用于聚集光的方法和光聚集器與流程

所提到的平行表面理解為波導的表面還平行于布置薄膜波導的襯底的表面。薄膜波導的這些平行表面在波導與空氣或者封蓋之間以及在波導與襯底之間形成界面。

本發明上下文中的聚集光至少通過使用具有兩個平行表面的薄膜波導以通過這些表面中的至少一個將光耦合到薄膜波導中來收集光而發生。

如本領域中已知的電介質薄膜波導典型地(優選地通過材料沉積)在支撐襯底上布置為總厚度300nm至1μm或者僅幾μm的透明薄膜堆疊。薄膜波導的一個表面接觸襯底。薄膜波導的另一個表面接觸周圍空氣或者封蓋。這兩個平行表面中的至少一個形成使光可以耦合到薄膜波導中的入射表面。

對于僅幾百納米至幾微米范圍中的薄膜波導厚度以及相同數量級的傳播模直徑，薄膜波導表面處的收集區域將典型地超過被激勵的波導模的橫截面。

在此意義上，光收集到導模中意味著聚集光(尤其在第一步驟中)。

在稱為平面聚集的可能的第二步驟中，還可以例如通過減小波導橫截面(尤其是寬度)和/或使其逐漸變細成為條帶波導以使導模聚集，這進一步減小波模橫截面。

如果不局限于一個特定方向或者幾個特定方向，則通過其它方式-沿平行于薄膜波導表面以及垂直于襯底表面的法向矢量的所有方向在薄膜波導中發生導模傳播。這些方向被理解為橫向的。相應地，被激勵的導模還稱為橫模。

可以沿導致入射到表面的光折射到薄膜波導的體積中的任何方向進行通過薄膜波導表面的光收集。

在具有平滑平行表面的完全平面無源電介質薄膜波導中，通過這些表面中的一個從外部激勵橫導模是不可能的(斯涅爾定律)。事實上，這可以通過利用折射率變化、背面散射或者衍射元件破壞平面性來完成。然而，這些概念受擾于波導導模的激勵與提取之間的對稱性。換句話說，在現有技術的狀況中，采取所有措施使能通過其表面中的至少一個將光耦合到波導中的無源平面薄膜波導還導致通過相同表面對所捕獲的光的提高的提取。相應地，例如通過波導中激勵的膜模中的全反射原理在薄膜波導中引導僅少量所捕獲的光。

在現有技術的狀況中，發光太陽能聚光器(LSC)克服了無源波導的該缺點。在這種“有源”聚光器中，借助于發光波導介質在特定波長范圍中吸收耦合到波導中的光子以及該光子以更長的波長通過發光原理發射到平面型波導模中。相應地，原則上，由于所使用介質的吸收和發射光譜的不同波長和斯托克斯位移(stokes-shift)，通過吸收和發射將光耦合到波導中的方法不影響所發射波導模的行進。

典型地，這種發光波導是具有由它們的邊緣表面間隔的兩個平行表面的幾毫米厚的板，它們的邊緣表面沿它們的相應法向矢量連接兩個平行表面。與兩個維度中的收集區域的延伸部相比，兩個平行表面之間的間隔/距離較小(典型地，至少小10倍)。可以用于提取(提取面積)所聚集的光的所有邊緣表面面積的總和小于用于將光耦合到波導中的薄膜波導表面面積(收集面積)。

可以在這種LSC的這些邊緣處布置太陽能電池以將所引導的光能轉換為電力。LSC的聚集因子(定義為收集面積與提取面積的比率)典型地限于大約10。這首先應歸于大厚度的波導以及其次應歸于典型地限于數十平方厘米的收集面積。由于波導模的傳播損耗，較大收集面積導致光效率降低(所提取的聚集光功率與入射光功率)。由于單個LSC的有限面積，平方米范圍中的有效面積覆蓋需要廣泛的電氣布線，該廣泛的電氣布線進一步增大這種系統的復雜度和成本。

