光纤、具有该光纤的照明设备以及用于形成该光纤的方法
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2019年8月30日提交的新加坡专利申请no.10201908040x的优先权，其内容通过引用整体并入本文以用于所有目的。
技术领域
3.各种实施例涉及一种光纤、一种具有该光纤的照明设备以及一种用于形成该光纤的方法。


背景技术：

4.图1示出了现有技术的光漫反射光纤190。光漫反射光纤190包括实心芯体192(例如二氧化硅或掺杂二氧化硅)、散射芯体194和另一个实心芯体196(例如二氧化硅或掺杂二氧化硅)。光漫反射光纤190利用小的散射体(例如空隙)195从光纤190中提取出被引导的光。散射体195基于化学气相沉积工艺在预制件制造步骤期间被生成。包含散射体195的预制件被拉制成具有涂层(或护套)198(例如低指数聚合物或玻璃)的光漫反射光纤190，以提供物理强度和光导(为清楚起见，护套198未在侧视图中示出)。因此，化学气相沉积工艺对于生成散射机制和实现漫反射光纤190是必不可少的。然而，这种化学气相沉积工艺昂贵且复杂。


技术实现要素：

5.本发明在独立权利要求中被限定。本发明的进一步实施例在从属权利要求中被限定。
6.根据一个实施例，提供了一种光纤。光纤可以包括芯体区域，所述芯体区域内限定有散射结构，散射结构围绕芯体区域的纵向轴线被扭转，其中散射结构被配置成将在光纤中传播的光从光纤中散射出去。
7.根据一个实施例，提供了一种照明设备。所述照明设备可以包括被配置为提供光的光源、和在本文所述的光纤，所述光纤被配置以接收用于在光纤中传播的光。
8.根据一个实施例，提供了一种用于形成光纤的方法。该方法可以包括在光纤的芯体区域中围绕芯体区域的纵向轴线扭转散射结构，其中散射结构被配置成将在光纤中传播的光从光纤中散射出去。
附图说明
9.在附图中，相同的附图标记在不同的视图中通常指代相同的部件。附图不一定按比例绘制，而是重点通常放在说明本发明的原理上。在以下描述中，参考以下附图描述了本发明的各种实施例，其中：
10.图1示出了现有技术的光漫反射光纤的示意图。
11.图2a示出了根据各种实施例的光纤的示意性侧视图。
12.图2b示出了根据各种实施例的照明设备的示意图。
13.图2c示出了根据各种实施例的用于形成光纤的方法。
14.图3a示出了根据各种实施例的具有扭转结构的光纤的示意图。
15.图3b示出了根据各种实施例的具有可变节距的扭转散射结构的光纤的示意图。
16.图3c示出了根据各种实施例的具有扭转散射结构和散射剂的光纤的示意图。
17.图3d示出了根据各种实施例的具有扭转散射结构和光谱改性剂的光纤的示意图。
18.图3e示出了根据各种实施例的具有外部扭结的光纤的示意图。
19.图4a至图4j示出了满足用于限定具有扭转式散射结构的光纤的横向折射率和/或几何形状特征的各种结构的截面图。
20.图5示出了说明根据各种实施例的光纤的散射角分布的示意图。
21.图6a和图6b示出了说明根据各种实施例的用于制造具有沿着光纤轴线扭转的横截面特征的辐射光纤的制造过程的示意图。
22.图7示出了制造的光纤的显微镜图像。刻度代表20μm。
23.图8a示出了说明用于光纤照明的装置的示意图，而图8b示出了各种实施例的被照明光纤的照片。
具体实施方式
24.下面的详细描述参考附图，这些附图通过说明的方式示出可以在其中实践本发明的具体细节和实施例。这些实施例被足够详细地描述，以使本领域技术人员能够实践本发明。在不脱离本发明的范围的情况下，可以利用其他实施例，并且可以进行结构、逻辑和电学上的改变。各种实施例不一定是相互排斥的，这是因为一些实施例可以与一个或更多个其他实施例组合，以形成新的实施例。
25.在方法或装置之一的上下文中描述的实施例对于其他方法或装置近似地有效。类似地，在方法的上下文中描述的实施例对于装置近似地有效，反之亦然。
