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OPTICAL WAVEGUIDE DEVICE, PHOTOELECTRIC CONVERSION DEVICE, BUILDING, ELECTRONIC DEVICE, MOVING BODY, AND ELECTROMAGNETIC WAVEGUIDE DEVICE

Foreign code F190009804
File No. S2017-1047-C0
Posted date May 8, 2019
Country WIPO
International application number 2018JP035015
International publication number WO 2019059342
Date of international filing Sep 21, 2018
Date of international publication Mar 28, 2019
Priority data
  • P2017-181884 (Sep 22, 2017) JP
Title OPTICAL WAVEGUIDE DEVICE, PHOTOELECTRIC CONVERSION DEVICE, BUILDING, ELECTRONIC DEVICE, MOVING BODY, AND ELECTROMAGNETIC WAVEGUIDE DEVICE
Abstract This optical waveguide device has a waveguide core layer (13) and a clad layer discontinuously covering the waveguide core layer (13). The clad layer has, in some regions thereof, a structure (12) which: extends between an end section of a disconnected part not covering the waveguide core layer and a position that is on the opposite side of the disconnected part along the waveguiding direction of the waveguide core layer and spaced apart from the waveguide core layer; and gradually approaches the waveguide core layer toward the waveguiding direction of the waveguide core layer, wherein a tangent line at the end section of the disconnected part is parallel or nearly parallel to the waveguide core layer. A light introduction core layer 14 covered with the clad layer (12) is provided so as to merge with the waveguide core layer at the disconnected part of the clad layer.
Outline of related art and contending technology BACKGROUND ART
Waveguide is, in general, a constant region to confine the wave line that the transmission circuit or, in the direction determined by the physical boundaries of the confined electromagnetic waves, directed to a system or material designed for is defined. Conventionally, the electromagnetic wave, even in a long distance without causing a loss in the middle of the light waveguide as a structure, an optical fiber or a two-dimensional waveguide 2 (the slab optical waveguide) is well known. Typically, light is confined in the interior for transmission, the waveguide having a continuous translational symmetry. In addition, a portion of the small refractive index, that is surrounded by the cladding layer, the portion of the large refractive index, i. e. the core layer, and unevenness of the change in thickness of the upper surface may also have a one way flow, the cross-section is a simple closed surface. That is, the cross-sectional area S, L is defined as the area and peripheral length, cross-sectional area of S is, effectively, that is, by relatively short L, is surrounded. S-cL2 is given, 12-50 is 1/c (12 is a circle, 50 corresponds to the case of the wedge-shaped structure is flat) or the like in the amount of the order of 10 (for example, see Patent Document 1.).
In addition, the prior art using a planar substrate, a plurality of light together, the combined light into the light, has been developed is the multiplexer, this is because in an integrated circuit and, as a result (focusing) of the optical multiplexer, the demultiplexer, to reduce the loss over a few mm, a very sparse, about 34mm in only about 4 times is performed (see Non-Patent Document 1.). In the conventional system, the light-condensing distance of the net generated in the processes, and is basically a short distance (in such a case, the degree of integration increases in the future), densely of multiplexing (the number m to several tens cm) long made over a system that did not exist. Since the target information processing, the presence of light in the linear region.
Of existing solar cell, the bulk silicon, a thin film silicon, CIS including, in a great number of surface incident type, the material requires larger in proportion to the area. On the other hand, one side of the slab optical waveguide is disposed in the solar cell-edge-type solar cell (Patent Document 2, the reference 3.) Is, increases in proportion to the length of one side of it is only necessary, it does not require a small amount of material, the light manipulation is problematic. That is, two-dimensional light 3 need to be a two-dimensional light 2, the waveguide is necessary to gain a sufficient distance.
In recent years, for increasing the efficiency of solar power generation, in particular, in order to configure the system as the light collecting system, see Non-Patent Document 2 (Luminescent Solar Concentrator,LSC) (luminescent solar concentrator.) Is attracting attention. Therein, the three-dimensional waveguide 2 is included as an essential component. However is rendered, all the conventional, continuous translational symmetry of the symmetrical waveguide has assumed implicitly.
