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激光白光照明及车用照明优点与缺陷解析

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作者来源: 互联网 ????? 发布时间:2019-02-28

  目前,www.ag88环亚娱乐激光光源基于半极性GaN激光二极管,并结合先进的荧光粉技术。由于激光集中于荧光粉上某个微小点发射光线并转换成白光,光源能够输出安全且高度准直的白光。基于激光的方法,其属性包括温度的升高远低于LED。激光泵浦也是实用的,因为在近紫外发射的装置很容易获得,并且可以有效地起到这种作用。基于激光二极管的固态照明系统已经在高亮度照明应用中获得了应用,并且现在有几家制造商已经生产了。

  激光二极管泵浦灯具发展的动力之一是避免LED效率下降。目前,除了Soraa和其他几家外,其他LED源的制造商使用的芯片不包含短于约450nm的波长。因此,当采用这些峰值波长为450-460nm的廉价LED用于磷光体泵浦时,得到的光源在光谱的紫色部分会不足。使用405nm紫外发光激光二极管的白光灯可以避免这种情况。使用短波长磷光体泵浦,光谱输出更丰富,光谱覆盖率更大,而且显色指数高于典型的LED泵浦白光源(参见图1)。

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图1.来自激光二极管泵浦白光灯的光的色度点几乎是中性的(x=0.3305,y=0.3309),证明了光源的光谱丰富度。图中的黑线是普朗克轨迹。

  在许多情况下,比白光质量更重要的是数量。以这种方式判断,激光二极管泵浦发出的光线很强,因此它们是建筑照明、探照灯和汽车前灯理想的高强度光源。激光源的另一个属性是发出的光光束发散性极小,几乎接近平行。激光泵浦光源的优点引起了汽车制造商的注意,它们正在积极为高端车型安装上激光头灯。就像LED照明在汽车行业的渗透一样,高端车型引领潮流,其中就包括宝马的一些车型(见图2)。

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图2.宝马的激光前照灯具有单独的激光二极管、光束组合器、荧光体靶和反射器组件

  激光泵浦结构

  与LED不同,当使用激光二极管来泵浦荧光体时,需要不同的结构。由于激光辐射的定向特性及其高强度,不可能简单地就把磷光体沉积在泵装置的顶部。相反,需要更多的光学设计,例如磷光体板和反射器的组合,或者使用磷光体涂覆的积分球(参见图3)。对于这两种方法,只要使用合适的技术来组合多个激光束,就可以使用一个或两个以上的二极管进行泵浦。这意味着激光泵浦光模块的光功率没有上限。使用远程泵浦结构的另外一个优点是磷光体不在热部件上,这可以防止荧光体在操作期间加热,大大延长其使用寿命。激光泵浦的一个相对简单的方法是将激光器引导到荧光体板并且用反射器准直所得到的辐射(参见图3(a))。然而,在光功率转换方面,使用荧光体涂覆的积分球更有效(参见图3(b))。

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图3.激光二极管泵浦的典型光学设置

  虽然激光泵浦产生的白光源有很多的优点,但是也必须要考虑其局限性。就像基于LED的灯一样,发射的光线包含两个不同的组成部分:来自磷光体的下转换光,以及剩余的未转换的激光。不同的是,使用激光最大的区别就是内在的一致性,这会导致斑点,即在亮面上出现可见光及暗点。这些斑点是不能忽视的,斑点不仅让人分心,还对视觉感知有负面影响,妨碍了检测照明物体的空间细节。测试表明,斑点将视力敏度降低了40%,降低了感知高低空间频率的能力。这些问题是直接激光照明未能流行的一部分原因。请注意,使用激光投影机时,通过一些手段来减少激光的相干性,可以将斑点转化为可接受的水平。但是使用激光照射荧光体,斑点甚至可以降到更低的水平。在这种情况下,斑点很小,可以完全忽略。最佳的光学设计可以确保大多数激光被转换成不发出斑点的较长波长,同时剩余的激光表现出非常小的斑点,这是由于当它通过荧光体层时经历多次散射,其相干性降低。磷光泵浦激光系统产生的光线强、色彩丰富、无斑点,优于LED灯具产生的光。

  关于激光泵浦白光源的讨论

  激光泵浦白光源的最大缺点与二极管相关。首先,这款芯片的价格比LED要高很多。尽管在数据存储应用中广泛应用,但对于等效的发光水平,激光二极管比LED要贵得多。由于成本高,激光泵浦磷光体系统价格昂贵,目前只能部署在专门的、不那么在乎成本的照明应用中。

  激光泵浦照明系统的一个优点是可以覆盖广泛的输出功率。商用激光二极管的功率额定值从几毫瓦到几瓦,通过组合几个激光器的输出可以形成更强大的源。但是,这不利于系统的寿命。这是因为二极管寿命低于LED的寿命,特别是当它们在高驱动电流下工作时。寿命短的原因可以追溯到激光结构中微小的、预先存在的晶体位错。当器件以高功率驱动时,这些缺陷会随之增大。以这种方式运行会逐渐形成广泛的位错网络,称为暗线缺陷。它们作为非辐射复合的位点,减少了设备的光输出。二极管的亮度会随着时间的推移而减少,并且由于泵浦的光源输出下降,亮度太低直到灯灭。但是,随着激光二极管的成熟度增加,以上这些问题的严重程度会减弱,直至消除。

  虽然LED照明无疑在今天处于领先地位,但在随后的几年中,激光系统将会由飞速发展。

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