CN113454506A - 配置用于与uv led一起使用的光漫射多光纤设计 - Google Patents
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Abstract
本文公开了紫外(UV)照明系统的实施方案。所述UV照明系统包括至少一个UV发光二极管(LED)和光漫射光纤束。所述光漫射光纤束包括束护套和设置在所述束护套内的多个光纤。每个光纤由具有含有小于90摩尔％二氧化硅的玻璃组合物的玻璃纤芯和围绕所述玻璃纤芯的包层构成。所述玻璃纤芯或所述包层中的至少一者包括散射中心。此外，所述光漫射光纤束光学地耦合到所述UV LED。本文还公开了一种UV光漫射光纤以及一种使用包含UV光漫射光纤的UV照明系统对对象进行消毒的方法。
Description
相关申请的交叉引用
本申请根据专利法要求2018年12月21日提交的美国临时申请序列号 62/783,751的优先权权益，所述申请的内容是本文的依据并且全文以引用方式并入本文。
技术领域
本发明总体涉及光漫射光纤，并且更具体地涉及被配置用于与紫外发光二极管一起使用的光漫射光纤或光纤束。
背景技术
光漫射光纤(LDF)被配置为在一定长度上相对均匀地散射光。从LDF散射的光可用于多种目的，包括照明或装饰。一般来讲，这些LDF选自可见光谱。然而，LDF能够承载来自可见光谱之外的光，包括紫外和红外光谱。承载这些波长的LDF还提供某些类型的功能。
发明内容
本公开的一个实施方案涉及一种紫外(UV)照明系统。所述UV照明系统包括至少一个UV发光二极管(LED)和光漫射光纤束。所述光漫射光纤束包括束护套和设置在所述束护套内的多个光纤。每个光纤由具有含有小于90摩尔％二氧化硅的玻璃组合物的玻璃纤芯和围绕所述玻璃纤芯的包层构成。所述玻璃纤芯或所述包层中的至少一者包括散射中心。此外，所述光漫射光纤束光学地耦合到所述UV LED。
本公开的另一个实施方案涉及一种紫外(UV)光漫射光纤(LDF)。所述UV LDF包括具有小于90摩尔％SiO2的玻璃组合物的玻璃纤芯。所述UV LDF还包括纵向围绕所述玻璃纤芯设置的包层。所述玻璃纤芯或所述包层中的至少一者包括散射中心。此外，所述玻璃组合物每米吸收至少10％的具有小于400nm 的波长的光。
本公开的另一个实施方案涉及一种用于使用紫外(UV)光对对象进行消毒的方法。在所述方法中，致使UV光从至少一个UV发光二极管(LED)发射到耦合到所述UV LED的光纤束中。所述光纤束包括设置在护套内的多个光纤，并且所述多个光纤中的每个光纤具有含有小于90摩尔％二氧化硅的玻璃纤芯。从所述光纤束散射所述UV光，以及将所述对象暴露于从所述光纤束散射的所述UV光。
另外的特征和优点将在下面的详细描述中阐述，并且在某种程度上，通过该描述，另外的特征和优点对于本领域的技术人员来说将是显而易见的，或者通过实践如本文(包括下面的详细描述、权利要求以及附图)中描述的实施方案将认识到另外的特征和优点。
应理解，前述一般描述和以下详细描述两者仅仅是示例性的，并且都意图提供用于理解权利要求的性质和特征的概观或框架。包括附图以提供进一步理解并且所述附图并入本说明书中并构成本说明书的一部分。附图示出一个或多个实施方案，并且连同本说明书用于解释各种实施方案的原理和操作。
附图说明
图1是根据示例性实施方案的光漫射光纤的横截面视图。
图2是根据示例性实施方案的光漫射光纤束的第一示例性实施方案的横截面视图。
图3是根据示例性实施方案的光漫射光纤束的第二示例性实施方案的横截面视图。
图4是根据示例性实施方案的连接到UV LED的光纤束。
具体实施方式
总体参考附图，提供了被配置用于与紫外(UV)发光二极管(LED)一起使用的光漫射光纤(LDF)的实施方案。UV LED比其他UV光源(诸如激光二极管) 便宜。然而，UV LED也比其他UV光源大，这意指需要较大的LDF与UV LED 配对。使用较大的LDF通常涉及捆绑多个石英光纤，并且为LDF中的光纤提供高纯度二氧化硅也很昂贵。因此，根据本公开，提供了掺入低石英玻璃光纤的LDF的实施方案。通常，低石英玻璃不用于UV应用，因为已知这种玻璃的UV吸收随着二氧化硅的重量百分比(wt％)降低而增加。然而，当在短长度内与UV LED一起使用时，LDF仍然能够漫射足够的UV光以用于消毒应用，例如医疗器械的消毒。在此类应用中，在UV波长处的高吸收是可接受的，因为足够的UV在短长度(例如，2m或更短)内从LDF漫射，以杀死常见的细菌病原体。下面将更详细地描述这些和其他实施方案。
