CN210920997U - 一种光纤传能白光照明装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种光纤传能白光照明装置，该装置包括激光器、第一传能光纤、光纤分束器、第二传能光纤、光纤连接器、白光发光玻璃半球珠、匀光板、PVC基板、第一光控开关、第三传能光纤、第二光控开关以及第二光控开关与激光器之间的连接导线。本实用新型利用传能光纤将泵浦激光传输至运程应用端，用于激励白光发光玻璃发射白光，并利用二级光控开关控制泵浦激光，从而实现了远程可控的光和电分离式光纤传能白光照明，为油库、弹药库、矿区、化工厂等不能直接通电的易燃易爆危险场所提供了安全照明。

Description

一种光纤传能白光照明装置

技术领域

本实用新型涉及光纤传能照明领域，具体而言涉及一种光纤传能白光照明装置。

背景技术

传能光纤又称功率光纤，具有高功率传输能力、大芯径、良好的柔韧性、较高的强度、低传输损耗和高透光率等优良性能，可用于制造光纤激光器，光纤传感器，以及应用于光谱测量，激光焊接、建筑装饰、激光医疗、照明等领域。传能光纤根据包层材质不同可以分为石英包层传能光纤和塑料包层传能光纤。石英包层传能光纤是指包层为纯石英或掺氟石英材质的传能光纤，一般可以应用到大功率激光传输工作环境；塑料包层传能光纤是指包层为低折射率的掺氟丙烯酸树脂或耐高温的聚酰亚胺材质的传能光纤。

光纤本身的导体主要是由玻璃材料（SiO₂）所抽丝而制成，它的传输是利用光经由高折射率的介质，以高于临界角的角度进入低折射率介质会产生全反射的原理，让光在这个介质里能够维持光波形的特性来进行传输。其中高折射率的核心部分，就是光传输的主要通道。而低折射率的外壳，则包覆住整个纤芯，由于纤芯的折射率比外壳高出很多，所以会产生全反射，光也因此可以在核心里来传输。由于光纤的自身特性和光的直线传播原理，光纤在理论上可以把光线传播到任何地方，因此根据此特性光纤可以应用于照明领域。利用传能光纤进行照明是一项近年兴起的高科技照明技术，其应用领域非常广泛，光纤照明被应用在室内局部效果照明、广告牌照明、建筑物室外公共区域的引导性照明、室内外水下照明和建筑物轮廓及立面照明之中，可具有良好的照明效果。

利用传能光纤进行照明有两种方式，一种是通过传能光纤把光源发生器的光线传播到指定区域直接用于照明；另一种是利用传能光纤传输特定波长的激光，再利用激光激发发光介质发光从而进行照明。其中，第一种方式利用传能光纤直接传输照明光进行照明存在损耗大，无法进行远距离传输，且通常还存在只能传输单一颜色的光等问题。而第二种方式，利用传能光纤传输特定波长的激光作为激发光，可实现低损耗、远距离传输至指定区域，再激发发光介质进行照明。因此，利用传能光纤照明，可实现光和电的分离，保证了无电环境下的安全照明。

安全生产是当今被广泛提起和讨论的问题，也是不容忽视的重要环节。尤其是在一些特殊危险领域，比如在油库、矿区、化工厂、弹药库等严禁火种入内的危险场合，如何做到既安全又高效地照明一直以来都是一个难题。常用的照明装置输出端基本都带有电气设备，依靠电气设备来激励照明，没有实现光和电的分离，因此普通的照明设备都有明火的危险，如果在油库、矿区、化工厂、弹药库等易燃易爆危险场所使用可能会因为照明电气设备而引发火灾、爆炸等安全事故，有着极大的安全隐患。

因此，需要提出一种新兴的安全照明装置，在既不影响照明效果的情况下又做到去除输出端的电气设备，充分保证安全。作为一项近年兴起的高科技照明技术，光纤照明是一种光电分离的照明方式，光纤照明输出端没有任何电气设备，因此在具有火险、爆炸性气体的场所，它也是一个安全的光源，因此可从根本上杜绝油库、弹药库等易燃易爆危险场所中因照明电气设备引发的触电、火灾和爆炸事故。光纤照明在实际应用方面有极大的潜力。

