CN113964651A - 一种照明用带监控多管芯高功率激光照明系统 - Google Patents

一种照明用带监控多管芯高功率激光照明系统 Download PDF

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Abstract

本发明具体公开了一种照明用带监控多管芯高功率激光照明系统，包括管壳、多个激光发射单元、监控激光芯片、激光芯片准直镜、监控分光片、波分复用片、探测器芯片、监控聚焦镜、反射镜、耦合透镜、光纤插芯、出光准直镜、回光反射镜、光束扩散镜及荧光激发帽。本发明把多路激光芯片发出的光高效率耦合进光纤，并且监测传输光纤端面出光端回光的功能，对光纤出现断裂，出光端面老化时回光变化的监测，具有耦合效率高亮度高的特点。本发明为带波分监控光纤耦合激光照明系统，这种带波分监控光纤耦合激光照明系统用于远程照明，由光纤把蓝光传输至照明场地，由光纤终端的灯具把激发荧光，成为各色光源，具有高的安全性和报警功能。

Description

一种照明用带监控多管芯高功率激光照明系统
技术领域
本发明涉及照明技术技术领域，尤其涉及一种照明用带监控多管芯高功率激光照明系统。
背景技术
在加油站、油库、化工材料库房、粉尘材料库房等易燃、易爆场地的照明，其安全性是重要的，本发明在于提供一种安全的照明技术方案，由于照明供电线路、开关等的火花，是安全隐患的主要原因，发光光源的电源及开关远离照明现场，是主要的选择，通用照明灯具和开关电源及线路离灯具近，是发生事故的主要原因。本发明在于提供一种把多路激光二极管芯片发出的光高效率耦合进光纤，并且监测传输光纤端面出光端回光的功能，对光纤出现断裂，出光端面老化时回光变化的监测，具有耦合效率高亮度高的特点。本发明为带波分监控光纤耦合激光照明系统，这种带波分监控光纤耦合激光照明系统用于远程照明，由光纤把蓝光传输至照明场地，由光纤终端的灯具把激发荧光，成为各色光源，具有高的安全性和报警功能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种照明用带监控多管芯高功率激光照明系统，其把多个激光芯片发出的光合束后，并耦合进光纤，具有体积小、效率高、高输出功率的特点。
为了达到上述目的，本发明的技术方案为：
一种照明用带监控多管芯高功率激光照明系统，包括管壳，所述管壳前端设有电极一，所述电极一伸出管壳设置，所述管壳内设有多个激光发射单元，各激光发射单元形成高差设置且并排排列，各激光发射单元之间通过金丝相互连接，其中靠近电极一的激光发射单元通过金丝与电极一一端接连，远离电极一的激光发射单元通过金丝和导带一与电极一另一端连接；每个激光发射单元包括热沉一、激光芯片、快轴透镜、慢轴透镜及反射片，所述热沉一内部设有激光芯片，快轴透镜贴合在激光芯片上，所述快轴透镜远离激光芯片一端依次设有慢轴透镜和反射片；所述管壳内还设有热沉二和热沉三，所述热沉二和热沉三分别与电极二和电极三连接，所述热沉二内部设有监控激光芯片，所述监控激光芯片前端依次设有激光芯片准直镜，监控分光片及波分复用片，所述热沉三上设有探测器芯片，所述探测器芯片前端设有监控聚焦镜，所述壳体内且远离电极一的一侧相对波分复用片设有耦合透镜；所述耦合透镜远离波分复用片的一侧设有光纤插芯，所述光纤插芯伸出壳体后端且光纤插芯上连接有光纤，所述光纤远离光纤插芯的一端依次设有光纤出光准直镜，回光反射镜，光束扩散镜及荧光激发帽；
各个激光发射单元的激光芯片发出的光分别通过对应的快轴透镜、慢轴透镜及反射片后合束，再通过波分复用片进入耦合透镜，经耦合透镜耦合聚焦后进入光纤插芯的光纤，经光纤传输至远端的光纤出光准直镜，并经回光反射镜、光束扩散镜至荧光激发帽用于照明；
所述监控激光芯片发出的光通过激光芯片准直镜和监控分光片，再通过波分复用片进入耦合透镜，经耦合聚焦后进入光纤插芯的光纤，经光纤传输至远端的光纤出光准直镜，并被回光反射镜反射回来，反射回来的光通过波分复用片和监控分光片进入监控聚焦镜并到达探测器芯片。