图1描绘了具有圆形横截面的光漫射光纤(LDF)10的横截面。LDF 10包括纤芯12、包层14和涂层16。设置在纤芯12、包层14或涂层16中的至少一者内的是促进光从LDF 10均匀漫射的散射中心18。在所描绘的实施方案中，散射中心18包含在包层16中。包层14设置在纤芯12的外纤芯表面20上，并且涂层16设置在包层14的外包层表面22上。在实施方案中，外涂层表面 24限定LDF 10的最外范围(例如，径向最外表面)。在操作中，从UV LED光源供应的光进入纤芯12并被导引通过LDF 10。经导引的光在LDF 10中的传播方向在本文中可称为纵向或轴向方向。散射中心18实现在LDF 10中传播的光的散射。另外，纤芯12与包层14之间的折射率的差异(其中包层14具有比纤芯12低的折射率)另外造成在LDF 10中传播的光的散射。纤芯12和包层 14的部分中的瑞利散射也造成散射损耗。
纤芯12与包层14之间的折射率的差异允许纤芯充当波导并导致纤芯中的瑞利散射和纤芯/包层界面处的散射。对于LDF 10，可根据数值孔径(NA)来考虑折射率，数值孔径(NA)等于√(n纤芯 2－n包层 2)，其中n纤芯＞n包层。在实施方案中，NA为0.12至0.7。
在实施方案中，纤芯12是玻璃，诸如石英玻璃或改性石英玻璃，纤芯区域10的玻璃组合物的特征在于钠钙硅酸盐玻璃、碱硼硅酸盐玻璃或铝硅酸盐玻璃。钠钙硅酸盐玻璃可包含不同水平的Na2O、CaO和SiO2。例如，合适的钠钙硅酸盐玻璃组成是72wt％SiO2、17wt％Na2O、4wt％CaO、5wt％LiO2和 2wt％MgO。碱硼硅酸盐玻璃可包含不同水平的SiO2、B2O3和碱(例如，Na2O)。例如，合适的碱硼硅酸盐玻璃组成是75wt％SiO2、10wt％B2O3和25wt％Na2O。铝硅酸盐玻璃可包含不同水平的SiO2和Al2O3。在铝硅酸盐玻璃组合物中还可包含碱(例如，NA2O)。例如，合适的铝硅酸盐玻璃组合物包含50.0wt％至 75.0wt％SiO2、0.0wt％至20.0wt％B2O3、0.0wt％至15.0wt％Al2O3、0.0wt％至1.5wt％Li2O和3.0wt％至11.0wt％Na2O。在再一实施方案中，玻璃组合物包含约50摩尔％至约90摩尔％SiO2、多达20摩尔％的Al2O3、多达20摩尔％的B2O3和多达25摩尔％的R2O或RO中的至少一者。在R2O中，R为Li、 Na、K、Rb或Cs中的任何一者或多者，并且在RO中，R为Zn、Mg、Ca、 Sr或Ba中的任何一者或多者。此外，在实施方案中，某些杂质保持处于相对低的水平。特别地，Co、Ni和Cr各自以不超过1ppm存在，并且Fe以不超过50ppm存在。在实施方案中，玻璃组合物透射近似85％的405nm的UV光和近似70％的375nm的UV光。用于在本发明的实施方案中使用的合适的玻璃组合物的实例是Coming IrisTM(可从纽约州康宁市的康宁股份有限公司获得)。
如上面所提及，纤芯12的玻璃组合物的SiO2比通常用于UV应用的其他玻璃组合物低。较低的SiO2降低LDF 10的成本。然而，较低的SiO2水平意指更多的UV光将被吸收在LDF10的纤芯12中。因此，在UV应用中使用含有小于90摩尔％SiO2的玻璃组合物是违反直觉的。实际上，LDF 10的纤芯区域12中使用的玻璃组合物每米吸收至少10％的入射在LDF 10的端部上的UV 光。在其他实施方案中，玻璃组合物每米吸收至少30％的入射UV光，而在又其他实施方案中，玻璃组合物每米吸收至少50％的入射UV光。在某些实施方案中，玻璃组合物每米吸收多达60％的入射UV光。如将在下面进行论述的，高吸收损耗对于某些应用是可接受的，因为LDF 10的捆绑(特别是在短长度上) 产生了足够的散射总量。
在实施方案中，包层14可以是玻璃或聚合物。用于包层14的玻璃包括与纤芯12相同的低石英玻璃或改性石英玻璃。用于包层14的聚合物包括丙烯酸酯聚合物和/或氟改性聚合物。
在实施方案中，涂层16是聚合物，诸如丙烯酸酯聚合物。在选择用于纤芯12和包层14的材料时，纤芯12被选择为具有比包层14高的折射率。此外，在选择用于涂层16的材料时，所述材料被选择为具有比包层14高的折射率。
散射中心18基于360nm的波长与420nm的波长之间的低UV吸收特性来选择。特别地，高UV吸收材料(诸如TiO2)不用作LDF 10中的散射中心18。可用作散射中心18的示例性材料包括ZrO2、BaS、Al2O3、中空玻璃球、玻璃相分离物、气泡(例如，SO2气泡)和空气管线(airline)。纤芯12、包层14和/或涂层16可包括超过一种类型的散射中心18。
