CN217559593U - 用于可见光和紫光或紫外发射的光源及用于该光源的系统 - Google Patents

Abstract

本公开涉及用于可见光和紫光或紫外发射的光源及用于该光源的系统。用于可见光和紫光或紫外发射的光源包括含氮激光二极管，所述含氮激光二极管包括光学腔，所述光学腔包括光波导区域和一个或多个小面区域，所述含氮激光二极管被配置为通过所述一个或多个小面区域中的至少一个输出定向电磁辐射，来自所述含氮激光二极管的所述定向电磁辐射，以第一峰值波长为特征；第一波长转换器；封装构件；至少一个公共支撑构件；根据本文所述的组合光源可作为用于园艺目的以优化植物生长的光保真度(LiFi)通信装置，或可作为许多其他应用，并入汽车前照灯、通用照明源、安全光源、搜索光源、防御光源中。

Description

用于可见光和紫光或紫外发射的光源及用于该光源的系统

相关申请的交叉引用

本申请是于2022年1月6日提交的美国申请第17/570177号部分连续案，其于2021年3月29日提交的美国申请第17/216220号的连续案，而这是于2020年7月8日提交的美国申请第16/923476号申请的部分连续案，这又是于2019年7月16日提交的美国申请第16/512903号的连续案。出于所有目的，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本申请涉及配置有含镓和氮的激光源的紫光和紫外光照明装置。

背景技术

1960年，Theodore H.Maiman在马里布的休斯研究实验室演示了激光器。

实用新型内容

本实用新型的一些实施例提供了一种系统或装置，该系统或装置配置有与基于含镓和氮的激光二极管的白光光源结合的紫外(UV)、紫光和/ 或红外(IR)光源。由于能够在可见光谱和UV、紫光和/或IR光谱中发射光，所述系统或装置至少是双波段或多波段发射光源。在一些实施例中，该系统或装置包含的传感器以形成反馈回路，该反馈回路可激活UV、紫光和/或IR光源和/或基于激光的白光照明光源。仅通过示例，一些实施例提供远程和组合的智能激光器照明装置，其配置有：能够用于聚光照明、检测、成像的UV、紫光、IR和/或可见光照明；投影显示；空间动态照明装置和方法；LIDAR；LiFi和可见光通信装置和方法；以及上述在一般照明、商业照明和显示、汽车照明和通信、防御和安全、搜索和救援、工业加工、互联网通信、农业或园艺等应用中的各种组合。根据本文所述的组合光源可作为用于园艺目的以优化植物生长的光保真度(LiFi)通信装置，或可作为许多其他应用，并入汽车前照灯、通用照明源、安全光源、搜索光源、防御光源中。

在一个方面，照明系统中的含镓和氮的激光二极管的新颖用途和构件被配置为用于UV、紫光和/或IR照明，其可部署在多光谱聚光照明、成像、传感和搜索应用中。通过配置有基于激光的白光光源以及UV、紫光和/或IR光源，一些实施例能够在可见光波段和UV、紫光和/或IR波段中发射光，并且被配置为在一个波段中选择性地操作或同时在多个波段中选择性地操作。该多波段发射源可以部署在通信系统中，例如Li-Fi系统的可见光通信系统，和/或部署在使用照明聚集和以静态或动态空间图案使用光束整形元件(例如MEMS扫描镜或数字光处理单元)显示的通信中，以及部署在由集成传感器反馈触发的通信中。

一些实施例被配置用于可见光发射和UV、紫光和/或IR光发射。虽然人们清楚地了解可见光的必要性和用途，但通常希望提供不可见的照明波段。在一个示例中，IR照明用于夜视。夜视或IR探测装置在私营部门和市政或政府部门的防御、安全、搜索和救援以及娱乐活动中发挥着关键作用。通过提供在无光或低环境光条件下的视觉能力，夜视技术被广泛应用于消费者市场，以用于包括狩猎、游戏、驾驶、定位、检测、个人防护等的多种应用。无论是通过生物还是技术手段，充足的光谱范围和足够的强度范围相结合，使夜视和IR探测成为可能。这种检测可以用于二维成像，或三维距离测量，如测距，或三维成像，例如LIDAR。