鑒于這些事實，本發明的目的是提供用于聚集光的方法和能夠克服已知缺點的無源光聚集器。

特別地，方法和聚集器應當利用將光耦合到薄膜波導中的原理，該原理反過來幾乎不影響在波導中沿橫向方向行進的被激勵的模的傳播。

根據本發明，借助于如所提到的方法解決該目標，還包括通過入射光與薄膜波導中布置的納米圖案化的非連續激勵層在橫導模的至少一個節點的位置處的相互作用在薄膜波導中激勵具有至少一個節點(優選地，剛好一個節點)的至少一個導(膜)模的步驟。具有這種合并的納米圖案化非連續激勵層的薄膜波導被稱為收集薄膜波導。納米圖案化非連續激勵層優選地僅布置在導模的一個或者多個節點位置中。

術語“節點”應理解為波導內被激勵的模的強度分布中的最小強度。在該情況下，用于確定節點位置的強度分布被看作在一個或者多個模限制方向上。在兩個橫向維度上延伸的薄膜波導的情況下，這意味著僅光收集表面的法向矢量的方向。對于條帶狀薄膜波導，這也可以包括被限制的橫向方向。相應地，這種節點的位置至少在被看作在這些表面的法向矢量的方向上的波導的兩個平行表面之間的某處。所提到的納米圖案化激勵層至少在被激勵的模的傳播方向上是不連續的，特別地，在所有橫向方向上可以是不連續的。

代替幾毫米厚的平面型波導，在根據本發明的聚集器中使用用于收集光的薄膜波導。該收集薄膜波導由一個或者多個透明的尤其具有高于襯底的折射率的電介質層、納米圖案化非連續激勵層和封蓋(例如，空氣)組成。波導模被限于收集薄膜波導或者各自具有大約300nm至1μm厚度的幾個(至少兩個)收集薄膜波導的堆疊。由于小厚度，材料消耗很小以及可以料想更重要的柔性光聚集器。

如通過本發明理解的納米圖案化非連續激勵層破壞收集薄膜波導的平面性以及使能入射光傳播方向的改變(特別地借助于散射、衍射或者等離子體激元激勵)。這樣，(特別地，利用波長的一小部分的維度)限定空間的非連續激勵層的納米圖案可以由入射光生成橫向傳播(膜)模。因此，收集薄膜波導的這種納米圖案化非連續激勵層是使光能夠耦合到光聚集器中的度量。

由于在具有至少一個節點的膜模的節點的位置中布置納米圖案化非連續激勵層，使得對于基模來說存在高傳播損耗。這是由于基模與納米圖案化非連續激勵層顯著地相互作用。眾所周知，包括低損耗波導模和有損耗波導模的波導中的傳播損耗很大程度上由低損耗模決定。因此，高損耗基模不會對光聚集器性能有任何負面影響。

僅在納米圖案化非連續激勵層的一個或者多個位置中具有它們的一個或者多個節點的高次模決定光聚集器的性能。由于納米圖案的位置處沒有顯著的光強度，因此由納米圖案化非連續激勵層激勵的高次模(TE_n、TM_n，其中n>＝1)在波導中行進時幾乎不與該納米圖案相互作用。因此，本發明規定收集薄膜波導中的被激勵的模不受用來將光耦合到收集薄膜波導中的耦合機制影響。可以總結以與LSC提供入射光與導模的能量分離相似的方式，本發明的方法提供空間分離。換句話說，入射光與對導模保持“不可見”的納米圖案化非連續激勵層相互作用。

可以從適合引導光的任何透明材料選擇圍繞納米圖案化非連續激勵層的透明連續的收集薄膜波導層的材料，尤其是與襯底相比更大折射率的透明電介質材料。還可以從在納米圖案化非連續激勵層的非常低質量厚度(典型地，低于20nm)處呈現與可見光的強相互作用的任何合適材料選擇在節點(尤其，第一高次橫模(TE₁、TM₁)的節點)位置處布置在收集薄膜波導中的納米圖案化非連續激勵層。這樣，激勵層適配到節點中以及用來通過與入射光相互作用(特別地，通過激勵SPP)激勵至少一個低損耗橫模。這種材料可以是金屬，優選地可以是銀。

另外，本發明的前述目標由包括具有兩個平行表面的薄膜波導的光聚集器解決，光可通過這些表面中的至少一個耦合到薄膜波導中，薄膜波導被建立為用于通過在與要在收集薄膜波導中激勵的導模的節點位置相對應的位置處布置材料(特別地為金屬，以及優選地為銀)的納米圖案化非連續激勵層以收集光的光收集薄膜波導，該模具有至少一個節點。光聚集器中的收集薄膜波導可以具有平面表面或者甚至彎曲表面。