在实施方案中，包层14中的散射中心18被选择为具有比包层14的折射率高的折射率。在实施方案中，散射中心18的折射率比包层14的折射率高至少0.05。在另外的实施方案中，散射中心18的折射率比包层14的折射率高至少0.1。在又另外的实施方案中，散射中心18的折射率比包层14的折射率高至少0.2，并且在甚至另外的实施方案中，散射中心18的折射率比包层14的折射率高至少0.5。
散射中心18可具有有着以下尺寸的横截面：至少30nm，或至少50nm，或至少100nm，或至少250nm，或至少500nm，或至少1000nm，或在30nm 与40μm(40,000nm)之间，或在100nm与40μm之间，或在250nm与40μm 之间，在500nm与20μm之间，或在1000nm与10μm之间，或在30nm与 2000nm之间。纤芯12、包层14和/或涂层16内的散射中心18可包括横截面尺寸的分布。
在纤芯12中，散射中心18(当存在时)可占据纤芯12的0.01％至5％的填充分数。此外，在实施方案中，纤芯12可被划分为多个区域，例如，中心区域12a、中间区域12b和外部区域12c。在实施方案中，散射中心18可包含在仅一个、仅两个或全部三个区域12a、12b、12c中。在包层14中，散射中心 18(当存在时)可占据包层14的0.05％至2％的填充分数。在涂层16中，散射中心18(当存在时)可占据涂层16的0.5％与30％之间、或1％与15％之间、或 2％与10％之间的填充分数。如本文所使用，填充分数是指散射中心占据的横截面面积的分数。在一个实施方案中，填充分数沿着光漫射元件的长度是恒定的。在另一个实施方案中，填充分数沿着光漫射元件的长度变化。为了实现良好逼近，填充分数对应于散射中心18的体积分数。因此，纤芯12内的散射中心18的体积分数可为0.01％至5％。包层14内的散射中心18的体积分数可为 0.05％至2％。涂层16内的散射中心18的体积分数可为至少0.5％，或至少1.0％，或至少2.0％，或至少5.0％，或在0.5％与30％之间，或在1.0％至15％之间，或在2.0％与10％之间，或在2.0％与30％之间，或在3.0％与20％之间。
散射中心18的横截面分布可沿着LDF 10的长度在纤芯12、包层14和/ 或涂层16中的不同位置处变化。变化也可能发生在LDF 10的轴向或长度方向上。
LDF 10可被配置为通过控制包层14和/或涂层16中的散射中心18的放置和集中度来沿着LDF 10的全部或一部分长度散射光。LDF 10的包括散射中心18的区域可高效地散射光以产生照明效果，而LDF 10的缺乏散射中心18 的区域可能不会如此。
纤芯12的外纤芯表面纤芯20限定第一横截面尺寸D1。在实施方案中，在LDF 10的长度上平均而言，纤芯12的第一横截面尺寸D1可为至少65μm，或至少80μm，或至少100μm，或至少150μm，或至少170μm，或至少200μm，或至少250μm，或至少300μm，或在65μm与500μm之间，或在100μm与 400μm之间，或在200μm与350μm之间，或其间的任何子范围。
包层14的外包层表面22限定第二横截面尺寸D2。在实施方案中，不论第一横截面尺寸D1的大小如何，第二横截面尺寸D2比第一横截面尺寸D1大5 μm至20μm。因此，在实施方案中，包层14的厚度(即外纤芯表面20与外包层表面22之间沿着LDF 10的长度的平均距离)可为至少5μm，或至少10μm，或至少20μm、至少30μm、至少40μm、至少50μm、至少60μm、至少70μm、至少80μm、至少90μm或多达100μm。
在实施方案中，涂层16的外涂层表面24限定第三横截面尺寸D3。在实施方案中，第三横截面尺寸D2比第二横截面尺寸D2大20μm至50μm。因此，在实施方案中，围绕包层14的涂层16具有以下厚度(即外包层表面22与外涂层表面24之间沿着LDF 10的长度的平均距离)：至少20μm、至少30μm、至少40μm，或至少50μm，或在20μm与50μm之间，或在20μm与40μm之间，或在20μm与30μm之间，或在40μm与50μm之间，或在30μm与50μm 之间。在实施方案中，外涂层表面24限定LDF 10的约230μm、约300μm、约400μm、约500μm或约550μm的最外径向范围。
虽然LDF 10已经被描述为具有圆形横截面，然而应理解，LDF 10的横截面可以是任意成形的并且可包括圆形或平坦侧面。横截面的形状可包括圆形、椭圆形、正方形、矩形和多边形以及包括圆形和平坦侧面的组合的形状。因此，如本文所使用，横截面尺寸是指连接横截面的轮廓(例如圆周、周长)的两点的最长直线距离。举例来说：对于圆形横截面，横截面尺寸是直径；对于椭圆横截面，横截面尺寸是长轴的长度；并且对于正方形或矩形横截面，横截面尺寸是相对的角之间的距离。还应理解，横截面的形状和/或尺寸沿着光漫射元件的长度尺寸可以是恒定的或可变的。具有圆形横截面的LDF(例如)可以是锥形的，其中圆形横截面的直径沿着LDF的长度变化。