一些实施例提供了一种被配置用于发射基于激光的可见光(例如白光) 和UV、紫光和/或IR光的光源，以形成能够提供可见和不可见照明的照明源。该光源包括配置有光学腔的含镓和氮的激光二极管激发源。该光学腔包括光波导区域和一个或多个小面区域。光学腔配置有电极，以向含镓和氮材料提供第一驱动电流。第一驱动电流为在含镓和氮材料的光波导区域中传播的电磁辐射提供光学增益。电磁辐射作为定向电磁辐射通过一个或多个小面区域中的至少一个输出，定向电磁辐射的特征在于UV、紫光、蓝光、绿光或红光波长范围中的第一峰值波长。此外，光源包括波长转换器，例如磷光体构件，其光耦接到路径以接收来自激发源的定向电磁辐射。波长转换器被配置为将具有第一峰值波长的定向电磁辐射的至少一部分转换为至少长于第一峰值波长的第二峰值波长。在一个实施例中，输出由具有至少第二峰值波长和部分第一峰值波长的白光光谱组成，第一峰值波长形成基于激光的可见光谱分量。在一个示例中，第一峰值波长为蓝光波长，第二峰值波长为黄光波长。光源可选地包括光束整形器，光束整形器被配置为引导白光光谱和/或不可见光谱以照明目标或受关注区域。

在一个实施例中，包括UV、紫光和/或IR发射激光二极管和/或发光二极管，以分别形成多波段发射光源的UV、紫光和/或IR发射分量。UV、紫光和/或IR激光二极管可能各自包含一个光学腔，该光学腔配置有电极，以提供驱动电流。驱动电流为在光波导区域中传播的电磁辐射提供光学增益。电磁辐射作为定向电磁辐射通过一个或多个小面区域中的至少一个输出，该定向电磁辐射的特征在于UV、紫光和/或IR区域中的峰值波长。在一种配置中，定向发射与波长转换器构件光耦接，使得波长转换器构件位于发射的光学路径内，以接收来自激发源的定向电磁辐射。一旦入射到波长转换器构件上，UV、紫光和/或IR发射将至少部分地从波长转换器构件反射，并重定向到与具有第一峰值波长和第二峰值波长的白光发射相同的光学路径。UV、紫光和/或IR发射将通过可选光束整形器进行引导，该光束整形器被配置为引导输出IR光，以照明与可见光大致相同的目标或受关注区域。在该实施例中，驱动电流可被独立地激活，使得该装置可提供仅激活第一驱动电流的可见光光源、具有一个或多个附加驱动电流的 UV、紫光和/或IR光源，或可同时提供可见和UV、紫光和/或IR光源。在某些应用中，期望仅使用UV、紫光和/或IR照明源进行检测。一旦检测到物体，可见光光源就会被激活。

在另一个实施例中，可以包括一个或多个附加波长转换器构件，以提供在UV、紫光和/或IR区域的发射，以提供多波段发射光源的UV、紫光和/或IR发射分量。一个或多个附加波长转换器构件(例如磷光体构件) 可被配置为接收和吸收注入光并发射更长波长的光。在本实施例中，多波段光源包括用于发射可见光的第一波长转换器构件和用于发射UV、紫光和/或IR光的一个或多个附加波长转换器构件。在一个示例中，波长转换器构件以并排或相邻布置配置，使得来自第一波长转换器构件的白光发射从单独的空间位置发射，而不是来自一个或多个附加波长转换器构件的 UV、紫光和/或IR发射。在此示例中，波长转换器构件可由单独的激光二极管构件激发，其中在一个实施例中，第一波长转换器构件将由第一含镓和氮的激光二极管(例如UV、紫光、蓝光或绿光激光二极管)激发。其他波长转换器构件可由一个或多个附加含镓和氮的激光二极管(例如UV、紫光、蓝光或绿光激光二极管)激发，其他波长转换器构件可由一个或多个附加激光二极管激发，这些附加激光二极管由在红光或IR波长范围内工作的不同材料系统形成，例如含镓和砷的材料或含铟和磷的材料。在这些实施例中，第一激光二极管将由第一驱动电流激发，并且一个或多个附加激光二极管将由附加驱动电流激发。由于驱动电流可独立激活，多波段发光源可提供仅由第一驱动电流激活的可见光光源、由其他驱动电流激活的UV、紫光和/或IR光源，或可同时提供由所有驱动电流激活的可见和 UV、紫光和/或IR光源。