进一步，所述各激光发射单元高差为0.2mm至0.5mm，从左到右由高到低依次排列。
进一步，所述监控聚焦镜前端还设有反射镜，监控激光芯片发出的光被回光反射镜反射回来，反射回来的光通过波分复用片、监控分光片及反射镜进入监控聚焦镜并到达探测器芯片。
进一步，所述反射片与激光芯片的出射光束方向成45°。
进一步，所述波分复用片与反射片平行且与激光芯片的出射光束方向成45°。
进一步，所述快轴透镜和慢轴透镜均为非球面柱面透镜，快轴透镜焦距为0.3mm至0.5mm，慢轴透镜焦距为3mm至8mm。
进一步，所述耦合透镜为非球面准直镜且焦长为3.5至12mm。
进一步，所述光纤为多模能量光纤且光纤芯径为50至400um。
进一步，所述光束扩散镜为双凹透镜且焦长为-2至-15mm。
进一步，所述激光芯片准直镜为非球面准直镜且焦长为1.5至4mm。
本发明具有如下优点：
本发明把多路激光芯片发出的光高效率耦合进光纤，并且监测传输光纤端面出光端回光的功能，对光纤出现断裂，出光端面老化时回光变化的监测，具有耦合效率高亮度高的特点。本发明为带波分监控光纤耦合激光照明系统，这种带波分监控光纤耦合激光照明系统用于远程照明，由光纤把蓝光传输至照明场地，由光纤终端的灯具把激发荧光，成为各色光源，具有高的安全性和报警功能。本发明由于多路组合合束，具有体积小、效率高、高输出功率。
附图说明
图1为本发明一种照明用带监控多管芯高功率激光照明系统的结构示意图；
图2为本发明一种照明用带监控多管芯高功率激光照明系统的光路示意图；
图3为本发明替代方案示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1和图2所示：一种照明用带监控多管芯高功率激光照明系统，包括管壳1，管壳1前端设有电极一23，电极一23伸出管壳1设置，管壳1内设有多个激光发射单元，各激光发射单元形成高差设置且并排排列，各激光发射单元之间通过金丝相互连接，其中靠近电极一23的激光发射单元通过金丝与电极一23一端接连，远离电极一23的激光发射单元通过金丝和导带一15与电极一23另一端连接；每个激光发射单元包括热沉一、激光芯片2、快轴透镜3、慢轴透镜4及反射片5，热沉一内部设有激光芯片2，快轴透镜3贴合在激光芯片2上，快轴透镜3远离激光芯片2一端依次设有慢轴透镜4和反射片5；热沉一远离电极一23侧并排设有热沉二和热沉三，热沉二内部设有监控激光芯片8，热沉二一端通过金丝和导带二16连接电极二24，另一端依次设有激光芯片准直镜7，监控分光片9及波分复用片6，热沉三上设有探测器芯片12，热沉三一端通过金丝和导带三17连接电极三25，另一端依次设有监控聚焦镜11和反射镜10，电极二24和电极三25均伸出壳体1的侧面设置，壳体1内且远离电极一23的一侧相对波分复用片6设有耦合透镜13；
耦合透镜13远离波分复用片6的一侧设有光纤插芯14，光纤插芯14伸出壳体1后端且光纤插芯14上连接有光纤18，光纤18远离光纤插芯14的一端依次设有光纤出光准直镜19，回光反射镜20，光束扩散镜21及荧光激发帽22。
各个激光发射单元的激光芯片2发出的光分别通过各自快轴透镜3光纤压缩芯片快轴方向的光束角度后，再通过各自慢轴透镜4光纤压缩芯片慢轴方向的光束角度后45度射向反射片5，各路的激光芯片2、快轴透镜3、慢轴透镜4、反射片5做成高差，并排列，各激光发射单元高差0.2-0.5mm，后路光束通过前路反射片5上方，后路光束同前路光束合成一束，最后各路光束合成一束后，再通过波分复用片6进入耦合透镜13，经耦合透镜13耦合聚焦后进入光纤插芯14的光纤18，经光纤18传输至远端的光纤出光准直镜19，回光反射镜20，光束扩散镜21至荧光激发帽22激发为白光或其它各色光照明场地。