关于LDF 10的长度尺寸，本公开主要涉及短型LDF 10，因为低石英玻璃在纤芯12中具有高吸收性。因此，在实施方案中，LDF 10的长度为0.01m 至2m长、0.1m至2m长、0.3m至2m长、0.5m至2m长、0.7m至2m 长、0.9m至2m长、1.1m至2m长、1.3m至2m长、1.5m至2m长或1.7m至2m长，以及前述范围中的任一者之间的任何以及全部子范围。
如上面简略提及，单个LDF 10可能不匹配UV LED的大小，并且因此，可在LDF束100中布置多个LDF 10。参考图2，描绘了LDF束100的一个实施方案。LDF束100包括布置在护套110内的多个LDF 10。每个LDF 10基本上与上面相对于图1所描述的相同。填充材料120也设置在护套110内，其被选择为对具有360nm至420nm的波长的UV光基本上透明。LDF束100 的操作与单个LDF 10的操作基本上一致。即，来自UV LED的入射光被引导到LDF束100的端部之一中，从而被引导到包含在LDF束100中的每个LDF 10的端部之一中。入射光作为散射UV光线在每个LDF 10内行进并穿过纤芯区域12、包层14和涂层16离开。然后散射光线继续进入基本上透明的填料 120并穿过护套110从LDF束100离开。
根据各种考虑因素(包括应用的尺寸要求、应用根据束100的长度所需的光量等)，可针对特定光照应用选择每个LDF束100内的LDF 10的分布和集中度。对于特定应用，还可利用给定LDF束100内的LDF 10的多种配置(例如，LDF 10与散射中心18的不同配置的组合)。在实施方案中，LDF束100 包括4至10,000个LDF 10。例如，对于具有3mm2的面积的UVLED光源， LDF束100包括约100个LDF 10，其中每个LDF 10具有170μm的第三横截面尺寸D3。LDF束100中的LDF 10的数量取决于LDF束100的直径和每个 LDF 10的直径(即，LDF 10的第三横截面尺寸D3)。如上面所论述，第三横截面尺寸D3可从约60μm(例如，对于具有约35μm至40μm的第一横截面尺寸 D1的玻璃纤芯)变化到500μm(例如，对于具有约450μm的第一横截面尺寸 D1的玻璃纤芯)。可包括在给定LDF束100中的LDF 10的量可粗略计算为N≈ D/a2，其中N是LDF 10的数量，D是LED的面积，并且a是LDF 10的直径。这种关系提供粗略的近似值；LDF 10可能够以以下方式封装在LDF束100内，所述方式在LDF束100内实现较少死空间，以便增加LDF束100中的LDF 10 的数量N。
参考图3，描绘了光漫射光纤束200的另一个实施方案。LDF束200包括包含散射中心218的护套210。LDF束200还包括布置在护套210内的多个 LDF 10。在其中护套210包括散射中心218的实施方案中，LDF束200中的 LDF 10在包层14或涂层16中不包含散射中心218。填料220也设置在护套 210内。在图3所描绘的实施方案中，填料220也包括散射中心218。散射中心218可与设置在单个LDF 10中的散射中心18相同或不同。与先前实施方案一样，入射光被引导到LDF束200的端部之一中，从而被引导到包含在LDF 束200中的每个LDF 10的端部之一中。入射光作为散射UV光线在每个LDF 10内行进并穿过纤芯12、包层14和涂层16离开。因此，入射光线作为散射光线继续从每个LDF 10离开，穿过填料220和护套210离开，然后离开LDF 束200。
在图2和图3的实施方案中的每一者中，LDF束100、200的护套110、 210由氯化或氟化聚合物(诸如聚氯乙烯、聚四氟乙烯、乙烯四氟乙烯、氟化乙烯丙烯等)制成。在其他实施方案中，LDF束100、200的护套110、210含有乙烯-醋酸乙烯酯(例如，
可从法国科隆布的Arkema股份公司获得)、共聚酯-热塑性弹性体、聚醚嵌段胺、热塑性聚烯烃、热塑性聚氨酯、聚氨酯、聚酰胺和聚碳酸酯等中的至少一者。
图4描绘了连接到UV LED光源300的LDF束100或LDF束200。在实施方案中，UV LED光源300可发射360nm至420nm的波长的UV光。某些可商购获得的UV LED具有405nm、395nm、385nm和365nm的波长。此类UV LED具有1mm2至5mm2的范围内的横截面尺寸。LDF束100、200被构造成至少匹配UV LED的横截面面积。
