CN212377786U - 一种激光光源装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种激光光源装置，该装置包括沿光的传播方向依次设置的激光源、准直透镜、聚焦透镜、散射片、光阑、荧光器件和透明光学介质；激光源包括至少一个激光二极管，用于发射平行激光光束；光阑设于一反光罩的中心位置，光阑用于透过激光光束和阻隔荧光和反射的激光光束；激光源发射的激光光束经准直透镜准直、聚焦透镜聚焦和散射片散射后照射至光阑，再透射过光阑到达荧光器件，经荧光器件的荧光作用照射于反光罩的内凹面，经内凹面的反射后经透明光学介质输出，产生输出光。本实用新型提高了光功率密度的同时实现光路对荧光的较小遮挡，提高了整体效率。

Description

一种激光光源装置

技术领域

本实用新型涉及激光照明技术领域，特别是涉及一种激光光源装置。

背景技术

目前，采用蓝色激光泵浦荧光材料获得白光、黄光、绿光和红光以其性价比高、可靠性高的特点，已经成为了激光照明的主流技术。

通常，反射式泵浦光路比透射式泵浦光路能够获得更高的光功率密度。

图1是现有的一种反射式泵浦光路。但该光路对荧光有较大的遮挡，有较大的光损失；荧光材料和蓝光激光器在同一侧，发热量比较集中，不利于散热。同时作为发热量较大的蓝光激光器，其发热部分位于光路中心轴的一侧，也不利于整体散热的设计。

因此，如何提供一种来减小光路对荧光的遮挡，提高激光利用率成为本领域亟待解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种激光光源装置，以提高光功率密度的同时实现光路对荧光的较小遮挡，提高了整体效率。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种激光光源装置，所述装置包括沿光的传播方向依次设置的激光源、准直透镜、聚焦透镜、散射片、光阑、荧光器件和透明光学介质；

所述激光源包括至少一个激光二极管，用于发射平行激光光束；

所述光阑设于一反光罩的中心位置，所述光阑用于透过激光光束和阻隔荧光和反射的激光光束；

所述激光源发射的激光光束经所述准直透镜准直、所述聚焦透镜聚焦和所述散射片散射后照射至所述光阑，再透射过所述光阑到达所述荧光器件，经所述荧光器件的荧光作用照射于所述反光罩的内凹面，经所述内凹面的反射后经所述透明光学介质输出，产生输出光。

可选的，所述激光源包括多个蓝色激光二极管，多个所述蓝色激光二极管发射的多束激光光束整形成相互平行且相邻光束间距在预设间距范围内的平行激光光束。

可选的，所述光阑的中心与所述聚焦透镜的焦点在同一直线上，且所述光阑的外轮廓尺寸大于经所述聚焦透镜再经所述散射片后的激光光束的径向尺寸。

可选的，所述反光罩具有开口和内凹面，所述开口朝向激光光束的传播方向的前方，所述内凹面设有反光涂层。

可选的，所述反光罩的尺寸和内凹面的曲率决定产生的输出光的角度。

可选的，所述装置还包括设置于所述透明光学介质的光路前方的透镜，调整所述透镜的尺寸和所述透镜与所述透明光学介质的距离得到平行光或具有角度的光；所述透镜为凹面镜和/或凸透镜。

可选的，所述透明光学介质用于透射400nm～700nm的可见光，所述透明光学介质的材料为光学晶体、光学玻璃、光学陶瓷或光学塑料，所述透明光学介质为平片或凹透镜。

可选的，所述荧光器件包括反射层和荧光层，所述反射层设于所述荧光层与所述透明光学介质之间，所述反射层与所述荧光层的形状和大小均相同。

可选的，所述反射层为反射膜或反射金属层；

所述反射膜镀设在所述透明光学介质表面，所述反射膜为铝膜、银膜或介质层；

所述反射金属层胶粘或焊接在所述透明光学介质表面，所述反射金属层为高反射率金属铝。

可选的，所述荧光器件与所述透明光学介质之间还设置有金属铜层、铜线或热管；所述金属铜层胶粘在所述透明光学介质表面或所述金属铜层嵌入在所述透明光学介质；所述铜线或所述热管胶粘或焊接在所述透明光学介质表面。

