当填料材料12A-12C的区域的整个侧边被暴露时，通过将填料材料12A-12C从氟聚合物类膜14滑出，能够去除填料材料的一些或全部。随后，如果必要，可以使用例如化学蚀刻去除任何剩余的填料材料12A-12C。无论如何，要理解的是，这些解决方案仅是示出性的。

如图4D中所示，可以使用任何解决方案(诸如密封材料34A、34B等)来包封由填料材料12A-12C空出的一个或更多个区域。在此情况下，对应的紫外透明流体22A、22B可以是诸如环境空气的具有低折射率的气体。虽然图4D示出被包封的外部两个区域，但是要理解的是，可以封装零个或更多个区域的任意组合，以使用气体作为紫外透明流体22A、22B。另外，在另一实施例中，可以例如通过在侧边32(图4B)上施用氟聚合物类膜14并加热该结构来包封所有区域，可以对期望利用不同的紫外透明流体的区域的子集重新形成开口。虽然未示出，但是要理解的是，可以将氟聚合物类膜14放置在包括不同于环境空气的气体的环境中，以允许该气体在使用密封材料34A、34B密封该区域之前填充空出的区域。

在图4E中，可以将氟聚合物类膜14放置在流体22C(诸如纯净水)内，流体22C可进入并填充氟聚合物类膜14的暴露的区域。如图4F中所示，可以使用任何解决方案(例如，通过在将氟聚合物类膜14保留在流体22C内的同时施用密封材料34C)包封氟聚合物类膜14的暴露的区域。

与由图3A-3F中示出的工艺形成的结构相比，所得结构可以被构造为提供一个或更多个益处。例如，流体22A、22B可以具有比流体22C的折射率低的折射率，从而将低折射率引导区域并入该结构中。内部并入可以确保在表面36A、36B中的任意一个上不存在表面污染，该表面污染会发生在表面36A、36B暴露于环境时，并会降低使用该结构作为光导的有效性。另外，可以在具有相对高的折射率的周围环境内(例如，液体浴内)使用该结构，而不改变该结构的光导性质。

当流体22A、22B是空气、气体等时，对应的氟聚合物类结构14可以包括被构造为维持填充有流体22A、22B的相应的低折射率引导区域的形状的一个或更多个特征。例如，所述区域可以包括可由氟聚合物类材料形成的一个或更多个柱或者相似结构。所述柱可以使用任何解决方案形成。例如，图5A-5C示出根据实施例的用于在区域中形成柱的示出性工艺。

如图5A中所示，填料材料12包括延伸穿过其的一组开口13A-13C。填料材料12可以包括可以以任何图案/随机构造定位并使用任何解决方案形成的一个或更多个开口13A-13C中的任何数量的开口。每个开口13A-13C可以具有足以允许氟聚合物类材料14在包封填料材料12时穿透开口13A-13C的尺寸。在这种程度上，填料材料12可以由可以是膜、氟聚合物类颗粒等的氟聚合物类材料14来包封。随后，可以如这里描述地加热氟聚合物类材料14，在此期间，氟聚合物类材料14可以穿透并填充开口13A-13C。可以使氟聚合物类材料14凝固，在此之后，可使用这里描述的工艺去除(例如，蚀刻)填料材料12。

图5B和图5C示出所得结构的透视图和侧视图。如图所示，氟聚合物类材料14形成包括位于其中的一组氟聚合物类柱15A-15C的区域38。要理解的是，这里描述的方法仅是各种方法的示例。例如，在另一实施例中，在填料材料12被氟聚合物类材料14包封之前，可以使用氟聚合物类材料来填充开口13A-13C。在此情况下，当加热时氟聚合物类材料14可以与填充开口13A-13C的氟聚合物类材料结合。

如这里描述的，各种结构可以在系统中提供波导。在这种程度上，该结构可以位于系统内，使得光以对于波导最优的角度(例如，以大于该结构的全内反射角的角度)进入该结构。

图6A-6C示出根据实施例的用于将光电装置42A-42C结合到光导结构40的示出性解决方案。示出性光电装置42A-42C包括传统的发光二极管或超辐射发光二极管、光发射激光器、激光二极管、光传感器、光检测器、光二极管、雪崩二极管等。在实施例中，光电装置42A-42C被构造为作为紫外光发射器件操作。

