CN103542309B - 一种红蓝光功率可调的合光激光植物光源 - Google Patents

Abstract

一种红蓝光功率可调的合光激光植物光源，在带有出光口的筐体中采用合光片将蓝光、红光半导体激光器发出的蓝光和红光合成为一束红蓝混光并从筐体出光口射出，所述蓝光半导体激光器与红光半导体激光器的出光轴线互成90°夹角，合光片与两个半导体激光器出光轴线均成45°夹角并使激光斑点落在合光片的中心，合光片用垫块支撑于筐体的底面并用粘结胶将合光片与垫块固定。本发明的优点是：该合光激光植物光源红、蓝光单色性好，光电转换效率高，便于红蓝功率比例调节；将具有不同功率的红蓝混光的激光光源用于不同植物的不同生长期，可最大限度地促进植物生长，提高植物的品质；本发明工艺简单、易于实施、成本低、无污染，适合工业推广使用。

Description

一种红蓝光功率可调的合光激光植物光源

技术领域

 本发明涉及激光、光电子发光、照明科技领域，特别是一种红蓝光功率可调的合光激光植物光源。

背景技术

光合作用是植物生长的主要过程之一。在太阳光所含的红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等成分中，红光和蓝光对绿色植物光合作用最有效。被绿色植物吸收最多的是红光（波长600-700纳米）和蓝光（波长400-500纳米），红色光有助于开花结果和延长花期，使植物长高。而蓝色光能促进绿叶生长，促进蛋白质与非碳水化合物的积累，使植物增重。目前公认440nm附近的蓝光和660nm附近的红光对植物生长的影响作用最为显著。光合产物的形成与光照的强度密切相关，作物的补偿点和光饱和点不同，对光照强度的要求不同。大量的光谱实验证明，适当的红色光/蓝色光光功率比（R/B）才能保证培育出形态健全的植物，红色光过多会引起植物的徒长，蓝色光过多会抑制植物生长。

为了摆脱自然气候变化对农作物生长的影响，使整个农产品生产过程始终都处在可控制的状态中，出现了被称为植物工厂的现代化农业种植新方式，植物通过在大棚温室中架设人工光源的方法促进植物生长，代替太阳光给室内花卉、大棚蔬菜水果、园林苗圃、名贵中药等进行补光以助长、调节花期、维持生存等，控制和调节植物的产业过程。

植物工厂主要的人工光源有高压钠灯、金属卤化物灯、荧光灯、发光二极管（LED）方式。其中只有LED光源能够发出植物生长所需要的单色光（如440nm，660nm），光谱域宽为±20nm，红蓝LED组合后，形成与植物光合作用和植物形态建成基本吻合的光谱，不仅减少能耗，而且还可提高植物对光能的吸收利用效率。由于大功率LED散热问题仍未得到很好的解决，大批小功率LED 灯珠光源需要串联后近距离照射植物，电路设计的可靠性较差，LED植物光源的使用受到了限制。

激光光源和LED光源相比，具有高亮度、单色性好（光谱域宽为±5nm）、方向性强、光电转换效率高的性能特点，电路设计简单。使用激光光源，根据植物生长的需要，通过预先植入的程序控制红、蓝光照的光功率分布，提高植物对光能的吸收利用效率，最大限度的促进不同植物的生长。激光替代LED用于植物光源，具有不可比拟的优势。其中半导体激光器体积小、效率高、寿命长，由于采用简单的电流注入方式泵浦，和其它类型激光器相比具有更高效、更灵活、更可靠的优点而被广泛地应用。而激光的合光技术的应用，使得所需的红蓝光混合一起达到均匀出光的目的。

发明内容

本发明的目的是针对上述植物光源技术分析和存在问题，提供一种红蓝光功率可调的合光激光植物光源，该激光植物光源可方便调节红蓝光功率的比例，用于植物工厂促进不同植物和植物不同生长期的光强度需求；本发明工艺简单、易于实施、成本低、无污染，适合工业推广使用。

本发明的技术方案：

一种红蓝光功率可调的合光激光植物光源，在带有出光口的筐体中采用合光片将蓝光半导体激光器发出的蓝光和红光半导体激光器发出的红光合成为一束红蓝混光并从筐体出光口射出，所述蓝光半导体激光器与红光半导体激光器固定于筐体的底面并使出光轴线互成90°夹角，合光片位于两束激光交汇处且与两个半导体激光器出光轴线均成45°夹角并使激光斑点落在合光片的中心，合光片用垫块支撑于筐体的底面并用粘结胶将合光片与垫块固定。

所述蓝光半导体激光器的波长为437-447nm，功率可调范围为1-100mw；红光半导体激光器的波长为655-665nm，功率可调范围为1-100mw；蓝光半导体激光器与红光半导体激光器的功率比为1: 1-10。

