CN106838668A - 一种长距离红外激光照明器件 - Google Patents

Abstract

一种长距离红外激光照明器件，它包括红外激光光源、光纤传输线、上转换发光器，其特征在于：红外激光光源是由近红外激光器与光学调节装置组成；上转换发光器是由近红外上转换发光材料与基础载体材料组合形成，基础载体材料是液体、塑料、玻璃、胶体中的一种无色透明材料；近红外激光由激光光纤长距离传输后，红外光投射到上转换发光器上，形成可见光照明及信号显示。可以应用于地下设施的照明，尤其对易燃易爆大型仓库、地铁隧道、公路铁路超长涵洞、输油输气管线、地下设施、水下设施、大型封闭建筑的照明、逃生引导，也可以用于光信号传输。

Description

一种长距离红外激光照明器件

技术领域

本发明属于红外激光应用技术领域。

技术背景

红外激光照明近年已经广泛应用于夜视监控系统，其通过复杂昂贵的红外夜视仪，利用红外激光辅助照明，实现百米外目标成像照明。针对大型危险品仓库上述照明方式，以及现有通电照明方式均会产生易燃易爆危险。LED可见光光纤照明是近几十年逐渐完善，并形成了独特照明或显示产品，其应用于仪表、建筑等处用于白天阳光引入或夜晚柔和照明，中国专利2014106095819、2015107404759利用蓝光激光光纤传输激发紫外荧光材料形成照明，但由于可见激光在光纤介质中传播损耗大，只能实现短距离传播，或者需要复杂的光源放大泵、大功率激光等装置，无法实现长距离传输。

本发明一种长距离红外激光照明产品，它包括红外激光光源、光纤传输线、上转换发光器，其特征在于：红外激光光源是由近红外激光器与光学调节装置组成；上转换发光器是由近红外上转换发光材料与基础载体材料组合形成，基础载体材料是液体、塑料、玻璃、胶体中的一种无色透明材料；近红外激光由激光光纤长距离传输后，红外光投射到上转换发光器上，形成可见光照明与信号显示。

本发明可以应用于地下设施的照明，尤其对易燃易爆大型仓库、地铁隧道、公路铁路超长涵洞、输油输气管线、地下设施、水下设施、大型封闭建筑的照明、逃生引导。也可以用于光信号传输。

发明内容

一种长距离红外激光照明器件，它包括红外激光光源、光纤传输线、上转换发光器，其特征在于：红外激光光源是由近红外激光器与光学调节装置组成；上转换发光器是由近红外上转换发光材料与基础载体材料组合形成，基础载体材料是液体、塑料、玻璃、胶体中的一种无色透明材料；近红外激光由激光光纤长距离传输后，红外光投射到上转换发光器上，形成可见光照明及信号显示。本发明利用红外激光与光纤可以在低损耗下实现远距离传输特点，配以红外发光材料制作的照明终端器件实现了超长距离安全红外激光照明。红外上转换发光材料是稀土类粉体发光材料。

本发明中的近红外激光器发射的红外激光波长为0.7-2微米；光学调节装置实现对近红外激光器所发射的激光聚焦，并与光纤传输线端口连接。近红外激光器配以光学放大与调节装置可以使得红外激光传输距离更远、更安全。由于红外光具有长波长特征，其在远距离传输时只产生较小损耗，而紫外光、紫外激光、蓝光激光或LED均无法长距离在空气、固体介质中传输，且在几米处视觉可以观察到光衰减。

本发明中的光纤传输线是由塑料光纤、玻璃光纤中的一种组成，其是单根或多根，玻璃光纤可以产生更远的传输距离。光纤传输线具备柔性好、光损耗小、成本低特点，同时多根光纤使用有利于分路传输，避免了过多使用光分路装置。

本发明中的光纤传输线一端与红外激光光源连接，光纤传输线长度可以达到5公里以上，另一端与上转换发光器连接。光纤传输线替代金属电线及传统的电光源，可以有效避免雷或电产生的燃爆危险。

本发明中的近红外上转换发光材料是稀土氟化物或稀土硫化物发光材料组成，其在红外激光激发下发射出红、蓝、绿、白色可见光；其中氟化物具备持久的高强度发光，其不易潮解。近红外上转换发光材料中加入量子点荧光材料实现彩色发光或白色组合发光，量子点荧光材料加入与红外上转换发光材料的重量比为0.1-2%形成白色发光，比例调节可以形成彩色发光。近红外上转换发光材料中加入荧光染料、荧光颜料中的一种或多种也可以实现彩色或白色组合发光。上转换发光材料是微米颗粒或纳米颗粒，或是玻璃态固体，其可以加工成型。