光导结构40可以由氟聚合物类材料14形成，并包括一个或更多个区域，所述一个或更多个区域中的每个区域被这里描述的流体填充。在每种情况下，光电装置42A-42C可以嵌入在结合到光导结构40的氟聚合物类域44A-44C中。可以使用任何解决方案将每个域44A-44C结合到光导结构40上的期望位置，例如，通过局部加热域44A-44C和/或结构40的一部分，以使氟聚合物类材料流动。如图6A中所示，光电装置42A可以融合到光导结构40的侧壁中。可选择地，如图6B和图6C中所示，光电装置42B、42C可以附着到光导结构40的边缘壁。虽然在每个附图中仅示出了单个光电装置42A-42C，但是要理解的是，任何数量的光电装置42A-42C可以以各种可能的位置的组合中的任何一种结合到光导结构40。

每个域44A-44C可以被构造为以相对于光导结构40的期望的角度定位光电装置42A-42C。例如，可以选择该角度，以确保由相应的光电装置42A-42C(例如，紫外发光二极管)发射的大部分的光(例如，紫外辐射)以对于波导最优的角度进入光导结构40。相似地，可以选择该角度，以确保将通过光导结构40传播的光引导到用于感测的光电装置42A-42C的感测表面上。然而，要理解的是，由光电装置42A-42C发射的光的一些部分不会结合到光导，并且会在结合界面处辐射。

如图6C中所示，光导结构40的实施例可以具有至少局部涂覆有反射膜45的一个或更多个表面。反射膜45可以被构造为促进增加由光电装置42C发射的光到光导结构40中的结合。用于形成反射膜45的示出性材料包括诸如PTFE等的反射性氟聚合物、由铝形成的UV反射膜、高度紫外反射膨胀聚四氟乙烯(ePTFE)膜(例如，漫反射材料)等。可以使用任何解决方案(例如，由液体溶液蒸发、溅射、沉积等)将反射膜45施用到光导结构40的表面。

在实施例中，反射膜45具有可变的空间反射率。例如，反射膜45的反射率可以随着远离光电装置42C而降低。要理解的是，反射膜45可以是部分透明和部分反射的，同时维持恒定的吸收。反射膜45的吸收特性可以足够小，以允许明显的光导和光透射。例如，随着反射膜45的反射率降低，反射膜45的透射率可以提高。反射膜45的反射率的这样的变化可以促进光从反射膜45的外部表面均匀发射。例如，反射膜45可以包括具有开口的薄铝层，其中，开口的尺寸和/或密度随着与光电装置42C的距离而改变，以产生反射膜45的目标总体反射和透明性质。可选择地，反射膜45可以包括具有改变的合金组成的反射和透明材料的合金。

反射膜45的反射率可以针对光导结构40的具体应用进行调整。例如，反射膜45的反射率可以具有贯穿光导结构40的长度的从高度反射性(在光电装置42C附近)到高度透明膜的线性轮廓。反射率可以在从高度反射膜到完全透明的范围内。另外，膜的反射率的类型也可减弱。例如，反射膜45在一些域中可以是镜面反射的，而在其它域中是漫反射的。相似地，反射膜45的透明度可以是镜面的或漫射的，并通常可以根据应用需要在整个反射膜45上变化。

用于制造这里描述的光导结构40的解决方案能够以最小的增加的成本灵活设计光导结构40的形状。在这种程度上，如这里所述制造的光导结构40可以具有各种形状中的任何形状，其中，每种形状可以被构造为沿期望的路径引导光(例如，紫外辐射)。例如，图7A-7D分别示出根据实施例的示出性的光导结构46A-46D，光导结构46A-46D中的每个可以使用这里描述的解决方案来制造。

在图7A中，光导结构46A包括多个分支，并可以用于在整个域中分布辐射。在此情况下，辐射可以沿从较大分支至较小分支(例如，附图中的左边至右边)的路径传播。可选择地，光导结构46A可以用于通过从较小分支至较大分支(例如，附图中的右边至左边)引导辐射来组合整个区域的辐射。在图7B中，光导结构46B可以被构造为聚焦元件，在此情况下，可以改变光导结构46B的剖面面积以修改传播的光的方向分布。例如，光导结构46B可以具有可用作用于准直辐射的结构的截顶倒金字塔形或锥形形状。如图7C中所示，这里描述的光导结构46C的一个或更多个表面可以包含可为来自光导结构46C的辐射提供漫射输出的粗糙度或图案。可以使用任何解决方案(诸如标准压印技术)产生这样的粗糙度和图案。图7D示出具有可使用这里描述的解决方案来容易地制造的更复杂的形状的光导结构46D。