在另一个示例中，多个波长转换器构件可以被配置为垂直堆叠布置。优选地，第一波长转换器构件将被布置在与堆叠的波长转换器布置的主要发射表面同一侧上，使得从其他波长转换器发射的UV、紫光和/或IR光可以在没有明显吸收的情况下通过第一波长转换器构件。也就是说，在反射模式配置中，发射可见光的第一波长转换器构件将被布置在发射UV、紫光和/或IR光的其他波长转换器构件的顶部，使得从第一波长转换器的发射表面发出的可见光和UV、紫光和/或IR发射将被收集作为有用光。也就是说，UV、紫光和/或IR发射将被发射到与具有第一峰值波长和第二峰值波长的白光发射相同的光学路径中。在这种堆叠结构中，可将普通含镓和氮的激光二极管构件配置为用于第一和任意附加两者的波长转换器构件的激发源。由于UV、紫光和/或IR和可见光发射将从相同表面和大致相同区域内的堆叠波长转换器构件中离开，因此可以使用简单的光学系统，例如收集和准直光学系统，将可见光发射和UV、紫光和/或IR发射投射并引导到相同的目标区域。在该配置中，使用第一驱动电流激活激光二极管构件能够激发可见光和UV、紫光和/或IR光的发射。其他垂直堆叠的波长转换器构件也是可行的，例如将发射UV、紫光和/或IR的波长转换器构件定位在堆叠的发射侧，使得来自第一波长转换器构件的可见光发射可用作激发来自一个或多个附加波长转换器构件的UV、紫光和/或IR 发射。

在另一个示例中，垂直堆叠的波长转换器构件可由单独的激光二极管构件激发，其中在一个实施例中，第一波长转换器构件将由第一含镓和氮的激光二极管(例如UV、紫光或蓝光激光二极管)激发，并且一个或多个附加波长转换器构件将分别由一个或多个附加含镓和氮的激光二极管和/或由在红光或IR波长范围工作的不同材料系统形成的激光二极管激发，例如含镓和砷的材料或含铟和磷的材料。这些实施例的一个考虑因素是选择一个或多个附加激光二极管，其工作波长将基本上不会在其他波长转换器构件中被吸收，而是将在相关波长转换器构件中被吸收，以便当一个或多个附加激光二极管被激活时，发射将通过其他波长转换器激发相关波长转换器，并生成UV、紫光和/或IR发射。结果是，第一激光二极管构件主要激活第一波长转换器构件以生成可见光，而其他激光二极管构件主要激活其相关波长转换器以生成UV、紫光和/或IR光。这种堆叠式波长转换器配置形式的优点在于，由于第一激光二极管将由第一驱动电流激发，并且一个或多个附加激光二极管将由单独的驱动电流激发，因此波长转换器构件可以独立激活，以便多波段发光源可以提供可见光光源、UV、紫光和/或IR光源，或可同时提供可见光和UV、紫光和/或IR光源。

在根据一个实施例的又一个示例中，波长转换器构件可以组合以形成单个混合波长转换器构件。这可以通过多种方式实现，例如将波长转换器构件(例如磷光体)的混合物烧结成单个固体。在这种复合波长转换器配置中，可将普通的含镓和氮的激光二极管构件配置为激发源，以生成可见光和UV、紫光和/或IR光。在该配置中，用第一驱动电流激活激光二极管构件将激发可见光和UV、紫光和/或IR光的发射。

或者，UV、紫光或蓝光发射可由含镓和氮的激光二极管激发，而IR 发射可由在红光或IR波长范围工作的不同材料系统形成的激光二极管激发，例如含镓和砷的材料或含铟和磷的材料。本实施例的一个考虑因素是选择工作波长基本上不会在复合波长转换器构件的其他发光元件中被吸收，但会在复合波长转换器构件的相关元件中被吸收的激光二极管，以便当激活激光二极管时，它不会激发意外或非期望的发射。由于UV、紫光或蓝光IR发射将从与可见光发射相同的表面和空间位置发射，因此UV、紫光或蓝光IR发射将很容易被引导到与具有第一峰值波长和第二峰值波长的白光发射相同的光学路径中。然后，UV、紫光或蓝光IR发射和白光发射可以通过可选的光束整形器进行引导，该光束整形器被配置为引导输出光以照明受关注的目标。在该实施例中，驱动电流可以独立地激活，使得该装置可以提供可见光光源、IR光源，或者可以同时提供可见光和UV、紫光或蓝光IR光源。