实用新型内容

为了克服上述现有技术的不足，本实用新型提供了提供一种光纤传能白光照明装置，为油库、矿区、化工厂、弹药库等不能直接通电的危险特殊环境提供安全的白光照明 。

本实用新型所采用的技术方案是：一种光纤传能白光照明装置，包括激光器、第一传能光纤、光纤分束器、第二传能光纤、光纤连接器、白光发光玻璃半球珠、匀光板、PVC基板、第一光控开关、第三传能光纤和第二光控开关，激光器依次连接第一传能光纤、光纤分束器，其中：

光纤分束器具有若干输出端，每一个输出端通过一根第二传能光纤连接一个光纤连接器和一个白光发光玻璃半球珠；

每一个白光发光玻璃半球珠一侧通过一个光纤连接器固定于PVC基板表面，并且白光发光玻璃半球珠另一侧覆盖有匀光板，以发射均匀光源；

所述第一光控开关，具有：

-固定在壳体内的指示白光发光玻璃半球珠；

-光学反射镜，以及用于使光学反射镜转动的传动轴和旋钮开关，旋钮开关和光学反射镜具有开和关两种位置：开位置下，第二光纤连接器和指示白光发光玻璃半球珠的光通道打开；关位置下，第二光纤连接器、光学反射镜和第三光纤连接器的光通道打开；

-第二光纤连接器和第三光纤连接器；

其中第二光纤连接器通过一根第二传能光纤连接到光纤分束器，第三光纤连接器通过第三传能光纤连接第二光控开关；

所述第二光控开关通过一根导线连接激光器，以控制激光器的启停状态。

进一步地，激光器为半导体激光器、光纤激光器、固体激光器中的其中一种。

进一步地，激光器的输出波长为355 nm、532 nm、808 nm、980 nm、1064 nm、1550nm的其中一种。

进一步地，第一传能光纤为芯包层结构石英多模光纤，纤芯折射率为1.517，直径为105 μm，包层折射率为1.501，直径为125 μm，数值孔径0.22。

进一步地，光纤连接器、第二光纤连接器和第三光纤连接器的输出端为SMA905、FC/PC或FC/APC标准接口。

进一步地，白光发光玻璃半球珠和指示白光发光玻璃半球珠为氟磷酸盐玻璃半球珠，其化学组分为NaPO₃-Al(PO₃)₃-NaF-BaF₂，摩尔百分比为38:24:16:22。

进一步地，匀光板为亚克力板丝网印刷导光网点。

进一步地，第三传能光纤与第一传能光纤为结构相同的多模光纤，用于将耦合进第三传能光纤的激光传输至第二光控开关。

进一步地，第二光控开关为光电二极管构成的光控电开关，位于远离照明区域激光器端，用于将第三传能光纤传输的激光信号转换成电信号，再利用导线连接至激光器供电电路之中，实现对激光器的关断。

进一步地，光纤分束器为1×16多模光纤平面光波导分束器，一端接第一传能光纤，另一端接16根第二传能光纤。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是： 1、本实用新型光纤传能白光照明装置是一种光电分离的照明方式，光纤照明输出端没有任何电气设备，利用二级光控开关，可将发光玻璃的工作状态通过第一光控开关的工作状态反馈到远端第二光控开关处，利用第二光控开关中的光电二极管将激光信号转换成电信号，可实现对激光器的关断，从而达到对远端照明光的开关的目的。由于照明输出端不依靠电气设备，实现光电分离，充分保证了一些特殊危险场所的照明安全。

2、一般的商用白光LED通常将YAG黄色荧光粉涂敷于蓝色LED芯片上， 再使用有机树脂材料进行封装。而荧光粉及封装材料由于导热性低，易老化与变黄，严重影响器件寿命。本实用新型利用的氟磷酸盐玻璃是一种具有高的光学透过率、优良的光学性能、稳定的理化性质等优点的固态荧光体，可有效避免上述问题，能实现高效纯白光发射，特别适用于照明光源。