本发明中的近红外上转换发光材料与基础载体材料混合或喷涂在基础载体材料外部，或涂敷在基础载体材料内部。近红外上转换发光材料可以混入玻璃中熔融形成近红外上转换发光玻璃；近红外上转换发光材料也可以混入胶体中形成近红外上转换发光胶体，近红外上转换发光材料可以漂浮在液体中形成近红外上转换发光材料，当然也可使用油墨印刷喷涂在上转换发光器的表面、内部。

本发明中的上转换发光器是根据需要制造成各种形状，如球形、平面、柱形、方形、锥形、线状，它们是空心或实心结构；它们使用基础载体材料制成。其中球形具有良好的光扩散分布，锥形具有聚光照射效果，线状具有长距离连续显示效果，平面具有均匀指示效果。它们的表面可以印刷有图案、文字，形成更加鲜明的警告、指示、照明效果。

本发明中的上转换发光器与光纤传输线之间设置有光学放大装置，其使得近红外激光光束被放大或聚焦。

本发明中的近红外激光器是一种或多种波段组合后通过光纤传输线，或者实现激光合束后通过不同光纤传输线组传输，该方法可以通过闪动产生“光语”信号，也可以直接在平面上转换发光器上形成动态投影文字、图案，用于通信，替代有线或无线通信。

本发明中的近红外上转换发光材料是蓝色发光材料或余辉发光材料或它们的组合体。蓝色发光可以激发余辉材料在停止红外发光后依然可以产生较弱发光用于紧急指示与符号识别。

具体实施方法：

一种长距离红外激光照明器件，它包括红外激光光源、光纤传输线、上转换发光器，激光光源可以是半导体激光器，也可以是大型高功率激光器，其根据需要任意设置。红外激光光源是由近红外激光器与光学调节装置组成，光学调节装置可以对激光强弱、开关等进行控制；上转换发光器是由近红外上转换发光材料与基础载体材料组合形成，它们共同形成灯泡或日光灯类似效果。基础载体材料可以是液体，如水、油、凝胶等；塑料可以是PVC、PE、PP，以及常规的塑料光纤材料；玻璃可以是硅玻璃、陶瓷玻璃及光纤专用的玻璃材料；胶体可以是硅胶、氟橡胶、橡胶等中的一种无色透明材料；近红外激光由激光光纤长距离传输后，将红外激光光投射到上转换发光器上，上转换发光材料产生发光形成可见光照明。

本发明中的近红外激光器发射的红外激光波长为0.7-2微米；其中980纳米激光针对上转换发光材料具有较高发光效率产生。光学调节装置实现对近红外激光器所发射的激光聚焦，并与光纤传输线端口连接，它们可以通过光、电、计算机控制，整体系统可以置于安全场地中，通过安全的光纤线路传输照明。

本发明中的光纤传输线是由塑料光纤、玻璃光纤中的一种组成，玻璃材料具有长久性，其是单根或多根，便于光路分别传输，它们的直径可以根据激光光斑、功率、传输距离的大小设置，细小的为1毫米，大直径的为500毫米，大直径光纤线路匹配大功率激光器，其传输距离可以达到10公里以上。本发明中的光纤传输线一端与红外激光光源连接，另一端与上转换发光器连接。多根光纤传输线可以使用多台激光控制，并与计算机连接可以产生点阵文字、图案型号，用于信息传输交流。

本发明中的近红外上转换发光材料是微米或纳米颗粒，是稀土氟化物或稀土硫化物发光材料组成,如氟化钇钠镱铒是高效率绿色发光、氟化钇钠镱铥是高效率蓝色发光，硫化钇钠镱铒是红色发光等，如市售上转换发光材料产品KPT牌号HT111、HT112、HT113，它们在红外激光900-1500纳米激发下发射出红、蓝、绿、白色可见光；近红外上转换发光材料中加入荧光染料、荧光颜料、量子点荧光材料中的一种或多种实现白色组合发光。其中量子点发光材料具有良好的稳定性与高效率的发光，如半导体量子点、碳量子点、钙钛矿量子点，它们均是无机材料可以很好的与红外发光材料混合，如洞舟牌号的硒化镉荧光量子点。量子点荧光材料加入与红外上转换发光材料的重量比为0.1-2%，形成白色发光。当大于2%时其形成暖白色，再多发光向红色发展，当小于0.5%时形成蓝白或绿白色发光。

本发明中的近红外上转换发光材料与基础载体材料混合，发光材料比例大则亮度高，但透过率低，适当控制可以产生良好效果，如与胶体或玻璃混合。或喷涂在基础载体材料外部，或涂敷在基础载体材料内部，喷涂印刷厚度10-30微米使得红外光利用率更高，发光透过率更好发光强度更亮。基础载体材料与喷涂时用的粘合剂应该具有高稳定性，如使用无机粘合剂与上转换发光材料混合，硅酸钾,硅酸钠等均可以。基础载体材料选用透明玻璃、透明陶瓷均有较好的耐候性、稳定性。

