光源转换器的制作方法

光源转换器
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求2019年4月16日提交的题为“light source converter”的美国临时专利申请号62/834,677的权益，该申请的全部内容以引用的方式并入本文中。
技术领域
3.本发明总体上涉及一种用于与光学装置一起使用的光源转换器，并且更具体地，涉及一种用于与具有体积磷光体芯的光学装置一起使用的光源转换器。


背景技术：

4.自20世纪20年代第一固态照明(ssl)装置发明以来，一直集中推动将其用作当代光源的替代品。在20世纪60年代，发明了第一明亮ssl装置，它们在工业和消费领域中作为光源的使用急剧增加。ssl装置研究的下一个主要目标是发现一种产生白光的新方法，并且这主要是通过混合窄带红、蓝和绿(rgb)光源来实现。与预期的宽光谱
‘
白’光相比，这种混合带来了许多问题，诸如色彩准确性和温度的再现。
5.ssl装置发展的下一阶段发生在20世纪90年代，当时发明了明亮的蓝色发光二极管(led)，且随后将其与磷光体涂层的薄层配合。这层磷光体涂层可以与从二极管发射的蓝光相互作用，随后将所述光转换为宽光谱发射，其峰值位于比入射蓝光的波长更长的波长处。与先前的离散rgb混合方法相比，未转换的蓝光与转换光的混合可以更好地再现宽光谱
‘
白’光。
6.激光器通过基于电磁辐射的受激发射的光学放大来发射光。激光器通常因其空间相干性而区别于其他光源。空间相干性通常通过激光器的输出为窄束来表示，其衍射受限。激光器还具有时间相干性，这使它们发射窄光谱的光，并且因此发射单一颜色的光。激光器长期以来一直用于使用较简单的技术可能无法产生具有所需空间或时间相干性的光的情况。
7.传统上，使磷光体转换在ssl装置内正常发挥功能的唯一方法是将发光源涂覆在磷光体材料的薄层中。随后的研究表明，较大百分比的入射蓝光被磷光体涂层反射，并且因此未被转换，从而导致大量可用光损失以及整体效率降低。对此做出的回应是远程磷光体，其是一种将磷光体转换材料从发光源偏移一定距离的方法。通过将转换材料放置在距离发光源较短距离处，错误反射的可能性降低，并且由在其他方面相同的ssl装置产生更高的转换效率。远程磷光体通常是由透明介质制成的透镜或盖帽，所述透明介质涂覆在非常薄的磷光体层中并远离发光源定位。
8.虽然远程磷光体是对其中发光源直接覆盖在磷光体中的较旧ssl装置的改进，但是使用薄的转换材料层可能会带来几个问题。这些问题可能包括：对在磷光体饱和之前可以转换的发射光量的限制、发射源的表面积与可以暴露的磷光体量之间的直接相关性、薄表面上的温度集中、以及转换系统的整体效率。
9.因此，需要一种可以将大量发射光有效地转换为不同波长的光转换器


技术实现要素：

10.在一个实施方案中，存在一种光源转换器，所述光源转换器包括光学地耦合到光源的非均质转换芯，所述转换芯具有由多个层构成的透射介质、近端、远端和在近端与远端之间延伸的长度。光源转换器还包括体积悬浮在透射介质的多个层中的每个层中的多个磷光体颗粒，多个层中在转换芯的近端附近处的一个层中的多个磷光体颗粒的密度不同于多个层中在透射介质的远端附近处的另一个层中的多个磷光体颗粒的密度。
11.在一个实施方案中，多个磷光体颗粒包括两种或更多种磷光体颗粒百分比、组合物和/或化学成分。跨越透射介质的长度的两种或更多种磷光体颗粒百分比可以是从大约0％到大约100％或从大约0.1％到大约25％。
12.在一个实施方案中，多个磷光体颗粒包括两种或更多种磷光体类型。两种或更多种磷光体颗粒的百分比、化学成分和组合物中的一者或多者可以被配置为连续加宽来自光源的光的吸收带。
13.在一个实施方案中，多个磷光体颗粒的体积悬浮形成梯度磷光体芯。梯度磷光体芯可以是连续或不连续的梯度磷光体芯。
14.在一个实施方案中，多个层中的每个层的厚度为约30微米至比透射介质的总长度小约30微米。多个层中的每个层的厚度可以是大约从0.01mm到大约25mm。
15.在一个实施方案中，多个磷光体颗粒的密度从近端到远端增加或减少。
16.在一个实施方案中，透射介质由半透明材料构成，所述半透明材料被配置为允许某些可见波长的光不受阻碍地穿过透射介质。透射介质可以由聚丙烯、玻璃、丙烯酸、陶瓷、聚碳酸酯、光学聚合物、聚酯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚氨酯、烯烃、共聚物、凝胶、水凝胶、玻璃体、结晶体和/或过冷液体构成。
17.在一个实施方案中，透射介质由聚丙烯、玻璃、丙烯酸、陶瓷和/或聚碳酸酯构成。
18.在一个实施方案中，转换芯被配置为通过对特定波长的光的漫射、吸收和/或重定向来修改来自光源的光的光学性质。
19.在一个实施方案中，多个磷光体颗粒中的每一个在多个层中具有大致预定的位置。多个磷光体颗粒可以跨越沿着转换芯的长度的每个横截面大致彼此等距地间隔开，其中每个横截面均法向于转换芯的长度截取。
20.在一个实施方案中，多个层中的每个层由多个子层构成，每个子层在子层内具有相同的磷光体颗粒密度和/或磷光体颗粒化学成分。多个层中的每个层跨越多个层中的每个层的长度可以具有相同的磷光体颗粒密度和/或磷光体颗粒化学成分。