附图说明

图1是本实用新型所述一种光纤传能白光照明装置结构示意图；

图2是本实用新型的白光发光玻璃半球珠在PVC基板上的分布图；

图3是本实用新型的光纤连接器与白光发光玻璃半球珠单元结构示意图；

图4是本实用新型的输出白光光谱；

图5是本实用新型的第一光控开关结构示意图。

图中标号为：1、激光器，2、第一传能光纤，3、光纤分束器，4、第二传能光纤，5、光纤连接器，6、白光发光玻璃半球珠，7、匀光板，8、PVC基板，9、第一光控开关，91、指示白光发光玻璃半球珠，92、旋钮开关，93、传动轴， 94、光学反射镜，95、第二光纤连接器，96、第三光纤连接器，10、第三传能光纤，11、第二光控开关，12、光学反射镜，13、传动轴，14、旋钮开关。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”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实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的组合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实用新型的限制。另外，本实用新型实施例的描述过程中，所有图中的“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等器件位置关系，均以图1为标准。

如图1所示，一种光纤传能白光照明装置，包括激光器1、第一传能光纤2、光纤分束器3、第二传能光纤4、光纤连接器5、白光发光玻璃半球珠6、匀光板7、PVC基板8、第一光控开关9、第三传能光纤10和第二光控开关11，激光器1依次连接第一传能光纤2、光纤分束器3，其中：

光纤分束器3具有若干输出端，每一个输出端通过一根第二传能光纤4连接一个光纤连接器5和一个白光发光玻璃半球珠6；

每一个白光发光玻璃半球珠6一侧通过一个光纤连接器5固定于PVC基板8表面，并且白光发光玻璃半球珠6另一侧覆盖有匀光板7，以发射均匀光源；

所述第一光控开关9，具有：

-固定在壳体内的指示白光发光玻璃半球珠91；

-光学反射镜94，以及用于使光学反射镜94转动的传动轴93和旋钮开关92，旋钮开关92和光学反射镜94具有开和关两种位置：开位置下，第二光纤连接器95和指示白光发光玻璃半球珠91的光通道打开；关位置下，第二光纤连接器95、光学反射镜94和第三光纤连接器96的光通道打开；

-第二光纤连接器95和第三光纤连接器96；

其中第二光纤连接器95通过一根第二传能光纤4连接到光纤分束器3，第三光纤连接器96通过第三传能光纤10连接第二光控开关11；

所述第二光控开关11通过一根导线连接激光器1，以控制激光器1的启停状态。

优选地，激光器1为半导体激光器、光纤激光器、固体激光器中的其中一种，用于激励白光发光玻璃半球珠6发光，激光器1的输出波长为355 nm、532 nm、808 nm、980 nm、1064nm、1550 nm的其中一种。作为一种实施例，激光器1为飞秒光纤激光器。具体的，激光器1的中心波长为1.064 μm，脉冲宽度为150 fs，重复频率为80 MHz，最大功率为5W，具有耦合效率高、体积小、重量轻等优势。

优选地，第一传能光纤2为芯包层结构石英多模光纤，利用第一传能光纤2将激光器1输出的激光长距离传输至光纤分束器3。纤芯折射率为1.517，直径为105 μm，包层折射率为1.501，直径为125 μm，数值孔径0.22。

优选地，光纤连接器5、第二光纤连接器95和第三光纤连接器96的输出端为SMA905或FC/PC或FC/APC标准接口。

参见图2所示，作为更佳的实施例所述光纤分束器3为1×16多模光纤平面光波导分束器，一端接第一传能光纤2，另一端接16根第二传能光纤4，将第一传能光纤2传输输入的激光均匀地分成16份，再分别由16根第二传能光纤4传输至白光发光玻璃半球珠6。所述的第二传能光纤4与第一传能光纤2选择相同结构的多模光纤，共16根，16根第二传能光纤4的一端分别连接1×16光纤分束器3的16个输出端，另一端分别连接16个光纤连接器5。所述光纤连接器5用于连接第二传能光纤4，以提供标准输出接口。光纤连接器4的输出端可为SMA905或FC/PC或FC/APC等型标准接口。