26.在一个实施例的上下文中描述的特征可以相应地适用于其他实施例中的相同或相似的特征。在一个实施例的上下文中描述的特征可以相应地适用于其他实施例，即使所述特征在这些其他实施例中没有被明确描述。此外，针对一个实施例的上下文中的特征描述的添加和/或组合和/或替代可以相应地适用于其他实施例中的相同或相似特征。
27.在各种实施例的上下文中，短语“至少基本上”可以包括“恰好”和合理的差异。
28.在各种实施例的上下文中，应用于数值的术语“约”涵盖精确值和合理的差异。
29.如本文所用，术语“和/或”包括一个或更多个相关联的所列项目的任何和所有组合。
30.如本文所用，“a或b中的至少一个”形式的短语可以包括a或b，或a和b两者。相应地，“a或b或c中的至少一个”形式或包括其他所列项目的短语可以包括一个或更多个相关联的所列项目的任何和所有组合。
31.各种实施例可以提供具有用于向外散射光的扭转或螺旋路径的扭转光纤。
32.各种实施例可以提供辐射光纤的设计和制造方法。辐射光纤可以在诸如消费电子、汽车、建筑和医疗行业(仅举几例)等小领域的装饰和照明中找到有趣的应用，其中在这些领域中，无法布置笨重的照明设备。本文公开的技术可以提供一种用于获得一个或更多
个光辐射光纤的方法，所述光辐射光纤在一定距离上提供对光散射强度的简易操作。辐射光纤可以通过简单且低成本的制造路线来实现，并且还可以允许散射强度的制造后的控制。
33.与诸如光漫反射光纤190(图1)之类的已知光纤相比，本文公开的技术不涉及昂贵且复杂的化学气相沉积工艺。本文公开的技术可以提供具有利用扭转结构的辐射机制的光纤。在各种实施例中，扭转结构或光导管结构可以具有使得当横向查看时允许观察到扭转的横截面几何形状和/或折射率特征。光导结构(或光纤)可以具有透明材料的芯体和较低折射率材料的环绕包层，当围绕光导结构(或光纤)的轴线扭转时，所述环绕包层对光进行散射。
34.图2a示出了根据各种实施例的光纤200的示意性侧视图。光纤200包括芯体区域202，所述芯体区域202内限定有散射结构204，散射结构204围绕芯体区域202的纵向轴线205被扭转，其中散射结构204被配置成将在光纤200中传播的光(由实心箭头222表示)从光纤200中散射出去(外散射光由空心箭头223表示)。
35.换言之，可以提供光纤200，光纤200可以提供外散射光223。这种光纤200可以为周围环境提供照明。光纤200可以包括(光学)芯体区域(用于光传播或传输)，所述芯体区域内限定有散射结构204。散射结构204可以围绕芯体区域202的纵向轴线205被扭转(或缠绕)，例如以螺旋的方式被扭转。因此，散射结构204可以纵向地(或纵长地或在芯体区域202的长度的方向上或沿着芯体区域202的长度)延伸。纵向轴线205可以包括或可以指纵向延伸的任何轴线，包括例如芯体区域202的中心轴线。散射结构204可以将在光纤200中传播(或穿过光纤200)的光222从所述光纤散射(或发射)出去，以提供外散射光223。在一些实施例中，被扭转的散射结构204可以具有沿着芯体区域202的长度的多个环路。
36.芯体区域202可以被配置成传输光。光222可以在芯体区域202中传播，并且然后可以在传播的光222遇到散射结构204时被散射出去(如光223)。例如，在光222遇到芯体区域202与散射结构204之间的界面时，光222可以被散射。
37.在各种实施例中，光222可以不在散射结构204中传播，例如，当散射结构204包括空气或者可以是空气散射结构204时，或者当散射结构204的折射率低于芯体区域202的折射率时。这可能意味着，散射结构204可能不适于在该散射结构中引导光，或者散射结构204可能不是光传输结构。在其他实施例中，光222可以以比芯体区域202高的折射率在散射结构204中传播。这可能意味着，可以在散射结构204中引导光，并且散射结构204可以由于散射结构204的扭转特性而将光向外散射。
38.芯体区域202可以是实心的，例如完全实心的。芯体区域202可以包括高(折射)指数材料。作为非限制性示例，芯体区域202可以包括玻璃或聚合物。