21.在一个实施方案中，光源是激光器。光源可以输出第一辐射光谱并且转换芯可以输出不同于第一光谱的第二辐射光谱。
22.在一个实施方案中，多个层中的至少两个层在磷光体颗粒百分比、磷光体颗粒密度、磷光体颗粒组合物和/或磷光体颗粒化学成分方面不同。
23.在一个实施方案中，多个磷光体颗粒的体积悬浮是包括非线性、单调或多调悬浮的不连续体积悬浮。
24.本发明的另一个实施方案提供了一种包括激光光源的光学装置。光学装置可以包括光学地耦合到激光光源的非均质转换芯，所述转换芯具有近端、远端、在近端与远端之间延伸的长度、以及透射介质，所述透射介质由透明或半透明材料和多个层构成。光学装置还
可以包括体积悬浮在透射介质的多个层中的每个层中的多个磷光体颗粒，每个层进一步以一系列子层布置，所述磷光体颗粒中的每一个在该系列子层和较厚层或层组中具有大致预定的位置，转换芯的近端附近的多个磷光体颗粒的密度不同于转换芯的远端附近的多个磷光体颗粒的密度以形成梯度磷光体芯。梯度磷光体芯可以被配置为沿着转换芯的长度连续加宽来自激光光源的光吸收光谱。
附图说明
25.当结合示例性实施方案的附图阅读时，将更好地理解前述发明内容以及光源转换器的实施方案的以下具体实施方式。然而，应理解，本发明不限于所示的精确布置和工具。
26.图1是具有均质体积磷光体转换芯的现有技术光源转换器的示意图；
27.图2a是根据本发明的示例性实施方案的具有光源转换器的光源的示意图，所述光源转换器具有体积磷光体转换芯和连续的密度梯度；
28.图2b是根据本发明的示例性实施方案的光源转换器的示意图，所述光源转换器具有体积磷光体转换芯和连续的密度梯度；
29.图3是根据本发明的示例性实施方案的光源转换器的示意图，所述光源转换器具有体积磷光体转换芯和不连续的密度梯度；
30.图4是根据本发明的示例性实施方案的光源转换器的示意图，所述光源转换器具有体积磷光体转换芯和不连续的密度梯度；
31.图5是根据本发明的示例性实施方案的光源转换器的示意图，所述光源转换器具有体积磷光体转换芯和连续的密度梯度、具有两种不同的磷光体类型；
32.图6是根据本发明的示例性实施方案的光源转换器的示意图，所述光源转换器具有体积磷光体转换芯和不连续的密度梯度、具有两种不同的磷光体类型；
33.图7是根据本发明的示例性实施方案的光源转换器的示意图，其中磷光体颗粒以一系列层有意地分布在透射介质中，颗粒的密度从透射介质和非均质梯度体积磷光体转换芯的左侧到右侧以不连续梯度增加(并且磷光体的类型也以四个阶段从透射介质的左侧到右侧发生变化)；
34.图8是示出根据本发明的示例性实施方案的沿着y轴分布在整个透射介质中的磷光体颗粒的密度和沿着x轴的体积磷光体转换芯的长度的图示；
35.图9是示出根据本发明的示例性实施方案的沿着y轴分布在整个透射介质中的磷光体颗粒的密度和沿着x轴的体积磷光体转换芯的长度的图示；
36.图10是示出根据本发明的示例性实施方案的沿着y轴分布在整个透射介质中的磷光体颗粒的密度和沿着x轴的体积磷光体转换芯的长度的图示；
37.图11是示出根据本发明的示例性实施方案的沿着y轴分布在整个透射介质中的磷光体颗粒的密度和沿着x轴的体积磷光体转换芯的长度的图示；
38.图12是示出根据本发明的示例性实施方案的沿着y轴分布在整个透射介质中的磷光体颗粒的密度和沿着x轴的体积磷光体转换芯的长度的图示；
39.图13是光源转换器的示意图，其示出了层和子层的布置；
40.图14a是光源转换器的示意图，其示出了体积磷光体转换芯内的磷光体颗粒密度的示例性径向布置；
41.图14b是光源转换器的示意图，其示出了体积磷光体转换芯内的磷光体颗粒密度的示例性径向布置；以及
42.图14c是光源转换器的示意图，其示出了体积磷光体转换芯内的磷光体颗粒密度的示例性径向布置。
具体实施方式
43.本发明的实施方案可以提供一种用于在承载介质中按体积设置磷光体化合物的方法，其中磷光体的体积百分比可以变化。与在远程表面上使用薄的、均匀分布的涂层的当前系统相比，体积梯度磷光体芯的益处很多并且在本文中进行了描述。体积磷光体芯的益处可能是更大体积的磷光体化合物可以暴露于入射光而不使用专用光学器件。更大量的磷光体可用于转换过程中，而不会增加暴露于入射光的表面积，这可以大大提高系统的效率，同时允许用于随后的光输出的光源的整体尺寸相对较小。
44.与当前的薄涂层方法相比，优点在于在承载介质内以梯度分布设置磷光体化合物。使用梯度分布可以允许更精确地控制已转换的输出光的特性。由梯度分布引起的精确控制可以有助于输出光的各方面，诸如但不限于更好的色彩再现、更可控的色温、更可控的峰值波长、更好的温度处置、窄带入射光与宽带发射光的更好混合、温度更稳定的系统和更有效的转换过程。
45.本发明的实施方案可以提供在承载介质内的磷光体材料的阶梯式(不连续)梯度分布或平滑(连续)梯度分布。这样的分布可以是但不限于线性的、非线性的、单调的、多调的等。梯度分布也可以构成分布层厚度的变化，其范围为例如但不限于从30微米至比整个芯的长度小30微米。这种类型的梯度可以通过使用产生层的制造过程来实现。每个层可以由多个子层构成。每个子层可以由类似或相同的磷光体颗粒密度和组合物构成。制造过程可以通过多种方法产生层并将层组合，所述方法诸如但不限于叠层、水热合成、烧结、熔合、沉积、溶胶凝胶工艺、凝胶燃烧、扩散结合、化学沉淀、共沉淀、固态/湿化学合成和/或粘合剂。