根据本实用新型提供的具体实施例，本实用新型公开了以下技术效果：本实用新型提供的激光光源装置形成的泵浦光路沿光的传播方向依次有激光源、准直透镜、聚焦透镜、散射片、光阑、荧光器件和透明光学介质，使得本光路更紧凑，也就缩小了该装置的体积。并且本实用新型中在光路上避免了对荧光的遮挡，提高了光功率密度和整体装置的效率。另外本实用新型将激光光源的散热与荧光器件的散热分开设置，减小了热密度，也就提高了散热效率，延长该装置的使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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为现有技术中反射式泵浦光路的结构图；

图2为本实用新型实施例1提供的激光光源装置的结构图；

图3为本实用新型中荧光器件与透明光学介质结构关系实例A的结构图；

图4为本实用新型中荧光器件与透明光学介质结构关系实例B第一种实施方式的结构图；

图5为本实用新型中荧光器件与透明光学介质结构关系实例B第二种实施方式的结构图；

图6为本实用新型中荧光器件与透明光学介质结构关系实例C的主视图；

图7为图6的第一种实施方式的俯视图；

图8为图6的第二种实施方式的俯视图；

图9为本实用新型实施例1提供的激光光源装置的出射光为聚焦光的示意图；

图10为本实用新型实施例1提供的激光光源装置的出射光为平行光的示意图；

图11为本实用新型实施例1提供的激光光源装置的出射光为具有角度的光的示意图；

图12为本实用新型实施例2提供的激光光源装置的结构图；

图13为本实用新型实施例3提供的激光光源装置的结构图；

图14为本实用新型实施例4提供的激光光源装置的结构图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

实施例1

如图2所示，本实施例1提供的激光光源装置包括沿光的传播方向依次设置的激光源1、准直透镜2、聚焦透镜3、散射片4、光阑5、荧光器件7和透明光学介质8。激光源1发射的激光光束经准直透镜2准直、聚焦透镜3聚焦和散射片4散射后照射至光阑5，再透射过光阑5到达荧光器件7，经荧光器件7的荧光作用照射于反光罩6的内凹面，经内凹面的反射和散射后经透明光学介质8输出，产生输出光。

图1中各部分的尺寸范围为：

D₁:Φ2-30mm；D₂:Φ10-200mm；D₃:Φ12-220mm；D₄:Φ1-10mm；

d:Φ30-450mm；

各个尺寸的关系为：0.4＜D₁/d＜0.8；D₂/D₁＞5；D₃/D₄＞12

准直透镜2和聚焦透镜3之间的距离可根据设计装置时的需要做自由的调整，散射片4位于聚焦透镜3的焦点之前。通常，散射片4越靠近焦点，焦点处的泵浦强度越高，越能获得更高的光功率密度。可以根据需要选择合适的散射片4位置。

其中，激光源1包括至少一个激光二极管，用于发射平行激光光束；

在本实用新型的各个实施例中，该激光源1可以是单个蓝色激光二极管，也可以为多个蓝色激光二极管。当为多个蓝色激光二极管时，多个蓝色激光二极管发射的多束激光光束整形成相互平行且相邻光束间距在预设间距范围内的平行激光光束。预设间距范围尽可能小即可。

光阑5设于一反光罩6的中心位置，光阑用于透过激光光束和阻隔荧光和反射的激光光束。在本实用新型的各个实施例中，该光阑5的作用为让蓝色激光透过，同时尽量让荧光和反射的蓝色激光不透过该光阑5。由于蓝色激光通过聚焦透镜3后，是以汇聚的状态通过光阑5，那么要求光阑5的中心与聚焦透镜3的焦点在同一直线上，且光阑5的外轮廓尺寸大于经聚焦透镜3再经散射片4后的激光光束的径向尺寸。该光阑5的形状可以是但不限于方形或圆形。

