CN105020648A - 一种光纤传输照明装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种光纤传输照明装置，通过电路控制系统和冷却系统，控制激光二极管稳定持续输出450nm蓝色的单频激光，由光纤耦合器高效地耦合到传输光纤内，激光大灯接收光纤传输的平行光束，并扩束后在激光大灯内部与黄磷滤镜发生激发反应转换成540nm的黄光，最终形成1:3的蓝光和黄光的混合光，实现亮度高的白光照明，由于装置采用光纤传输，光电发生分离、它是一种安全节能、无污染的绿色室外照明设备，解决现有室外照明技术能耗大、检测维修十分麻烦、以及安全隐患大的问题。

Description

一种光纤传输照明装置
技术领域
本发明属于照明技术领域，尤其是一种光纤传输照明装置。
背景技术
随着经济的发展和生活水平的提高，人们不但追求高的生活质量，而且重视资源的合理利用、环境的生态保护、装置的安全性和人性化。室外照明装置在漆黑夜间为我们提供光亮，可进行道路照明、工业交通场地照明和体育场地照明等。
目前室外照明装置主要有高压钠灯照明装置和LED灯照明装置。前者是现今室外照明主流的照明装置，后者为新型节能光源，正逐步应用到室外照明工程中，并且发展迅速，两者均有各自不同优点和应用场合。
由于钠灯照明装置采用高压输电，安全节能性明显不足。LED灯照明装置无法提供较大的照明亮度，存在维修普遍不便的问题，照明安全性也并不是非常好，还是有可能发生漏电事故，使接触灯柱的人触电受伤。如中国实用新型专利201120279031.7公开的一种室外照明装置，其采用发光二极管为照明光源，光源驱动电路板将输入电力直接转化成可供于发光二极管工作的合适电力，光电并未发生分离。
发明内容
针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种光纤传输照明装置，通过电路控制系统和冷却系统，控制激光二极管稳定持续输出450nm蓝色的单频激光，由光纤耦合器高效地耦合到传输光纤内，激光大灯接收光纤传输的平行光束，并扩束后在激光大灯内部与黄磷滤镜发生激发反应转换成540nm的黄光，最终形成1:3的蓝光和黄光的混合光，实现亮度高的白光照明，由于装置采用光纤传输，光电发生分离、它是一种安全节能、无污染的绿色室外照明设备，解决现有室外照明技术能耗大、检测维修十分麻烦、以及安全隐患大的问题。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种光纤传输照明装置，包括灯柱和激光大灯，所述激光大灯位于所述灯柱顶端，所述灯柱内部设有光纤耦合装置和传输光纤，所述光纤耦合装置通过所述传输光纤将激光传输至激光大灯；
所述光纤耦合装置包括电路控制系统、蓝色激光二极管、冷却系统和光源与光纤耦合器，所述电路控制系统与所述激光二极管相连，所述电路控制系统驱动所述激光二极管输出稳定的蓝色激光，所述冷却系统用于冷却所述电路控制系统和所述激光二极管，所述光源与光纤耦合器将所述激光二极管输出的蓝色激光耦合后通过所述传输光纤传输至激光大灯中；
进一步，所述光源与光纤耦合器包括柱透镜和凸透镜，所述柱透镜将所述激光二极管输出的蓝色激光聚焦为对称光斑，所述凸透镜将所述对称光斑进一步聚焦为小光斑。
进一步，所述传输光纤包括输入端口和输出端口，所述输入端口和输出端口均为渐变折射率棒透镜，所述凸透镜聚焦的小光斑直径小于或等于所述渐变折射率棒透镜的直径，所述输入端汇聚所述凸透镜聚焦的蓝光后经传输光纤传输至输出端，所述输出端将蓝光以平行的形式输出。
进一步，所述激光大灯包括黄磷滤镜和反射碗，所述黄磷滤镜的中心与所述反射碗的中心在同一直线上。