46.制造过程还可以允许在同一磷光体芯中有意使用多种磷光体化合物、多种磷光体颗粒尺寸、以及以不同浓度分布不同的磷光体化合物。这可以引起对已转换的输出光的甚至更精确的控制。制造过程还涉及有意选择要悬浮在透射介质中的磷光体的百分比、尺寸和类型，以确保输出光符合每个用例的要求。制造过程还允许将承载介质的一系列薄子层(现在以预定百分比与磷光体颗粒混合)有意布置成更厚的层或层组，从而引起更精确的光输出。各个子层在各个层内的子层之间可以具有类似或相同的磷光体颗粒密度、尺寸和/或组合物。在每个层内的子层中具有类似的磷光体颗粒密度和组合物可以允许特定地控制相应层中的磷光体颗粒布置和整个透射介质。至少，子层的厚度可以是一个磷光体颗粒的直径。子层的厚度取决于每个用例所需的光转换和调制性质。每个层可以由数十、数百、数千或数百万个子层构成。在整个过程中，建立了优化工作流程，其基于经过严格测试的观察结果，不断改进磷光体颗粒悬浮的效率以及对它的控制。
47.本发明的实施方案可以是非均质梯度体积磷光体转换芯，其中最低浓度的磷光体可以位于入射光进入转换芯的侧，并且最高浓度的磷光体可以位于入射光进入转换芯的侧的远端。本发明的另一个实施方案可以是非均质梯度体积磷光体转换芯，其中最低和最高
浓度的磷光体可以位于转换芯内，但不一定相对于入射光从最低浓度到最高浓度取向。本发明的这种实施方案可以是非均质梯度体积磷光体转换芯，其中最低和最高浓度的磷光体可以位于转换芯内，并且磷光体的浓度可以从芯的中心轴在径向分布上变化。例如，这样的实施方案可以在中心处具有最高浓度，在芯中径向向外减小。例如，另一个这样的实施方案可以在中心处具有最低浓度，径向向外增加。
48.本发明可以涉及一种将窄带光有效地转换成更长波长的宽光谱光的改进方法。例如，峰值波长为450nm的窄带蓝光可以转换成范围为从450nm至750nm的宽光谱光。在第二示例中，峰值波长为515nm的窄带绿光可以转换成范围为从900nm至3微米的宽光谱光。如下所述，在一些实施方案中，已经开发了梯度体积磷光体转换芯。
49.参考图1，示出了现有技术中公开的用于光转换的传统方法。光转换系统10可以包括转换芯100，所述转换芯具有透射介质101和分布在透射介质101的整个体积中的磷光体颗粒102的分布。光源(未示出)可以光学地耦合到透射介质101并且可以被配置为发射光104，其中光104可以进入并透射穿过转换芯100。
50.在一个实施方案中，光源是用于转换过程并且具有450nm的输出波长和100mw的光功率输出的激光器。在另一个实施方案中，光源是用于转换过程并且具有515nm的输出波长和150mw的光功率输出的激光器。在又一个实施方案中，光源是用于转换过程并且具有445nm的输出波长和10w的光功率输出的激光器。然而，激光源可以具有适合于激发具体限定的磷光体材料的波长并且可以是例如但不限于波长在200nm与450nm之间、在400nm与750mm之间、在450nm与900nm之间、在800nm与1550nm之间等的激光辐射。
51.在图1所示的方法中，在整个转换芯100的体积中可能存在磷光体颗粒102的均质分布。此外，磷光体颗粒102的这种均质分布可以以随机和无意的方式布置成使得输入光束104可能不被配置为与磷光体颗粒102相互作用以最大化光转换。在一个实施方案中，输入光束104与磷光体颗粒102相互作用，从而引起发射经转换光106。在另一个实施方案中，光104不与磷光体颗粒102相互作用，从而引起发射未经转换光108。这种随机和无意的颗粒布置也可能需要使用专用光学器件来将光集中到透射介质中。转换芯100也可能需要定位在距离光源较短距离处以减少反射的可能性。
52.参考图2a和图2b，示出了本发明的第一示例性实施方案。在一个实施方案中，存在光转换系统20，所述光转换系统包括转换芯200，所述转换芯具有透射介质201和在转换芯200内具有非均质体积悬浮的多个磷光体颗粒202的分布。在一个实施方案中，使多个磷光体颗粒202悬浮的制造过程可能需要将多个磷光体颗粒202与诸如聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)的载体材料混合。可以使用其他载体材料，诸如其他光学聚合物、陶瓷、聚酯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚乙烯、聚氨酯、烯烃、共聚物、凝胶、水凝胶、玻璃体、结晶体、过冷液体和其他类似材料，包括未指定但具有类似性质和充当具有所描述的特性的磷光体颗粒的载体的能力的那些材料。载体材料可以包括其中悬浮有多个磷光体颗粒202的透射介质201。载体材料与多个磷光体颗粒202的所得混合物可以被压缩并挤压成各个子层，然后各个子层被压缩、胶合和/或结合以形成转换芯200。可以改变和控制多个磷光体颗粒202和载体材料，诸如pmma或陶瓷材料，以实现每个薄子层或层组的多个磷光体颗粒202的期望百分比，所述子层或层组然后另外与混合在一起的pmma或陶瓷和磷光体颗粒202的另外层结合。
53.参考图2a，在一些实施方案中，转换芯200光学地耦合到光源232，发射可以具有第