反光罩6具有开口和内凹面，开口朝向激光光束的传播方向的前方，内凹面设有反光涂层。反光罩6的材料为透明介质或金属，在透明介质或金属上需镀上反射率较高的反光涂层，比如铝膜或银膜。透明介质可以是光学晶体、光学玻璃、光学陶瓷以及光学塑料。反光罩6的内凹面型可以是球面、抛物面、椭球面以及自由曲面等，根据应用的要求可以选择合适的面型。

透明光学介质8用于透射400nm～700nm的可见光，镀膜后透过率在98％以上。该透明光学介质一方面可以透光，另一方面可以给荧光材料散热，同时给荧光器件7提供合适的机械强度以附着在表面。透明光学介质8的材料为光学晶体、光学玻璃、光学陶瓷或光学塑料，优先选择导热性较好的透明光学介质，如蓝宝石等。透明光学介质8为平片或凹透镜。

荧光器件7包括反射层71和荧光层72，反射层71设于荧光层72与透明光学介质8之间，反射层71与荧光层72的形状和大小均相同，具体参见图3。

实例A：如图3所示，在该实例A中，反射层71为反射膜，反射膜镀设在透明光学介质8表面，反射膜为铝膜、银膜或介质层；

该实例A中的反射层71还可以为反射金属层，该反射金属层胶粘或焊接在透明光学介质8表面，反射金属层为高反射率金属铝。

无论是反射膜还是反射金属层都是对荧光进行反射，使反射光照射至反光罩6的内凹面。

实例B的实施方式一：如图4所示，该实例B中与实例A不同的是，荧光器件7与透明光学介质8之间还设置有金属铜层73，该金属铜层73与荧光层72的形状和大小均相同，且金属铜层胶粘或焊接在透明光学介质表面，反射层71胶粘于金属铜层73的表面，使荧光器件7能更好的散热，使得荧光薄膜能够承受更高的功率密度。

实例B的实施方式二：如图5所示，该实施方式二与上述实例B的实施方式一不同的是，金属铜层73嵌入在透明光学介质中，这种设置方式不仅使荧光薄膜有更好的散热效果，同时还能够减少输出光对的遮挡。

实例C：如图6所示，该实例C与实例B不同的是，荧光器件7与透明光学介质8之间设置的是铜线或热管74；金属铜层胶粘在透明光学介质表面或金属铜层；铜线或热管74胶粘或焊接在透明光学介质表面。当荧光器件7的发热量较大，不能及时通过透明光学介质散掉时，需要通过铜线或热管迅速将热量从透明介质的中心传导到边缘。如图7所示，该铜线或热管74的形状是从透明光学介质的一个边缘到另外一个边缘，中心经过器件7。如图8所示，该铜线或热管74的形状可以是从透明光学介质的边缘到中心。当荧光材料的发热量特别大时，需要采取多根铜线或者多根热管将热量从透镜介质的中心传导至边缘。本实例让荧光薄膜能够得到更好的散热效果，使得荧光薄膜在持续的受到激发光照射时，能够有较高的光转换效率。但是在该实例C中铜线或热管74的尺寸应该根据发热量的大小选择合适的尺寸和数量。当发热量大时，铜线和热管的尺寸和数量也会相应较大，否则会因为热量不能及时导出烧毁荧光材料。也不能太大，否则因覆盖太多，占用透明光学介质太大的面积，因面积过大而遮挡出射光，造成出射光的损失。

