一种反射式激光激发荧光的光源制造技术

本实用新型专利技术涉及一种激光光源。一种反射式激光激发荧光的光源，其特征在于,包括一个或多个激光二极管，其在外加电流的作用下产生单色的激光；一个波长转换片，其作用是对入射的单色激光进行波长变换；一个或多个激光光束整形单元，其作用是对从激光二极管发出的光束进行整形，使之成为所需要的形状和尺寸；一个或多个光束投射单元，其作用是将经过整形的激光光束投射到波长转换片的表面。本实用新型专利技术的光源设计具有结构紧凑、光路精准、转换效率高、装配方便等优点。配方便等优点。配方便等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种反射式激光激发荧光的光源


[0001]本技术为一种激光通过反射式光路整形后激发荧光材料的光源，达到高安全性、高功率的目的，用于照明与显示等


技术介绍

[0002]基于荧光材料的散热性能问题，目前的激光光源始终难以同时达到高功率、小体积的实际目标。如今，在激光光源中通过荧光材料发光的光源结构一般分为两种：透射式和反射式。透射式结构简单能够在很大程度上减少整体结构的外型尺寸，但同时也因其荧光材料的固定方式，使得散热面积小，一般难以达到较高的散热水平，无法达到承载高功率激光器或多激光器使用的目的。反射式结构可以通过增大荧光材料的散热面积提高其散热性能，以达到承载高功率激光器的使用，但由于结构设计上会存在的普遍问题使得其一般都有着很大的外型尺寸，从而造成产品成本的增加以及使用环境的受限。显然，如何设计一个结构简单，散热效率较高的用于固定激光器及荧光材料的固定底座，直接影响了这些激光光源的效率、可靠性和成本等技术和经济指标。