这种堆叠式波长转换器配置形式的优点在于，由于激光二极管将由单独的驱动电流激发，不同的波长转换器构件可以被单独激活。

在一些实施例中，本实用新型提供了配置用于可见光通信的多波段光源。所述光源包括包含调制解调器和驱动器的控制器。调制解调器被配置为接收数据信号。控制器被配置为生成一个或多个控制信号，以操作驱动器生成基于数据信号的驱动电流和调制信号。此外，光源包括一个或多个光发射器。驱动电流为在一个或多个光发射器的光学波导区域中传播的电磁辐射提供光学增益。电磁辐射作为UV、紫光、蓝光和/或IR波长范围中的定向电磁辐射通过一个或多个小面区域中的至少一个输出。利用由驱动器提供的调制信号对定向电磁辐射进行调制，以传输数据信号。光源还可以包括被配置为引导、滤波或分割定向电磁辐射的路径。此外，光源包括光耦接到路径的波长转换器，以接收来自注入光装置的定向电磁辐射。波长转换器被配置为将具有第一峰值波长的定向电磁辐射的至少一部分转换为长于第一峰值波长的至少第二峰值波长，并输出包括至少第二峰值波长和部分第一峰值波长的白光光谱。此外，光源包括光束整形器，其被配置为引导白光光谱用于照明受关注的目标，并通过具有第一峰值波长的定向电磁辐射的至少一部分将数据信号发送到受关注目标处的接收器。

如本文所用，术语“调制解调器”可选地指通信装置。该装置还可以包括用于无线、有线、电缆或光通信链路的各种其他数据接收和传输的装置，以及它们的任意组合。在一个示例中，该装置可以包括带有发射器的接收器、或收发器，其带有合适的滤波器和模拟前端。在一个示例中，该装置可以耦接到无线网络，例如网状网络，包括Zigbee、Zeewave等。在一个示例中，无线网络可以基于802.11无线标准或等效标准。在一个示例中，无线装置还可以连接到电信网络，例如3G、LTE、5G等。在一个示例中，装置可以连接到物理层，例如以太网或其他层。该装置还可以与包括耦接到驱动装置或放大器的激光器的光通信连接。当然，还有其他的变化、修改和替代方案。

根据一个实施例，被配置用于可见光发射和紫光或UV发射的光源包括被配置作为第一注入光装置的含氮激光二极管；含氮激光二极管包括光学腔；光学腔包括光波导区域和一个或多个小面区域，含氮激光二极管被配置为通过小面区域中的至少一个输出定向电磁辐射；来自含氮激光二极管的定向电磁辐射的特征在于第一峰值波长；第一波长转换器，其光耦接至路径以接收来自第一注入光装置的定向电磁辐射，其中第一波长转换器被配置为将具有第一峰值波长的定向电磁辐射的至少一部分转换为长于第一峰值波长的至少第二峰值波长，以及将可见光发射生成为包括至少第二峰值波长的白光发射；光源配置有紫光或UV发射激光二极管，以提供紫光或UV发射；紫光或UV发射激光二极管被配置为输出具有第三峰值波长特征的定向电磁辐射；第三峰值波长，其特征是电磁光谱的紫光或 UV部分的波长；配置有基座构件的封装构件；以及至少一个公共支撑构件，其被配置为支撑至少含氮激光二极管构件和第一波长转换器。

在一个实施例中，光源还包括红外发射激光二极管，用于提供红外发射，该红外发射激光二极管被配置为输出电磁辐射，其特征在于红外区域中的第四峰值波长。

在另一个实施例中，第一峰值波长的蓝光波长范围在420nm至480nm，紫光或UV光发射的UV波长范围在270nm至390nm或紫光波长范围在 390nm至425nm。

另一个实施例还包括光束整形器，该光束整形器被配置为引导可见光发射和紫光或UV光发射，以照明受关注目标。光束整形器可包括从被配置为引导、准直、聚焦白光光谱以至少修改其角度分布的慢轴准直透镜、快轴准直透镜、非球面透镜、球透镜、全内反射器(TIR)光学元件、抛物面透镜光学元件、折射光学元件和微机电系统(MEMS)镜的列表中选择的一个光学元件或光学元件的组合。