39.在各种实施例中，散射结构204可以设置在芯体区域202内，或者可以与芯体区域202成一体，或者可以是芯体区域202的一部分。因此，在芯体区域202内设置扭转的散射结构204，以用于将光222向外散射。
40.散射结构204的扭转方向可以沿着芯体区域202的纵向方向。散射结构204可以遵循弯曲的扭转(例如螺旋)路径或弯曲形状的螺旋路径。然而，应当理解，其他形状可以是可能的，例如，散射结构204可以遵循为方形螺旋路径的扭转(例如螺旋)路径。
41.光纤200可以是辐射光纤，这意味着，在光纤200中传播的光222可以以外散射光
223的形式从光纤200中发射出去。
42.应当理解，在芯体区域202中可以限定多过一个的散射结构204。换言之，芯体区域202可以包括限定在该芯体区域中的多个散射结构204，每个散射结构204都纵向地延伸并围绕芯体区域202的纵向轴线205被扭转，并且每个散射结构204都被配置成将在光纤200中传播的光222从光纤200中散射出去。每个散射结构204都可以与另一个散射结构204间隔开。
43.在各种实施例中，散射结构204可以具有不同于芯体区域202的折射率的折射率。与芯体区域202相比，散射结构204可以是更高指数或更低指数的结构。
44.散射结构204可以包括实心材料。
45.在各种实施例中，可以在芯体区域202中限定空隙区域，所述空隙区域限定散射结构204。换言之，散射结构204可以包括或者可以是空隙区域。以此方式，光纤200可以包括在芯体区域202中的空隙区域或空间，以限定散射结构204。空隙区域可以是中空通道，例如，在其中具有空气的中空通道。空隙区域可以是空气区域或空气通道。
46.光纤200还可以包括填充在空隙区域内的材料，使得散射结构204的折射率可以与芯体区域202的折射率不同。所述材料可以是实心材料或流体(例如指数流体)，例如高指数材料或低指数材料。由此，散射结构204的折射率可以高于或低于芯体区域202的折射率。
47.在各种实施例中，散射结构204可以从芯体区域202的中心轴线(或中心)横向偏移。可以理解，中心轴线可以与芯体区域202的中心点或中心区域对准。芯体区域202的横向方向可以垂直于芯体区域202的纵向方向。散射结构204可以在芯体区域202的径向方向上从中心轴线偏移。
48.在各种实施例中，散射结构204可以围绕纵向轴线205以至少基本上恒定的横向偏移量(t)(在贯穿芯体区域202的长度上或沿着芯体区域202的长度部分)被扭转。这可能意味着，在沿着芯体区域202的长度的任何点处，散射结构204与芯体区域202的中心轴线之间的横向偏移量或间隔可以基本上恒定或保持基本上相同。换言之，散射结构204上的每个点都可以与芯体区域202的中心轴线等距。因此，散射结构204可以以恒定的横向偏移量(t)纵向延伸。
49.在各种实施例中，散射结构204可以围绕纵向轴线205以可变的横向偏移量(t)(在贯穿芯体区域202的长度上或沿着芯体区域202的长度部分)被扭转。这意味着，散射结构204相对于芯体区域202的中心轴线的横向偏移量(t)沿着芯体区域202的纵向方向变化。
50.在各种实施例中，散射结构204可以围绕纵向轴线205以至少基本上恒定的扭转周期(或节距p)(在贯穿芯体区域202的长度上)被扭转(例如以螺旋的方式被扭转)。因此，散射结构204可以以恒定的扭转周期纵向延伸。
51.在各种实施例中，散射结构204可以围绕纵向轴线205以可变的扭转周期(或节距p)被扭转(例如以螺旋的方式被扭转)。因此，散射结构204可以以可变的扭转周期纵向延伸。这可能意味着，在光纤200的一个区段处，与光纤200的另一区段相比，可能存在更多数量的扭转散射结构204的环路。在远离光纤200的至少一个输入区域的纵向方向上，扭转周期可以沿着芯体区域202的长度部分例如减小。在光纤200的一个区段上的扭转周期的减小导致散射结构204的环路数量在光纤200的这一区段上的增加。通过使扭转周期减小，沿着芯体区域202的长度部分，可以在光纤200的长度上提供更均匀的照明。光纤200的输入区域