监控激光芯片8光经激光芯片准直镜7成为准直光，通过45度入射通过监控分光片9，45度射向波分复用片6，折转90度经耦合透镜13耦合聚焦后进入光纤插芯14的光纤18，经光纤18传输至远端的光纤出光准直镜19，并被回光反射镜20反射回来，通过波分复用片6、监控分光片9和反射镜10转折180度至监控聚焦镜11至探测器芯片12。如光纤18端面老化或光纤18断裂，回光会变化。监控探测器的功率值，可以很好地判断光纤是否有断裂和端面老化。本发明由于多路组合合束，具有体积小效率高高输出功率。
激光芯片2烧结在热沉一上，热沉一烧结在管壳1上，激光芯片2波长为450+/-20nm，其输出功率为1至5W。激光芯片2后跟快轴透镜3，快轴透镜后跟慢轴透镜4，快轴透镜3和慢轴透镜4均为柱面透镜，特别是非球面柱面透镜，快轴透镜3焦距为0.3mm至0.5mm，慢轴透镜4焦距为3mm至8mm，快轴透镜3和慢轴透镜4分别压缩光束的快、慢轴发散角。慢轴透镜4后为反射片5，反射片5与光轴成45度。反射片5后为波分复用片6，与光路成45度放置，波分复用片6与反射片5平行与光路成45度，波分复用片6透射激光芯片2发出的光，反射监控激光芯片8发出的光，特别是透射带为450+/30nm，反射带为800-1000nm的光。
波分复用片6透射带为450+/10nm,反射带为830+/10nm,或850+/10nm。波分复用片6后为耦合镜13，特别是焦长为3.5至12mm非球面准直镜。耦合镜13后为光纤插芯14，光纤插芯14前端面放在耦合镜13焦距位置。光纤18为多模能量光纤，特别为光纤芯径为50至400um的光纤。
波分复用片6反射分支前为监控用的监控激光芯片8，激光芯片准直镜7，监控分光片9，而反射镜10，监控聚焦镜11，探测器芯片12位于监控分光片9另一分支光路后。监控激光芯片8，特别是波长为850+/-10nm或830+/-10nm，其输出功率为0.1mW至50mW。
监控激光芯片8后为激光芯片准直镜7，其把激光芯片8的发散光源变为准直光源，特别是焦长为1.5至4mm非球面准直镜。激光芯片准直镜7后为监控分光片9，与光路45度放置。特别监控分光片9反射率在20％至80％之间。其透射光通过波分复用片6反射后与照明光合束后经耦合透镜13耦合入光纤。监控分光片9与波分复用片6 90度放置，与光路成45角。光纤18后为光纤出光准直镜19，其把光纤18的发散光源变为准直光源，特别是焦长为1.5至4mm非球面准直镜，其焦点放在光纤出光面。
光纤出光准直镜19后为回光反光波分复用片20，与光路成0度放置，回光反光波分复用片20透射激光芯片2发出的光，反射监控激光芯片8发出的光，特别是透射带为450+/30nm，反射带为800至1000nm。
回光反光波分复用片20特别是波分复用片反射带450+/10nm,透射带为830+/10nm,或850+/10nm。回光反光波分复用片20后为光束扩散镜21，特别是焦长为-2至-15mm双凹透镜，照明光经光束扩散镜21变为发散光。
光束扩散镜21后为荧光激发帽22，照明光经光束扩散镜21变为发散光照在荧光激发帽22上激发荧光产生白光或其它各色照明光。荧光激发帽22球面与光束扩散镜21的虚焦同心。
监控分光片9右侧面为反射镜10，其与监控分光片9平行放置，与探测器芯片成45度，反射镜10后为监控聚焦镜11，特别是焦长为3.5至8mm平凸透镜。
监控聚焦镜11后为探测器芯片12，探测器芯片12的光敏面放在监控聚焦镜11的焦面位置。
替代方案：
上述其他技术方案不变的前提下，可以取消反射镜10，如图3示。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (10)