进一步，所述激光二极管输出的蓝色激光波长为450nm，所述激光二极管的输出功率为20W～35W，所述光纤耦合装置和所述传输光纤为一组。
进一步，还包括激光扩束器，所述激光扩束器穿过所述反射碗的中心，所述激光扩束器将所述传输光纤输出的平行蓝光扩束，所述黄磷滤镜将一部分蓝光转换为黄光，所述黄光的波长为540nm，所述蓝、黄光比例为1：3，所述蓝、黄光混合后为白光。
在上述方案中，所述激光二极管输出的蓝色激光波长为450nm，所述光纤耦合装置和所述传输光纤为至少两组，所述装置还包括光束分束器，所述光束分束器位于所述光纤耦合装置和所述传输光纤之间，所述光束分束器将所述光纤耦合装置发射的激光分为两束，一束通过传输光纤传输至激光大灯，另一束传输至下一个光束分光器进行再次分光，以此类推。
进一步，还包括反射镜，所述反射镜将所述传输光纤输出的平行蓝光反射，所述黄磷滤镜接收所述反射镜反射的蓝光，所述黄磷滤镜将所述蓝光转换为蓝、黄光比例为1：3的混合光束，所述黄光的波长为540nm，所述混合光束形成高亮度白光，所述黄磷滤镜上涂覆反射膜，所述反射膜将所述高亮度白光反射至反射碗中，所述反射碗将所述白光反射并扩散。
进一步，所述反射碗的曲率半径为30cm，所述黄磷滤镜与所述反射碗的中心距离为7cm。
在上述方案中，所述激光大灯(8)输入蓝光的功率为10W～14W。
本发明具有以下有益效果：
(1)利用低损耗光纤传输装置传输光能，实现光与电的分离，装置安全性能好。
(2)发光部位无电装置，不发热，不带电，环保节能。
(3)光源集中放置，便于检测人员的检测维修。
(4)激光二极管的光电转换效率为70％以上，发出的激光单色性较好、发散角较小其能够高效的耦合到光纤中、高效在低损耗的光纤中传输，因此其在节能效果优于当今新型节能照明LED。
(5)将低的光通量光源蓝色激光转换成高的光通量白光，照明白光亮度人眼看上去最为亲切和自然，并完全符合日常使用的要求，灯光不会对人眼造成伤害。
附图说明
图1为本发明实施例1所述的单组室外照明装置的结构示意图。
图2为本发明实施例2所述的多组室外照明装置的结构示意图。
图3为本发明所述的光源与光纤耦合器结构示意图。
图4为本发明所述的传输光纤结构示意图。
图5为本发明实施例1所述的激光大灯结构示意图。
图6为本发明实施例2所述的激光大灯结构示意图。
图7为本发明所述的室外照明装置的工作流程图。
附图标记说明如下：
1-电路控制系统，2-激光二极管，3-冷却系统，4-光源与光纤耦合器，41-柱透镜，42-凸透镜，5-传输光纤，51-渐变折射率棒透镜，6-光束分束器，7-灯柱，8-激光大灯，81-反射镜，82-黄磷滤镜，83-反射碗，84-激光扩束器，9-光纤耦合装置。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
本发明所述照明装置包括灯柱7、光纤耦合装置9、传输光纤5和激光大灯8，光纤耦合装置9通过传输光纤5与激光大灯8相连，光纤耦合装置9包括电路控制系统1、激光二极管2、冷却系统3和光源与光纤耦合器4，电路控制系统1产生稳定的直流电信号，驱动激光二极管2输出稳定的450nm蓝色激光，激光器的功率等参数可由电路控制系统1的调节；冷却系统3为风扇散热装置或水冷散热装置，将电路控制系统、激光二极管等设备产生的热量抽出，装置维持在一个稳定的恒温状态，保证输出的激光持续高效，且输出波长稳定在450nm，不发生漂移；如图3所示，光源与光纤耦合器4包括柱透镜41和凸透镜42，柱透镜41将激光二极管2输出的蓝色激光聚焦为对称光斑，所述凸透镜42将所述对称光斑进一步聚焦为小光斑，光源与光纤耦合装置4将450nm的蓝色激光高效地耦合到低损耗的传输光纤中；如图4所示，传输光纤5包括输入端口和输出端口，输入端口和输出端口均为渐变折射率棒透镜51，这里渐变折射率棒透镜的有效直径为1.5mm。凸透镜的焦距为150mm，所述凸透镜42聚焦的小光斑直径小于或等于所述渐变折射率棒透镜51的直径，所述输入端汇聚所述凸透镜42聚焦的蓝光后经传输光纤5传输至输出端，所述输出端将蓝光以平行的形式输出。
