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激光二极管可增加窄光束照明的强度

发表于2021-05-19

  1. LED和半导体激光器(或激光LED)的工作方式基本相同,即,当电子与空穴聚合时发出光,其发射波长取决于所运用的材料。不同的是,LED光的光谱范围比较窄,而半导体激光器发出的光基本是单一波长。半导体激光器的发射波长范围可以从红外线到紫外线,且已普遍应用于光纤通讯、条形码读取器、光盘阅读器和激光打印等范畴。但截至目前为止,半导体激光器在常规照明中的应用则被证明是不真实际的。

    和传统激光器一样,半导体激光器也需求谐振腔来放大。谐振腔由两个间隔几百微米的平行平面构成,这两个平面充任反射镜,将发射的光子反弹回空腔。在低功率水平下,半导体激光器的功用类似于传统LED。当功率足够大时(约4 kW / cm2),在两个“反射镜”之间弹射的光子开端刺激半导体材料发射更多的光子。当受激光子的产生抵消并超越内部损耗时,设备开端“发射激光”,即发射单一波长的相干光。


    传统LED和半导体激光器之间也存在一些相似之处:两者都由AC-DC驱动器供电,并且在温度升高时,光输出都会降落。但与传统LED不同的是,半导体激光器似乎不受Droop效应的影响,Droop效应会增加驱动电流,从而招致效果降低。关于照明产品应用,常规蓝光LED比半导体激光用具有更高的效果,但仅在较低的输入电流下如此。因此,思索到所需的衬底面积,从常规蓝光LED中产生相同水平的光是不理论的。


    固然激光二极管在上世纪60年代就曾经呈现,但直到最近才具有足够高的能效,而被思索用于照明应用,特别是用于汽车的高端车灯中。宝马就提供了激光前照灯,并声称它比LED前照灯亮10倍,效率高30%。它经过运用精确放置的反射镜,在前照灯外壳内部反射蓝色半导体激光来产生白光光束,然后经过填充了荧光粉的透镜将其聚焦,从而产生高强度白光。


    半导体激光器在未来能否可用于普通照明呢?荧光粉转换白光LED的理论能效极限约为350流明/瓦,而市售照明产品接近200流明/瓦。半导体激光器的能效是传统LED的100倍,以致更高,因此能够以更小的裸片尺寸提供非常高的光输出。对物理尺寸有限的应用场景来说(例如汽车前照灯),半导体激光器的吸收力显而易见,但将其用于普通照明的缺陷在于其发射腔非常窄(大约只需1-2度)。


    目前到底有几公司努力于将半导体激光器用于普通照明,我们还不清楚,但至少有一家公司曾经提供了相关产品。SLD Laser公司早于2016年就推出了LaserLight表面贴装器件(SMD),该器件采用蓝光半导体激光器、荧光粉和高流明封装,在7×7 mm封装内可以发出约500流明的白光,而且对人眼没有伤害。其精密的光学器件完成了不超越2度的光束角。LaserLight SMD器件是全球第一款获得UL 8750安全认证的半导体激光器光源。


    最有可能的情况是,激光半导体首先被应用到特殊建筑的照明产品中,这些应用场景需求窄且高强度的光束。

    如,在博物馆、画廊、批发空间和其它一些特殊场所,只需照亮空间的一个角落,而无需照亮整个空间。这不只是空间美学的需求,而且还简化了控制和维护。但由于半导体激光器传播的光束很窄,要开发经济可行的常规照明产品,可能还需求别离光纤或波导来引导和传输发射的光。