在又一实施例中，使用这里描述的解决方案制造的光导结构可以具有弯曲和/或弹性，使得该结构可以弯曲到期望的弯曲而不断裂。在这种程度上，图8A-8C示出根据实施例的示出性光导结构48。如图所示，光导结构48可以被制造为具有逐渐的弯曲和/或被弯曲成这样的形状。在后者的情况下，形成光导结构48的氟聚合物材料可以具有足够的弹性，以使光导结构48弯曲。例如，具有符合的厚度的EPTFE可以用来实现期望的弯曲量。另外，多个光导结构48可以连接在一起，例如，以形成允许在三维域中引导辐射的光导网。可以通过将单个光导结构焊接到复杂结构中、通过将一个光导结构48紧密地附着到另一个光导结构48的插座的设计等来执行这样的连接。

在实施例中，包括这里描述的光导结构作为包括一个或更多个光学元件的复合结构的部件。如这里使用的，光学元件是被构造为提取、发射、感测、重新引导、散射、漫射、聚焦等的结构，其中，在光导结构内或外部传播辐射。例如，图8A-8C示出光导结构48包括一组光提取元件50的实施例，每个光提取元件50允许通过光导结构48传播的辐射的一部分从中提取。在实施例中，每个光提取元件50包括使用任何解决方案(例如，通过将光提取元件50焊接/熔融到光导结构48)安置在光导结构48上的突起。最好参看图8C，光提取元件50可以是倒截锥体的形状。然而，要理解的是，这仅是示出性的，光提取元件50可以具有各种可替代的形状中的任何一种，其包括：圆柱形、球形、金字塔形、锥形等。另外，各种类型的光提取元件50的组合可以应用到光导结构48。在实施例中，每个光提取元件50的特性尺寸(例如，最大的垂直剖面)可以选择为与光导结构48的厚度相当或超过光导结构48的厚度。另外，光提取元件50可以包括粗糙元件、一个或更多个透镜(例如，菲涅尔透镜)等。

示出性复合结构可以包括与光导结构融合的光学元件。图9A-9C示出根据实施例的示出性复合结构52A-52C。每个复合结构52A-52C包括对应的光导结构54A-54C，可以使用这里描述的解决方案来制造每个光导结构54A-54C。

在图9A中，复合结构52A包括粘附到光学元件56A的光导结构54A，光学元件56A可以包括球面透镜、漫射元件等。在图9B中，复合结构52B包括粘附到光学元件56B的光导结构54B，光学元件56B可以包括透镜。在每种情况下，光学元件56A、56B可以使用流体填充，使用这里描述的氟聚合物设计，并包括另一类型的紫外透明材料(例如，蓝宝石、熔融石英等)，等等。无论如何，要理解的是，光学元件56A、56B仅是可包括的各种类型的光学元件的示例。其它类型的光学元件包括设计为修改由对应的光导结构54A、54B引导的紫外辐射的空间和/或角度分布的棱镜、板和/或任何其它合适的紫外透明突起。

图9C示出包括并入在光导结构54C内的光学元件56C的复合结构52C。例如，光学元件56C可以包括由氟聚合物材料包封的紫外辐射发射器。光学元件56C可以位于光导结构54C内，光导结构54C可以被构造为影响由发射器发射的辐射的一个或更多个方面。例如，光导结构54C可以包括被构造为改善封闭的光学元件56C的光提取特性的球体。虽然未示出，但是可以使用可使用任何解决方案制造的任何类型的支撑结构(例如，柱)将光学元件56C保持在光导结构54C内的期望位置中。

这里描述的光导结构的实施例可以包括并入其中的有源光学元件。如这里使用的，有源光学元件包括能够具有在操作包括光学元件的系统期间改变的一个或更多个属性的元件。在这种程度上，有源光学元件可以包括可操作为动态地改变光学元件的操作的一个或更多个方面的一个或更多个组件。例如，有源光学元件可以包括一个或更多个可移动组件、能够改变形状的一个或更多个组件等，这使得改变光学元件的操作的一个或更多个方面。在实施例中，有源光学元件是漫射元件。