可以是指可以提供光222或将光222送入光纤200以用于传播的区域。光纤200的输入区域可以包括光纤200的端部区域或端面。作为非限制性示例，扭转周期可以在纵向方向上朝向光纤200的中心区域或部分，或朝向光纤200的输出区域减小。
52.在各种实施例中，散射结构204的大小(例如横截面尺寸)(在贯穿芯体区域202的长度上、或沿着芯体区域202的长度部分)可以是可变的。这意味着，散射结构204的大小沿着芯体区域202的纵向方向变化。
53.在各种实施例中，芯体区域202的周界(或外表面)可以具有非圆形(横截面)形状，所述非圆形形状可以围绕纵向轴线205(以螺旋的方式)被扭转，以限定散射结构204。这可能意味着，非圆形形状可以沿着芯体区域202的长度围绕纵向轴线205被纵向扭转。在各种实施例的上下文中，非圆形形状可以指不是完整的圆的形状。周界可以具有一个或更多个部分，所述一个或更多个部分可以是弯曲的或者可以类似于圆形的部分，但是周界作为一个整体并不是一个完整的圆。周界可以具有一个或更多个可以是弯曲的部分，以及一个或更多个可以是线性或直线的部分。周界可以具有但不限于椭圆形形状、卵形形状、矩形形状或三角形形状。
54.在各种实施例中，光纤200可以包括限定在芯体区域202中的(纵向)结构，其中，所述结构的周界可以具有非圆形形状，所述非圆形形状可以围绕纵向轴线205(以螺旋的方式)被扭转，以限定散射结构204。(纵向)结构可以被限定在芯体区域202的中心，或者可以被限定在偏离中心的位置中。(纵向)结构可以是也可以不是光传输结构，这取决于该结构与芯体区域的折射率相比的折射率。
55.在各种实施例中，光纤200的至少一部分可以在外部(以螺旋的方式)被扭转。这可能意味着，光纤200的整个部分本身可以以(螺旋式)扭转的形式被布置或限定(螺旋式)扭转。可以暂时或永久地引起或产生光纤200的外部扭转。在各种实施例中，整个光纤200可以在外部(以螺旋的方式)被扭转，这意味着整个光纤200可以以(螺旋式)扭转的方式被布置、弯曲或卷曲。
56.光纤200还可以包括围绕芯体区域202布置的(外)包层(或包层区域或护套)。包层可以包括低指数材料，或者至少包层的折射率可以低于芯体区域202的折射率。作为非限制性示例，包层可以包括玻璃或聚合物。
57.光纤200还可以包括多个散射剂，所述散射剂被配置成将在光纤200中传播的光222从光纤200中散射出去。这可能意味着，散射剂可以与光222相互作用，并将光222作为外散射光223从光纤200中散射出去。散射剂可以用于调节光纤200的散射强度。散射剂可以设置在光纤200的芯体区域202和/或包层中。
58.光纤200还可以包括多个光谱改性剂，所述光谱改性剂被配置成响应于与在光纤200中传播的光222的相互作用而发射不同波长的合成光。这意味着，合成光和光222具有不同的波长(或颜色或色谱)。合成光可以作为外散射光223被从光纤200中发射出去。例如，光谱改性剂可以吸收光222，并且响应于所述吸收，而生成与传播的光222的波长相比不同波长的合成光。以此方式，光谱改性剂可以改变从光纤200中散射出去的光的波长(或光谱)。光谱改性剂可以包括磷光体和/或(光学)吸收剂。可以在光纤200的芯体区域202和/或包层中设置光谱改性剂。
59.在各种实施例的上下文中，应当理解，术语“扭转”或“被扭转的”可以包括任何扭
转结构或路径，包括但不限于具有恒定节距的扭转、具有可变节距的扭转、向前方向的扭转、反向方向的扭转、顺时针方向的扭转、逆时针方向的扭转或其任意组合。作为非限制性示例，扭转的一个区段可以具有恒定节距，而扭转的另一区段可以具有不同的恒定节距或可变节距。作为进一步的非限制性示例，结构的一个区段可以在向前的方向上被扭转，而结构的另一区段可以在相反的方向上被扭转(或具有顺时针方向的扭转和逆时针方向的扭转)。方向的改变可以发生多次。方向的变化可以周期性地或随机地发生。
60.在各种实施例的上下文中，术语“扭转”可以包括对“螺旋式扭转”的参考。这可能意味着，例如，散射结构204可以围绕芯体区域202的纵向轴线205以螺旋的方式被扭转。