技术实现思路

[0003]本技术为一种反射式激光激发荧光的光源，其特征在于,包括一个或多个激光二极管，其在外加电流的作用下产生单色的激光；一个波长转换片，其作用是对入射的单色激光进行波长变换；一个或多个激光光束整形单元，其作用是对从激光二极管发出的光束进行整形，使之成为所需要的形状和尺寸；一个或多个光束投射单元，其作用是将经过整形的激光光束投射到波长转换片的表面。
[0004]进一步地，上述激光二极管出光面和波长转换片表面的法向处于同一个方向。
[0005]进一步地，激光二极管的数目可以是二个以上，在这种情形下，波长转换片置于几个激光二极管的中心。
[0006]进一步地，激光光束整形单元包括实现光线准直和实现光线聚集的两组透镜。
[0007]进一步地，激光投射单元包括反射激光光束的反射片和固定反射片的结构。固定反射片的结构一方面要保证反射片的精确定位，另外一方面不能影响激光在光路系统的传输，固定发散片的结构与固定激光二极管和波长转换片的结构在同一个结构件上。
[0008]进一步地，波长转换片是含有荧光材料的膜片，其位于一个导热性良好的金属基底上，并且在金属基底和荧光材料之间有一层反射膜，其作用是将光线反射到波长转换片的外表面。
[0009]进一步地，荧光材料是以下材料中的一种或多种组合：YAG
‑
Ce基荧光材料，LuAG
‑
Ce基的荧光材料、或者氮氧化合物的荧光材料。
[0010]本技术的光源设计具有结构紧凑、光路精准、转换效率高、装配方便等优点。
附图说明
[0011]图1为反射式激光激发荧光光源的结构示意图
[0012]图2为入激光束和波长转换片的作用原理示意图
[0013]图3为光束从激光二极管出光面的光束发散示意图
[0014]图4为光束整形单元示意图
[0015]图5为加入反射片的光路系统示意图
[0016]图6为反射片的支撑结构示意图
[0017]图7为反射片支撑结构的俯视示意图
[0018]图8为波长转换片结构示意图
[0019]图9为双激光二极管反射式光源的结构示意图
[0020]图10为双激光二极管反射式光源的结构俯视示意图
[0021]图11为双激光反射光源其发光面的光强分布图
[0022]图12为双激光反射光源的发光光谱图
具体实施方式
[0023]以下是本技术的具体实施例，并结合附图对本技术的技术方案作进一步的描述,但本技术并不限于这些实施例。
[0024]一般地，一个反射式激光激发荧光光源的结构如图1所示，其主要包括在外加电流的作用下产生单色激光的激光二极管(101)和波长转换片(102)。在外加电流的作用下，由激光二极管(101)发出的单色波长的激光束(103)照射到波长转换片表面，与波长转换片中的荧光材料发生作用，产生不同波长的光，经过底层反射后从激光入射的同一表面，以多个不同的角度输出。
[0025]入射激光束与波长转换片的作用原理可以用图2示意表示，a表示入射激光束在转换片表面形成的光斑宽度，b为经过波长转换片转换后的输出光束在转换片表面形成的光斑宽度。入射激光束(201)照射到波长转换片的荧光材料(202)后，与荧光材料作用，其结果是输出光(203)的光斑尺寸变大。很显然，入射光束的a越大，输出光束的b也越大。因此，可以通过控制入射激光束的几何尺寸和形状来控制输出光束的几何尺寸和形状。
[0026]众所周知，如图3所示，对一个典型的激光二极管来说，当光束从激光二极管向外发散时，在横截面上光束呈现椭圆形并高度发散，光束在x(慢轴)方向和y(快轴)方向以不同的角度发散。光束在快轴方向(y
‑
z平面)的发散角比在慢轴方向(x
‑
z平面)的发散角大很多。一般来说，以光束强度降至光束中心强度水平的50％处的光线，其偏离中心的角度来作为激光光束的发散角。角度的典型值在快轴方向介于20和35度之间，而在慢轴方向介于7和14度之间。因此，为了充分利用激光高能量密度的优点和控制激光投射到波长转换片上的光斑形状，需要对从激光二极管发出的光束进行适当的整形。
[0027]激光光束整形的单元如图4所示，包括一个准直透镜(402)和一个聚焦透镜(403)。参照图4，从激光二极管(401)发出的光先经过透镜(402)，其沿快轴和慢轴方向的发散都得到很好的压制，具体地说，其发散角减少到1
‑
2度之内。然后，再进入透镜(403)聚焦。为了达到准直的效果，透镜(402)与激光二极管的距离需要大于其焦距。透镜(403)的作用是将准直后的光束聚焦到波长转换片(404)上，所以其焦距需要根据波长转换片的位置进行选择。
透镜(402)与透镜(403)之间的距离尽可能地小，以降低光路损失、减小光学系统的体积。
[0028]按照图1示意的光路，激光二极管位于波长转换片的侧上方，这样的设置会导致系统的横向尺寸过大，因此使得整个光源结构在各个方向的尺寸不协调，在有些应用场合存在着安装和使用的困难，所以有必要增加一个光束投射单元，对激光光束的传输路线进行改变。如图5所示，让激光二极管(501)的发光面与波长转换片(503)的荧光面平行且正对同一方向，可以减少结构加工的难度，有利于光路精度的控制。为此，需要在激光二极管(501)和波长转换片(503)之间放入一片反射片(502)。所采用的反射片选用单面镀有高反射率金属膜的石英玻璃片，其在安装至反射片底座的斜面上时，需将镀有反射膜的一面与斜面接触安装，从而保证光线正确的传播路径。
[0029]实现图5所示的光路图，需要精确地设计反射片，并且将其精确地放置在光路中。为此，可以采用图6和图7的结构，其中图7是图6所示结构取下反射片后的俯视图。参考图6和图7，激光二极管(601)和波长转换片底座(603)都固定在同一个底座(602)内，反射本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种反射式激光激发荧光的光源，其特征在于,包括一个或多个激光二极管，其在外加电流的作用下产生单色的激光；一个波长转换片，其作用是对入射的单色激光进行波长变换；一个或多个激光光束整形单元，其作用是对从激光二极管发出的光束进行整形，使之成为所需要的形状和尺寸；一个或多个光束投射单元，其作用是将经过整形的激光光束投射到波长转换片的表面。2.根据权利要求1所述的一种反射式激光激发荧光的光源，其特征在于，所述的激光二极管和波长转换片表面的法向处于同一个方向。3.根据权利要求1所述的一种反射式激光激发荧光的光源，其特征在于，所述的激光二极管发散波长在430nm
‑
470nm之间。4.根据权利要求3所述的一种反射式激光激发荧光的光源，其特征在于，所述的激光二极管的数量可以为一个或者二个及以上。5.根据权利要求1所述的一种反射式激光激发荧光的光源，其特征在于，所述的激光光束整形单元包括实现光线准直和实现光线聚集的两组透镜。6.根据权利要求1所述的一种反射式激光...

【专利技术属性】
技术研发人员：王衎，张笑群，潘文斌，杨柳，
申请(专利权)人：杭州西晨科技有限公司，
类型：新型
国别省市：