例如，图10A和图10B分别示出根据实施例的包括有源光学元件62A、62B的示出性光导结构60A、60B。在每种情况下，有源光学元件62A、62B被位于光导结构60A、60B内的区域限定，该区域可以由例如限定与有源光学元件62A、62B对应的光导结构60A、60B内的间隔的透明壁来形成(例如，由氟聚合物形成)。每个有源光学元件62A、62B可以包括诸如磁力搅拌的可移动的组件64A、64B。可移动的组件64A、64B可以移动以改变光学元件62A、62B的一个或更多个光学性质。

例如，如图10A中所示，可以操作可移动的组件64A，以搅拌存在于有源光学元件62A内的泡66A，泡66A会导致有源光学元件62A外的紫外辐射的漫射发射。在图10B中，可以操作可移动的组件64B，以搅拌位于有源光学元件62B内的反射性粉末66B，反射性粉末66B会导致来自有源光学元件62B的紫外辐射的漫射发射。在每种情况下，当不操作可移动的组件64A、64B时，泡66A和反射性粉末66B可以位于有源光学元件62A、62B的不明显影响通过有源光学元件62A、62B传播的辐射的区域中。无论如何，要理解的是，有源光学元件62A、62B及其构造仅是各种可能构造的示例。在其它实施例中，有源光学元件可以包括可主动地或被动地用来改变通过对应的光导结构传播的辐射的一个或更多个方面的反射镜、漫射器等。

这里描述的光导结构可以被制造为具有许多子区域，所述子区域可以具有各种构造并提供各种功能。例如，图11A和图11B示出根据实施例的示出性光导结构70A、70B。每个光导结构70A、70B可以由如这里描述的氟聚合物类材料来制造，并包括具有位于其中的流体72A、72B的中心区域，中心区域被构造为使辐射穿过其传播，如这里所述。另外，每个光导结构包括位于流体72A、72B的相对侧上的多个层，所述多个层中的一个或更多个可以包括诸如空气的低折射率材料。如这里使用的，低折射率材料表示具有形成结构中的相邻层的材料的折射率的至多百分之九十的折射率的材料。

在图11A中，光导结构70A可以包括位于流体72A的每侧上的多个子区域74A、74B，多个子区域74A、74B可以被构造为至少部分地实现布拉格反射器。在此情况下，每个子区域的厚度可以与通过流体72A传播的辐射的波长相称。然而，对于不完全布拉格反射器效应，厚度可以是辐射的波长的几倍，并可以具有一些厚度的变化。如图11B中所示，一个或更多个子区域76A、76B可以包括不同的材料。例如，子区域76A可以包括具有荧光性质的材料，例如，当暴露于紫外辐射时，所述材料发射可见光。另外，子区域76B可以包括具有与相邻子区域的折射率不同的折射率的材料。在这种程度上，子区域76B可以使用可与流体72B相同或不同的紫外透明流体来填充。

如上所述，使用这里描述的解决方案制造的光导结构可以被构造为从各个位置发射辐射。在这种程度上，图12A-12D示出根据实施例的被构造为从多个位置发射辐射的示出性光导结构80A-80D。在每种情况下，光导结构80A-80D分别包括一系列台阶82A-82D，从一系列台阶82A-82D发射通过光导结构80A-80D传播的辐射的一部分。如图所示，一系列台阶82A-82D可以包括可基于从其发射的辐射的期望的量而选择的各种厚度的台阶。另外，如一系列台阶82B中所示，台阶可以是可具有变化形状的突起，可以包括光学元件84(例如，诸如压印到光导结构80B的输出(或输入)表面上的菲涅尔透镜的透镜)，可以由这里描述的任何类型的透明材料来形成，等等。另外，如图12D中所示，为了以期望的方式(例如，具有目标强度分布)发射辐射，相邻的台阶在彼此之间可以具有距离H。在这种程度上，要理解的是，距离H可以在一系列台阶82A-82D中的不同台阶之间改变。

虽然在这里示出并描述了一种制造包括光导结构的结构的方法，但是要理解的是，发明的各方面还提供了各种替代的实施例。例如，发明的实施例还包括在这里示出并描述的各种结构。另外，发明的实施例包括并入这里描述的结构的诸如基于紫外线的杀菌系统的系统，以及这样的系统的制造。在这种程度上，这样的系统的制造可以包括集成这里所描述的结构以及将这里描述的一个或更多个电子装置连接到能够以期望的方式将电力提供到电子装置并操作电子装置的控制系统。可以使用任何解决方案来执行这样的集成和连接。

