CN114135837A - 一种半导体激光器光源 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种半导体激光器光源，包括：基座，基座中开设有贯穿所述基座的冷却液进口和冷却液出口；透光灯罩，透光灯罩位于所述基座的一侧且与所述基座的边缘密封连接，所述透光灯罩与所述基座围成冷却腔，所述冷却腔与所述冷却液进口和冷却液出口连通；反光灯罩，所述反光灯罩位于所述透光灯罩的外侧；位于所述冷却腔中的荧光层，所述荧光层适于反射部分入射激光并激发出荧光至所述反光灯罩的内壁。冷却液通过冷却液进口进入冷却腔中并通过冷却液出口流出冷却腔以带走冷却腔中的热量，形成水循环冷却，散热效果好，防止半导体激光器光源发生过热异常，有利于提高半导体激光器光源性能的稳定性。

Description

一种半导体激光器光源

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种半导体激光器光源。

背景技术

LED光源因具有高效节能、成本低等优点，正逐步取代传统的电光源，成为第四代照明产品。但是LED光源仍然存在亮度低、光束质量不好、不能长距离照明、空气穿透能力有限、受天气影响严重等问题，对于飞机及高铁行驶照明，此类问题的影响更为严重。与LED同源的半导体激光器，除了具备高效节能、成本低的优势之外，还具备激光亮度高、光束质量好的优势，有望满足飞机及高铁照明的需求，但是由于半导体激光器照射光源中的荧光材料时存在明显的发热问题，使光源性能不稳定。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中半导体激光器光源的性能不稳定的问题，从而提供一种半导体激光器光源。

本发明提供一种半导体激光器光源，包括：基座，所述基座中开设有贯穿所述基座的冷却液进口和冷却液出口；透光灯罩，所述透光灯罩位于所述基座的一侧且与所述基座的边缘密封连接，所述透光灯罩与所述基座围成冷却腔，所述冷却腔与所述冷却液进口和冷却液出口连通；反光灯罩，所述反光灯罩位于所述透光灯罩的外侧；位于所述冷却腔中的荧光层，所述荧光层适于反射部分入射激光并激发出荧光至所述反光灯罩的内壁。

可选的，所述反光灯罩与所述基座的边缘可拆卸连接。

可选的，所述荧光层具有相对的受光面和背光面；所述半导体激光器光源还包括：增反层，所述增反层位于所述背光面；或者，所述增反层位于所述透光灯罩的部分外表面，且所述增反层与所述背光面相对设置；或者，所述增反层位于所述透光灯罩的部分内表面，且所述增反层与所述背光面相对设置。