一辐射光谱的光204。转换芯200可以在装置230内使用。装置230可以是无线成像装置，诸如在美国专利号10,610,089中公开的，该专利的全部内容以引用方式并入本文。装置230还可以包括光学元件233、光学反射器235、封装体231和滤光器237。装置230的光源232可以输出光204，所述光与转换芯200相互作用，从而输出经转换光206。装置230可以包括光学元件233，所述光学元件可以设置在光源232与转换芯200之间。光学元件233可以将光204重定向到转换芯200。装置230可以包括光学反射器235和滤光器，所述光学反射器和滤光器可以被配置为进一步调节由转换芯200转换的经转换光206。光源232可以定位在任何地方，只要与多个磷光体颗粒202相互作用的光204垂直于转换芯200的层。
54.参考图2b，转换芯200可以具有远端226、近端228和在近端228与远端226之间延伸的长度l。转换芯200的尺寸可以在毫米至米的范围内。在一些实施方案中，转换芯200具有以毫米、厘米、分米或米为单位的尺寸。例如，转换芯200可以具有10mm的长度l、5mm的宽度和5mm的高度。转换芯200可以具有在1mm与50mm之间、在5mm与40mm之间、在10mm与30mm之间、在20mm与25mm之间的长度l。转换芯200可以具有在1mm与50mm之间、在5mm与40mm之间、10mm与30mm之间、或在20mm与25mm之间的宽度。转换芯200可以具有在1mm与50mm之间、在5mm与40mm之间、在10mm与30mm之间、或在20mm与25mm之间的高度。在一个实施方案中，转换芯200是长度l为10mm且直径为5mm的圆柱体。在其他示例中，转换芯200具有大于1m的长度l，诸如加长发光管。
55.光204可以从近端228进入转换芯200。在一个实施方案中，光204与磷光体颗粒202相互作用，所述磷光体颗粒将光204转换为经转换光206，从而引起从转换芯200发射经转换光206。经转换光206可以具有不同于光204的第一辐射光谱的第二辐射光谱。从转换芯200发射的经转换光206可以被示出为弯曲的以表示相互作用之后的不同波长。例如，光204可以与多个磷光体颗粒202相互作用，从而发射具有与光204不同的波长的经转换光206。在另一个实施方案中，光204继续穿过转换芯200而不与多个磷光体颗粒202相互作用，从而引起从转换芯200发射未经转换光208。未经转换光208可以是不与任何磷光体颗粒202相互作用的光，因此引起未经转换光208具有与光204相同的波长。在一些实施方案中，未经转换光208的波长与光204的波长相同。
56.转换芯200可以产生经转换光206与未经转换光208的混合。在一些实施方案中，磷光体颗粒202的分布体积上悬浮在透射介质201中，其可以布置在一系列子层中。多个磷光体颗粒202可以跨越沿着转换芯200的长度l截取的每个横截面大致彼此等距间隔开。在一个实施方案中，多个磷光体颗粒202跨越沿着转换芯200的长度l截取的每个横截面彼此等距间隔开。在一些实施方案中，多个磷光体颗粒202可以跨越沿着转换芯200的长度l截取的每个横截面大致彼此均匀地间隔开，其中均匀地意指多个磷光体颗粒202之间的平均间距相等。在一些实施方案中，多个磷光体颗粒202的大约97％、95％、90％、80％、85％或75％可以跨越沿着转换芯200的长度l的每个横截面彼此均匀地间隔开。在其他实施方案中，多个磷光体颗粒202跨越沿着转换芯200的长度l截取的每个横截面彼此非等距地间隔开。例如，多个磷光体颗粒202中的一些可以在层或子层内结块或分组，从而引起多个磷光体颗粒202的子组不等距地间隔开。多个磷光体颗粒202的大约97％、大约95％、大约90％、大约80％、大约85％或大约75％可以跨越沿着转换芯200的长度l截取的每个横截面彼此等距地间隔开。
57.该系列子层可以有意地以多层或层组布置，每个层或层组具有设置在其中的磷光体颗粒202的分布，并且被配置为连续加宽对来自光源的光204的吸收。在一个实施方案中，该系列子层可以有意地布置成连续加宽对来自光源的光204的吸收。悬浮在透射介质201中的磷光体颗粒202的分布可能是不均质的，如图所示，位于透射介质201的近端228上的磷光体颗粒202的百分比较小，而位于透射介质201的远端226上的磷光体颗粒202的百分比较大。在一些实施方案中，转换芯200包括来自近端228的磷光体颗粒202的密度到邻近远端226的磷光体颗粒202的密度的连续增加。密度增加的速率可以取决于输出照明的期望目标。例如，转换芯200可以包括基于整个系统的期望亮度、颜色和/或效率的不同密度增加速率。在一个实施方案中，转换芯200的远端226附近的磷光体颗粒202的密度、化学成分、尺寸、组合物和/或百分比可以不同于转换芯200的近端228附近的磷光体颗粒202的密度、化学成分、组合物和/或百分比。