Conventional waveguide, the optical waveguide direction with respect to the forward and reverse direction, and have a symmetric structure, the optical waveguide core layer are basically continuously sandwiched between the cladding layer, the structure was wrapped, thereby preventing the leakage of light, confinement has been performed. Therefore, light is introduced into the waveguide core layer from the outside is extremely difficult. An optical waveguide with reduced efficiency because it is not desired, it can be said that in the first place has not assumed. Under such circumstances, conventional guide concentrated photovoltaic cell and the photoelectric conversion element and the coupling case, when the light is focused on efficiently been associated with very great difficulty. That is, out of light incident on the luminescent solar concentrator is because the component returns, not total internal reflection. A dye or a quantum dot luminescent solar concentrator is used in the dye or a quantum dot can absorb the sunlight is not full (out of a certain component). Further, and the reabsorption of the light by a dye, the dye is not a long life. Further, the light confined in the luminescent solar concentrator and it is difficult to persist, the light emission is basically isotropically and therefore, the total reflection condition is not satisfied out of the light returns also a space (see Non-Patent Document 3.). As a result, the photoelectric conversion efficiency in the solar cell cannot be increased.
In addition, such as a liquid crystal layer having a refractive index anisotropy is used as a cladding layer is been proposed, only some of the polarized light cannot be used, to maximize the efficiency of the appearance or limit, or, in order to avoid this, the same structure and the other pair such as is necessary to provide the, the problem of the complication of the structure they were.
In addition, in the above-described luminescent solar concentrator, the three-dimensional propagation of the sunlight 3, the three-dimensional waveguide 2 disposed in a dye or a quantum dot is absorbed once, and then, these dyes or a quantum dot energy relaxation occurs in the light coming in, the waveguide can be guided, or the photoelectric conversion element placed at the edge of the solar cell, electrical energy is, this series of processes with high efficiency is not easy (for example, see Non-Patent Document 1.). The reason for this is that such dyes, (1) quantum dots, the spectrum of sunlight over the entire surface, light cannot be absorbed by the dye or a quantum dot, (2) the re-absorption of and between, the energy relaxation in the quantum dot or dye in the loss, further, (3) the dye when the light-emitting quantum dots, therefore basically isotropically light-emitting, the three-dimensional waveguide 2 is totally reflected within the light guide are limited the proportion of the light (light emission of the light, 2 a three-dimensional waveguide surface in a vertical direction is, of course, the waveguide is confined within and without, external part of the light is emitted) and the like can be used.
In addition, the present invention may be the user himself, using the concept of another, in particular, the comb-shaped refractive index modulation structure is used, a two-dimensional propagation light 3 propagating light 2 can be a two-dimensional has been attempted, is not necessarily high and its efficiency (see Patent Document 4.). This is, based on light diffraction direction are used for conversion, the wavelength dependency is large, the refractive index modulation structure, the light incident direction, because it has a symmetric structure in a direction perpendicular to, the time-reversal symmetry of the conjointly with the effect of spatial inversion symmetry, basically, the propagation light 2 propagating light 3 and the two-dimensional or three-dimensional, the propagation light 2 in contrast to this two-dimensional or three-dimensional propagation light 3 cannot be attributed.
Scope of claims (In Japanese)請求の範囲 [請求項1]
 導波コア層と、
 上記導波コア層を不連続に被覆するクラッド層とを有し、
 上記クラッド層は、上記導波コア層を被覆していない断絶部の端部と、上記断絶部に対して上記導波コア層の導波方向と反対側でかつ上記導波コア層から離れた位置との間に延在し、上記導波コア層の導波方向に向かって上記導波コア層に次第に近づき、かつ上記断絶部の上記端部における接線が上記導波コア層に平行またはほぼ平行になるように設けられた構造をその一部に有し、
 上記クラッド層の上記断絶部に上記クラッド層で被覆された光導入コア層が上記導波コア層と合流するように設けられている光導波装置。