所述合光片直径为15mm、厚度为2mm；合光片对波长为442nm的蓝色激光的透射率＞95%，对波长为660nm的红色激光的反射率＞95%。

本发明的优点是：

该合光激光植物光源红、蓝光单色性好，亮度高，能够精确地提供指定波长的光质，光电转换效率高，合光技术简单易行，便于红蓝功率比例调节；将具有不同功率的红蓝混光的激光光源用于不同植物的不同生长期的生长过程中，将会最大限度地促进植物生长，提高植物的品质；本发明工艺简单、易于实施、成本低、无污染，适合工业推广使用。

【附图说明】

图1为合光激光植物光源示意图。

图中：1.红光半导体激光器   2.蓝光半导体激光器   3.垫块   4.合光片 5.筐体    6.出光口

图2为蓝色激光光谱图。

图3为红色激光光谱图。

图4为红色激光和蓝色激光合光后的光谱图。

图5为蓝色激光和红色激光在功率比为1:1-10时合光后的光谱图，其中：(1)1:1,(2)-1:2,(3)-1:3,(4)-1:4,(5)-1:5,(6)-1:6,(7)-1:7,(8)-1:8,(9)-1:9,(10)-1:10。

【具体实施方式】

    实施例：

一种红蓝光功率可调的合光激光植物光源，如图1所示，在带有出光口5的筐1中采用合光片2将蓝光半导体激光器3发出的蓝光和红光半导体激光器4发出的红光合成为一束红蓝混光并从筐体出光口5射出，所述蓝光半导体激光器3与红光半导体激光器4固定于筐体1的底面并使出光轴线互成90°夹角，合光片2位于两束激光交汇处且与两个半导体激光器出光轴线均成45°夹角并使激光斑点落在合光片2的中心，合光片2用垫块6支撑于筐体1的底面并用粘结胶将合光片2与垫块6固定。

该实施例中，所述蓝光半导体激光器的型号为MDL-III-442nm，波长为442±5nm，功率可调范围为1-100mw；红光半导体激光器的的型号为MRL-III-660L，波长为660±5nm，功率可调范围为1-100mw；蓝光半导体激光器与红光半导体激光器的功率比为1: 1-10；定制的合光片直径为15mm、厚度为2mm；合光片对波长为442nm的蓝色激光的透射率＞95%，对波长为660nm的红色激光的反射率＞95%。筐体的材质无特定要求，木材、塑料、玻璃、金属皆可，该实施例采用薄铁板。

图2为蓝色激光光谱图；图3为红色激光光谱图；图4为红色激光和蓝色激光合光后的光谱图。

蓝色激光和红色激光在不同功率比时合光后的光谱实验：

打开红光激光器开关，由激光功率计接收激光显示功率数值，调节激光器面板上的电流旋钮可以调节所需的红光激光功率。打开蓝光激光器开关，由激光功率计接收激光显示功率数值，调节激光器面板上的电流旋钮可以调节所需的蓝光激光功率。将蓝光激光器的功率设定为一个定值，记录蓝光激光器电流旋钮对应的电流值，调节红光激光器的电流开关，将红、蓝激光的光功率的比值分别设定在1:1，1:2，1:3，1:4，1:5，1:6，1:7，1:8，1:9，1:10，分别记录红光激光器电流旋钮对应的电流值。

图5为蓝色激光和红色激光在功率比为1:1-10时合光后的光谱图，其中：(1)1:1,(2)-1:2,(3)-1:3,(4)-1:4,(5)-1:5,(6)-1:6,(7)-1:7,(8)-1:8,(9)-1:9,(10)-1:10。

将该合光激光光源用于植物照明时，按照不同植物的不同生长期，按照已记录的不同红蓝光功率比对应的电流值，调节激光器面板上的电流按钮，得到最佳的光强度和红蓝光功率比即可。

Claims (2)

1.一种红蓝光功率可调的合光激光植物光源，其特征在于：在带有出光口的筐体中采用合光片将蓝光半导体激光器发出的蓝光和红光半导体激光器发出的红光合成为一束红蓝混光并从筐体出光口射出，所述蓝光半导体激光器与红光半导体激光器固定于筐体的侧面并使出光轴线互成90°夹角，合光片位于两束激光交汇处且与两个半导体激光器出光轴线均成45°夹角并使激光斑点落在合光片的中心，合光片用垫块支撑于筐体的底面并用粘结胶将合光片与垫块固定；

所述蓝光半导体激光器的波长为437-447nm，功率可调范围为1-100mw；红光半导体激光器的波长为655-665nm，功率可调范围为1-100mw；蓝光半导体激光器与红光半导体激光器的功率比为1:1-1：10。

2.根据权利要求1所述红蓝光功率可调的合光激光植物光源，其特征在于：所述合光片直径为15mm、厚度为2mm；合光片对波长为442nm的蓝色激光的透射率＞95％，对波长为660nm的红色激光的反射率＞95％。