CN106025792A - 一种利用光谱合成改善三基色激光白光光源光谱成分的装置 - Google Patents

一种利用光谱合成改善三基色激光白光光源光谱成分的装置 Download PDF

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谭昊
杜维川
余俊宏
王昭
吴华玲
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Abstract

本发明提供了一种利用光谱合成改善三基色激光白光光源光谱成分的装置，该方案为半导体激光芯片阵列发出的激光依次经过快、慢轴准直镜准直，由空间变换透镜变换后，入射到光栅上合束输出至输出耦合镜，输出耦合镜将部分光线反射回到半导体激光器阵列形成波长锁定，部分光线透过输出耦合镜入射到反射镜系统，在经过光纤耦合透镜耦合注入光纤，三色激光在光纤中经过多次反射被匀化混合后输出。该方案通过光谱合成模块拓宽半导体激光芯片出射激光光谱范围，能够有效改善半导体激光阵列的光谱特性，在一定程度上抑制光谱漂移。降低装置对环境温度等的影响。

Description

一种利用光谱合成改善三基色激光白光光源光谱成分的装置
技术领域
本发明涉及的是激光器应用技术领域，尤其是一种利用光谱合成改善三基色激光白光光源光谱成分的装置。
背景技术
近年来，基于发光二极管及半导体激光器作为激发光源激发含有荧光粉的发光部由此产生的荧光作为照明光源加以使用的照明装置盛行。但是由于LED光源存在严重的光衰，照明光色不稳定等问题，制约了其在高功率和特种照明领域的发展。半导体激光器具有高亮度，低光束发散角，长寿命，性能稳定等优点。利用三基色激光合成白光，在经过匀光及消相干装置可得到用于特种照明领域的白光光源。但传统的半导体芯片发光光谱较窄，不利于得到高显色指数的白光光源。
发明内容
本发明的目的，就是针对现有技术所存在的不足，而提供一种利用光谱合成改善三基色激光白光光源光谱成分的装置的技术方案，该方案通过光谱合成模块拓宽半导体激光芯片出射激光光谱范围，能够有效改善半导体激光阵列的光谱特性，在一定程度上抑制光谱漂移。降低装置对环境温度等的影响。
本方案是通过如下技术措施来实现的：
一种利用光谱合成改善三基色激光白光光源光谱成分的装置，包括有半导体激光器底座（1）、半导体激光器阵列（2）、快轴准直镜（3）、慢轴准直镜（4）、空间变换透镜（5）、光栅（6）、输出耦合镜（7,8）、反射镜系统（9,10,11）、光纤耦合透镜（12）、和光纤（13）；半导体激光芯片阵列（2）发出的激光依次经过快、慢轴准直镜（3,4）准直，由空间变换透镜（5）变换后，入射到光栅（6）上合束输出至输出耦合镜（7,8），输出耦合镜（7,8）将部分光线反射回到半导体激光器阵列（2）形成波长锁定，部分光线透过输出耦合镜入射到反射镜系统（9,10,11），在经过光纤耦合透镜（12）耦合注入光纤（13），三色激光在光纤中经过多次反射被匀化混合后输出。
作为本方案的优选：半导体激光芯片阵列（2）由红、绿、蓝三色芯片沿快轴方向堆叠组成一个发光单元，发光单元再沿慢轴方向延伸紧密排列，构成半导体激光芯片发射阵列。
作为本方案的优选：半导体激光芯片阵列（2）的前腔面进行增透处理，使得耦合输出镜反馈注入光束与有源区激光场耦合，增强对应光谱亮度。
作为本方案的优选：半导体激光阵列（2）发出的激光经过快、慢轴准直镜（3，4）准直后，经由空间变换透镜（5）变换后入射到合束光栅（6）上；所述光栅（6）将入射的激光束衍射至耦合输出镜（7,8）输出；耦合输出镜（7,8）将部分光束再反馈注入半导体激光阵列（2）上，起到光谱锁定和光谱亮度改善的作用。
作为本方案的优选：输出耦合镜设置有3块，每一块输出耦合镜对应一种颜色的光；输出耦合镜的反射率为5%-20%。
作为本方案的优选：反射镜系统（9,10,11）由多片反射镜构成；反射镜系统能够将沿不同方向传输的激光束反射至沿相同的方向传输，且使其在空间上紧密排列。
作为本方案的优选：光纤耦合透镜（12）将激光束耦合进光纤（13）中，光束在光纤中经过匀化混光后输出。
作为本方案的优选：光纤（13）端面分别镀有针对红，绿，蓝三色激光的宽光谱增透膜，提高光纤的耦合效率。
本方案的有益效果可根据对上述方案的叙述得知，由于在该方案通过光谱合成模块拓宽半导体激光芯片出射激光光谱范围，能够有效改善半导体激光阵列的光谱特性，在一定程度上抑制光谱漂移。降低装置对环境温度等的影响。
由此可见，本发明与现有技术相比，具有实质性特点和进步，其实施的有益效果也是显而易见的。
附图说明
图1为正常运转的半导体激光器输出激光光谱。
图2为经过光谱合成系统后半导体激光器输出激光光谱。
图3为本发明具体实施方式一的结构示意图。
图4为本发明具体实施方式二的结构示意图。
图5为本发明具体实施方式三的结构示意图。
图6为半导体激光器芯片阵列的发光单元的结构示意图。
图中，1为半导体激光芯片基座，2为半导体激光芯片阵列，3为快轴准直镜，4为慢轴准直镜，5为空间变换透镜，6为光栅，7、8为耦合输出镜，9、10、11为反射镜，12为光纤耦合透镜，13为光纤，7′，8′,9′分别为蓝色，绿色和红色激光光束的反射镜，10′为光谱合成系统输出耦合外腔镜，5″为啁啾光栅，6″为变换透镜，8″为反射镜系统，R为红光，G为绿光，B为蓝光。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
具体实施方式一
如图3所示，半导体激光器输出的光束经过快轴准直镜和慢轴准直镜准直后在空间变换透镜的作用下，将沿慢轴方向不同位置合束单元的子光束转化成不同倾角且收敛的子光束入射到光栅上，光栅的色散作用将不同波长、不同入射角的子光束以相同的出射角衍射，实现各个合束单元远场和近场的重合，再经由耦合输出镜将部分光束反馈至半导体激光器形成光谱锁定，使得输出基频光具有很高的谱亮度。沿快轴方向堆叠的三种不同颜色芯片发出的激光经过光栅后形成三束激光沿不同方向传输。
通过调节合束光栅的角度可以同时调节三种颜色激光输出波长光谱范围，进而调节输出白光的光谱合显色指数。
通过分别调节三个耦合输出镜的位置和角度，可以分别微调节三种颜色激光的波段范围。利于配色需要。
半导体激光芯片包括红，绿，蓝三色芯片沿快轴方向堆叠组成一个发光单元。此发光单元再沿慢轴方向排列，构成半导体激光芯片发射阵列。实际使用时也可沿快轴方向增加不同波段的半导体激光种类，或者沿慢轴方向增加发光单元数目。均有利于得到光谱成分更完善的白光，同时能提高整个系统的输出功率。在沿快轴增加不同衍射激光芯片的同时，需要增加相应配套的耦合输出镜。
耦合输出镜输出的三束激光在经过反射镜系统，得到三束互相平行且紧密排列的激光束。
光纤耦合透镜将激光束耦合进入光纤中匀化输出。在具体实施过程中，由12和13构成的光束匀化系统可以用其他多种不同的光束匀化系统所替代。也可在附带上激光消相干系统。
具体实施方式二
本具体实施方式与实施方式一的不同之处在于：将光谱合成模块的输出耦合镜放置在反射镜系统后面。只用一个输出耦合镜便可实现不同颜色激光的反馈锁定。但是可能会增加系统的调节难度。
具体实施方式三
本具体实施方式与实施方式一的不同之处在于：采用开环光谱合成结构。不使用输出耦合透镜。而在空间变换透镜前面选用啁啾光栅作为光谱合成原件。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (8)

