CN111418118B - 用于为交通工具生成激光的激光源单元和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于交通工具的激光源单元，其具有包含第一端反射镜(4)和第二端反射镜(5)的谐振器(3)，在第一端反射镜(4)和第二端反射镜(5)之间布置活性激光介质(6)，激光源单元还具有用于生成泵浦辐射(30)的泵浦设备(2)，该泵浦辐射可以经由第一端反射镜(4)被引入到谐振器(3)中，其中泵浦辐射(30)对应于第一波长，并且其中活性激光介质(6)被配置为使得可以辐射第一波长(30)的和/或第二波长(31)的和/或第三波长(32)的激光(11)，其中提供了中间反射镜(9)和指派给该中间反射镜的第三端反射镜(10)，其中中间反射镜(9)以使得借助于所述中间反射镜反射第二波长的辐射(31)并且透射第三波长的辐射(32)的方式配置，并且其中第三端反射镜(10)以使得反射第二波长的辐射(31)的方式配置，提供了颜色控制模块(8)，该颜色控制模块(8)以使得第二波长的辐射(31)的所激发的发射的强度被调节为第三波长的辐射(32)或者反之亦然的方式作用于第二波长的辐射(31)和/或第三波长的辐射(32)。

Description

用于为交通工具生成激光的激光源单元和方法
本发明涉及用于交通工具的激光源单元，该激光源单元具有包含第一端反射镜和第二端反射镜的谐振器，在该第一端反射镜和该第二端反射镜之间布置活性激光介质，并且该激光源单元具有用于生成泵浦辐射的泵浦设备，该泵浦辐射可以经由第一端反射镜被引入谐振器，其中泵浦辐射对应于第一波长，并且其中活性激光介质被配置为使得可以辐射第一波长的和/或第二波长的和/或第三波长的激光。
本发明还涉及用于交通工具的照明装置。
本发明还涉及用于生成激光的方法，其中泵浦辐射经由第一端反射镜从外部耦合到具有活性激光介质的谐振器中，并且作为具有预定义的波长或具有预定义的波长范围的激光在谐振器的第二端反射镜处解耦。
从DE 10 2015 121 693 A1已知一种用于交通工具的激光源单元，其具有谐振器，该谐振器具有第一端反射镜和第二端反射镜，其中在该第一端反射镜和该第二端反射镜之间布置活性激光介质。借助于由泵浦设备发射的泵浦辐射对活性激光介质起作用，其中泵浦辐射穿过第一端反射镜到谐振器中。相对的第二端反射镜由多个反射镜片段组成，这些反射镜片段的层厚度使得在活性激光介质中激发特定波长的辐射。例如，可以提供三个反射镜片段，其中第一反射镜片段激发蓝色波长的辐射，第二反射镜片段激发绿色波长的辐射，以及第三反射镜片段激发红色波长的辐射，从而可以借助于加性颜色混合而发射白色激光。利用选择第二端反射镜处的反射镜片段来固定辐射的激光的发射光谱。光颜色不能变化或更改。
本发明的目的是指定激光源单元或者说照明装置，以及用于生成激光的方法，从而可以从激光腔发射不同光颜色的相干和偏振的激光。
为了实现这个目的，本发明连同权利要求1的前序部分的特征在于提供了中间反射镜和指派给该中间反射镜的第三端反射镜，其中该中间反射镜以使得借助于所述中间反射镜反射第二波长的辐射并且透射第三波长的辐射的方式配置，并且其中第三端反射镜以使得反射第二波长的辐射的方式配置，提供了颜色控制模块，该颜色控制模块以使得第二波长的辐射的所激发的发射的强度被调节为第三波长的辐射或反之亦然的方式作用于第二波长的辐射和/或第三波长的辐射。
根据本发明，提供了一种谐振器，该谐振器不仅仅具有第一端反射镜和第二端反射镜，在该第一端反射镜和该第二端反射镜之间布置活性激光介质，从而可以生成所激发的发射。此外，谐振器具有中间反射镜和第三端反射镜，借助于该中间反射镜和该第三端反射镜，可以将预定义的第二波长或第三波长的辐射在空间上与附加辐射分开，从而可以附加地激发该分开的辐射。此外，谐振器具有一个或多个颜色控制模块，该一个或多个颜色控制模块以使得借助于第二端反射镜解耦预定义的波长或者说波长光谱的辐射(在白色光颜色或其它混合的颜色的情况下)的方式作用于第二波长和第三波长的泵浦辐射或者说所激发的辐射。