此外在這里，本發明的理解是納米圖案化非連續激勵層不構成材料的連續封閉區域而僅構成在納米范圍(特別地，小于100nm，優選地小于10nm)中的材料之間具有空間的非連續區域。

在可以至少在光聚集器的部分處形成的收集薄膜波導中，納米圖案化非連續激勵層沿平行于收集表面的法向矢量的方向至少限制到節點位置以及特別地可以在收集薄膜波導的整個區域(收集區域)上延伸。納米圖案化激勵層從而在平行于收集區域的平面中形成非連續材料區域。由于除至少一個收集薄膜波導以外光聚集器可以包括波導結構，因此收集區域并不一定是光聚集器的整個區域，但至少是一部分。

根據本發明的光聚集器還可以包括具有不同納米圖案化非連續激勵層或者不同電介質層的不同收集薄膜波導或者特別地完全沒有納米圖案化非連續激勵層的薄膜波導。這些波導可以用來僅引導光模，但由于它們的連續結構，在這種波導中既不進行收集也不進行提取。

可以在平行于表面的平面中將納米圖案化非連續激勵層的材料布置為膜/層，特別地沿一個或者多個表面的法向矢量方向具有20nm或者更小的質量厚度的膜。由于這種厚度限制，確保納米圖案化非連續激勵層不會延伸到具有顯著強度的膜導模的位置中。激勵層應當優選地不延伸(特別地，沿表面的法向矢量方向)到I_max/100的位置以外，其中I_max是整個強度分布的強度最大值。

光聚集器的收集薄膜波導中的自組織納米圖案化非連續激勵層的一個示例是特別地在低于滲透極限的質量厚度處沉積銀時形成的銀島膜。特別地，銀島膜可以呈現5至15nm的質量厚度和/或10至100nm的顆粒大小。這種厚度或者大小規定材料膜是非連續的(島化的)以及引起與入射光的強相互作用以及與連續膜相比非常低的反射。

最近的實驗表明呈現強入射光散射的非連續銀島膜(SIF)對于在其節點位置中對準時的橫模能實現遠低于1cm^-1的傳播損耗。必須記住，銀呈現大約700.000cm^-1的吸收以及12nm質量厚度的銀島膜放置在介質波導的中心。該實驗中發現的這些極低的傳播損耗暗示在有銀島的情況下具有在SIF中完全對準的節點的電介質節點模(TE₁)與表面等離子極化激元(SPP)的混合。還沒有充滿理解準確的基礎機制。重要地，將納米圖案化非連續激勵層(例如，SIF)放在電介質薄膜波導的某個位置中，從而形成根據本發明的收集薄膜波導。在非連續激勵層包括如例如銀的金屬的情況下，所產生的收集薄膜波導不再是純電介質。其同時變成等離子體波導，意味著用于SPP的波導。由于兩種類型的模可能混合，因此收集薄膜波導還可以被看作混合薄膜波導。出于簡明的原因，波導將稱為薄膜波導，該薄膜波導包括所有三種情況。以同樣的方式，被激勵的橫模可以是純電介質模或者SPP或者混合。它們將稱為薄膜模，該薄膜模包括所有三種情況。

為了形成根據本發明的光聚集器，納米圖案化非連續激勵層優選地布置在兩個透明層(優選地透明電介質材料)之間。兩個透明層可以由相同材料或者兩個不同材料制成，特別地當對層使用不同材料時，兩個層可以具有不同厚度以補償被激勵的橫模的不對稱。

借助于盡可能獨立于波長的節點位置對光聚集器的收集薄膜波導進行優化。這樣，可以在整個可見光譜中達到非常低的傳播損耗。

對于TE₁/TM₁模(或者其它奇數模)，在此意義上的完美收集薄膜波導是節點位置在正中心的對稱收集薄膜波導。可以通過圍繞納米圖案化非連續激勵層的相同上電介質層和下電介質層以及與接觸下電介質層的襯底具有相同折射率的上電介質層頂部的封蓋(優選地，具有＞1μm的厚度的封蓋)建立這種完美對稱性。通常，可以提前計算預計節點的準確位置以及相應地制造收集薄膜波導。