58.如本文所述，图2a和图2b的实施方案可以与图3至图7的实施方案相比较。光转换过程可以通过利用转换芯中梯度磷光体颗粒中的荧光和斯托克斯频移的过程而发生。磷光体颗粒202的体积悬浮可以在转换芯200中形成梯度磷光体芯。在一个实施方案中，磷光体颗粒202的特定且有意的体积悬浮可以引起更多的磷光体颗粒202与入射光204相互作用并参与光转换。转换芯200的每个层可以布置成矩阵配置。增加参与光转换过程的磷光体颗粒202的百分比，而不增加暴露于光204的表面积，这可以显著增加系统的效率，从而允许转换芯200具有更小的尺寸。
59.在一个实施方案中，悬浮在透射介质201中的磷光体颗粒202的布置、密度、化学成分、组合物和/或百分比引起更多的磷光体颗粒202与光204相互作用并参与光转换。在一些实施方案中，磷光体颗粒202的密度或百分比由混合到pmma溶液或另一指定载体介质中的实际磷光体的量限定。可以使用磷光体颗粒202的不同化学成分或组合物的组合，每一者在每个子层中具有它们自己的总溶质百分比以实现期望的结果。
60.在一个实施方案中，多个磷光体颗粒202包括转换芯200的磷光体颗粒202长度l的两种或更多种不同百分比。磷光体颗粒202的百分比可以是沿着来自光源的光204的光路的点处pmma(或另一指定载体介质)内的磷光体颗粒202的实际混合百分比。pmma或另一种指定的载体介质内的磷光体颗粒202的百分比可以基于期望的输出而改变和变化。在一个实施方案中，跨越转换芯200的长度l的磷光体颗粒202的两种或更多种不同百分比从大约0％变化到大约100％。例如，跨越转换芯200的长度l的磷光体颗粒202的两种或更多种不同百分比可以变化0％、5％、10％、20％、25％、30％、40％、50％、60％、70％、75％、80％、90％或100％。在另一个实施方案中，跨越转换芯200的长度l的磷光体颗粒202的两种或更多种百分比从大约0.1％变化到大约25％。然而，跨越转换芯200的长度l的磷光体颗粒202的两种或更多种百分比可以从大约0.01％变化至大约25％、从大约5％变化至大约95％、从大约10％变化至大约75％、或从大约15％变化至大约50％。磷光体颗粒202的两种或更多种百分比可以被配置为连续加宽对来自光源的光204的吸收。不同百分比的磷光体颗粒202不必以对齐的浓度分布，诸如但不限于低到高、高到低等。例如，磷光体颗粒202的百分比在近端228处可以是大约5％，且在远端226处可以是15％。然而，磷光体颗粒202的百分比在近端228处可以是在大约0％与大约100％之间、在大约5％与大约90％之间、在大约15％与大约80％之间、在大约25％与大约70％之间、或在大约35％与60％之间，并且在远端226处可以
是在大约0％与大约100％之间、在大约5％与大约90％之间、在大约15％与大约80％之间、在大约25％与大约70％之间、或在大约35％与大约60％之间。
61.在一些实施方案中，多个磷光体颗粒202设置在转换芯200的透射介质201内。透射介质201可以由透明或半透明材料构成，所述透明或半透明材料被配置为允许指定的可见波长的光不受阻碍地穿过透射介质201。透射介质201可以由聚丙烯、玻璃、丙烯酸、陶瓷、聚碳酸酯或任何其他透明材料构成。例如，透射介质201可以由透明的多层陶瓷材料构成。透明多层陶瓷材料的性质可以发生变化以改变经转换光206的颜色。例如，可以调整透明多层陶瓷材料的层的厚度以产生白光。在一些实施方案中，透射介质201的透明多层陶瓷材料包含alon、al2o3、dy2o3、pr
3
、nd
3
、cr4

、yb
3
、dy
3
、gd
3
和/或ce
3
，其可以改变以调整经转换光206的性质。
62.透射介质201可以是其中磷光体颗粒202能够在变化的温度下混合的材料。透射介质201可以被配置为修改来自光源的光204的光学性质，包括对特定波长的光的漫射、吸收和/或重定向。透射介质201可以由多层或混合材料构成。在一个实施方案中，透射介质201多个层中的单独层的厚度范围为从大约30微米至比转换芯200的长度l小大约30微米。在另一个实施方案中，透射介质多个层中的单独层的厚度范围为大约从0.01mm至大约25mm。光204穿过透射介质201的透射机制可以是直接的、同轴或离轴的、散射的和/或镜面的。可以以几种不同的方式修改光204，包括颜色、亮度、平均波长、峰值波长等。例如，可以使用各种光学元件来修改光204。在一些实施方案中，透镜用于修改光204的性质。在一些实施方案中，在光转换系统20内不使用透镜。
63.参考图3，示出了第二示例性实施方案。在一些实施方案中，光转换系统30涉及光转换系统20。光转换系统30可以包括具有远端326、近端328、透射介质301以及磷光体颗粒302和310的非均质转换芯300。转换芯300可以包括具有多个磷光体颗粒310的分布的左侧芯314、具有多个磷光体颗粒302的分布的右侧芯316和层界面312。左侧芯314和右侧芯316可以光学地耦合到发射光304的光源。层界面312可以设置在左侧芯314与右侧芯316之间。
64.光转换系统30的透射介质301可以由层构成，所述层可以进一步由各个子层构成。例如，如图3所示，光转换系统30可以由层318
‑
1和层318
‑
2构成。层318
‑
n可以指所描绘的层中的任何一层(例如，层318
‑
1、层318
‑
2等)。层318
‑
1可以进一步由各个子层(子层320
‑
n)构成。子层320
‑
n可以指所描绘的各个子层(例如，子层320