在本实施例1中，通过改变反光罩的尺寸和内凹面的曲率可以调节产生的输出光的角度，如图9-11所示，分别可以得到聚焦光、平行光和具有一定角度的光。

实施例2：如图12所示，与其他实施例不同的是，本激光光源装置还可以包括设置于透明光学介质的光路前方的透镜9。由于用反光罩6来控制出射光的角度，对反光罩6的尺寸和曲率有较高的要求，因此可以通过调整透镜9的尺寸和透镜9与透明光学介质8的距离得到平行光或具有角度的光。

实施例3：如图13所示，与实施例2不同的是，其采用的透明光学介质8为凹透镜。

实施例4：如图14所示，与实施例2不同的是，透镜9为凹面镜和凸透镜。在要求较大光斑的应用场景中，在激光光源的合适距离处装置一凹面镜和凸透镜，来获得较大光斑的平行光。

本实用新型的各种实施例都可以应用与需要激光照明的设备中。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (10)

1.一种激光光源装置，其特征在于，所述装置包括沿光的传播方向依次设置的激光源、准直透镜、聚焦透镜、散射片、光阑、荧光器件和透明光学介质；

所述激光源包括至少一个激光二极管，用于发射平行激光光束；

所述光阑设于一反光罩的中心位置，所述光阑用于透过激光光束和阻隔荧光和反射的激光光束；

所述激光源发射的激光光束经所述准直透镜准直、所述聚焦透镜聚焦和所述散射片散射后照射至所述光阑，再透射过所述光阑到达所述荧光器件，经所述荧光器件的荧光作用照射于所述反光罩的内凹面，经所述内凹面的反射后经所述透明光学介质输出，产生输出光。

2.根据权利要求1所述的激光光源装置，其特征在于，所述激光源包括多个蓝色激光二极管，多个所述蓝色激光二极管发射的多束激光光束整形成相互平行且相邻光束间距在预设间距范围内的平行激光光束。

3.根据权利要求1所述的激光光源装置，其特征在于，所述光阑的中心与所述聚焦透镜的焦点在同一直线上，且所述光阑的外轮廓尺寸大于经所述聚焦透镜再经所述散射片后的激光光束的径向尺寸。

4.根据权利要求1所述的激光光源装置，其特征在于，所述反光罩具有开口和内凹面，所述开口朝向激光光束的传播方向的前方，所述内凹面设有反光涂层。

5.根据权利要求1或4所述的激光光源装置，其特征在于，所述反光罩的尺寸和内凹面的曲率决定产生的输出光的角度。

6.根据权利要求1所述的激光光源装置，其特征在于，所述装置还包括设置于所述透明光学介质的光路前方的透镜，调整所述透镜的尺寸和所述透镜与所述透明光学介质的距离得到平行光或具有角度的光；所述透镜为凹面镜和/或凸透镜。

7.根据权利要求1所述的激光光源装置，其特征在于，所述透明光学介质用于透射400nm～700nm的可见光，所述透明光学介质的材料为光学晶体、光学玻璃、光学陶瓷或光学塑料，所述透明光学介质为平片或凹透镜。

8.根据权利要求1所述的激光光源装置，其特征在于，所述荧光器件包括反射层和荧光层，所述反射层设于所述荧光层与所述透明光学介质之间，所述反射层与所述荧光层的形状和大小均相同。

9.根据权利要求8所述的激光光源装置，其特征在于，所述反射层为反射膜或反射金属层；

所述反射膜镀设在所述透明光学介质表面，所述反射膜为铝膜、银膜或介质层；

所述反射金属层胶粘或焊接在所述透明光学介质表面，所述反射金属层为高反射率金属铝。

10.根据权利要求1或8或9所述的激光光源装置，其特征在于，所述荧光器件与所述透明光学介质之间还设置有金属铜层、铜线或热管；所述金属铜层胶粘在所述透明光学介质表面或所述金属铜层嵌入在所述透明光学介质；所述铜线或所述热管胶粘或焊接在所述透明光学介质表面。

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