发明名称 太阳能光主动元件
摘要 本发明系提供一种太阳能光主动元件,系利用太阳能矽晶片板上之全像天线光栅来选择特定绕射波长并以近似垂直耦合的方式将泵浦波长耦合并汇聚藉此激发光增益介质,使之产生光放大或雷射的效果,其系适用于地面之无线光通讯以及卫星光通讯,无需很大的体积,对于物体的表面形状更有弹性(即使大楼的顶楼或外墙玻璃表面均可制作该全像天线光栅),若在卫星上则可依附于太阳能电池板上,并产生极高的放大增益,不但可以减少卫星光通讯对电力的依赖,更可满足特殊卫星快速传输大量资料的目的。
申请公布号 TWI239658 申请公布日期 2005.09.11
申请号 TW093116001 申请日期 2004.06.03
申请人 国立交通大学 发明人 祁甡;陈南光;施宙聪
分类号 H01L31/042 主分类号 H01L31/042
代理机构 代理人 欧奉璋 台北市信义区松山路439号3楼
主权项 1.一种太阳能光主动元件,其至少包含一基板、一光学绕射元件、一第一光学反射元件、一光增益介质、一波导管、一输入端、一输出端、一抗反射膜及一反射层;其中于基板镀上一层反射层并设光学绕射元件、波导管、光增益介质及抗反射膜,并藉由该基板上之光学绕射元件以及波导管内第一光学反射元件将太阳光中所需之波长耦合并滙聚至光增益介质,藉此将输入端之入射信号放大并由输出端输出,做为放大器。2.如申请专利范围第1项所述之太阳能光主动元件,其中,该光学绕射元件系为全像天线光栅。3.如申请专利范围第1项所述之太阳能光主动元件,其中,该光学绕射元件系为光子晶体。4.如申请专利范围第1项所述之太阳能光主动元件,其中,该第一光学反射元件系为布拉格光栅。5.如申请专利范围第1项所述之太阳能光主动元件,其中,该第一光学反射元件系为光子晶体。6.如申请专利范围第1项所述之太阳能光主动元件,其中,该光学绕射元件系构成为一波导层。7.如申请专利范围第6项所述之太阳能光主动元件,其中,该波导层系为二氧化矽。8.如申请专利范围第6项所述之太阳能光主动元件,其中,该波导层系为高分子聚合物(polymer)。9.如申请专利范围第1项所述之太阳能光主动元件,其中,该光学绕射元件可以是表面浮雕型(surface-relief type)光栅。10.如申请专利范围第1项所述之太阳能光主动元件,其中,该光学绕射元件可以是折射率调变型(index-modulation type)光栅。11.如申请专利范围第1项所述之太阳能光主动元件,其中,该基板系可选自太阳能矽晶片板或金属或高分子聚合物或介电质材料。12.如申请专利范围第2项所述之太阳能光主动元件,其中,该放大器之全像天线光栅形状系可为圆形或椭圆形或特殊几何形状。13.如申请专利范围第1项所述之太阳能光主动元件,其中,该光增益介质系为掺铒玻璃。14.如申请专利范围第13项所述之太阳能光主动元件,其中,该掺铒玻璃系经过抗辐射处理(radiationhardened)。15.如申请专利范围第13项所述之太阳能光主动元件,其中,该掺铒玻璃可进一步掺铝(Al)。16.如申请专利范围第1项所述之太阳能光主动元件,其中,该光增益介质系为掺镱(Yb)材料。17.如申请专利范围第16项所述之太阳能光主动元件,其中,该掺镱(Yb)材料可进一步掺铝(Al)。18.如申请专利范围第1项所述之太阳能光主动元件,其中,该光增益介质系掺有稀土元素中之元素。19.如申请专利范围第18项所述之太阳能光主动元件,其中,该掺有稀土元素中之光增益介质可进一步掺硼(B)。20.如申请专利范围第18项所述之太阳能光主动元件,其中,该掺有稀土元素中之光增益介质可进一步掺锗(Ge)。21.如申请专利范围第1项所述之太阳能光主动元件,其中,该光增益介质系含铒/镱(Er/Yb)共掺。22.如申请专利范围第21项所述之太阳能光主动元件,其中,该铒/镱(Er/Yb)共掺之光增益介质可进一步掺硼(B)。23.如申请专利范围第21项所述之太阳能光主动元件,其中,该铒/镱(Er/Yb)共掺之光增益介质可进一步掺锗(Ge)。24.