中间反射镜和第三端反射镜实质上形成附加谐振器的一部分，从而，与主谐振器一起，可以同时将第一波长的辐射、第二波长的辐射和第三波长的辐射的多色发射沿着激光腔的光轴从激光腔解耦。所发射的激光辐射的光颜色可以通过第一波长的泵浦辐射和其它波长的辐射的加性颜色混合来实现。至少一个颜色控制模块确定所发射的激光辐射的光谱分量，其中，例如，借助于蓝色、红色和绿色辐射的加性颜色混合，可以生成白色光以用于交通工具中的预定义的光分布，或者生成特定光颜色以用于例如“欢迎灯场景”。本发明使得有可能以简单的方式从单个激光腔进行多种不同波长的光的多色或单色发射。因此，可以以节省空间的方式有利地生成不同的颜色光标记(signature)，从而增加照明设计的变化的范围。激光源单元有利地具有相对高的亮度，特别是在发射白色光颜色的激光辐射时，从而辐射的光可以尤其是经由玻璃纤维传输。因为激光源单元辐射偏振光，所以可以以节省安装空间的高效方式与上游液晶面板相结合地在交通工具前照灯中容易地实现预定义的光分布。在这种情况下，有利的是要实现的分辨率大幅度地高于在常规矩阵LED前照灯的情况下的分辨率。与先前在前照灯中已使用的已知的激光源单元相比，根据本发明的激光源单元所需的冷却工作大幅度地降低，因为热量生成是恒定的，与所发射的激光辐射光谱无关。
根据本发明的优选实施例，中间反射镜布置在活性激光介质的光轴上，并且第三端反射镜布置在活性激光介质的光轴的外部。因此，在活性激光介质中激发的辐射的部分辐射在空间上是分开的。第一端反射镜反射第三波长的辐射(优选地是红色辐射)，而第三端反射镜反射第二波长的辐射(优选地是绿色辐射)。中间反射镜实质上用作光分束器，因为它对于第二波长的辐射(绿色辐射)反射性地起作用，而对于第三波长的辐射(红色辐射)透射性地起作用。因为借助于同一个第二端反射镜解耦第二波长的辐射和第三波长的辐射二者，所以多色发射可以从单个激光腔同时发生。
根据本发明的优选实施例，第一端反射镜和第二端反射镜被配置为对第一波长的辐射(例如，蓝色辐射)是高透射性的。由此，可以有利地利用第二端反射镜通过加性颜色混合来发射白色光颜色的激光，该第二端反射镜被配置为对第二波长的和第三波长的辐射是部分反射性的。
根据本发明的进一步发展，颜色控制模块被布置在第二波长的和/或第三波长的辐射的光路中。如果颜色控制模块位于第二波长的辐射的光路中，那么可以调节该辐射的所激发的发射(雪崩效应)。如果颜色控制模块位于第三波长的辐射的光路中，那么可以调节该辐射的所激发的发射(雪崩效应)。也可以使用两个颜色控制模块，以便相对于彼此同时控制两个波长。例如，如果颜色控制模块被布置在第二波长的辐射的光路中，那么可以对第三波长的辐射进行调节，并且如果颜色控制模块被布置在第三波长的辐射的光路中，那么可以对第二波长的辐射进行调节，从而可以同时发射具有不同波长的两种连续类型的辐射。
根据本发明的进一步发展，颜色控制模块被配置为双折射介质或被配置为偏振滤光器。这可以通过更改相位关系或通过对穿过颜色控制模块的辐射的偏振的特定方向进行滤光来有利地减少辐射。
根据本发明的进一步发展，活性激光介质由掺镨的钇锂氟化物晶体材料形成。泵浦设备具有辐射蓝色波长的泵浦辐射的激光二极管。活性激光介质使得有可能激发第二波长的辐射(绿色辐射)和第三波长的辐射(红色辐射)，从而借助于与由激光二极管造成的第一波长的辐射(蓝色辐射)的加性颜色混合，可以辐射白色光颜色的光。
根据本发明的发展，端反射镜中的至少一个是平面的或球形的，其中谐振器的所有端反射镜也可以被成形为平面的或球形的端反射镜。在尤其是优选的实施例中，第一端反射镜是平坦的，并且第二和第三反射镜是球形的。因此，可以实现端反射镜的尤其简单的调节，以便实现尤其稳定的谐振器，这从而满足最佳反射特性。
为了实现该目的，照明装置具有权利要求9的特征。用于在前照灯中生成预定义的光分布的上游光学单元可以例如包括液晶面板，该液晶面板的像素可以被独立地控制，从而例如可以在光分布中生成具有暗淡区域的动态远光分布，以便避免使其他道路用户目眩。
为了实现该目的，根据本发明的方法具有权利要求10的特征。有利地，特定波长的辐射可以偏转离开泵浦辐射的光路，并且然后借助于中间反射镜和第三端反射镜偏转回来。因此，对于不同波长的辐射创建了两条单独的光路。尤其是，可以从单个激光腔有利地提供多个波长的多色发射。