作为其中的一种实施例，光纤连接器4的接头选为SMA905，该接头带有不锈钢插芯，特别适合大芯径光纤。所述16个光纤连接器5中的15个按3×5方式排列均匀分布于PVC基板8之内，最后1个光纤连接器5与第一光控开关9连接。

所述白光发光玻璃半球珠6为氟磷酸盐玻璃半球珠，作为其中的一种实施例，白光发光玻璃半球珠6的化学组分为NaPO₃-Al(PO₃)₃-NaF-BaF₂，摩尔百分比为38:24:16:22，制作16颗半径为1 mm的半球珠，将其中15颗所述白光发光玻璃半球珠6按图2所示3×5方式排列，均匀布设在所述PVC基板8表面，使其球心与按3×5方式排列均匀分布于PVC基板之内的15个光纤连接器5输出接口紧密贴合，用于将第二传能光纤传输的泵浦激光输出激发白光发光玻璃半球珠发射白光，具体如图3所示。从而使第二传能光纤4传输的泵浦激光能有效地激发白光发光玻璃半球珠6，实现15个阵列点光源同时发射白光。

作为其中的一种实施例，激光器1为飞秒光纤激光器，中心波长为1.064 μm，脉冲宽度为150 fs，重复频率为80 MHz，最大功率为5W，当飞秒脉冲激光照射至白光发光玻璃半球珠6表面，由于氟磷酸盐玻璃的多光子吸收特性，能有效的激发白光发光玻璃半球珠6发射出白光，对应白光光谱如图4所示。

所述匀光板7可以设计为亚克力板切割抛光后丝网印刷导光网点，利用均匀分散在匀光板中的纳米粒子的光散射效应，将由15个光纤连接器5输出的泵浦激光激发白光发光玻璃半球珠发出的点光源阵列转变为均匀的面光源，从而实现环境友好的白光照明。

结合图5，所述第一光控开关9主要由光学反射镜94、传动轴93及旋钮开关92组成，第二光纤连接器95通过第二传能光纤4与1×16光纤分束器3的1个输出端相连，第三光纤连接器96通过第三传能光纤10连接第二光控开关11。

作为其中的一种实施例，所述第三传能光纤10为与第一传能光纤2为结构相同的多模光纤，用于将耦合进第三传能光纤10的激光传输至第二光控开关11；

所述第二光控开关11为市售的由光电二极管构成的光控电开关，位于远离照明区域的激光器端，用于将第三传能光纤10传输的激光信号转换成电信号，再利用导线连接至激光器1供电电路。

结合图5，第一光控开关9处于开状态时，激光器1输出激光经第一传能光纤2、光纤分束器3、第二传能光纤4传输至白光发光玻璃半球珠6处，激光激发玻璃发射白光，提供照明光源；与第一光控开关9一端相连的第二光纤连接器95亦有激光输入，通过一段空间光路，可激发其光路末端上的指示白光发光玻璃半球珠91发光，用于显示为“开”工作状态；

第一光控开关处于关状态时，利用旋钮开关92通过传动轴93在第三光纤连接器96与白光发光玻璃半球珠6空间光路之间移入光学反射镜12，将由第三光纤连接器96输入的激光反射进第三传能光纤10，经第三传能光纤10传输至远端第二光控开关11；第二光控开关11接收到第三传能光纤10传输的激光，利用其中的光电二极管的光电转换特性，将激光信号转换成电信号，再利用导线连接至激光器1的供电电路之中，控制电源实现对激光器1的关断。此时指示白光发光玻璃半球珠91没有泵浦激光激发不再发光，显示为“关”工作状态。

本实用新型利用的氟磷酸盐白光玻璃是一种具有高透过率、优良光学性能、稳定物化性质等优点的重要发光玻璃基质材料，可实现高效纯白光发射；利用本实用新型的光纤传能白光照明装置，可以实现远程可控的光和电分离式光纤传能白光照明，为油库、弹药库、矿区、化工厂等不能直接通电的易燃易爆危险场所提供了安全照明。