光源与光纤耦合器4为柱透镜41和凸透镜42组合，表面镀膜透过蓝色激光，将不对称的光斑聚焦为对称光斑，会聚光斑的直径等于或略小于渐变折射率棒透镜51的有效直径。
实施例1
如图1为单组室外照明装置结构示意图，光纤耦合装置9和传输光纤5位于灯柱7中；如图5所示，激光大灯8包括黄磷滤镜82、反射碗83和激光扩束器84，平行蓝光经输出端输出后进入激光大灯8的激光扩束器84中，蓝色激光均匀照射到黄磷滤镜82上，一部分蓝色激光与黄磷滤镜82发生激发反应，产生黄光，一部分蓝光与激发产生的黄光混合，蓝黄光混合比例为1:3，均匀输出的高效白光为道路提供白光照明，剩余一部分蓝色激光会在黄磷滤镜82表面发射至反射碗83，经反射碗83再次反射。
蓝色激光二极管2输出稳定连续的450nm的单频蓝色激光，考虑损耗和能效，典型能效在0.4～0.5区间，要求激光二极管的输出功率为20W～35W。
实施例2
如图2为多组室外照明装置结构示意图，可采用大功率激光二极管2，串联输出控制路灯，光纤耦合装置9和部分传输光纤5位于灯柱7外部，光纤耦合装置9和传输光纤5为对应的两组，光束分束器6将激光分为两束，一束通过传输光纤5传输至激光大灯8，另一束传输至下一个光束分光器进行再次分光，以此类推，光束分束器6只需分出6W的激光能量，就可提供足够能量满足室外照明区域亮度需求；
如图6所示，激光大灯8包括两组反射镜81、黄磷滤镜82和反射碗83，反射镜81表面镀全电介质反射膜，使其只反射450nm的蓝光，滤除其他波段的光能量，全反射镜81与激光入射方向成30°夹角。
黄磷滤镜82位于反射碗83中心线上，反射碗83的曲率半径为30cm，黄磷滤镜82与反射碗底部距离为7cm，黄磷滤镜82接收全反射镜81反射的激光，450nm的蓝色激光被转换成蓝、黄光比例为1：3的混合光束，形成高亮度白光，黄磷滤镜82背面涂覆反射膜，反射白光进入反射碗83，反射碗内部为鳞片结构，表面镀有全反射膜，反射碗83将白光扩散并反射，进行照明。
所述激光二极管2的输出功率为1000W时，两组激光二极管可为至少60个路灯提供照明。
要求黄磷滤镜的量子转换效率为85％以上，考虑室外照明需求，所述的激光大灯的输入蓝光功率在10W～14W，输入蓝光中与黄磷滤镜发生激发反应的能量占总的输入能量的80％以上，保证室外照明的亮度要求，且光亮不能太强，以免人眼感觉难受。
装置的能效为43％，因此激光大灯8接收的入射激光能量为12.9W，黄磷滤镜82的转换效率为87.1％，因此输出白光为11.65W，符合室外照明需求。
如图7为室外照明装置的工作流程图，通过电路控制系统1控制激光二极管2稳定持续输出450nm蓝色的单频激光，冷却系统3用于对激光二极管2降温，由光纤耦合器4高效地耦合到传输光纤5内，激光大灯8接收光纤传输的平行光束，并扩束后在激光大灯内部与黄磷滤镜发生激发反应转换成540nm的黄光，最终形成1:3的蓝光和黄光的混合光，实现亮度高的白光照明。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种光纤传输照明装置，其特征在于，包括灯柱(7)和激光大灯(8)，所述激光大灯(8)位于所述灯柱(7)顶端，所述灯柱内部设有光纤耦合装置(9)和传输光纤(5)，所述光纤耦合装置(9)通过所述传输光纤(5)将激光传输至激光大灯(8)；