本发明中的上转换发光器是球形、平面、柱形、方形、锥形、线状，它们是空心或实心结构；它们使用基础载体材料制成。如形成传统的灯泡型，在其内部涂有发光材料层，也可形成日光灯管形状。平面型有利于显示文字图案。弧形有利于与墙体拼接组合。

本发明中的上转换发光器与光纤传输线之间设置有光学放大装置，其使得近红外激光光束被放大或聚焦，其根据需要可以扩大照明面积，或者聚焦形成投射光，或者提高视觉观察亮度、角度等。

本发明中的近红外激光器是一种或多种波段组合后通过光纤传输线，激光可以根据需要采用不同的波段同时传输，在根据需要配以不同灵敏度的发光材料，其一一对应光源激光与材料，从而实现光信号动态通信，或者实现激光合束后通过不同光纤传输线组传输。

本发明中的近红外上转换发光材料是蓝色发光材料或余辉发光材料或它们的组合体，蓝色发光可以组合形成白色发光，余辉材料可以被激发后继续发光，用于紧急指示，但然绿色上转换发光材料发光强度最高，是高亮度的首选。

本发明优点

本发明与现有技术相比具备以下优点：

1）现有技术均是使用可见光ＬＥＤ或蓝光激光光源配以白色发光材料，它们只能在短距离实现照明。本发明可以长距离实现激光照明，其传输距离是现有技术的几十倍以上，其不受复杂的环境限制。可以广泛用于易燃易爆场合，如大型煤矿隧道、大型地下油库、易燃易爆仓库与隧道、地铁隧道、公路铁路超长涵洞、输油输气管线、地下设施、水下设施、大型封闭建筑的照明、逃生引导。本发明可以有效避免金属电线导致的雷击引入。

2）特殊场合的信号数据传输、通信，在无法使用有线通信及无线通信情况下，本发明可以实现光信号数据无电传输无电显示，如石油管道内、水下，尤其在易燃易爆储存洞库中无法使用金属线路与无线电时，本发光具有的光显示信号，可以形成特定的信号语言、或光显示屏，用于信息传递。

3）本发明中的上转换发光材料与量子点荧光材料配合实现了红外激光彩色与白光照明，其稳定性优于现有荧光染料技术，其不仅可以实现对蓝光的长波转换，也可以实现对绿光的转换，高效率的上转换绿色发光被得以应用。

在上面针对本发明较好的实施方式作了举例说明后，对本领域的技术人员来说应明白的是，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，对本发明所作的任何改变和改进都在本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种长距离红外激光照明器件，它包括红外激光光源、光纤传输线、上转换发光器，其特征在于：红外激光光源是由近红外激光器与光学调节装置组成；上转换发光器是由近红外上转换发光材料与基础载体材料组合形成，基础载体材料是液体、塑料、玻璃、胶体中的一种无色透明材料；近红外激光由激光光纤长距离传输后，红外光投射到上转换发光器上，形成可见光照明与信号显示。

2.如权利要求1所述一种长距离红外激光照明器件，近红外激光器发射的红外激光波长为0.7-2微米；光学调节装置实现对近红外激光器所发射的激光聚焦，并与光纤传输线端口连接。

3.如权利要求1所述一种长距离红外激光照明器件，光纤传输线是由塑料光纤、玻璃光纤中的一种组成，其是单根或多根。

4.如权利要求1所述一种长距离红外激光照明器件，光纤传输线一端与红外激光光源连接，另一端与上转换发光器连接。

5.如权利要求1所述一种长距离红外激光照明器件，近红外上转换发光材料是稀土氟化物或稀土硫化物发光材料组成，其在红外激光激发下发射出红、蓝、绿、白色可见光；近红外上转换发光材料中加入量子点荧光材料实现彩色发光或白色组合发光，量子点荧光材料加入与红外上转换发光材料的重量比为0.1-2%形成白色发光。

6.如权利要求1所述一种长距离红外激光照明器件，近红外上转换发光材料与基础载体材料混合或喷涂在基础载体材料外部，或涂敷在基础载体材料内部。

7.如权利要求1所述一种长距离红外激光照明器件，上转换发光器是球形、平面、柱形、方形、锥形、线状，它们是空心或实心结构；它们使用基础载体材料制成。

8.如权利要求1所述一种长距离红外激光照明器件，上转换发光器与光纤传输线之间设置有光学放大装置，其使得近红外激光光束被放大或聚焦。

9.如权利要求1所述一种长距离红外激光照明器件，近红外激光器是一种或多种波段组合后通过光纤传输线投射到不同对应的近红外上转换发光材料上，产生不同的动态信号；或者实现激光合束后通过不同光纤传输线组传输。

10.如权利要求1所述一种长距离红外激光照明器件，近红外上转换发光材料是蓝色发光材料或余辉发光材料或它们的组合体。