如申请专利范围第1项所述之太阳能光主动元件,其中,该光增益介质系可为掺铒玻璃或铒/镱(Er/Yb)共掺,该光增益介质亦可掺硼(B),该光学绕射元件,可进一步系为掺有氟(F)之二氧化矽全像光栅层。25.如申请专利范围第1项所述之太阳能光主动元件,其中,该光增益介质系比作为二氧化矽层之该光学绕射元件的材料色散斜率(material dispersion slope)高,藉此制作比C频带短的光放大器。26.如申请专利范围第1项所述之太阳能光主动元件,其中,该光增益介质之基材(host)材料系选自磷酸盐玻璃(phosphate glass)或氟磷酸盐玻璃(fluorophosphate)或矽酸盐玻璃(silicate)或硼酸盐玻璃(borate)。27.如申请专利范围第1项所述之太阳能光主动元件,其中该光学绕射元件系用以绕射泵浦光(diffractpump light)。28.如申请专利范围第1项所述之太阳能光主动元件,其中该第一光学反射元件系为泵浦光反射光栅(reflection grating for pump wavelength)。29.一种太阳能光主动元件,其至少包含一基板、一光学绕射元件、一第一光学反射元件、一第二光学反射元件、一波导管、一光增益介质、一输出端、一抗反射膜及一反射层;其中于基板镀上一层反射层并设光学绕射元件、波导管、光增益介质及抗反射膜,并藉由该基板上之光学绕射元件以及波导管内第一光学反射元件将太阳光中所需之波长耦合并滙聚至光增益介质,并配合第二光学反射元件藉此产生雷射,并由输出端输出。30.如申请专利范围第29项所述之太阳能光主动元件,其中,该光学绕射元件系为全像天线光栅。31.如申请专利范围第29项所述之太阳能光主动元件,其中,该光学绕射元件系为光子晶体。32.如申请专利范围第29项所述之太阳能光主动元件,其中,该第一光学反射元件系为布拉格光栅。33.如申请专利范围第29项所述之太阳能光主动元件,其中,该第一光学反射元件系为光子晶体。34.如申请专利范围第29项所述之太阳能光主动元件,其中,该第二光学反射元件系为雷射光反射光栅。35.如申请专利范围第29项所述之太阳能光主动元件,其中,该第二光学反射元件系为光子晶体。36.如申请专利范围第29项所述之太阳能光主动元件,其中,该光学绕射元件系构成为一波导层。37.如申请专利范围第36项所述之太阳能光主动元件,其中,该波导层系为二氧化矽。38.如申请专利范围第36项所述之太阳能光主动元件,其中,该波导层系为高分子聚合物(polymer)。39.如申请专利范围第29项所述之太阳能光主动元件,其中,该光学绕射元件可以是表面浮雕型(surface-relief type)光栅。40.如申请专利范围第29项所述之太阳能光主动元件,其中,该光学绕射元件可以是折射率调变型(index-modulation type)光栅。41.如申请专利范围第29项所述之太阳能光主动元件,其中,该基板系可选自太阳能矽晶片板或金属或高分子聚合物或介电质材料。42.如申请专利范围第30项所述之太阳能光主动元件,其中,该放大器之全像天线光栅形状系可为圆形或椭圆形或特殊几何形状。43.如申请专利范围第29项所述之太阳能光主动元件,其中,该光增益介质系为掺铒玻璃。44.如申请专利范围第43项所述之太阳能光主动元件,其中,该掺铒玻璃系经过抗辐射处理(radiationhardened)。45.如申请专利范围第43项所述之太阳能光主动元件,其中,该掺铒玻璃可进一步掺铝(Al)。46.如申请专利范围第29项所述之太阳能光主动元件,其中,该光增益介质系为掺镱(Yb)材料。47.如申请专利范围第46项所述之太阳能光主动元件,其中,该掺掺镱(Yb)材料可进一步掺铝(Al)。48.如申请专利范围第29项所述之太阳能光主动元件,其中,该光增益介质系掺有稀土元素中之元素。49.如申请专利范围第48项所述之太阳能光主动元件,其中,该掺有稀土元素中之光增益介质可进一步掺硼(B)。50.如申请专利范围第48项所述之太阳能光主动元件,其中,该掺有稀土元素中之光增益介质可进一步掺锗(Ge)。51.