61.图2b示出了根据各种实施例的照明设备220的示意图。照明设备220包括被配置成提供光(由箭头222b表示)的光源221、和光纤200b，光纤200b被配置成接收光222b以用于在光纤200b中传播(或经过光纤200b)。光纤200b可以光学耦合到光源221。光纤200b可以被配置成接收光222b。光纤200b可以如在图2a的光纤200的上下文中所描述的那样。在各种实施例中，光源221可以是激光器，例如激光二极管。
62.图2c示出了根据各种实施例的用于形成光纤的方法230。在所述方法中，散射结构在光纤的芯体区域中围绕芯体区域的纵向轴线被扭转，其中散射结构被配置成将在光纤中传播的光从光纤中散射出去。
63.应当理解，在光纤200的上下文中的描述可以相应地适用于用于形成光纤的方法230。
64.现在将进一步详细地描述各种实施例或技术。
65.作为非限制性示例，具有偏离中心的散射结构或芯体(例如气孔)的玻璃棒或预制件可以用于产生横截面几何形状和/或折射率特征。这种棒可以被拉制成具有散射结构或芯体的光纤，所述散射结构或芯体沿着光纤的轴线被扭转以形成横向可见的扭转结构。图3a示出了根据各种实施例的具有扭转散射结构(或螺旋形散射芯体)304(例如空气通道)的光纤300的示意图。光纤300可以包括实心芯体302(例如玻璃或聚合物)，在所述实心芯体302内，可以限定扭转散射结构304，所述扭转散射结构304具有横过光纤300的横截面的折射率和/或几何形状特征。应当理解，“扭转”可以是指元件围绕其轴线(例如所述元件处于未扭转状态时的纵向轴线)或围绕其中限定扭转元件的结构的纵向轴线的任何旋转，包括但不限于可变扭转、反向方向的扭转，或各种扭转形式的随机组合。光纤300还可以包括涂层(或护套)306(例如低指数聚合物或玻璃)。为清楚起见，护套306在侧视图中未示出。
66.与螺旋形结构304相关的参数可以包括节距(或扭转周期)p和横向偏移量t。节距p可以指螺旋形结构304上沿着平行于光纤300的纵向轴线的轴线彼此对准的两个连续点之间的距离。横向偏移量t可以指螺旋形结构304在垂直方向上与光纤300的中心或中心轴线的距离。节距p沿着光纤300的长度可以是恒定或可变的。横向偏移量t沿着光纤300的长度可以是恒定的。图3b示出了具有扭转式散射结构304b的光纤300b的示意图，其中所述扭转式散射结构304b具有可变节距。如可以观察到，随着结构304b在芯体区域302b内纵向延伸，扭转结构304b的周期从p1减小到p2。应当理解，光纤300b可以具有外包层或护套。
67.图3c示出了光纤300c的示意图，光纤300c具有限定在光纤300c的芯体区域302c中的扭转式散射结构304c。光纤300c还可以包括多个散射剂(由实心圆340c表示)，所述散射剂用于将光纤300c中的光从光纤300c中散射出去。应当理解，光纤300c可以具有外包层或
护套。附加地或替代地，可以在外包层中设置散射剂。
68.图3d示出了光纤300d的示意图，光纤300d具有限定在光纤300d的芯体区域302d中的扭转散式射结构304d。光纤300d还可以包括多个光谱改性剂(由空心圆340d表示)，以对外散射光的光谱进行改性。光谱改性剂340d可以包括磷光体和/或(光学)吸收剂。应当理解，光纤300d可以具有外包层或护套。附加地或替代地，可以在外包层中设置光谱改性剂。