在另一个实施例中，含氮激光二极管含是含镓和氮的激光二极管，在390nm到420nm的紫光波长范围或420nm到480nm的蓝光波长范围发射第一峰值波长。

在另一个实施例中，第一波长转换器的特征是反射模式操作，使得来自第一注入光的具有第一峰值波长的定向电磁辐射入射到第一波长转换器的激发表面上；其中，来自第一波长转换器的第二峰值波长的主要发射从第一波长转换器的相同激发表面发射。第一波长转换器可光耦接至路径以接收来自所述紫光或UV光发射激光二极管的定向电磁辐射，其中第一波长转换器被配置为反射和/或散射紫光或UV光发射；其中，紫光或UV 光发射和可见光发射在同一空间区域内重叠。

在另一个实施例中，第一波长转换器的特征在于透射模式操作，使得来自第一注入光装置的具有第一峰值波长的定向电磁辐射入射到第一波长转换器的激发表面上；其中，来自第一波长转换器的第二峰值波长的主要发射从发射表面发射，其中发射表面位于第一波长转换器的与激发表面相对的一侧上。第一波长转换器可光耦接至路径以接收来自紫光或UV光激光二极管的定向电磁辐射，其中第一波长转换器被配置为发射和/或散射紫光或UV光发射，并且其中紫光或UV光发射和可见光发射在同一空间区域内重叠。

在另一个实施例中，第一波长转换器包括磷光体材料；其中，磷光体包括掺杂Ce的陶瓷钇铝石榴石(YAG)或掺杂Ce的单晶YAG，或包含粘合剂材料的粉末YAG；并且其中磷光体构件具有至少50流明/光瓦的光学转换效率。

在另一个实施例中，紫光或UV光发射激光二极管是含氮的。

在另一个实施例中，封装构件是表面安装装置(SMD)封装，并且由 SMD封装的基座构件配置公共支撑构件。

在另一个实施例中，封装构件选自TO罐型、扁平封装型或蝶形封装型。

在另一个实施例中，具有至少第二峰值波长的可见光发射耦接到光纤构件中，或者具有第三峰值波长的紫光或UV光发射耦接到光纤中，或将具有至少第二峰值波长的可见光发射和具有第三峰值波长的紫光或UV光发射耦接到光纤构件中；其中，光纤构件为单模光纤(SMF)或多模光纤 (MMF)；其中，光纤构件的纤芯直径范围为约1um至10um、约10um 至50um、约50um至150um、约150um至500um、约500um至1mm、约 1mm至5mm或大于5mm。光纤构件可以包括传输光纤和泄漏散射光纤中的至少一种。

在另一个实施例中，光源还包括一个或多个传感器和用于向光源提供输入信号的控制器；其中，一个或多个传感器被配置在反馈回路电路中，以向控制器提供反馈电流或电压，以调谐一个或多个控制信号中的至少一个，并调整可见光发射和/或紫光或UV光发射的亮度。

在另一个实施例中，光源被配置为用于一个或多个应用，包括聚光照明、检测、成像、投影显示、空间动态照明装置、LIDAR、LiFi、可见光通信、普通照明、商业照明和显示、汽车照明、汽车通信和/或检测、防御和安全、搜索和救援，工业加工、互联网通信、农业或园艺。

在另一个实施例中，光源被配置用于一个或多个应用，包括水净化、空气净化、表面清洁或消毒。

根据另一个实施例，被配置用于可见光发射和紫光或UV发射的光源包括配置为第一注入光装置的含氮激光二极管；含氮激光二极管包括光学腔；光学腔包括光波导区域和一个或多个小面区域，含氮激光二极管被配置为通过小面区域中的至少一个输出定向电磁辐射；来自含氮激光二极管的定向电磁辐射，其特征在于第一峰值波长；第一波长转换器，其光耦接至路径以接收来自第一注入光装置的定向电磁辐射，其中第一波长转换器被配置为将具有第一峰值波长的定向电磁辐射的至少一部分转换为长于第一峰值波长的至少第二峰值波长，以及将可见光发射生成为包括至少第二峰值波长的白光发射，第一波长转换器被配置为以反射模式提供可见光发射，使得定向电磁辐射入射到第一波长转换器的激发表面上，并且激发表面是可见光发射的主要发射表面；光源配置有紫光或UV发射激光二极管，以提供紫光或UV发射；紫光或UV发射激光二极管，其被配置为输出具有特征第三峰值波长的定向电磁辐射；第三峰值波长，其特征是电磁光谱的紫光或UV部分的波长；表面安装装置(SMD)封装构件，其配置有基座构件；以及至少一个公共支撑构件，其配置为支撑至少含氮激光二极管和第一波长转换器，其中至少一个公共支撑构件包括SMD封装的基座构件。