下面将参考附图更详细地解释本发明的一个实施例，其中：
图1示出了根据本发明的激光源单元的示意性构造，以及
图2示出了活性激光介质的发射光谱的表示。
根据本发明的激光源单元1优选地用在交通工具中，尤其是前照灯中，用于生成预定义的光分布。可替代地，激光源单元1也可以用在其它灯中以用于交通工具内部或外部的识别，或用于其它目的。
激光源单元1具有用于生成泵浦辐射30的泵浦设备2。泵浦设备2可以包括发射第一波长的光的激光二极管，以便形成泵浦辐射30(蓝色光)。
此外，激光源单元1具有指派给泵浦设备2的谐振器3。谐振器3在面向泵浦设备2的一侧上具有第一端反射镜4，并且在背离泵浦设备2的一侧上具有第二端反射镜5。活性激光介质6被布置在第一端反射镜4和第二端反射镜5之间，在本实施例示例中，活性激光介质6由掺镨的晶体材料(即，掺镨的钇锂氟化物晶体材料(Pr3+:YLF))组成。第一端反射镜4用作用于泵浦辐射30的耦合入反射镜。第一端反射镜4具有例如平面构造。第二端反射镜5用作激光源单元1的解耦反射镜，用于在辐射方向A中解耦光。在这个实施例示例中，这具有球形构造。
辐射的泵浦辐射30经由第一端反射镜4耦合到谐振器3中，并且借助于未示出的透镜聚焦到活性激光介质6上。
此外，沿着激光源单元1的光轴7布置颜色控制模块8以及附加谐振器13的中间反射镜9，该光轴7沿着泵浦辐射30的方向并且在第一端反射镜4和第二端反射镜5之间延伸。附加谐振器13的第三端反射镜10位于光轴7的外部。中间反射镜9被布置为以使得具有预定义的波长的辐射相对于横向布置的第三端反射镜10以偏转角偏转的方式朝着光轴7取向。在本实施例示例中的偏转角/>等于90°。在本实施例示例中，颜色控制模块8被布置在第一端反射镜4与活性激光介质6或者说附加谐振器13的中间反射镜9之间。中间反射镜9被布置在第一端反射镜4或者说颜色控制模块8与活性激光介质6之间。根据本发明的替代实施例(未示出)，中间反射镜9和/或颜色控制模块8也可以被布置在活性激光介质6与第二端反射镜5之间。另一个附加的颜色控制模块也可以被定位在中间反射镜9与第三端反射镜10之间。
根据波长的活性激光介质6的发射横截面在图2中示出。由于对应的所激发的发射，激光源单元1因此能够在辐射方向A中发射白色光颜色的激光11。白色激光11基本上由第一波长的辐射30(蓝色辐射)、第二波长的辐射31(绿色辐射)和第三波长的辐射32(红色辐射)组成。
图1示出了光谱辐射分量30、31、32，其借助于加性颜色混合来生成白色或任何其它经混合的颜色的激光11。蓝色泵浦辐射30用于激励(excite)活性激光介质6，该活性激光介质6要被用于生成绿色辐射31和红色辐射32。
第一端反射镜4和第二端反射镜5被配置为对于第一波长的辐射(蓝色辐射)是高透射性的。以这种方式，确保的是蓝色辐射30可以作为激光11的分量借助于第二端反射镜5从激光源1解耦。第一端反射镜4被配置为对于第三波长的辐射(红色辐射)是高反射性的，从而所激励的红色辐射32在第二端反射镜5的方向中始终被反射。第二端反射镜5被配置为对第三波长的辐射32(红色辐射)是部分反射性的，从而红色辐射32可以从激光源单元1解耦。为此，第二端反射镜5具有在96％至100％的范围中的反射率。
对于第一波长30，第一端反射镜4具有在100％或略低于100％(接近100％)的范围中的透射率。
对于第三波长的辐射32，第一端反射镜4具有100％或略低于100％(接近100％)的反射率。
中间反射镜9被配置为相对于第三波长的辐射32(红色辐射)是透射性的，对于该波长的透射率优选地为100％或者说略低于100％(接近100％)。相对于第二波长的辐射31(绿色辐射31)，中间反射镜9被配置为高反射性的，例如反射率为100％或略低于100％。中间反射镜9以使得第二波长的辐射31仅仅反射到侧面并且实际上与第三端反射镜10成直角的偏转角的方式配置。第三端反射镜10被配置为相对于第二波长的辐射31是高反射性的(100％或略低于100％的反射率)，从而绿色辐射31被反射回到中间反射镜9。