69.现在将参考图3a的光纤300来描述散射操作的非限制性示例。当合适的预制件通过自旋被拉制成光纤时，所引入的偏心式螺旋形结构304可以是低指数区域或高指数区域，所述低指数区域或高指数区域满足可以产生可观察的扭转的所需的折射率和/或几何形状的横截面特征。作为非限制性示例，螺旋形结构304可以是空气通道或填充有低指数材料或流体或高指数材料或流体的通道。螺旋形结构304的散射强度可以根据所引入的散射结构(例如散射剂)的数量、大小、位置(或偏移量t)、或扭转节距(p)中的至少一项而变化。在各种实施例的上下文中，螺旋形结构304的大小可以在光纤直径的大约1/50与大约1/2之间，偏移量可以在光纤直径的大约1/100与大约1/2之间，节距可以在大约1mm与大约100mm之间，而散射结构的数量可以在大约1与大约100之间。例如，较大的横向偏移量t和/或较短的节距p可以引起更强的散射。实际上可以构建具有可变节距的扭转，或者沿着光纤限定所述具有可变节距的扭转，这可以用于随意创建具有一个或更多个更高或更低散射区域的光纤。例如，沿着光纤长度的所引入的可变节距可以控制纵向散射度，例如以补偿光强度沿着长度的自然衰减。以此方式，可以在整个光纤上提供更加均匀的照明。作为非限制性示例，可以朝向光纤的光输出耦合端部区域限定较强的散射区域(例如具有较短的节距p)，并且可以在远离光输出耦合端部区域的纵向方向上(例如，朝向光纤的光入射端)限定较弱的散射区域(例如具有较长的节距p)。如下文将进一步描述的，可以通过在光纤拉制阶段控制自旋速度来实现可变节距。
70.应当理解，除了可以在光纤拉制过程期间引入的如上所述的横截面特征的内置式扭转路径之外，还可以在光纤后制造过程中引入额外的扭转，以调整散射度。因此，各种实施例的辐射光纤可以允许进行诸如外部扭转的后处理，以修改或缓和散射角度和/或散射强度。后处理可以应用于整个光纤长度或期望的局部区段。还应当理解，可以通过局部加热(例如在光纤的特定位置处加热)至可以发生光纤材料的黏性流动的程度同时施加扭转，来赋予光纤永久扭转，使得一旦移除加热并且光纤材料冷却，扭转就可以被凝结。图3e示出了具有外部扭转的光纤300e的示意图，如上所述可以暂时或永久地引发所述外部扭转。光纤300e可以包括芯体区域302e，所述芯体区域302e可以围绕轴线342(例如当处于未扭转状态时光纤300e的纵向轴线)(以螺旋的方式)被扭转。光纤300e上的每个点都可以与轴线342等距。为了便于理解，限定在芯体区域302e中的扭转式散射结构未被示出。应当理解，光纤300e可以具有外包层或护套。
71.应当理解，图3a至图3e中示出的两个或更多实施例可以以任何方式组合在一起。
72.具有横截面几何形状和/或折射率特征的结构的多个非限制性示例在图4a至图4j中示出。可以理解，当具有所示横截面几何形状和/或折射率特征的预制件例如使用自旋被拉制成相应的光纤时，这些结构可以在相应的光纤内形成当横向看时沿着光纤轴线可识别或可观察到的扭转。应当理解，图4a至图4j中示出的设计可以彼此不相互排斥。
73.参考图4a至图4c以及图4i至图4j，黑色区域454a、454b、454c、454i、454j表示具有
与周围材料450a、450b、450c、450i、450j相比不同的折射率(例如更高或更低的折射率)的区域或结构，所述周围材料限定在拉制时光纤的芯体区域材料。结构454a、454b、454c、454i、454j可以是各个气孔和/或包括用于提供期望的折射率的指数材料。
74.可以提供具有非圆形横截面形状的结构。例如，结构454a可以是在径向方向上延伸的直线(或矩形)，但是可以适当地采用可以在任何方向上延伸的和/或具有任何合适形状的任何线，例如之字形线、弯曲线等。结构454i可以具有方形横截面，而结构454j可以具有椭圆形或卵形横截面。然而，可以提供其他非圆形形状，例如矩形、三角形或任何合适的(多边形)形状。虽然结构454i、454j被示出定位在相应的周围材料450i、450j的中心，但应当理解的是，结构454i、454j可以定位在任何偏离中心的位置处。
75.结构454b、454c具有圆形形状，但可以采用任何合适的(多边形)形状。结构454b可以被同轴地对准并且彼此对置。结构454c可以彼此对称地或不对称地对准。
76.当被自旋成光纤时，结构454a、454b、454c、454i、454j限定散射结构。当被自旋成光纤时，结构454a、454b、454c沿着制造的光纤被纵向扭转，以限定散射结构。当被自旋成光纤时，具有非圆形形状的结构454i、454j的周界沿着制造的光纤被纵向扭转，以限定散射结构。在制造的光纤中，光可以在具有材料450a、450b、450c、450i、450j的芯体中传播，并且在光遇到由结构454a、454b、454c、454i、454j限定的扭转结构时，所述光被散射。