‑
1、子层320
‑
2、子层320
‑
3、子层320
‑
4、子层320
‑
5和/或子层320
‑
6)中的任一个。类似地，层318
‑
2也可以由各个子层(未示出)构成。在一个实施方案中，层318
‑
1和层318
‑
2各自可以由六个单独子层构成。各个子层320
‑
n的厚度可以是例如一个磷光体颗粒的直径。因此，层318
‑
n的厚度可以由各个子层320
‑
n的厚度限定。例如，层318
‑
n的厚度可以是所有子层320
‑
n的厚度之和。如前所述，在层318
‑
1内的子层320
‑
n中具有类似密度和组合物的磷光体颗粒310可以允许特定地控制磷光体颗粒310在相应层318
‑
n和透射介质301内的布置。磷光体颗粒310的特定布置也可以适用于图2b、图4至图7和图14a至图14c。
65.在一个实施方案中，光304可以经由左侧芯314进入转换芯300的透射介质301。光304可以与磷光体颗粒310、302相互作用，从而引起从转换芯300发射经转换光306。体积悬浮在右侧芯316上的磷光体颗粒302的分布可以有意地布置在一系列子层中。该系列子层可以有意地以更厚的层或层组布置，所述层或层组被配置为连续加宽光304的吸收。如与图1
和图2相比较，图3可以示出由从转换芯300发射的经转换光306描绘的光转换水平增加和从透射介质301的远端326发射的未经转换光308的描绘中光转换水平减少。与图1相比未经转换光308的量减少可能是由于梯度磷光体芯的形成和/或磷光体颗粒310、302的密度的非连续梯度增加。
66.在一个实施方案中，体积悬浮在左侧芯314和右侧芯316中的磷光体颗粒302、310的分布是非均质的。例如，较小百分比的磷光体颗粒310可以体积悬浮在左侧芯314中，而较大百分比的磷光体颗粒302可以体积悬浮在右侧芯316中。在一些实施方案中，转换芯300包括来自左侧芯314的磷光体颗粒310的密度到来自右侧芯316的磷光体颗粒302的密度的非连续梯度增加。此外，在层界面312处或邻近所述层界面处的磷光体颗粒302、310的密度可能会迅速增加。
67.在一些实施方案中，磷光体颗粒302、310的体积悬浮在转换芯300的透射介质301中形成梯度。在一个实施方案中，磷光体颗粒302、310的体积悬浮引起更多的磷光体颗粒302、310与入射光304相互作用并参与光转换。增加参与光转换过程的磷光体颗粒302、310的百分比，而不增加暴露于入射光304的表面积并且还不需要专用光学器件，这可以显著增加光转换系统30的效率，同时允许整体尺寸相对更小。在一个实施方案中，悬浮在透射介质301中的磷光体颗粒302、310的布置、密度、化学成分、组合物和/或百分比引起更多的磷光体颗粒302、310与光304相互作用并参与光转换。
68.参考图4，示出了本发明的第三示例性实施方案。在一些实施方案中，光转换系统40涉及光转换系统20、30。光转换系统40可以包括具有远端426、近端428、透射介质401以及磷光体颗粒402、410的体积非均质转换芯400。转换芯400可以由左侧芯414、左中芯416、右中芯418、右侧芯420和层界面422、412和424构成。层界面422可以设置在左侧芯414与左中芯416之间。层界面412可以设置在左中芯416与右中芯418之间。层界面424可以设置在右中芯418与右侧芯420之间。
69.转换芯400的左侧芯414、左中芯416、右中芯418和右侧芯420中的每一者可以通过磷光体颗粒402、410的特定密度、组合物、百分比和/或化学成分来区分。左侧芯414可以具有多个磷光体颗粒410的独特且有意分布并且右侧芯420可以具有多个磷光体颗粒402的独特且有意分布。在一些实施方案中，多个磷光体颗粒402的分布不同于多个磷光体颗粒410的分布。在另一个实施方案中，多个磷光体颗粒402的分布与多个磷光体颗粒410的分布相同。
70.透射介质401可以光学地耦合到发射光404的光源。光404可以从左侧芯414进入转换芯400的透射介质401。在一个实施方案中，光404可以与整个转换芯400中的磷光体颗粒410、402相互作用，从而引起光404被转换为经转换光406，所述经转换光从转换芯400发射。磷光体颗粒410、402的分布可以有意地布置在透射介质401中的一系列子层中。该系列子层可以有意地以更厚的层或层组布置，所述层或层组被配置为连续加宽对来自光源的光404的吸收。如与图1和图2b相比较，图4描绘了光转换水平增加。例如，图4描绘了经转换光406的量增加并且没有对从转换芯400的远端426发射的未经转换光的描绘。这可能是由于例如梯度磷光体芯的形成和/或磷光体颗粒402、410的密度的不连续梯度增加。
71.体积悬浮在转换芯400的透射介质401中的磷光体颗粒402、410的分布可能是不均质的，如图所示，左侧芯414中磷光体颗粒410的百分比较小，而右侧芯420中磷光体颗粒402
的百分比较大。从左侧芯414穿过左中芯416、穿过右中芯418到右侧芯420，磷光体颗粒410的密度可能存在不连续梯度增加。此外，在层界面422、412和424处或邻近所述层界面处的磷光体颗粒402、410的密度也可能迅速增加。