所述光纤耦合装置(9)包括电路控制系统(1)、蓝色激光二极管(2)、冷却系统(3)和光源与光纤耦合器(4)，所述电路控制系统(1)与所述激光二极管(2)相连，所述电路控制系统(1)驱动所述激光二极管(2)输出稳定的蓝色激光，所述冷却系统(3)用于冷却所述电路控制系统(1)和所述激光二极管(2)，所述光源与光纤耦合器(4)将所述激光二极管(2)输出的蓝色激光耦合后通过所述传输光纤(5)传输至激光大灯(8)中。
2.如权利要求1所述的光纤传输照明装置，其特征在于，所述光源与光纤耦合器(4)包括柱透镜(41)和凸透镜(42)，所述柱透镜(41)将所述激光二极管(2)输出的蓝色激光聚焦为对称光斑，所述凸透镜(42)将所述对称光斑进一步聚焦为小光斑。
3.如权利要求2所述的光纤传输照明装置，其特征在于，所述传输光纤(5)包括输入端口和输出端口，所述输入端口和输出端口均为渐变折射率棒透镜(51)，所述凸透镜(42)聚焦的小光斑直径小于或等于所述渐变折射率棒透镜(51)的直径，所述输入端汇聚所述凸透镜(42)聚焦的蓝光后经传输光纤(5)传输至输出端，所述输出端将蓝光以平行的形式输出。
4.如权利要求3所述的光纤传输照明装置，其特征在于，所述激光大灯(8)包括黄磷滤镜(82)和反射碗(83)，所述黄磷滤镜(82)的中心与所述反射碗(83)的中心在同一直线上。
5.如权利要求4所述的光纤传输照明装置，其特征在于，所述激光二极管(2)输出的蓝色激光波长为450nm，所述激光二极管(2)的输出功率为20W～35W，所述光纤耦合装置(9)和所述传输光纤(5)为一组。
6.如权利要求5所述的光纤传输照明装置，其特征在于，还包括激光扩束器(84)，所述激光扩束器(84)穿过所述反射碗(83)的中心，所述激光扩束器(84)将所述传输光纤(5)输出的平行蓝光扩束，所述黄磷滤镜(82)将一部分蓝光转换为黄光，所述黄光的波长为540nm，所述蓝、黄光比例为1：3，所述蓝、黄光混合后为白光。
7.如权利要求4所述的光纤传输照明装置，其特征在于，所述激光二极管(2)输出的蓝色激光波长为450nm，所述光纤耦合装置(9)和所述传输光纤(5)为至少两组，所述装置还包括光束分束器(6)，所述光束分束器(6)位于所述光纤耦合装置(9)和所述传输光纤(5)之间，所述光束分束器(6)将所述光纤耦合装置(9)发射的激光分为两束，一束通过传输光纤(5)传输至激光大灯(8)，另一束传输至下一个光束分光器进行再次分光，以此 类推。
8.如权利要求7所述光纤传输照明装置，其特征在于，还包括反射镜(81)，所述反射镜(81)将所述传输光纤(5)输出的平行蓝光反射，所述黄磷滤镜(82)接收所述反射镜(81)反射的蓝光，所述黄磷滤镜(82)将所述蓝光转换为蓝、黄光比例为1：3的混合光束，所述黄光的波长为540nm，所述混合光束形成高亮度白光，所述黄磷滤镜(82)上涂覆反射膜，所述反射膜将所述高亮度白光反射至反射碗(83)中，所述反射碗(83)将所述白光反射并扩散。
9.如权利要求8所述的光纤传输照明装置，其特征在于，所述反射碗(83)的曲率半径为30cm，所述黄磷滤镜(82)与所述反射碗(83)的中心距离为7cm。
10.如权利要求1～9中任意一项所述的光纤传输照明装置，其特征在于，所述激光大灯(8)输入蓝光的功率为10W～14W。
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