出于示出和描述的目的，已经呈现了发明的各方面的前述描述。不意图穷举或将发明限制为公开的精确形式，并且显然，可能有许多修改和改变。可对本领域技术人员而言明显的这样的修改和改变包括在如由所附权利要求限定的发明的范围内。

Claims

1.一种制造光导结构的方法，所述方法包括：

形成中间结构，所述中间结构包括至少基本上被氟聚合物类材料包围的第一填料材料；

从中间结构去除第一填料材料，以产生第一区域；

利用对具有目标波长的辐射透明的第一流体填充第一区域；以及

在填充之后，相对于环境密封第一区域。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，形成中间结构的步骤包括：

利用氟聚合物类材料的膜包围第一填料材料；

在包围之后加热膜；以及

在膜中产生开口，以将第一填料材料的表面的一部分暴露于环境。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，去除的步骤包括使用溶解第一填料材料的化学品来蚀刻第一填料材料。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述第一填料材料包括二氧化硅，所述化学品包括氢氟酸，所述第一流体包括纯净水。

5.根据权利要求2所述的方法，其中，填充的步骤包括在去除的步骤之后将开口淹没在第一流体中，其中，密封的步骤包括在将开口淹没在第一流体中的同时将密封材料施用到开口。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述中间结构还包括第二填料材料，所述第二填料材料至少基本上被氟聚合物类材料包围，其中，第二填料材料通过氟聚合物类材料与第一材料分开，其中，所述方法还包括：

从中间结构去除第二填料材料，以产生第二区域；

利用对具有目标波长的辐射透明的第二流体填充第二区域；以及

在填充之后，相对于环境密封第二区域。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述第二流体与所述第一流体不同。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，第一流体或第二流体中的一个包括纯净水，第一流体或第二流体中的另一个包括气体。

9.根据权利要求6所述的方法，其中，第一填料材料或第二填料材料中的至少一个包括延伸穿过其的一组开口，其中，所述氟聚合物类材料穿透该组开口，并在第一区域或第二区域中的对应的至少一个中形成一组柱。

10.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括将至少一个光学元件集成到光导结构中。

11.一种制造结构的方法，所述方法包括：

制造由氟聚合物类材料形成的光导结构，其中，光导结构包括填充有对具有目标波长的辐射透明的第一流体的第一区域，其中，使用填料材料来产生第一区域并随后从第一区域去除填料材料；以及

将至少一个光学元件集成到光导结构中。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，制造的步骤包括：

利用氟聚合物类膜至少基本上包围填料材料；

在至少基本上包围氟聚合物类材料之后，加热氟聚合物类膜；

从中间结构蚀刻掉第一填料材料，以产生第一区域；

在填充之后，相对于环境密封第一区域。

13.根据权利要求11所述的方法，其中，集成的步骤包括将光电装置结合到光导结构，其中，所述结合以被选择为在光导结构中提供由光电装置发射的辐射的最大波导的相对于光导结构的角度定位光电装置。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，制造的步骤还包括将反射膜施用到光导结构的表面的位于光电装置附近的区域中的至少一部分。

15.根据权利要求11所述的方法，其中，所述至少一个光学元件包括光提取元件。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述光提取元件是表面粗糙化的光导结构的表面的区域或粘附到光导结构的透镜中的一种。

17.根据权利要求11所述的方法，其中，所述至少一个光学元件包括有源光学元件，所述有源光学元件包括一组泡或反射性粉末中的至少一个。

18.一种制造光导结构的方法，所述方法包括：

形成由氟聚合物类材料形成的中间结构，其中，所述中间结构包括多个区域，每个区域由至少基本上被氟聚合物类材料包围的填料材料限定；

从所述多个区域中的每个区域去除填料材料；

相对于环境密封所述多个区域的子集，其中，所述多个区域包括至少一个未密封区域；

利用对具有目标波长的辐射透明的液体填充所述多个区域中的每个未密封区域；以及

在填充之后，相对于环境密封所述多个区域中的每个未密封区域。

19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述多个区域包括对齐堆叠的三个区域，其中，所述多个区域的所述子集包括最外部的区域。

20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述最外部的区域包括由氟聚合物类材料形成的多个柱。