因为第二端反射镜5被配置为对于第二波长的辐射31和第三波长的辐射32是部分反射性的，优选地是相等地部分反射性的，并且实际上在96％至100％的反射率的范围中，所以可以通过蓝色辐射30、绿色辐射31和红色辐射32的加性颜色混合来生成激光11。
关于第二波长的辐射31，中间反射镜9和第三端反射镜10以及第二端反射镜5形成附加谐振器13，这确保第二波长的辐射31可以作为激光11的光谱分量被解耦。
颜色控制模块8可以具有双折射介质或偏振滤光器，借助于此，穿过它们的第三波长的辐射32可以被调节为第二波长的辐射31。在本示例性实施例中，相对于所生成的雪崩效应的程度来调节第三波长的辐射32，使得增强(即，绿色辐射31的雪崩效应)对应于红色辐射32的增强。以这种方式，可以借助于两个波长32和31的所激发的发射以及蓝色辐射30来生成白色激光11所必需的所有三个基本分量RGB。
根据本发明的替代实施例(未示出)，颜色控制模块8也可以布置在绿色辐射31的光路内，例如在中间反射镜9和第三端反射镜10之间。以这种方式，绿色辐射31的强度可以被调节为红色辐射32的强度。因此，根据按照本发明的激光源单元1的一种构造，颜色控制模块8不仅可以被布置在第一端反射镜4与中间反射镜9之间，而且可以附加地或可替代地布置在中间反射镜9与第三端反射镜10之间。
在本示例性实施例中，颜色控制模块8通过更改相位关系(在双折射材料的情况下)或通过对穿过颜色控制模块8的辐射32的偏振的特定方向进行滤光(在偏振滤光器的情况下)来引起辐射的减少。
在本示例性实施例中，颜色控制模块8被配置为与光轴7成Brewster角定位的双折射晶体板。颜色控制模块8具有刚性配置-像激光源单元1的其它部件一样，但可以绕光轴旋转或转动。
根据本发明提供了不同的取决于光谱的光路。针对第三波长的辐射32的光路在第一端反射镜4和第二端反射镜5之间线性地延伸，而第二波长的辐射31的光路以角度形式布置。代替直角的偏转角也可以提供锐角或钝角偏转角/>重要的是，第二波长的辐射31被引导出第三波长的辐射32的光路，或者反之亦然。
在激光源单元1之前在辐射方向(A)中布置用于形成照明装置的光学单元(未图示)。光学单元具有例如液晶面板，该液晶面板具有多个像素，这些像素以矩阵的方式布置并且可单独控制。可以通过控制像素来调节预定的光分布，例如近光(low-beam)光分布。为此，液晶面板的像素借助于从属透镜单元被映射到交通工具前方的区域中。如有必要，可以提供交通区域捕获单元，该交通区域捕获单元供应关于在交通工具前方的区域中另一个交通对象的存在和位置的传感器数据。取决于该交通对象的当前位置，然后可以控制液晶面板的像素，使得所生成的光分布的该交通对象定位于其中的区域不被照亮，并且因此生成了光分布的眩光抑制区域。该眩光抑制区域可以适应于该交通对象相对于交通工具的所更改的相对位置，从而除了该交通对象当前定位于其中的眩光抑制区域以外，交通工具前方的整个区域被照亮(无眩光的远光分布)。
第三端反射镜6被布置为与蓝色辐射30和红色辐射32的光路相距距离a。
颜色控制模块8也可以被配置为使得其吸收第三波长的辐射32，从而所述光谱分量对于激光11不可用。如果有必要，也可以在谐振器3的内部或外部针对第二波长的辐射31和/或第一波长的辐射布置附加的颜色控制模块(未示出)，从而第一波长的辐射30和/或第二波长的辐射31可以被吸收，并且因此对于所辐射的激光11不可用。以这种方式，例如，为了欢迎灯功能，可以辐射红色或蓝色或绿色或任何其它混合的颜色的激光11。
优选地在液晶面板的后方在辐射方向A中提供附加的透镜设备，用于放大并用于进一步混合由激光源单元1辐射的激光11。
附图标记列表
1 激光源单元
2 泵浦设备
3 谐振器
4 第一端反射镜
5 第二端反射镜
6 活性激光介质
7 光轴
8 颜色控制模块
9 中间反射镜
10 第三端反射镜
11 激光
13 附加谐振器
30 泵浦辐射
31 辐射
32 辐射
a 距离
A 辐射方向
偏转角

Claims (10)

1.一种用于交通工具的激光源单元，包括：