72.参考图5，示出了本发明的第四示例性实施方案。在一些实施方案中，光转换系统50涉及光转换系统20、30、40。光转换系统50可以包括具有远端526、近端528、透射介质501以及磷光体颗粒502、510的体积非均质转换芯500。磷光体颗粒502、510可以按体积设置在透射介质501内并且在整个透射介质501中可以具有多个第一类型的磷光体颗粒510的分布和多个第二类型的磷光体颗粒502的分布。转换芯500可以光学地耦合到发射光504的光源并且可以包括左侧芯514和右侧芯520。光504可以从左侧芯514进入转换芯500的透射介质501。在一个实施方案中，光504与磷光体颗粒502、510相互作用，从而引起光504被转换为经转换光506并从转换芯500发射。
73.磷光体颗粒502、510的分布可以有意地布置在透射介质501中的一系列子层中。该系列子层可以有意地以更厚的层或层组布置，所述层或层组被配置为连续加宽光504的吸收。如与图1和图2b相比较，图5可以示出由从转换芯500发射的经转换光506描绘的光转换水平增加，并且也可以示出没有描绘从转换芯500的远端526发射的光。这可能是由于例如两种不同类型的磷光体颗粒502、510的使用、梯度磷光体芯的形成和/或磷光体颗粒502、510的密度的连续梯度增加。
74.体积悬浮在转换芯500中的磷光体颗粒502、510的分布可以是非均质的，如图所示，体积悬浮在转换芯500的左侧芯514中的第一类型的磷光体颗粒510的百分比较小，而体积悬浮在转换芯500的右侧芯520中的第二类型的磷光体颗粒502的百分比较大。邻近近端528的第一类型的磷光体颗粒510的密度到邻近远端526的第二类型的磷光体颗粒502的密度可以存在连续的梯度增加。
75.磷光体颗粒502、510的体积悬浮可以在转换芯500中形成梯度磷光体芯。在一个实施方案中，磷光体颗粒502、510的体积悬浮可以引起更多的磷光体颗粒与光504相互作用并参与光转换。增加参与光转换过程的磷光体颗粒502、510的百分比，而不增加暴露于光504的表面积，这可以显著增加光转换系统50的效率，同时允许用于随后的光输出的光源的整体尺寸相对较小。在一个实施方案中，悬浮在转换芯500的透射介质501中的磷光体颗粒502、510的布置、密度、化学成分、组合物和/或百分比可以引起更多的磷光体颗粒502、510与光504相互作用并参与光转换。
76.参考图6，示出了本发明的第五示例性实施方案。在一些实施方案中，光转换系统60涉及光转换系统20、30、40、50。光转换系统60可以包括具有近端262、近端628、透射介质601以及磷光体颗粒602、610的非均质转换芯600。转换芯600可以包括左侧芯614、右侧芯616、层界面612、分布在左侧芯614中的多个第一类型的磷光体颗粒610的分布以及分布在右侧芯616中的多个第二类型的磷光体颗粒602的分布。转换芯600可以光学地耦合到发射光604的光源。光604可以从左侧芯614进入转换芯600的透射介质601。在一个实施方案中，光604可以与磷光体颗粒602、610相互作用，从而引起从转换芯600发射经转换光606。
77.磷光体颗粒602、610的分布可以有意地布置在透射介质601中的一系列子层中。该系列子层可以有意地以更厚的层或层组布置，所述层或层组被配置为连续加宽光604的吸收。如与图1和图2b相比较，图6可以示出由从转换芯600发射的经转换光606描绘的光转换
水平增加，并且示出没有描绘从转换芯600的远端626发射的光。这可能是由于例如两种不同类型的磷光体颗粒602、610的使用、梯度磷光体芯的形成和/或磷光体颗粒602、610的密度的不连续梯度增加。
78.体积悬浮在转换芯600中的磷光体颗粒602、610的分布可以是非均质的，如图所示，体积悬浮在转换芯600的左侧芯614中的第一类型的磷光体颗粒610的百分比较小，而体积悬浮在转换芯600的右侧芯616中的第二类型的磷光体颗粒602的百分比较大。来自近端628的第一类型的磷光体颗粒610的密度到邻近远端626的第二类型的磷光体颗粒602的密度可以存在不连续的梯度增加。此外，层界面612处的磷光体颗粒602、610的密度也可能会迅速增加。
79.参考图7，示出了本发明的第六示例性实施方案。在一些实施方案中，光转换系统70涉及光转换系统20、30、40、50、60。光转换系统70可以包括具有近端732、远端730、透射介质701以及磷光体颗粒702、710、728、726的非均质转换芯700。转换芯700可以包括具有第一类型的磷光体颗粒710的左侧芯714、具有第二类型的磷光体颗粒726的左中芯716、具有第三类型的磷光体颗粒728的右中芯718、具有第四类型的磷光体颗粒702的右侧芯720以及层界面722、712和724。层界面722可以设置在左侧芯714与左中芯716之间。层界面712可以设置在左中芯716与右中芯718之间。层界面724可以设置在右中芯718与右侧芯720之间。