可选的，所述增反层包括三棱镜增反层、凹面镜增反层或者反射膜增反层。

可选的，所述荧光层的材料包括钇铝石榴石陶瓷材料。

可选的，所述反光灯罩的焦点位于所述荧光层中，所述反光灯罩适于将所述荧光层出射的发散光反射成平行光束。

可选的，所述反光灯罩的形状为抛物面型；所述基座朝向所述反光灯罩的一侧的形状为凹面形。

可选的，还包括：支架，所述支架固定所述基座朝向所述荧光层的一侧和所述荧光层；或者，所述荧光层背向所述基座的一侧表面与所述透光灯罩固定连接。

可选的，所述反光灯罩的罩壁具有供入射激光入射所述荧光层的光入射口；或者，所述基座具有供入射激光入射至所述荧光层的光入射口。

可选的，还包括：位于所述灯罩外侧的半导体激光器，所述半导体激光器产生的激光适于通过所述光入射口。

可选的，所述半导体激光器适于产生蓝色激光，所述蓝色激光适于激发所述荧光层产生黄色激光，所述半导体激光器光源为白光光源。

可选的，所述光入射口中设有透镜，所述透镜适于整形所述入射激光。

本发明的技术方案具有以下有益效果：

1.本发明提供的半导体激光器光源，入射的部分激光进入所述荧光层后激发出和入射激光不同颜色的荧光，部分入射激光被荧光层反射，这样荧光和被反射的入射激光混合在一起形成需要的照明光。透光灯罩具有透光性，对激光亮度的损耗小，所述荧光层适于反射部分入射激光并激发出荧光至所述反光灯罩的内壁，反光灯罩能增加激光的亮度，因此能得到亮度高和光束质量好的光源。基座中开设有贯穿所述基座的冷却液进口和冷却液出口，透光灯罩与所述基座围成冷却腔，冷却液通过冷却液进口进入冷却腔中并通过冷却液出口流出冷却腔以带走冷却腔中的热量，形成水循环冷却，而荧光层放置在冷却腔中，因此对荧光层的散热效果好，防止半导体激光器光源发生过热异常，有利于提高半导体激光器光源性能的稳定性。

2.进一步，反光灯罩与所述基座的边缘可拆卸连接，有利于更换基座和透光灯罩构成的整体结构。

3.进一步，所述荧光层的材料包括钇铝石榴石陶瓷材料，即具备了荧光材料的荧光特性，又保持了陶瓷材料散热性好的优势。

4.进一步，所述反光灯罩的焦点位于所述荧光层中，所述反光灯罩适于将所述荧光层出射的发散光反射成平行光束，有利于形成高亮度的光束，使半导体激光器光源产生的光束穿透力好，能长距离传输适用于飞机及高铁行驶照明。

5.进一步，所述反光灯罩的形状为抛物面型。抛物面型的反光灯罩可将焦点位置的荧光层发出的光变为平行光，优化半导体激光器光源出射的光束的质量。

6.进一步，支架固定所述透光灯罩的内壁和所述荧光层，或者，所述荧光层背向所述基座的一侧表面与所述透光灯罩固定连接，有利于提高荧光层在冷却腔中的稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1至图6为本发明不同实施例提供的半导体激光器光源的结构示意图；

图7为增反层为凹面镜增反层时荧光层与增反层之间的位置关系示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

本发明一实施例提供一种半导体激光器光源，请参考图1，包括：

基座9，所述基座9中开设有贯穿所述基座9的冷却液进口7和冷却液出口8；

透光灯罩2，所述透光灯罩2位于所述基座9的一侧且与所述基座9的边缘密封连接，所述透光灯罩2与所述基座9围成冷却腔，所述冷却腔与所述冷却液进口7和冷却液出口8连通；

反光灯罩1，所述反光灯罩1位于所述透光灯罩2的外侧；

位于所述冷却腔中的荧光层3，所述荧光层3适于反射部分入射激光并激发出荧光至所述反光灯罩1的内壁。

所述基座9的材料包括金属材料，这样冷却液进口7和冷却液出口8更容易加工成型，也便于基座9与透光灯罩2密封。

基座9中开设有贯穿所述基座9的冷却液进口7和冷却液出口8，透光灯罩2与所述基座9围成冷却腔，冷却液通过冷却液进口7进入冷却腔中并通过冷却液出口8流出冷却腔以带走冷却腔中的热量，形成水循环冷却，而荧光层3放置在冷却腔中，因此对荧光层3的散热效果好，防止半导体激光器光源发生过热异常，有利于提高半导体激光器光源性能的稳定性。

在本实施例中，半导体激光器光源还包括：支架5，所述支架5固定所述基座9朝向所述荧光层3的一侧和所述荧光层3。在一个实施例中，支架5为透明支架，这样能防止支架5阻挡光束，能进一步提高光束质量。

请参考图1至图5，在图1至图5所示的不同实施例中，所述反光灯罩1的罩壁具有供入射激光入射的光入射口6，光入射口6至所述基座9的距离小于所述荧光层3至所述基座9的距离。