在使用具有405nm波长的UV LED 300和具有每米吸收15％的UV光的玻璃组合物的LDF 10的示例性实施方案中，最长可用长度(即，其中损耗大于 90％的长度)为约6m。如果每米吸收损耗为50％，则最长可用LDF 10为约2m。如果UV LED 300发射波长小于405nm的光，则LDF 10的长度会更短。
对于正使用中等效率UV光纤束的某些实施方案，可用以下方程来描述：
E＝N*P*C0*EF/A
其中E是期望的辐射强度(mW/cm2)，N是束中的LDF 10的数量，P是单光源UV LED的功率，C0是从光源到漫射光纤的耦合效率，EF是光源波长处的光纤漫射效率，并且A是系统中的辐射面积。对于10cm×10cm的面积A、等于10mW/cm2的期望的辐射强度E、LDF束100、200中的单个LDF 10、0.8 的耦合效率C0以及100％的漫射效率EF，单个UV LED光源300所需的功率为1.25W。如果效率EF下降到50％，则功率P将加倍。类似地，如果LDF 束100、200中的LDF 10的数量N加倍至两倍，则所需的功率P也将加倍。就需要多个UV LED光源300来实现期望的辐射强度E而言，则与例如UV 激光二极管相比，UV LED的成本低得多，从而降低系统的总成本。此外，就需要更多的LDF 10来匹配更大的UV LED光源300的大小而言，则与典型的熔融石英LDF相比，低石英玻璃组合物为系统提供成本节约。
在实施方案中，LDF束100、200和UV LED光源300结合到消毒设备中，特别是用于医疗器械。LDF束100、200延伸穿过其中放置一个或多个待消毒对象的消毒室。UV光从LDF束100、200发射，并且在将一个或多个对象暴露于UV光达约10分钟至约2400分钟的时段之后，将存在至少log104的细菌病原体减少量。
方面(1)涉及一种紫外(UV)照明系统，其包括：至少一个UV发光二极管 (LED)；以及光漫射光纤束，所述光漫射光纤束包括：束护套；多个光纤，所述多个光纤设置在所述束护套内，每个光纤包括：玻璃纤芯，所述玻璃纤芯包含含有小于90摩尔％二氧化硅的玻璃组合物；以及包层，所述包层围绕所述玻璃纤芯；其中所述玻璃纤芯或所述包层中的至少一者包括散射中心；并且其中所述光漫射光纤束光学地耦合到所述UV LED。
方面(2)涉及如方面(1)所述的UV照明系统，其中所述UV LED被配置为产生具有365nm至405nm的波长的UV光。
方面(3)涉及如方面(1)或方面(2)所述的UV照明系统，其中所述UV LED 具有至少1mm2的发射区域，并且其中所述光漫射光纤束的端部处的面部区域的大小至少与所述发射区域相同。
方面(4)涉及如方面(1)至(3)中任一项所述的UV照明系统，其中所述玻璃纤芯的所述玻璃组合物包含钠钙玻璃、硼硅酸盐玻璃或铝硅酸盐玻璃中的至少一者。
方面(5)涉及如方面(1)至(4)中任一项所述的UV照明系统，其中所述玻璃纤芯包括散射中心。
方面(6)涉及如方面(5)所述的UV照明系统，其中所述玻璃纤芯的所述散射中心包括空气管线。
方面(7)涉及如方面(5)或方面(6)所述的UV照明系统，其中所述散射中心包含ZrO2、Al2O3或玻璃相分离物中的至少一者。
方面(8)涉及如方面(5)至(7)中任一项所述的UV照明系统，其中所述玻璃纤芯中的所述散射中心的集中度按体积计为约0.01％至约5％。
方面(9)涉及如方面(1)至(8)中任一项所述的UV照明系统，其中所述包层包含聚合物。
方面(10)涉及如方面(1)至(8)中任一项所述的UV照明系统，其中所述包层包含第二玻璃组合物，所述第二玻璃组合物不同于所述玻璃纤芯的所述玻璃组合物。
方面(11)涉及如方面(9)或方面(10)所述的UV照明系统，其中所述包层包括散射中心。
方面(12)涉及如方面(11)所述的UV照明系统，其中所述包层的所述散射中心包含高折射率颗粒，其中所述高折射率颗粒的折射率比所述包层的折射率高至少0.05
方面(13)涉及如方面(12)所述的UV照明系统，其中所述高折射率颗粒包含BaS、SiO2、Al2O3或ZrO2中的至少一者。
方面(14)涉及如方面(11)所述的UV照明系统，其中所述散射中心包括空隙。
方面(15)涉及如方面(11)至(14)中任一项所述的UV照明系统，其中所述包层中的所述散射中心的所述集中度按体积计为0.05％至2％。
方面(16)涉及如方面(1)至(15)中任一项所述的UV照明系统，其中所述束护套包含聚合物。