[請求項2]
 上記導波コア層は導波方向に対して連続的併進対称性を有し、上記クラッド層は上記導波方向に対して離散的併進対称性を有する請求項1記載の光導波装置。

[請求項3]
 上記クラッド層の上記断絶部は上記導波コア層の導波方向に等間隔に複数設けられ、それぞれの上記断絶部に上記光導入コア層が設けられている請求項2記載の光導波装置。

[請求項4]
 上記光導入コア層および上記光導入コア層を被覆する上記クラッド層は上記光導入コア層に導入される光が上記光導入コア層と上記クラッド層との界面で全反射を繰り返して上記導波コア層に到達するように設けられている請求項1~3のいずれか一項記載の光導波装置。

[請求項5]
 上記断絶部の上記端部から延在する上記クラッド層は上記導波コア層の導波方向に凹に湾曲した形状を有する請求項1~4のいずれか一項記載の光導波装置。

[請求項6]
 上記断絶部の上記端部から延在する上記クラッド層は光入射側の直線部とこの直線部に連なる曲線部とを有する請求項5記載の光導波装置。

[請求項7]
 上記導波コア層と上記クラッド層とを少なくとも上記導波コア層に導波される光の波長の1000倍以上10万倍以下の距離に亘って有する請求項1~6のいずれか一項記載の光導波装置。

[請求項8]
 上記導波コア層は平板状に構成され、上記クラッド層は、上記導波コア層の一方の主面を連続に被覆して上記導波コア層の導波方向に併進対称性を有し、他方の主面を不連続に被覆するように設けられ、上記他方の主面に上記断絶部を有し、上記断絶部に上記光導入コア層が設けられている請求項1~7のいずれか一項記載の光導波装置。

[請求項9]
 上記導波コア層は平板状に構成され、上記クラッド層は、上記導波コア層の一方の主面および他方の主面を不連続に被覆するように設けられ、上記一方の主面および上記他方の主面にそれぞれ上記断絶部を有し、上記断絶部に上記光導入コア層が設けられている請求項1~7のいずれか一項記載の光導波装置。

[請求項10]
 上記導波コア層の上記一方の主面の上記断絶部と上記他方の主面の上記断絶部とは上記導波コア層の導波方向に互いにずれている請求項9記載の光導波装置。

[請求項11]
 上記導波コア層は繊維状に構成され、上記クラッド層は、上記導波コア層の外周面を不連続に被覆するように設けられ、上記外周面に上記断絶部を有し、上記断絶部に上記光導入コア層が設けられている請求項1~7のいずれか一項記載の光導波装置。

[請求項12]
 光導波装置と、
 上記光導波装置の光出射部に設けられた光電変換部とを有し、
 上記光導波装置が、
 導波コア層と、
 上記導波コア層を不連続に被覆するクラッド層とを有し、
 上記クラッド層は、上記導波コア層を被覆していない断絶部の端部と、上記断絶部に対して上記導波コア層の導波方向と反対側でかつ上記導波コア層から離れた位置との間に延在し、上記導波コア層の導波方向に向かって上記導波コア層に次第に近づき、かつ上記断絶部の上記端部における接線が上記導波コア層に平行またはほぼ平行になるように設けられた構造をその一部に有し、
 上記クラッド層の上記断絶部に上記クラッド層で被覆された光導入コア層が上記導波コア層と合流するように設けられている光導波装置であり、
 上記光導波装置の光入射部に入射した光が、上記光導波装置の光出射部から出射されて上記光電変換部に入射する光電変換装置。

[請求項13]
 上記光電変換部は半導体層により構成され、上記半導体層はp型半導体層とn型半導体層とからなるpn接合である請求項12記載の光電変換装置。

[請求項14]
 上記半導体層のバンドギャップまたはHOMO-LUMOギャップが光の進行方向に順に段階的および/または連続的に減少するように構成されている請求項13記載の光電変換装置。