请参考图6，在图6所示的实施例中，所述基座9d具有供入射激光入射至所述荧光层3的光入射口6d。

光入射口中设有透镜，所述透镜适于整形所述入射激光，透镜可以是凸透镜或者非球面镜，可以把入射激光准直或者聚集或者按一定倍数成像。

所述荧光层3具有相对的受光面和背光面。

所述半导体激光器光源还包括：增反层4，所述增反层4位于所述背光面；或者，所述增反层4位于所述透光灯罩2的部分外表面，且所述增反层4与所述背光面相对设置；或者，所述增反层4位于所述透光灯罩2的部分内表面，且所述增反层4与所述背光面相对设置。

如图1所示，在图1所示的实施例中，荧光层3的受光面朝向基座9，由于半导体激光器光源没有采用增反层4，荧光层3背光面发出的光束随着传输距离的增加，被散射损耗。采用ZEMAX软件仿真本实施例提供的半导体激光器光源，在距离半导体激光器光源500cm、接收面积为9×9m²的测试条件下，测试点的光强度是光源强度的46％。

如图2所示，在图2所示的实施例中，荧光层3的受光面朝向基座9，在荧光层3背光面设置有增反层4，增反层4包括三棱镜增反层或者凹面镜增反层，请参考图7，当增反层4为凹面镜增反层时，荧光层3需放置在凹面镜增反层的球心10处，这样发散光束入射至凹面镜增反层表面时将返回至荧光层3进一步激发荧光层3，有利于提高荧光层3的转换效率；当增反层4为三棱镜增反层时，三棱镜增反层的长边需大于荧光层3的长度，这样可以将荧光层3所有位置处出射的发散光都能反射至反光灯罩1的表面；在本实施例中，增反层4为凹面镜反射层，荧光层3背光面发出的发散光束入射至凹面镜增反层表面时将返回至荧光层3进一步激发荧光层3，有利于提高荧光层3的转换效率，荧光层3背光面发出的发散光束被增反层4整形。采用ZEMAX软件仿真本实施例提供的半导体激光器光源，在距离半导体激光器光源500cm、接收面积为9×9m²的测试条件下，测试点的光强度是光源强度的65.2％，相比图1中的实施例有所提高。

如图3所示，在图3所示的实施例中，荧光层3的受光面朝向基座9，所述增反层4a位于所述透光灯罩2的部分外表面，由于增反层4a在透光灯罩2的外表面，形成增反层4a的过程简单、方便，增反层4a的面积根据实际情况合理选择，一方面应尽可能保证将荧光层3出射的大角度的发散光束能够反射至反光灯罩1，另一方面还要尽可能减小增反层4a对光束的遮挡。由于增反层4a没有与支架5和荧光层3接触，与图2中的实施例相比的优势在于，避免了增反层4a对支架5产生压力，能够提高半导体激光器光源的稳定性。

如图4所示，在图4所示的实施例中，增反层4为反射膜增反层。荧光层3的受光面朝向基座9，通过蒸镀工艺的镀膜方式在荧光层3的背光面形成增反层4b。与图3中的实施例相比的优势在于，能够完全避免增反层4b对光束的遮挡，采用ZEMAX软件仿真本实施例提供的半导体激光器光源，在距离半导体激光器光源500cm、接收面积为9×9m²的测试条件下，测试点的光强度是光源强度的64.5％，相比图1中的实施例有所提高，与图2中的实施例相差不大。

如图5所示，在图5所示的实施例中，通过镀膜方式在荧光层3c的背光面形成增反层4c，同时，把荧光层3c和增反层4c贴附在透光灯罩2c的内侧壁，这样去除了支架，使得半导体激光器光源的制备工艺和结构得到简化，半导体激光器光源的结构更加稳定，此外，还有利于缩小透光灯罩2c和基座9形成的整体结构的体积。

如图6所示，在图6所示的实施例中，荧光层3d的受光面朝向基座9d，通过镀膜方式在荧光层3d的背光面形成增反层4d，并且把荧光层3d和增反层4d贴附在透光灯罩2d朝向基座9d的内壁，同时，光入射口6d设置在基座9d中没有设置在反光灯罩1d中，使半导体激光器光源的结构进一步简化。