本实用新型的实施例公布的是较佳的实施例，但并不局限于此，本领域的普通技术人员，极易根据上述实施例，领会本实用新型的精神，并做出不同的引申和变化，但只要不脱离本实用新型的精神，都在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种光纤传能白光照明装置，其特征在于：包括激光器（1）、第一传能光纤（2）、光纤分束器（3）、第二传能光纤（4）、光纤连接器（5）、白光发光玻璃半球珠（6）、匀光板（7）、PVC基板（8）、第一光控开关（9）、第三传能光纤（10）和第二光控开关（11），激光器（1）依次连接第一传能光纤（2）、光纤分束器（3），其中：

光纤分束器（3）具有若干输出端，每一个输出端通过一根第二传能光纤（4）连接一个光纤连接器（5）和一个白光发光玻璃半球珠（6）；

每一个白光发光玻璃半球珠（6）一侧通过一个光纤连接器（5）固定于PVC基板（8）表面，并且白光发光玻璃半球珠（6）另一侧覆盖有匀光板（7），以发射均匀光源；

所述第一光控开关（9），具有：

-固定在壳体内的指示白光发光玻璃半球珠（91）；

-光学反射镜（94），以及用于使光学反射镜（94）转动的传动轴（93）和旋钮开关（92），旋钮开关（92）和光学反射镜（94）具有开和关两种位置：开位置下，第二光纤连接器（95）和指示白光发光玻璃半球珠（91）的光通道打开；关位置下，第二光纤连接器（95）、光学反射镜（94）和第三光纤连接器（96）的光通道打开；

-第二光纤连接器（95）和第三光纤连接器（96）；

其中第二光纤连接器（95）通过一根第二传能光纤（4）连接到光纤分束器（3），第三光纤连接器（96）通过第三传能光纤（10）连接第二光控开关（11）；

所述第二光控开关（11）通过一根导线连接激光器（1），以控制激光器（1）的启停状态。

2.根据权利要求1所述的一种光纤传能白光照明装置，其特征在于：所述激光器（1）为半导体激光器、光纤激光器、固体激光器中的其中一种。

3.根据权利要求2所述的一种光纤传能白光照明装置，其特征在于：所述激光器（1）的输出波长为355 nm、532 nm、808 nm、980 nm、1064 nm、1550 nm的其中一种。

4.根据权利要求1所述的一种光纤传能白光照明装置，其特征在于：第一传能光纤（2）为芯包层结构石英多模光纤，纤芯折射率为1.517，直径为105 μm，包层折射率为1.501，直径为125 μm，数值孔径0.22。

5.根据权利要求1所述的一种光纤传能白光照明装置，其特征在于：光纤连接器（5）、第二光纤连接器（95）和第三光纤连接器（96）的输出端为SMA905或FC/PC或FC/APC标准接口。

6.根据权利要求1所述的一种光纤传能白光照明装置，其特征在于：白光发光玻璃半球珠（6）和指示白光发光玻璃半球珠（91）为氟磷酸盐玻璃半球珠，其化学组分为NaPO₃-Al(PO₃)₃-NaF-BaF₂，摩尔百分比为38:24:16:22。

7.根据权利要求1所述的一种光纤传能白光照明装置，其特征在于：匀光板（7）为亚克力板丝网印刷导光网点。

8.根据权利要求1-7任意一项所述的一种光纤传能白光照明装置，其特征在于：第三传能光纤（10）与第一传能光纤（2）为结构相同的多模光纤，用于将耦合进第三传能光纤（10）的激光传输至第二光控开关（11）。

9.根据权利要求8所述的一种光纤传能白光照明装置，其特征在于：第二光控开关（11）为光电二极管构成的光控电开关。

10.根据权利要求1所述的一种光纤传能白光照明装置，其特征在于：所述光纤分束器（3）为1×16多模光纤平面光波导分束器，一端接第一传能光纤（2），另一端接16根第二传能光纤（4）。

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