77.可以使用具有为非圆形形状的周界的预制件，如图4d至图4h的非限制性示例所示。可以使用具有圆形对称被破坏的结构或形状的预制件，例如如图4d和图4e所示。也可以使用非圆形形状，例如如图4f所示的椭圆形或卵形、如图4g所示的矩形以及如图4h所示的三角形。然而，应当理解，可以提供任何合适的(多边形)形状。在由具有图4d至图4h所示结构的预制件自旋而成的光纤中，光可以在具有材料450d、450e、450f、450g、450h的芯体中传播，并且可以在光遇到光纤空气或光纤聚合物护套界面时(例如与光纤的扭转结构相交)被散射。
78.预制件材料450a、450b、450c、450d、450e、450f、450g、450h、450i、450j可以包括可以被拉制成光纤的任何透明玻璃或聚合物材料。拉制而成的光纤可以由额外的外层包覆以用作包层，从而构建用于引导光的芯体和包层结构(或用于实现波导结构)。如果结构由柔性聚合物材料制成并直接暴露于空气中，则可能不需要外层。
79.应当理解，图3a至图3e以及图4a至图4j所示的实施例中的两个或更多实施例可以以任何方式组合在一起。
80.除了散射强度之外，各种实施例可以允许修改散射角分布。例如，参考图5，图5说明具有螺旋形散射结构504的光纤500的散射角分布，通过向光纤500提供入射光530，与后向散射角θb相比，散射在向前方向上以前向散射角θf可能更强。前向散射角θf可以通过调节一个或更多个设计参数(例如节距p和/或偏移量t)被修改或缓和。例如，短节距和大偏移量可以增加θb。
81.可以在不包括使用昂贵且复杂的化学气相沉积工艺的情况下制造各种实施例的辐射光纤。现在将描述这种光纤的示例性制造方法。参考图6a，玻璃棒650可以被钻孔以沿着棒650形成或限定孔或空隙654。引入的孔650可以提供横向几何形状和/或折射率特征。额外的高或低指数材料可以被插入或引入孔654中。通过在炉中加热直至材料变得黏稠，可以将制备的预制件656在拉制塔中拉制成光纤。在拉制过程期间中，参考图6b，预制件656可
以以期望的速率旋转(由箭头658表示的自旋运动)，以生产具有由空隙结构654限定的扭转式散射结构的光纤600。自旋速率和/或拉制速度可以确定扭转结构的节距p。较高的自旋速率可能会产生较短的节距，并因此产生较强的散射，而较低的自旋速率可能会导致较长的节距，并因此导致较弱的散射。如果在光纤拉制过程中自旋速率发生变化，则所得的光纤600可以沿着光纤600的长度具有可变的节距。由此，散射强度变得可变，这可能有助于实现沿着光纤600的更均匀的照明。在拉制过程期间，可以施加压力控制(由箭头659表示)，以在气孔654中建立正压来防止孔654在表面张力的作用下闭合。作为非限制性示例，作为压力控制的一种形式，可以将空气供应到孔654中以防止孔654闭合或塌陷。
82.在光纤拉制期间，可以施加低指数聚合物涂层(例如，可uv固化氟化丙烯酸酯或热固化硅树脂)，从而为光纤提供光导和物理强度。附加地，散射体或散射剂可以被结合到用于形成包层(或外护套)的聚合物树脂中，以调节散射强度。还可以提供颜色调节，其中可以包括可以修改散射光的光谱的磷光体或吸收剂。例如，磷光体或吸收剂可以设置在(聚合物)包层中。
83.应当理解，具有如图4a至图4j所示的结构或特征的预制件可以在光纤拉制期间进行自旋，以生产具有扭转式(例如，螺旋形扭转式)散射结构的光纤。
84.上述钻孔过程的替代方案是使用堆积拉制技术来构建横截面几何形状和/或折射率特征。具有指数降低或升高元件的毛细管或掺杂二氧化硅棒可以与二氧化硅棒堆积在一起，以形成作为捆的结构。堆积物可以被插入套管中，以在光纤拉制期间保持结构，从而形成预制件。预制件可以在拉制期间被自旋，以形成具有扭转式散射路径的辐射光纤，所述扭转式散射路径由毛细管或掺杂二氧化硅棒指数降低或升高元件限定。