所述冷却腔中适于通入冷却液。

在一个实施例中，所述冷却液为冷却水。在其他实施例中，所述冷却液还可以选择其他的冷却液。

在一个实施例中，所述反光灯罩1与所述基座9的边缘可拆卸连接，有利于更换基座9和透光灯罩2构成的整体结构，便于维修，实用性强。在其他实施例中，所述反光灯罩1与所述基座9的边缘固定连接。

透光灯罩2的材质均匀，对光束的损耗小，且结构牢固，以保护冷却腔中的荧光层3不被外部环境损坏。

本实施例中，所述透光灯罩2的材料为透明材料。在一个实施例中，所述透光灯罩2对荧光层3发射处的发散光的透过率大于或等于95％。本实施例中，透光灯罩2具有透光性，对激光亮度的损耗小，所述荧光层3适于反射部分入射激光并激发出荧光至所述反光灯罩1的内壁。

本实施例中，反光灯罩1能增加激光的亮度，因此能得到亮度高和光束质量好的光源。反光灯罩1的内表面进行抛光特殊处理，并在内表面镀反射膜，反射膜可以是介质膜或者金属膜，并且基座9朝向所述反光灯罩1的一侧表面也镀有介质膜或者金属膜，可将入射光束几乎无损耗的反射出去。在一个实施例中，所述反光灯罩1对透过所述透光灯罩2的光的反射率大于或等于99％。

入射的部分激光进入荧光层3后激发出和入射激光不同颜色的荧光，部分入射激光被荧光层3反射，这样荧光和被反射的入射激光混合在一起形成需要的照明光。增反层4能将荧光层3朝向增反层4发射的大角度的荧光反射至反光灯罩1。

部分入射激光被荧光层3反射，部分入射激光穿过荧光层3之后被增反层4反射至荧光层3，增反层4反射至荧光层3的这部分入射激光激发所述荧光层3发射荧光，这样提高光转换效率和荧光材料的利用率，优化光质量。

需要说明的是，荧光层3被入射光的激发后，荧光层3中的粒子吸收入射光，进而从基态跃迁至激发态，并立即退激发出荧光。

在一个实施例中，所述荧光层3的厚度为0.2mm～2mm，例如0.2mm、0.5mm、1mm、1.5mm、1.8mm或者2mm。若所述荧光层3的厚度大于2mm，则不利于散热；若所述荧光层3的厚度小于0.2mm，则半导体激光器光源的应用性不强。

半导体激光器光源还包括：位于所述灯罩外侧的半导体激光器(图中未示出)，例如，高功率半导体激光器，半导体激光器优选小尺寸的半导体激光器，方便安装固定，也使得整体光源系统小型化，所述半导体激光器产生的激光适于通过所述光入射口6，具体地，半导体激光器的出光窗口可以直接固定在光入射口6，也可以以光纤输出方式通过光纤连接头的方式固定在光入射口6。在一个具体的实施例中，所述半导体激光器的功率大于等于100mW。

在一个实施例中，所述半导体激光器适于产生蓝色激光，所述蓝色激光适于激发所述荧光层3产生黄色光束，也就是，荧光层3被蓝色激光照射后，粒子吸收蓝光从基态跃迁到激发态，并立即退激发出黄色光束，蓝色激光和黄色光束混合得到白光，在这种情况下，所述半导体激光器光源为白光光源，荧光层3出射的光包括白光，通过反光灯罩1反射至反光灯罩1的内表面被整型，未被荧光层3吸收的蓝色激光经增反层4反射回荧光层3，进一步转换为黄色光束，提高了荧光层3的转换效率和荧光层3材料的利用率，能优化白光的色度。