根據用于聚集光的方法，可以借助于提供具有散射或者衍射結構的納米圖案化非連續激勵層在至少一個特定橫向方向上激勵至少一個橫導模的光。這種結構不需要一定是周期性的，而是用來主要沿該至少一個橫向方向散射或者衍射入射光。例如，這種結構可以是光柵結構，該光柵結構可以在該至少一個橫向方向上是周期性的。

可以選擇超過一個特定橫向傳播方向。因此，結構可以具有產生散射或者衍射效果的若干不連續性或者沿不同橫向方向具有周期性。這幫助激勵具有某個傳播方向的波以及由此支持在波導中將模引導至一個或者多個特定位置(特別地，提取位置)。

根據本發明的聚集器的收集薄膜波導中的納米結構(特別地，光柵結構)可以具有周期性布置的圖案元件，每個圖案元件可以由島化材料(優選地，銀)膜制成。由于衍射或者散射結構本身還破壞平面性以及允許散射、衍射和表面等離子體激元激勵，因此結構的圖案元件還可以由連續膜(優選地，金屬，特別地，銀)形成。

為了更好的處理和制造，光聚集器包括收集薄膜波導附接(特別地，通過材料沉積)的襯底(特別地，柔性箔)。

因此，用于制造這種光聚集器的方法可以包括在襯底上沉積第一透明層(特別地，電介質材料)、在第一透明層上沉積材料(特別地，金屬，優選地，銀)的納米圖案化非連續激勵層以及在納米圖案化非連續激勵層上沉積第二透明層(優選地，電介質材料)的步驟。如所描述的，可以在頂部沉積另外的電介質包覆層。相應地，納米圖案化非連續激勵層封裝在至少兩個透明材料層中。納米圖案化非連續激勵層沉積在平行于波導表面的平面中。納米圖案化非連續激勵層布置在一個高次橫模(TE_n或者TM_n，n≥1)的一個或者多個節點位置中。

根據本發明，還可以提供具有收集薄膜波導的光聚集器，該收集薄膜波導具有若干(至少兩個)平行的納米圖案化非連續激勵層，納米圖案化非連續激勵層間隔由要激勵的若干(至少兩個)模節點的間隔限定的距離。在這種情況下，高次模TE_n、TM_n(其中，n>＝2)可以在收集薄膜波導中傳播。相應地，這種收集薄膜波導包括超過兩個透明層，每個激勵層封裝在兩個相應透明層之間。

在本發明的另外的改進實施例中，光聚集器可以包括特別地附接至共同襯底的至少兩個堆疊的收集薄膜波導。可以根據前述方法制造這些堆疊的收集薄膜波導中的每一個。可以在堆疊的收集薄膜波導中的每一個之間布置透明材料的分離的低折射率緩沖層。

如已經提到的，可以在光聚集器的至少一個不同區域中布置納米圖案化非連續激勵層，該不同區域限定由入射光激勵的膜模的收集薄膜波導。特別地，可以在光聚集器的若干橫向間隔的不同收集區域中布置非連續納米圖案，從而形成并排布置的若干間隔的收集薄膜波導。

根據本發明的光聚集器可以包括其它區域，該其它區域可以包括用于改進光功率的傳播、橫向聚集、分布或者提取的波導結構。

例如，節點位置中沒有納米圖案化非平面激勵層或者完全沒有任何橫向圖案的純電介質薄膜波導可以呈現極低的傳播損耗。從而，它可以連接有限大小的收集薄膜波導以降低光聚集器的總體傳播損耗，該光聚集器分成收集區域和分布區域和/或提取區域。

以與LSC中相似的方式，通過電氣布線降低傳播損耗，該新概念被稱為光學布線。與電氣布線相反，它連接相同襯底(例如，箔片)上的收集區域，從而在沒有附加成本的情況下能實現大區域的高效聚集器。

可以通過以光聚集器的一個平面中的收集薄膜波導在相同光聚集器的第二平面中的分布波導結構頂部的方式堆疊收集薄膜波導以補償僅在光聚集器的限制收集區域中收集光的缺點。從而，暴露于光的整個區域可以用于收集并且同時可以降低傳播損耗(特別地，通過光學布線)。