1.一种利用光谱合成改善三基色激光白光光源光谱成分的装置，其特征是：包括有半导体激光器底座（1）、半导体激光器阵列（2）、快轴准直镜（3）、慢轴准直镜（4）、空间变换透镜（5）、光栅（6）、输出耦合镜（7,8）、反射镜系统（9,10,11）、光纤耦合透镜（12）、和光纤（13）；半导体激光芯片阵列（2）发出的激光依次经过快、慢轴准直镜（3,4）准直，由空间变换透镜（5）变换后，入射到光栅（6）上合束输出至输出耦合镜（7,8），输出耦合镜（7,8）将部分光线反射回到半导体激光器阵列（2）形成波长锁定，部分光线透过输出耦合镜入射到反射镜系统（9,10,11），在经过光纤耦合透镜（12）耦合注入光纤（13），三色激光在光纤中经过多次反射被匀化混合后输出。
2. 根据权利要求1所述的一种利用光谱合成改善三基色激光白光光源光谱成分的装置，其特征是：所述半导体激光芯片阵列（2）由红、绿、蓝三色芯片沿快轴方向堆叠组成一个发光单元，发光单元再沿慢轴方向延伸紧密排列，构成半导体激光芯片发射阵列。
3. 根据权利要求1所述的一种利用光谱合成改善三基色激光白光光源光谱成分的装置，其特征是：所述半导体激光芯片阵列（2）的前腔面进行增透处理，使得耦合输出镜反馈注入光束与有源区激光场耦合，增强对应光谱亮度。
4. 根据权利要求1所述的一种利用光谱合成改善三基色激光白光光源光谱成分的装置，其特征是：所述半导体激光阵列（2）发出的激光经过快、慢轴准直镜（3，4）准直后，经由空间变换透镜（5）变换后入射到合束光栅（6）上；所述光栅（6）将入射的激光束衍射至耦合输出镜（7,8）输出；所述耦合输出镜（7,8）将部分光束再反馈注入半导体激光阵列（2）上，起到光谱锁定和光谱亮度改善的作用。
5. 根据权利要求1所述的一种利用光谱合成改善三基色激光白光光源光谱成分的装置，其特征是：所述输出耦合镜设置有3块，每一块输出耦合镜对应一种颜色的光；所述输出耦合镜的反射率为5%-20%。
6. 根据权利要求1所述的一种利用光谱合成改善三基色激光白光光源光谱成分的装置，其特征是：所述反射镜系统（9,10,11）由多片反射镜构成；反射镜系统能够将沿不同方向传输的激光束反射至沿相同的方向传输，且使其在空间上紧密排列。
7. 根据权利要求1所述的一种利用光谱合成改善三基色激光白光光源光谱成分的装置，其特征是：所述光纤耦合透镜（12）将激光束耦合进光纤（13）中，光束在光纤中经过匀化混光后输出。
8. 根据权利要求1所述的一种利用光谱合成改善三基色激光白光光源光谱成分的装置，其特征是：光纤（13）端面分别镀有针对红，绿，蓝三色激光的宽光谱增透膜，提高光纤的耦合效率。
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