80.转换芯700的左侧芯714、左中芯716、右中芯718和右侧芯720中的每一者可以通过特定密度、组合物、百分比和/或化学成分来区分。转换芯700可以光学地耦合到发射光704的光源。光704可以从左侧芯714进入转换芯700的透射介质701。在一个实施方案中，光704可以与磷光体颗粒702、726、728、710相互作用，从而引起发射经转换光706。磷光体颗粒702、726、728、710的分布可以有意地布置在透射介质701中的一系列子层中。该系列子层可以有意地以更厚的层或层组布置，所述层或层组被配置为连续加宽光704的吸收。如与图1和图2b相比较，图7可以示出由从转换芯700发射的经转换光706描绘的光转换水平增加，并且示出没有描绘从转换芯700的远端730发射的未经转换光。这可能是由于例如四种不同类型的磷光体颗粒702、710、726、728的使用、梯度磷光体芯的形成和/或磷光体颗粒702、710、726、728的密度的连续梯度增加。
81.体积悬浮在转换芯700的透射介质701中的磷光体颗粒702、710、726、728的分布可以是非均质的，如图所示，体积悬浮在转换芯700的左侧芯714中的第一类型的磷光体颗粒710的百分比较小，而体积悬浮在转换芯700的右侧芯720中的第四类型的磷光体颗粒702的百分比较大。从具有第一类型的磷光体颗粒710的左侧芯714穿过具有第二类型的磷光体颗粒726的左中芯716、穿过具有第三类型的磷光体颗粒728的右中芯718到具有第四类型的磷光体颗粒702的右侧芯720，磷光体颗粒的密度可能存在不连续的梯度增加。在层界面712、722和724处，磷光体颗粒702、710、726、728也可能急剧增加。
82.参考图8，示出了示出分布在整个透射介质中的磷光体颗粒的密度与体积磷光体转换芯的长度之间的关系的图示。密度可以以单个不连续非线性梯度增加。这种不连续的增加可以通过阶梯式图示示出。
83.参考图9，示出了示出分布在整个透射介质中的磷光体颗粒的密度与体积磷光体转换芯的长度之间的关系的图示，其中密度可以以单个连续非线性梯度增加。
84.参考图10，示出了示出分布在整个透射介质中的磷光体颗粒的密度与体积磷光体
转换芯的长度之间的关系的图示，其中密度可以以多个不连续的非线性梯度增加。这种不连续的增加可以通过阶梯式图示示出。
85.参考图11，示出了示出分布在整个透射介质中的磷光体颗粒的密度与体积磷光体转换芯的长度之间的关系的图示，其中密度可以以多个连续的非线性梯度增加。
86.参考图12，示出了示出分布在整个透射介质中的磷光体颗粒的密度与体积磷光体转换芯的长度之间的关系的图示，其中密度可以以单个连续的线性梯度增加。
87.参考图13，示出了光转换器系统的示意图，其示出了层和子层的示例性布置。例如，层1 1300
‑
1可以由各个子层构成，层2 1300
‑
2可以由各个子层构成，并且层3 1300
‑
3可以由各个子层构成。每个层1300
‑
1、1300
‑
2、1300
‑
3的各个子层可以具有类似或相同的磷光体颗粒密度和组合物。至少，子层的厚度可以是单个磷光体颗粒的直径。然而，子层的厚度可以是两个磷光体颗粒、三个磷光体颗粒、四个磷光体颗粒或多于四个磷光体颗粒的直径。子层的厚度取决于每个用例所需的光转换和调制性质。每个层可以由数十、数百、数千或数百万个子层构成。
88.参考图14a至图14c，示出了光转换器系统的示意图，其示出了体积磷光体转换芯内的磷光体颗粒密度的示例性径向布置。在图14a至图14c中，更高的阴影密度可以表示更高的磷光体颗粒密度。例如，在图14a所示的一个实施方案中，磷光体颗粒分布可以以这样的方式布置：使得各个层可以具有梯度磷光体分布1401，其中磷光体颗粒的密度从中心径向向外增加。在图14b所示的另一个实施方案中，各个层可以具有梯度磷光体分布1402，其中磷光体颗粒的密度从中心径向向外减小，或者可以呈关于磷光体颗粒密度变化可以是连续或不连续的任何其他布置。在图14c所示的又一个实施方案中，这些前述径向层可以以体积形状布置，诸如圆柱体1403，其中每个径向层可以与其前后的层不同。此处描述的体积形状不限于圆柱体，并且径向层可以用于体积形状，诸如但不限于棱柱、圆锥、立方体或任何其他立体几何形状。使用这些径向层构建的立体几何形状可以在径向1404和/或轴向1405方向上始终具有不同的密度。
89.本领域技术人员应理解，可以对上面示出和描述的示例性实施方案进行改变而不脱离其广泛的发明构思。因此，应理解，本发明不限于所示和描述的示例性实施方案，而是旨在涵盖在由权利要求限定的本发明的精神和范围内的修改。例如，示例性实施方案的特定特征可以是或可以不是所要求保护的发明的一部分，并且所公开的实施方案的各种特征可以组合。除非本文中特别说明，否则术语“一(a)”、“一(an)”和“所述”不限于一个要素，而是应理解为意指“至少一个”。
90.应理解，本发明的附图和描述中的至少一些已经被简化以集中于与清楚理解本发明相关的要素，同时为了清楚的目的而免除那些本领域普通技术人员将理解的也可以包括本发明的一部分的其他要素。然而，因为这类要素在本领域中是众所周知的，并且因为它们不一定促进更好地理解本发明，所以这里不提供对这类要素的描述。
91.此外，就本发明的方法不依赖于本文阐述的特定步骤顺序而言，步骤的特定顺序不应被解释为对权利要求的限制。任何针对本发明的方法的权利要求不应限于按照所写的顺序执行它们的步骤，并且本领域技术人员可以容易地理解这些步骤可以变化并且仍然保持在本发明的精神和范围内。