方面(17)涉及如方面(16)所述的UV照明系统，其中所述聚合物包含以下中的至少一者：聚氯乙烯、聚四氟乙烯、乙烯四氟乙烯、氟化乙烯丙烯、乙烯 -醋酸乙烯酯、共聚酯-热塑性弹性体、聚醚嵌段胺、热塑性聚烯烃、热塑性聚氨酯、聚氨酯、聚酰胺或聚碳酸酯。
方面(18)涉及如方面(1)至(17)中任一项所述的UV照明系统，其中所述束护套包括散射中心。
方面(19)涉及如方面(18)所述的UV照明系统，其中所述束护套的所述散射中心包含Al2O3、BaS、中空玻璃球或气泡中的至少一者。
方面(20)涉及如方面(1)至(19)中任一项所述的UV照明系统，其中所述光纤束还包括：填料，所述填料在所述束护套内并且围绕所述多个光纤设置。
方面(21)涉及如方面(1)至(20)中任一项所述的UV照明系统，其中所述多个光纤包括至少10个光纤。
方面(22)涉及一种紫外(UV)光漫射光纤(LDF)，其包括：玻璃纤芯，所述玻璃纤芯包含含有小于90摩尔％SiO2的玻璃组合物；以及包层，所述包层纵向围绕所述玻璃纤芯设置；其中所述玻璃纤芯或所述包层中的至少一者包括散射中心；并且其中所述玻璃组合物每米吸收至少10％的具有小于400nm的波长的光。
方面(23)涉及如方面(22)所述的UV LDF，其中所述玻璃组合物包含至少 50摩尔％SiO2、多达20摩尔％的Al2O3、多达20摩尔％的B2O3以及多达25 摩尔％的R2O或RO中的至少一者，其中在R2O中，R为Li、Na、K、Rb或 Cs中的任何一者或多者，并且其中在RO中，R为Zn、Mg、Ca、Sr或Ba中的任何一者或多者。
方面(24)涉及如方面(22)或方面(23)所述的UV LDF，其中所述玻璃组合物包含至多1ppm的Co、Ni和Cr中的每一者以及至多50ppm的Fe。
方面(25)涉及如方面(22)至(24)中任一项所述的UV LDF，其中所述玻璃纤芯包括散射中心。
方面(26)涉及如方面(25)所述的UV LDF，其中所述玻璃纤芯的所述散射中心包括空气管线。
方面(27)涉及如方面(25)所述的UV LDF，其中所述玻璃纤芯的所述散射中心包含ZrO2、Al2O3或玻璃相分离物中的至少一者。
方面(28)涉及如方面(25)至(27)中任一项所述的UV LDF，其中所述玻璃纤芯中的所述散射中心的集中度按体积计为约0.01％至约5％。
方面(29)涉及如方面(22)至(28)中任一项所述的UV LDF，其中所述包层包含聚合物。
方面(30)涉及如方面(22)至(28)中任一项所述的UV LDF，其中所述包层包含第二玻璃组合物，所述第二玻璃组合物不同于所述玻璃纤芯的所述玻璃组合物。
方面(31)涉及如方面(22)至(30)中任一项所述的UV LDF，其中所述包层包括散射中心。
方面(32)涉及如方面(31)所述的UV LDF，其中所述散射中心包含高折射率颗粒，其中所述高折射率颗粒的折射率比所述包层的折射率高至少0.05。
方面(33)涉及如方面(32)所述的UV LDF，其中所述高折射率颗粒包含BaS、 SiO2、Al2O3或ZrO2中的至少一者。
方面(34)涉及如方面(31)所述的UV LDF，其中所述包层的所述散射中心包括空隙。
方面(35)涉及如方面(31)至(34)中任一项所述的UV LDF，其中所述包层中的所述散射中心的所述集中度按体积计为约0.05％至约2％。
方面(36)涉及如方面(22)至(35)中任一项所述的UV LDF，其还包括：涂层，所述涂层围绕所述包层设置。
方面(37)涉及一种光纤束，其包括：束护套；多个如方面(22)至(36)中任一项所述的UV LDF，所述多个UV LDF设置在所述束护套内。
方面(38)涉及如方面(37)所述的光纤束，其中所述束护套包含聚合物。
方面(39)涉及如方面(38)所述的光纤束，其中所述聚合物包含以下中的至少一者：聚氯乙烯、聚四氟乙烯、乙烯四氟乙烯、氟化乙烯丙烯、乙烯-醋酸乙烯酯、共聚酯-热塑性弹性体、聚醚嵌段胺、热塑性聚烯烃、热塑性聚氨酯、聚氨酯、聚酰胺或聚碳酸酯。
方面(40)涉及如方面(37)至(39)中任一项所述的光纤束，其中所述束护套包括散射中心。
方面(41)涉及如方面(40)所述的光纤束，其中所述束护套的所述散射中心包含Al2O3、BaS、中空玻璃球或气泡中的至少一者。
方面(42)涉及如方面(37)至(41)中任一项所述的光纤束，其还包括：填料，所述填料在所述束护套内并且围绕所述多个光纤设置。
方面(43)涉及如方面(37)至(42)中任一项所述的光纤束，其中所述多个光纤包括至少10个光纤。