1.一种照明用带监控多管芯高功率激光照明系统，其特征在于：包括管壳(1)，所述管壳(1)前端设有电极一(23)，所述电极一(23)伸出管壳(1)设置，所述管壳(1)内设有多个激光发射单元，各激光发射单元形成高差设置且并排排列，各激光发射单元之间通过金丝相互连接，其中靠近电极一(23)的激光发射单元通过金丝与电极一(23)一端接连，远离电极一(23)的激光发射单元通过金丝和导带一(15)与电极一(23)另一端连接；每个激光发射单元包括热沉一、激光芯片(2)、快轴透镜(3)、慢轴透镜(4)及反射片(5)，所述热沉一内部设有激光芯片(2)，快轴透镜(3)贴合在激光芯片(2)上，所述快轴透镜(3)远离激光芯片(2)一端依次设有慢轴透镜(4)和反射片(5)；所述管壳(1)内还设有热沉二和热沉三，所述热沉二和热沉三分别与电极二(24)和电极三(25)连接，所述热沉二内部设有监控激光芯片(8)，所述监控激光芯片(8)前端依次设有激光芯片准直镜(7)，监控分光片(9)及波分复用片(6)，所述热沉三上设有探测器芯片(12)，所述探测器芯片(12)前端设有监控聚焦镜(11)，所述壳体(1)内且远离电极一(23)的一侧相对波分复用片(6)设有耦合透镜(13)；所述耦合透镜(13)远离波分复用片(6)的一侧设有光纤插芯(14)，所述光纤插芯(14)伸出壳体(1)后端且光纤插芯(14)上连接有光纤(18)，所述光纤(18)远离光纤插芯(14)的一端依次设有光纤出光准直镜(19)，回光反射镜(20)，光束扩散镜(21)及荧光激发帽(22)；
各个激光发射单元的激光芯片(2)发出的光分别通过对应的快轴透镜(3)、慢轴透镜(4)及反射片(5)后合束，再通过波分复用片(6)进入耦合透镜(13)，经耦合透镜(13)耦合聚焦后进入光纤插芯(14)的光纤(18)，经光纤(18)传输至远端的光纤出光准直镜(19)，并经回光反射镜(20)、光束扩散镜(21)至荧光激发帽(22)用于照明；
所述监控激光芯片(8)发出的光通过激光芯片准直镜(7)和监控分光片(9)，再通过波分复用片(6)进入耦合透镜(13)，经耦合聚焦后进入光纤插芯(14)的光纤(18)，经光纤(18)传输至远端的光纤出光准直镜(19)，并被回光反射镜(20)反射回来，反射回来的光通过波分复用片(6)和监控分光片(9)进入监控聚焦镜(11)并到达探测器芯片(12)。
2.根据权利要求1所述的一种照明用带监控多管芯高功率激光照明系统，其特征在于：所述各激光发射单元高差为0.2mm至0.5mm，从左到右由高到低依次排列。
3.根据权利要求1所述的一种照明用带监控多管芯高功率激光照明系统，其特征在于：所述监控聚焦镜(11)前端还设有反射镜(10)，监控激光芯片(8)发出的光被回光反射镜(20)反射回来，反射回来的光通过波分复用片(6)、监控分光片(9)及反射镜(10)进入监控聚焦镜(11)并到达探测器芯片(12)。
4.根据权利要求1所述的一种照明用带监控多管芯高功率激光照明系统，其特征在于：所述反射片(5)与激光芯片(2)的出射光束方向成45°。
5.根据权利要求1所述的一种照明用带监控多管芯高功率激光照明系统，其特征在于：所述波分复用片(6)与反射片(5)平行且与激光芯片(2)的出射光束方向成45°。
6.根据权利要求1所述的一种照明用带监控多管芯高功率激光照明系统，其特征在于：所述快轴透镜(3)和慢轴透镜(4)均为非球面柱面透镜，快轴透镜(3)焦距为0.3mm至0.5mm，慢轴透镜(4)焦距为3mm至8mm。
7.根据权利要求1所述的一种照明用带监控多管芯高功率激光照明系统，其特征在于：所述耦合透镜(13)为非球面准直镜且焦长为3.5至12mm。
8.根据权利要求1所述的一种照明用带监控多管芯高功率激光照明系统，其特征在于：所述光纤(18)为多模能量光纤且光纤芯径为50至400um。
9.根据权利要求1所述的一种照明用带监控多管芯高功率激光照明系统，其特征在于：所述光束扩散镜(21)为双凹透镜且焦长为-2至-15mm。
10.根据权利要求1所述的一种照明用带监控多管芯高功率激光照明系统，其特征在于：所述激光芯片准直镜(7)为非球面准直镜且焦长为1.5至4mm。
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