可以沿偏離傳播方向的方向(特別地，垂直于收集薄膜波導表面)實現從光聚集器的光提取。

如果非平面層(特別地，用于收集的納米圖案化非連續激勵層)移出導模的節點位置或者定位在導模的節點位置外，則這種提取是可能的。

在該情況下，盡管改進的散射、衍射或者與光的其它相互作用的納米圖案不再隱藏在節點中，但是導致將光從光聚集器提取出來。

可以通過改變材料(介電常數)或者電介質層中的一個或者兩個的厚度以實現相對于節點位置移動非平面層。例如，可以移除收集薄膜波導的上電介質層，這樣將性質從收集改變為提取。然而，該方法將導致提取區域處增大的局部溫度。

橫向提取可以使用在某個方向上終止的膜或者條帶波導。它們可以是錐形的或者在端部處形成透鏡結構。該提取還可以將所引導的光功率聚焦到外部熱點中。這樣，與橫向提取相比將降低襯底上的熱沖擊。這對經不住高溫的柔性聚合物襯底尤其有用。特別地如下面提到的，外部熱點還可以直接地用于能量轉換器。另外，可以通過在將光功率輸送到建筑物中的專用光纖(特別地，玻璃纖維)的面上定位外部提取點以引導光用于建筑物中的照明或者加熱應用。

優選地通過微型圖案完成不同功能的不同波導結構的限定和邊界。

這些圖案限定在何處包括下電介質層、納米圖案化非連續激勵層和上電介質層以及在何處移除單個層。微型圖案可以具有比幾微米大的特征大小，優選地比幾十微米大。這種微型圖案可以包括錐形或者彎曲或者條帶的波導結構。

相應地以及特別地借助于微型圖案，光聚集器可以包括若干收集薄膜波導，特別地條帶形收集薄膜波導彼此平行布置以及沿垂直于與每個條帶形的收集薄膜波導的傳播方向相對應的每個條帶的縱向延伸部以及垂直于收集表面的法向矢量的方向分離。

由于它們的大特征大小以及與納米圖案相反，可以利用用于薄膜圖案化的標準方法限定微型圖案，特別地通過經由陰影掩模的沉積、光刻圖案化和印刷。

本發明上下文中的微型圖案是限定在何處放置功能層(下電介質、非連續激勵層、上電介質、封蓋)的橫向圖案。它們還可以限定可以在何處由不同折射率或者厚度的電介質層替代某個電介質層或者在何處由不同類型的非連續激勵層替代非連續激勵層。微型圖案的特征大小可以是幾微米，優選地為幾十微米。

與LCS相反，微型圖案化波導能實現所提到的橫向波激勵的第一步驟以外的聚集。可以將橫模引導、導向和聚集在平面內，這稱為平面聚集。除平面聚集以外，波導逐漸變細可以甚至是有益的。

事實上使用微型圖案限定條帶形收集薄膜波導使能所解釋的節點概念應用在另外的維度中。對于限制一個方向的薄膜波導，僅在該方向上存在最小強度的定位。然而，高次條帶波導模在限制的兩個方向上形成最小強度的位置。例如，在完全對稱的條帶形收集薄膜波導(相對于限制的兩個方向)中，HE₁₁或者EH₁₁條帶波導模的強度分布在波導的正中心呈現最小強度。相對于限制的兩個方向在這種條帶形收集薄膜波導中心的納米圖案化非連續條帶形激勵層可以導致非常低的傳播損耗。當在其余傳播方向上不連續時，條帶形激勵層可以高效地激勵僅在一個限定方向上傳播的條帶模。

此外，微型圖案能實現電力收集、分布和提取之間的區分，其類似于小LSC的電氣布線使傳播損耗最小化。相反，稱為光學布線的新方法在一個襯底上完全光學地發生。

只是，微型圖案明顯不同于非平面激勵層中包括的納米圖案。

可以通過已知用于完美控制層厚度和低損耗的原子層沉積(“ALD”)完成透明材料的沉積。還可以使用諸如熱沉積、濺射、溶膠-凝膠沉積或者印刷的其它方法。兩個透明的以及優選地電介質材料的層可以各自以200至400nm的厚度沉積，特別地具有相同或者至少相似的厚度。另外，與襯底相同介電常數的封蓋層可以在上電介質層的頂部沉積以提高波導的對稱性。