在一个实施例中，所述荧光层3的材料包括钇铝石榴石陶瓷材料(YAG荧光材料)，即具备了荧光材料的荧光特性，又保持了陶瓷材料散热性好的优势。在其他实施例中，荧光层3的材料还可以选择其他的材料，只要满足入射至荧光层3的激光能被荧光层3激发出和入射激光具有不同颜色的光且波长能匹配荧光产生白光即可。

在一个实施例中，所述反光灯罩1的焦点位于所述荧光层3中，所述反光灯罩1适于将所述荧光层3出射的发散光反射成平行光束，有利于形成高亮度的光束，使半导体激光器光源产生的光束穿透力好，能长距离传输适用于飞机及高铁行驶照明。

在一个实施例中，所述反光灯罩1的形状为抛物面型。抛物面型的反光灯罩1可将焦点位置的荧光层3发出的光变为平行光，优化半导体激光器光源出射的光束的质量，提高光束的亮度，也就是增加了光束的穿透力，使半导体激光器光源能够适用于各种不同的天气环境。

在一个实施例中，所述基座9朝向所述反光灯罩1的一侧的形状为凹面形，在这种情况下，透光灯罩2的形状可以是与基座9相匹配的四分之三球形。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种半导体激光器光源，其特征在于，包括：

基座，所述基座中开设有贯穿所述基座的冷却液进口和冷却液出口；

透光灯罩，所述透光灯罩位于所述基座的一侧且与所述基座的边缘密封连接，所述透光灯罩与所述基座围成冷却腔，所述冷却腔与所述冷却液进口和冷却液出口连通；

反光灯罩，所述反光灯罩位于所述透光灯罩的外侧；

位于所述冷却腔中的荧光层，所述荧光层适于反射部分入射激光并激发出荧光至所述反光灯罩的内壁。

2.根据权利要求1所述的半导体激光器光源，其特征在于，所述反光灯罩与所述基座的边缘可拆卸连接。

3.根据权利要求1所述的半导体激光器光源，其特征在于，所述荧光层具有相对的受光面和背光面；

所述半导体激光器光源还包括：增反层，所述增反层位于所述背光面；或者，所述增反层位于所述透光灯罩的部分外表面，且所述增反层与所述背光面相对设置；或者，所述增反层位于所述透光灯罩的部分内表面，且所述增反层与所述背光面相对设置。

4.根据权利要求3所述的半导体激光器光源，其特征在于，所述增反层包括三棱镜增反层、凹面镜增反层或者反射膜增反层。

5.根据权利要求1所述的半导体激光器光源，其特征在于，所述荧光层的材料包括钇铝石榴石陶瓷材料。

6.根据权利要求1所述的半导体激光器光源，其特征在于，所述反光灯罩的焦点位于所述荧光层中，所述反光灯罩适于将所述荧光层出射的发散光反射成平行光束。

7.根据权利要求1所述的半导体激光器光源，其特征在于，所述反光灯罩的形状为抛物面型；所述基座朝向所述反光灯罩的一侧的形状为凹面形。

8.根据权利要求1所述的半导体激光器光源，其特征在于，还包括：支架，所述支架固定所述基座朝向所述荧光层的一侧和所述荧光层；

或者，所述荧光层背向所述基座的一侧表面与所述透光灯罩固定连接。

9.根据权利要求1所述的半导体激光器光源，其特征在于，

所述反光灯罩的罩壁具有供入射激光入射所述荧光层的光入射口；

或者，所述基座具有供入射激光入射至所述荧光层的光入射口。

10.根据权利要求9所述的半导体激光器光源，其特征在于，还包括：位于所述灯罩外侧的半导体激光器，所述半导体激光器产生的激光适于通过所述光入射口；

优选的，所述半导体激光器适于产生蓝色激光，所述蓝色激光适于激发所述荧光层产生黄色激光，所述半导体激光器光源为白光光源；

优选的，所述光入射口中设有透镜，所述透镜适于整形所述入射激光。

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