包含第一端反射镜(4)和第二端反射镜(5)的谐振器(3)，在所述第一端反射镜(4)和所述第二端反射镜(5)之间布置活性激光介质(6)；
用于生成泵浦辐射(30)的泵浦设备(2)，所述泵浦辐射能够经由所述第一端反射镜(4)引入到谐振器(3)中，其中，泵浦辐射(30)对应于第一波长，并且其中，活性激光介质(6)被配置为使得能够辐射所述第一波长(30)、第二波长(31)和第三波长(32)中的至少一个波长的激光(11)，其特征在于
-提供了中间反射镜(9)和指派给所述中间反射镜的第三端反射镜(10)，其中，中间反射镜(9)以使得借助于所述中间反射镜反射所述第二波长的辐射(31)并且透射所述第三波长的辐射(32)的方式配置，并且其中，所述第三端反射镜(10)以使得反射所述第二波长的辐射(31)的方式配置，
其中，所述中间反射镜布置在所述第一端反射镜和所述活性激光介质之间；以及
-提供了颜色控制模块(8)，所述颜色控制模块(8)以使得所述第二波长的辐射(31)的所激发的发射的强度被调节为所述第三波长的辐射(32)或者反之亦然的方式作用于所述第二波长的辐射(31)和/或所述第三波长的辐射(32)，
其中，所述第二端反射镜被配置为生成从所述激光源单元出射的激光，以及
其中，所述激光由第二端反射镜通过加性颜色混合来产生，并且包括第一波长的辐射、第二波长的辐射和第三波长的辐射。
2.如权利要求1所述的激光源单元，其特征在于，中间反射镜(9)被布置在活性激光介质(6)的光轴(7)上，并且所述第三端反射镜(10)被布置在活性激光介质(6)的光轴(7)的外部。
3.如权利要求1或2所述的激光源单元，其特征在于
-所述第一端反射镜(4)和所述第二端反射镜(5)被配置为
对于所述第一波长的辐射(30)是高透射性的，
-所述第一端反射镜(4)被配置为对于所述第三波长的辐射(32)是高反射性的，以及
-所述第二端反射镜(5)被配置为对于所述第二波长的辐射(31)和所述第三波长的辐射(32)是部分反射性的。
4.如权利要求1至3中的任一项所述的激光源单元，其特征在于，颜色控制模块(8)被布置在所述第二波长的辐射(31)和/或所述第三波长的辐射(32)的光路中。
5.如权利要求1至4中的任一项所述的激光源单元，其特征在于，通过旋转颜色控制模块(8)来减少或增强穿过颜色控制模块(8)的所述第二波长的辐射(31)和/或所述第三波长的辐射(32)。
6.如权利要求1至5中的任一项所述的激光源单元，其特征在于，颜色控制模块(8)包括双折射介质或偏振滤光器或中性密度滤光器。
7.如权利要求1至6中的任一项所述的激光源单元，其特征在于，活性激光介质(6)由掺镨的钇锂氟化物晶体材料构成，并且泵浦设备(2)具有辐射作为所述第一波长的蓝色波长的泵浦辐射(30)的激光二极管。
8.如权利要求1至7中的任一项所述的激光源单元，其特征在于，所述第一端反射镜(4)具有平面构造，并且所述第二端反射镜(5)具有球形构造。
9.一种用于交通工具的照明装置，具有如权利要求1至8中的任一项所述的激光源单元(1)，所述照明装置在所述激光源单元(1)的辐射方向(A)中具有上游光学单元，用于生成预定义的光分布。
10.一种用于生成激光(11)的方法，其中，泵浦辐射(30)经由第一端反射镜(4)从外部耦合到具有活性激光介质(6)的谐振器(3)中，并在谐振器(3)的第二端反射镜(5)处解耦为具有预定义的波长或具有预定义的波长范围的激光(11)，其中：
-在活性激光介质(6)中生成的第二波长的辐射(31)仅仅在中间反射镜(9)处离开泵浦辐射(30)的光路在距泵浦辐射(30)的光路布置在距离(a)处的第三端反射镜(10)的方
向中偏转，在所述第三端反射镜处，所述第二波长的辐射(31)在中间反射镜(9)的方向中被反射，
-在活性激光介质(6)中生成的第三波长的辐射(32)在中间
反射镜(9)处在所述第一端反射镜(4)的方向中或在所述第二端反射镜(5)的方向中被透射，以及
-通过加性颜色混合产生包括第一波长的辐射、第二波长的辐
射和第三波长的辐射的激光。
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