用于制造聚集器的方法可以規定將納米圖案化非連續激勵層沉積為非連續島化材料(優選地，銀)膜。可以通過熱蒸發、濺射或者無電沉積(例如，利用“鏡反應”)實現該沉積。在該情況下，銀島膜直接地沉積在特別地下透明電介質層的頂部。還可以通過從液體懸浮液沉積納米顆粒(例如，通過印刷、浸涂或者旋涂)以實現非連續層的沉積。

在優選實施例中，通過納米轉移印刷技術(特別地，使用由彈性體材料(優選地，聚二甲硅氧烷(PDMS))制成的印模或者輥(roll))將納米圖案化非連續激勵層轉移至下電介質層。通過在納米浮雕圖案(特別地，通過例如電子束光刻產生的)的頂部交聯彈性體材料以形成印模。納米浮雕圖案可能很昂貴以及在大小上受限。然而，可以容易地形成重復的印模以及許多印模可以組合為大面積印模，這按比例縮小生產成本以及允許在收集區域應用更復雜的納米圖案以及使用光學布線在大面積規模上實現許多收集區域。

銀島膜或者連續銀膜隨后沉積在這種包括納米浮雕圖案的大面積印模的頂部。隨后僅從印模的頂部區域轉移銀膜，這能實現在自組織銀島生長以外進行納米圖案化。使用該方法，可以例如通過輥對輥制造大量生產聚集器。另外，由于優選地小于1000nm的波導的非常小的厚度，波導可以是柔性的/可彎曲的。該方法可以用于印刷島化層以及通過它們在連續層區域之間的間距形成納米圖案的連續層。

根據本發明的光聚集器可以用于收集光(特別地太陽光)以及將太陽光聚集到用于轉換太陽能的太陽能設備，特別地具有電力發生器或者太陽能電池或者太陽能-氣體或者太陽能-燃料發生器或者組合前面提到的技術中的至少兩個的混合發生器的熱發動機。

在附圖中示出了優選實施例。

圖1在上半部分中示出了根據本發明的光聚集器的橫截面視圖中的典型結構，橫截面垂直于一個橫向方向(z)。光聚集器包括下襯底1(特別地，箔片)、沉積在襯底上的電介質材料層2、沉積在第一電介質層2上的非連續激勵層3和沉積在層3上的第二電介質層4。在與襯底1相對側上，電介質層4被空氣接觸。由于僅下層2被另外的襯底接觸，因此電介質層2和4兩者以相同厚度形成，從而產生不對稱模分布5。

入射到第二電介質層4的上表面4a或者通過襯底1從底部1a入射的光耦合到由三個層2、3、4構成的收集薄膜波導結構中以及與納米圖案化非連續激勵層3相互作用，從而激勵具有平行于波導表面x的法向矢量的強度分布以及沿橫向方向(即，沿y方向)行進的模。由其強度分布5描繪的被激勵的模剛好在納米圖案化非連續激勵層3的位置中具有其最小強度6。在由沉積層2構成的收集薄膜波導的y-z平面中形成該納米圖案化非連續激勵層3。特別地，由于模的一部分延伸到襯底1中，因此該襯底1還可以被理解為收集薄膜波導的一部分。因而，由于與空氣折射率相比襯底折射率更大，因此即使下電介質層2和上電介質層4相同，導模也仍然將略微不對稱。

在圖1給出的示例中，在光聚集器的收集薄膜波導2、3、4中激勵和引導TE1模。由于納米圖案化非連續激勵層3在被激勵的模的節點6中的位置，激勵層的納米圖案幾乎不與TE₁模相互作用。相應地，該模可以以最小損耗沿橫向y方向(或者平面yz中的任何橫向方向)行進。因此，可以沿橫向方向引導在收集薄膜波導中通過上電介質層4的空氣/層界面4a或者通過襯底1捕獲的光以及將光聚集至較小的提取區域，該提取區域是圖中未示出的橫向位置中的光聚集器中的某處。

圖1所示的典型TE1模強度分布5根據維度x給出模的強度分布。

收集薄膜波導中的納米圖案化非連續激勵層3可以包括統計分布的納米級材料(優選地，銀)顆粒。例如，可以是銀島膜(SIF)。

圖1的下半部分示出了納米圖案化非連續激勵層3由具有周期性布置的結構元件7的衍射光柵結構制成所根據的實施例。結構元件7中的每一個可以由銀島膜或者其它非連續材料或者甚至由連續層區域形成，因為在這種情況下，每兩個結構元件7之間的納米級間距9還破壞連續性。