[請求項15]
 少なくとも一つの光電変換装置を有し、
 上記光電変換装置が、
 光導波装置と、
 上記光導波装置の光出射部に設けられた光電変換部とを有し、
 上記光導波装置が、
 導波コア層と、
 上記導波コア層を不連続に被覆するクラッド層とを有し、
 上記クラッド層は、上記導波コア層を被覆していない断絶部の端部と、上記断絶部に対して上記導波コア層の導波方向と反対側でかつ上記導波コア層から離れた位置との間に延在し、上記導波コア層の導波方向に向かって上記導波コア層に次第に近づき、かつ上記断絶部の上記端部における接線が上記導波コア層に平行またはほぼ平行になるように設けられた構造をその一部に有し、
 上記クラッド層の上記断絶部に上記クラッド層で被覆された光導入コア層が上記導波コア層と合流するように設けられている光導波装置であり、
 上記光導波装置の光入射部に入射した光が、上記光導波装置の光出射部から出射されて上記光電変換部に入射する光電変換装置である建築物。

[請求項16]
 外面に取り付けられた少なくとも一つの光電変換装置を有し、
 上記光電変換装置が、
 光導波装置と、
 上記光導波装置の光出射部に設けられた光電変換部とを有し、
 上記光導波装置が、
 導波コア層と、
 上記導波コア層を不連続に被覆するクラッド層とを有し、
 上記クラッド層は、上記導波コア層を被覆していない断絶部の端部と、上記断絶部に対して上記導波コア層の導波方向と反対側でかつ上記導波コア層から離れた位置との間に延在し、上記導波コア層の導波方向に向かって上記導波コア層に次第に近づき、かつ上記断絶部の上記端部における接線が上記導波コア層に平行またはほぼ平行になるように設けられた構造をその一部に有し、
 上記クラッド層の上記断絶部に上記クラッド層で被覆された光導入コア層が上記導波コア層と合流するように設けられている光導波装置であり、
 上記光導波装置の光入射部に入射した光が、上記光導波装置の光出射部から出射されて上記光電変換部に入射する光電変換装置である電子機器。

[請求項17]
 外面に取り付けられた少なくとも一つの光電変換装置を有し、
 上記光電変換装置が、
 光導波装置と、
 上記光導波装置の光出射部に設けられた光電変換部とを有し、
 上記光導波装置が、
 導波コア層と、
 上記導波コア層を不連続に被覆するクラッド層とを有し、
 上記クラッド層は、上記導波コア層を被覆していない断絶部の端部と、上記断絶部に対して上記導波コア層の導波方向と反対側でかつ上記導波コア層から離れた位置との間に延在し、上記導波コア層の導波方向に向かって上記導波コア層に次第に近づき、かつ上記断絶部の上記端部における接線が上記導波コア層に平行またはほぼ平行になるように設けられた構造をその一部に有し、
 上記クラッド層の上記断絶部に上記クラッド層で被覆された光導入コア層が上記導波コア層と合流するように設けられている光導波装置であり、
 上記光導波装置の光入射部に入射した光が、上記光導波装置の光出射部から出射されて上記光電変換部に入射する光電変換装置である移動体。

[請求項18]
 導波コア層と、
 上記導波コア層を不連続に被覆するクラッド層とを有し、
 上記クラッド層は、上記導波コア層を被覆していない断絶部の端部と、上記断絶部に対して上記導波コア層の導波方向と反対側でかつ上記導波コア層から離れた位置との間に延在し、上記導波コア層の導波方向に向かって上記導波コア層に次第に近づき、かつ上記断絶部の上記端部における接線が上記導波コア層に平行またはほぼ平行になるように設けられた構造をその一部に有し、
 上記クラッド層の上記断絶部に上記クラッド層で被覆された電磁波導入コア層が上記導波コア層と合流するように設けられている電磁波導波装置。

  • Applicant
  • ※All designated countries except for US in the data before July 2012
  • HOKKAIDO UNIVERSITY
  • Inventor
  • ISHIBASHI Akira
IPC(International Patent Classification)
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