如申请专利范围第29项所述之太阳能光主动元件,其中,该光增益介质系含铒/镱(Er/Yb)共掺。52.如申请专利范围第51项所述之太阳能光主动元件,其中,该铒/镱(Er/Yb)共掺之光增益介质可进一步掺硼(B)。53.如申请专利范围第51项所述之太阳能光主动元件,其中,该铒/镱(Er/Yb)共掺之光增益介质可进一步掺锗(Ge)。54.如申请专利范围第29项所述之太阳能光主动元件,其中,该光增益介质系可为掺铒玻璃或铒/镱(Er/Yb)共掺,该光增益介质亦可掺硼(B),该光学绕射元件,可进一步系为掺有氟(F)之二氧化矽全像光栅层。55.如申请专利范围第29项所述之太阳能光主动元件,其中,该光增益介质系比作为二氧化矽层之该光学绕射元件的材料色散斜率(material dispersionslope)高,藉此制作比C频带短的光雷射。56.如申请专利范围第29项所述之太阳能光主动元件,其中,该光增益介质之基材(host)材料系选自磷酸盐玻璃(phosphate glass)或氟磷酸盐玻璃(fluorophosphate)或矽酸盐玻璃(silicate)或硼酸盐玻璃(borate)。57.如申请专利范围第29项所述之太阳能光主动元件,其中该光学绕射元件系用以绕射泵浦光(diffractpump light)。58.如申请专利范围第29项所述之太阳能光主动元件,其中该第一光学反射元件系为泵浦光反射光栅(reflection grating for pump wavelength)。59.一种太阳能光主动元件,其至少包含一基板、一光学绕射元件、一第一光学反射元件、一光增益介质、一波导管、一输入端、一输出端、一抗反射膜及一反射层;其中该太阳能光主动元件可藉由输出端与另一个太阳能光主动元件输入端相连接达到串接之效果,藉此做为放大器。60.如申请专利范围第59项所述之太阳能光主动元件,其中,该光学绕射元件系为全像天线光栅。61.如申请专利范围第59项所述之太阳能光主动元件,其中,该光学绕射元件系为光子晶体。62.如申请专利范围第59项所述之太阳能光主动元件,其中,该第一光学反射元件系为布拉格光栅。63.如申请专利范围第59项所述之太阳能光主动元件,其中,该第一光学反射元件系为光子晶体。64.一种太阳能光主动元件,其至少包含一基板、一光学绕射元件、一第一光学反射元件、一第二光学反射元件、一波导管、一光增益介质、一抗反射膜及一反射层;其中该太阳能光主动元件可藉由输出端与另一个太阳能光主动元件输入端相连接达到串接之效果,藉此做为雷射。65.如申请专利范围第64项所述之太阳能光主动元件,其中,该光学绕射元件系为全像天线光栅。66.如申请专利范围第64项所述之太阳能光主动元件,其中,该光学绕射元件系为光子晶体。67.如申请专利范围第64项所述之太阳能光主动元件,其中,该第一光学反射元件系为布拉格光栅。68.如申请专利范围第64项所述之太阳能光主动元件,其中,该第一光学反射元件系为光子晶体。69.如申请专利范围第64项所述之太阳能光主动元件,其中,该第二光学反射元件系为雷射光反射光栅。70.如申请专利讪围第64项所述之太阳能光主动元件,其中,该第二光学反射元件系为光子晶体。图式简单说明:第1图,系本发明之放大器运作原理上视示意图。第2图,系本发明之放大器侧视图。第3图,系本发明之放大器截面示意图。第4图,系本发明之雷射运作原理上视示意图。第5图,系本发明之放大器之串接示意图。第6图,系本发明之雷射之串接示意图。第7图,系本发明量测掺铒玻璃之吸收频谱图。第8图,系本发明量测980nm雷射二极体之频谱图。第9图,系本发明以250W卤素灯泡照射波导管量得之增益频谱图。第10图,系本发明以280mW的980雷射照射波导管得到之增益频谱图。第11图,系本发明利用30cm*30cm的Fresnel聚焦板将太阳光聚焦到波导管上量得之增益频谱图。第12图,系本发明调整980nm雷射的电流以模拟第9图之太阳光强度图。
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