方面(44)涉及一种用于使用紫外(UV)光对对象进行消毒的方法，所述方法包括以下步骤：致使UV光从至少一个UV发光二极管(LED)发射到耦合到所述UV LED的光纤束中，所述光纤束包括设置在护套内的多个光纤，所述多个光纤中的每个光纤具有含有小于90摩尔％二氧化硅的玻璃纤芯；从所述光纤束散射所述UV光；以及将所述对象暴露于从所述光纤束散射的所述UV光。
方面(45)涉及方法方面(43)，其中所述UV光具有365nm至405nm的波长。
方面(46)涉及如方面(43)或方面(44)所述的方法，其中以约40J/cm2至约 600J/cm2的剂量执行将所述对象暴露于所述UV光的步骤。
方面(47)涉及如方面(43)至(45)中任一项所述的方法，其中在所述暴露步骤之后，所述对象经历log104或更高的细菌病原体减少量。
方面(48)涉及如方面(43)至(46)中任一项所述的光纤束，其中所述散射步骤在100cm2的面积上提供至少10mW/cm2。
除非另外明确说明，否则决不意图将本文阐述的任何方法诠释为要求按特定次序执行其步骤。因此，在方法权利要求未实际叙述其步骤要遵循的次序或在权利要求或描述中未另外具体陈述各步骤将限于特定次序的情况下，决不意图推断任何特定次序。此外，如本文所使用，冠词“a”意图包括一种或超过一种的组分或元素，并不意图诠释为意指仅一个。
对本领域技术人员将显而易见的是，可在不背离所公开的实施方案的精神或范围的情况下进行各种修改和变型。由于本领域技术人员可想到对结合实施方案的精神和实质的所公开的实施方案的修改、组合、子组合和变型，因此所公开的实施方案应被诠释为包括所附权利要求及其等同物的范围内的所有事物。
Claims (48)
1.一种紫外(UV)照明系统，其包括：
至少一个UV发光二极管(LED)；以及
光漫射光纤束，所述光漫射光纤束包括：
束护套；
多个光纤，所述多个光纤设置在所述束护套内，每个光纤包括：
玻璃纤芯，所述玻璃纤芯包含含有小于90摩尔％二氧化硅的玻璃组合物；以及
包层，所述包层围绕所述玻璃纤芯；
其中所述玻璃纤芯或所述包层中的至少一者包括散射中心；
其中所述光漫射光纤束光学地耦合到所述UV LED。
2.如权利要求1所述的UV照明系统，其中所述UV LED被配置为产生具有365nm至405nm的波长的UV光。
3.如权利要求1或权利要求2所述的UV照明系统，其中所述UV LED具有至少1mm2的发射区域，并且其中所述光漫射光纤束的端部处的面部区域的大小至少与所述发射区域相同。
4.如前述权利要求中任一项所述的UV照明系统，其中所述玻璃纤芯的所述玻璃组合物包含钠钙玻璃、硼硅酸盐玻璃或铝硅酸盐玻璃中的至少一者。
5.如前述权利要求中任一项所述的UV照明系统，其中所述玻璃纤芯包括散射中心。
6.如权利要求5所述的UV照明系统，其中所述玻璃纤芯的所述散射中心包括空气管线。
7.如权利要求5或权利要求6所述的UV照明系统，其中所述散射中心包含ZrO2、Al2O3或玻璃相分离物中的至少一者。
8.如权利要求5-7中任一项所述的UV照明系统，其中所述玻璃纤芯中的所述散射中心的集中度按体积计为约0.01％至约5％。
9.如前述权利要求中任一项所述的UV照明系统，其中所述包层包含聚合物。
10.如权利要求1-8中任一项所述的UV照明系统，其中所述包层包含第二玻璃组合物，所述第二玻璃组合物不同于所述玻璃纤芯的所述玻璃组合物。
11.如权利要求9或权利要求10所述的UV照明系统，其中所述包层包括散射中心。
12.如权利要求11所述的UV照明系统，其中所述包层的所述散射中心包含高折射率颗粒，其中所述高折射率颗粒的折射率比所述包层的折射率高至少0.05。
13.如权利要求12所述的UV照明系统，其中所述高折射率颗粒包含BaS、SiO2、Al2O3或ZrO2中的至少一者。
14.如权利要求11所述的UV照明系统，其中所述散射中心包括空隙。
15.如权利要求11-14中任一项所述的UV照明系统，其中所述包层中的所述散射中心的所述集中度按体积计为0.05％至2％。
16.如前述权利要求中任一项所述的UV照明系统，其中所述束护套包含聚合物。
17.如权利要求16所述的UV照明系统，其中所述聚合物包含以下中的至少一者：聚氯乙烯、聚四氟乙烯、乙烯四氟乙烯、氟化乙烯丙烯、乙烯-醋酸乙烯酯、共聚酯-热塑性弹性体、聚醚嵌段胺、热塑性聚烯烃、热塑性聚氨酯、聚氨酯、聚酰胺或聚碳酸酯。
18.如前述权利要求中任一项所述的UV照明系统，其中所述束护套包括散射中心。
19.如权利要求18所述的UV照明系统，其中所述束护套的所述散射中心包含Al2O3、BaS、中空玻璃球或气泡中的至少一者。