此外，在該實施例中，封裝納米圖案化非連續激勵層3的層2和層4的厚度相同以及封蓋8被選擇為具有與襯底的折射率相同或者至少相似的折射率，從而形成對稱傳播模5。對于最佳對稱性結果，封蓋8的厚度與由強度分布5的指數式衰減示出的場中的瞬逝場的穿透深度相比還必須更大。

圖2的實施例示出了可以如何在非連續激勵層3中實現納米圖案。如圖2的上半部分所示，可以從包括例如可以通過電子束光刻和蝕刻制造的納米浮雕圖案11的模板復制印模10。印模10可以由如圖2c所示可以容易地從圖案模板移除的彈性材料制成。在圖2d中，銀沉積在印模的納米浮雕表面上以及轉移印刷在底部電介質層2的頂部(圖2e)。從而每一行納米圖案12傳遞至透明層2以及形成銀島膜或者根據納米模板間隔的連續銀膜。在該構造中，沿著由納米圖案化的方向限定的優選方向D激勵導模，特別地納米圖案化設置有一個或者多個周期。

圖3a)至3f)還示出了納米結構不一定僅由如a)所示的行結構組成，而還可以具有兩個維度中的圖案化。每個納米元件12可以包括兩個維度中的旋轉對稱圖案或者周期性或者非周期性重復以及可以由島化區域(圖3a、c、g)以及連續區域(圖3b、d-f)形成。

圖3g示出了被轉移印刷過的真實光柵結構的俯視圖以及包括各自由島化材料制成的光柵線。

圖4在上半部分中示出可以在根據本發明的光聚集器中以橫向布置建立不同波導結構I、II、III、IV。在這里，結構I構成用于激勵膜模的波導，如圖1所示的收集薄膜波導2、3、4。根據Ia，納米圖案化非連續激勵層3可以是沒有另外結構的島化層。根據Ib，納米圖案化非連續激勵層3可以具有疊加的納米圖案，每個圖案元件都是島化的。根據Ic，納米圖案化非連續激勵層3由間隔的連續區域形成。

在波導結構II中，完全不存在非連續激勵層。被激勵的模不受干擾地傳播。

在波導結構III中，進行光提取。在這里，這通過移除收集薄膜波導2、3、4的頂層4來完成。

波導結構IV用于橫向限制。

圖4的下半部分示出了本發明的光聚集器可以由彼此堆疊的不同波導結構組成。在這里，波導結構堆疊在兩個平面中，每個平面至少包括收集薄膜波導和用于以并排布置分配光的波導結構。利用圖例使某些區域與上面的波導結構相關。不同區域(特別地，用于收集和分布的區域)可以在這種堆疊的光聚集器的兩個平面中偏移。分布區域可以將所收集的光引導至提取的共同點13。作為用于提取的第二方式，示出了外部熱點。盡管由于在該位置中不包括波導，點狀圖案在這里僅表示提取，但是還用點狀圖案表示提取結構。

圖5示出了可以如何將本發明的概念應用于第二維度。圖5a示出了僅在x方向上限制模的收集薄膜波導。從而，僅在x方向上存在最小強度的定位。波沿y和z自由地傳播。

當根據圖5b在第二維度中(y)限制波時，構建條帶形收集薄膜波導。高次條帶波導模示出了相對于x和y的最小強度位置。例如，在完全對稱的條帶形收集薄膜波導(相對于x和y)中，電介質HE₁₁或者EH₁₁條帶波導模的強度分布5在波導的正中心具有最小強度以及由此在x和y上具有最小值。

由于適合于一個維度的節點模的概念已經成功地降低了波導損耗，因此假設將概念適應于另外的維度導致沿z方向傳播的條帶模的傳播損耗的提高。這種條帶形收集薄膜波導4的中心中相對于x和y的條帶形納米圖案化非連續激勵層3(相對于傳播方向z不連續)可以激勵這種非常低傳播損耗的條帶模。在圖5c中示出了在大區域上具有條帶形收集薄膜波導的這種光聚集器的可能的實現方式。