85.经由关于图6a和图6b所述的制造过程来制造由二氧化硅制成的辐射光纤，其中所述辐射光纤包含扭转式空气孔或通道，因此满足上述沿着光纤轴线被扭转的横截面特征。在拉制过程期间施加低指数丙烯酸酯聚合物涂层，所述低指数丙烯酸酯聚合物涂层可以为注入光纤的一端中并沿着光纤的长度被引导的光提供标称0.45数值孔径(na)。所制造的光纤700的横截面的显微镜图像在图7中被示出。所制造的辐射光纤700具有带有气孔704的芯体区域702，所述气孔704偏离中心并且与光纤700的中心偏移大约29μm。沿着光纤500的长度，气孔704沿着光纤700遵循具有1cm节距的扭转路径，以便将来自光纤700的光散射出去。如图7所示，光纤700的直径被测量大约为220μm，并且孔704的大小大约为33μm。
86.为了证明散射特性，可以例如使用蓝色激光二极管(ld)对所制造的光纤进行照明。参考图8a，图8a示出用于光纤照明的装置870的示意图，说明具有光源(例如蓝色ld 872)的照明设备和辐射光纤800，蓝色ld 872可以对接耦合到光纤800。耦合到光纤800中的蓝色光沿着长度传播，并且可以被光纤800内的扭转式散射结构散射。光纤800的输出端部可以连接到另一个ld或反射镜(m)874，以将光朝着输入端部发回，从而使照明更均匀并增强辐射强度。图8b示出了使用18米长的辐射光纤的蓝光照明光纤800b的照片。
87.如果需要，散射强度可以是可调节的，这意味着，通过例如借助外部设备夹持光纤并使夹具相对于彼此旋转来向光纤800施加外部扭转，从而使散射强度更强或更弱。附加地或替代地，可以借助局部加热至可以发生黏性流动的程度同时一起施加扭转使得扭转被凝结，来赋予光纤700永久扭转。因此，散射强度可以在沿着光纤800的任何期望位置处变得可调。
88.本文描述了具有非圆柱形对称(例如，螺旋形结构形式)的扭转式散射结构的辐射光纤的设计、制造和说明。根据以下一项或多项，本文公开的技术可以提供一种从光纤散射光的方式。
89.(i)一种光导结构(或光纤)，具有透明材料的芯体和较低折射率材料的环绕包层，当围绕光导结构(或光纤)的轴线被扭转时，环绕包层散射光。
90.(ii)一种扭转式光导光纤，具有以下一项或多项：
91.光纤，所述光纤具有横截面几何形状和/或折射率特征，使得当横向看时允许观察到扭转；
92.在此，扭转可以被理解为指光纤围绕其轴线的任何旋转，包括可变扭转、反向方向扭转、或各种扭转形式的随机组合；
93.具有可变节距的扭转可以用于随意创建具有更高或更低散射区域的光纤；
94.光导光纤可以是指长度基本上超过其宽度的光导管；
95.光纤可以包括一种或更多种透明材料，例如二氧化硅、复合玻璃或聚合物；
96.光纤可以包括芯体和包层区域以形成波导；
97.光纤可以包括混合的低指数区域和高指数区域；
98.或具有非圆柱对称横截面的单个透明材料，其中创建非圆柱对称的特征是例如空气的气体或真空或例如一种或多种透明材料的实心物；
99.应当理解，各种实施例的光纤可以与其他形式的散射或光谱改性剂一起使用，例如可以嵌入光纤内的玻璃区域或者低指数或高指数聚合物的涂层中，其中玻璃或聚合物可以包含散射体、磷光体或吸收剂中的至少一种，以改变散射强度和/或改变散射光的颜色。
100.(iii)一种用于基于光源和辐射光纤的分布式照明的装置，具有以下一项或多项：
101.可以通过改变在制造期间永久引入的扭转节距，能够控制照明强度和分布；
102.可以通过对制造后的光纤进行外部扭转，能够调节照明强度和角度分布；
103.可以通过局部加热至可以发生黏性流动的程度同时一起施加扭转，使得扭转被凝结，来赋予光纤永久扭转。
104.虽然已经参考特定实施例具体地示出和描述了本发明，但是本领域技术人员应当理解，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以在形式和细节上做出各种改变。因此，本发明的范围由所附权利要求指明，并且因此旨在涵盖落入权利要求的等效含义和范围内的所有变化。