20.如前述权利要求中任一项所述的UV照明系统，其中所述光纤束还包括：填料，所述填料在所述束护套内并且围绕所述多个光纤设置。
21.如前述权利要求中任一项所述的UV照明系统，其中所述多个光纤包括至少10个光纤。
22.一种紫外(UV)光漫射光纤(LDF)，其包括：
玻璃纤芯，所述玻璃纤芯包含含有小于90摩尔％SiO2的玻璃组合物；以及
包层，所述包层纵向围绕所述玻璃纤芯设置；
其中所述玻璃纤芯或所述包层中的至少一者包括散射中心；并且
其中所述玻璃组合物每米吸收至少10％的具有小于400nm的波长的光。
23.如权利要求22所述的UV LDF，其中所述玻璃组合物包含至少50摩尔％SiO2、多达20摩尔％的Al2O3、多达20摩尔％的B2O3以及多达25摩尔％的R2O或RO中的至少一者，其中在R2O中，R为Li、Na、K、Rb或Cs中的任何一者或多者，并且其中在RO中，R为Zn、Mg、Ca、Sr或Ba中的任何一者或多者。
24.如权利要求22或权利要求23所述的UV LDF，其中所述玻璃组合物包含至多1ppm的Co、Ni和Cr中的每一者以及至多50ppm的Fe。
25.如权利要求22-24中任一项所述的UV LDF，其中所述玻璃纤芯包括散射中心。
26.如权利要求25所述的UV LDF，其中所述玻璃纤芯的所述散射中心包括空气管线。
27.如权利要求25所述的UV LDF，其中所述玻璃纤芯的所述散射中心包含ZrO2、Al2O3或玻璃相分离物中的至少一者。
28.如权利要求25-27中任一项所述的UV LDF，其中所述玻璃纤芯中的所述散射中心的集中度按体积计为约0.01％至约5％。
29.如权利要求22-28中任一项所述的UV LDF，其中所述包层包含聚合物。
30.如权利要求22-28中任一项所述的UV LDF，其中所述包层包含第二玻璃组合物，所述第二玻璃组合物不同于所述玻璃纤芯的所述玻璃组合物。
31.如权利要求22-30中任一项所述的UV LDF，其中所述包层包括散射中心。
32.如权利要求31所述的UV LDF，其中所述散射中心包含高折射率颗粒，其中所述高折射率颗粒的折射率比所述包层的折射率高至少0.05。
33.如权利要求32所述的UV LDF，其中所述高折射率颗粒包含BaS、SiO2、Al2O3或ZrO2中的至少一者。
34.如权利要求31所述的UV LDF，其中所述包层的所述散射中心包括空隙。
35.如权利要求31-34中任一项所述的UV LDF，其中所述包层中的所述散射中心的所述集中度按体积计为约0.05％至约2％。
36.如权利要求22-35中任一项所述的UV LDF，其还包括：涂层，所述涂层围绕所述包层设置。
37.一种光纤束，其包括：
束护套；
多个如权利要求22-36中任一项所述的UV LDF，所述多个UV LDF设置在所述束护套内。
38.如权利要求37所述的光纤束，其中所述束护套包含聚合物。
39.如权利要求38所述的光纤束，其中所述聚合物包含以下中的至少一者：聚氯乙烯、聚四氟乙烯、乙烯四氟乙烯、氟化乙烯丙烯、乙烯-醋酸乙烯酯、共聚酯-热塑性弹性体、聚醚嵌段胺、热塑性聚烯烃、热塑性聚氨酯、聚氨酯、聚酰胺或聚碳酸酯。
40.如权利要求37-39中任一项所述的光纤束，其中所述束护套包括散射中心。
41.如权利要求40所述的光纤束，其中所述束护套的所述散射中心包含Al2O3、BaS、中空玻璃球或气泡中的至少一者。
42.如权利要求37-41中任一项所述的光纤束，其还包括：填料，所述填料在所述束护套内并且围绕所述多个光纤设置。
43.如权利要求37-42中任一项所述的光纤束，其中所述多个光纤包括至少10个光纤。
44.一种用于使用紫外(UV)光对对象进行消毒的方法，所述方法包括以下步骤：
致使UV光从至少一个UV发光二极管(LED)发射到耦合到所述UV LED的光纤束中，所述光纤束包括设置在护套内的多个光纤，所述多个光纤中的每个光纤具有含有小于90摩尔％二氧化硅的玻璃纤芯；
从所述光纤束散射所述UV光；以及
将所述对象暴露于从所述光纤束散射的所述UV光。
45.如权利要求43所述的方法，其中所述UV光具有365nm至405nm的波长。
46.如权利要求43或权利要求44所述的方法，其中以约40J/cm2至约600J/cm2的剂量执行将所述对象暴露于所述UV光的步骤。
47.如权利要求43-45中任一项所述的方法，其中在所述暴露步骤之后，所述对象经历log104或更高的细菌病原体减少量。
48.如权利要求43-46中任一项所述的方法，其中所述散射步骤在100cm2的面积上提供至少10mW/cm2。
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