根据另一个实施例，系统包括被配置用于可见光发射和紫光或UV光发射的光源；封装，其被配置为封闭所述光源，该光源包括：被配置为第一注入光装置的含氮激光二极管；该含氮激光二极管包括光学腔；光学腔包括光波导区域和一个或多个小面区域，含氮激光二极管被配置为通过小面区域中的至少一个输出定向电磁辐射；来自含氮激光二极管的定向电磁辐射，其特征在于第一峰值波长；第一波长转换器，其光耦接至路径以接收来自第一注入光装置的定向电磁辐射，其中第一波长转换器被配置为将具有第一峰值波长的定向电磁辐射的至少一部分转换为长于第一峰值波长的至少第二峰值波长，以及将可见光发射生成为至少包括第二峰值波长的白光发射；光源被配置有紫光或UV光发射激光二极管，以提供紫光或 UV光发射；紫光或UV光发射激光二极管，其被配置为输出具有第三峰值波长特征的定向电磁辐射；第三峰值波长，其特征是电磁光谱的紫光或 UV光部分的波长；以及至少一个公共支撑构件，其被配置为支撑至少含氮激光二极管和第一波长转换器。

在一个实施例中，系统被配置用于选自净化、清洁或消毒中的应用。

附图说明

以下附图仅为根据各种公开实施例的说明性目的的示例，并不旨在限制本实用新型的范围。

图1是YAG:Ce3+磷光体的吸收光谱示例。

图2是曲线图，示出了根据实施例的被配置用于反射模式的 YAG:Ce3+磷光体的测量漫反射和镜面反射，其中蓝光光源和白光发射发生在同一侧。

图3是无需额外修改情况下的基于激光的光谱的示例。

图4是根据实施例的基于激光的光谱的示例，示出了在基础光谱上增加了405nm的近UV峰值。

图5是根据实施例的基于激光的光谱的示例，示出了850nm和905nm 激光的近IR光谱。

图6是根据实施例的基于激光的光谱的示例，示出了具有图3的基础白光光谱的近UV光谱和近IR光谱。

图7是示出了CASN:Eu2+漫反射的基于激光的光谱的示例。

图8是基于激光的光谱的示例，示出了根据实施例的4000K中性白光的完整示例，该中性白光利用YAG:Ce3+和CASN:Eu3+磷光体与近UV和近IR激光相结合。

图9是根据实施例的基于激光的光谱的示例，示出添加了含有Sr的 s-CASN红光磷光体，该磷光体还可用于将颜色进一步扩展到暖白光光谱区域。

图10A-图10C是根据一些实施例的示出激光二极管光源的简化框图，该激光二极管光源包括蓝光激光二极管和UV光或紫光激光二极管。

具体实施方式

本实用新型的一些实施例提供了一种系统或装置，该系统或装置配置有UV、紫光和/或IR光源，该光源与基于含镓和氮激光二极管的白光光源结合。由于能够发射可见光谱、UV光谱、紫光光谱和/或IR光谱，该系统或装置至少是多波段发射光源。在一些实施例中，该系统或装置包含用于形成反馈回路的传感器，该反馈回路可激活UV、紫光和/或IR光源和/或基于激光的白光照明光源。仅通过示例，一些实施例提供远程和组合的智能激光照明装置，其配置有能够用于聚光照明、检测、成像、投影显示的UV、紫光和/或IR和可见光照明、空间动态照明装置和方法、LIDAR、 LiFi和可见光通信装置，以及上述在一般照明、商业照明和显示、汽车照明和通信、防御和安全、搜索和救援、工业加工、互联网通信、农业或园艺等应用中的各种组合。根据一些实施例的组合光源可以作为光保真度 (LiFi)通信装置合并到汽车前照灯、通用照明光源、安全光源、搜索光源、防御光源中，用于园艺目的以优化植物生长或许多其他应用。

在一个方面，照明系统中的含镓和氮激光二极管的配置被配置用于 UV、紫光和/或IR照明，可部署在多光谱聚光照明、成像、传感和搜索应用中。通过被配置有基于激光的白光光源和UV、紫光和/或IR光源，一些实施例能够在可见波段和UV、紫光和/或IR波段中发射光，并且被配置为在一个波段中或同时在多个波段中选择性地操作。该多波段发射源可部署在通信系统中，例如Li-Fi系统的可见光通信系统，部署在使用照明聚集和以静态或动态空间图案使用光束整形元件(例如MEMS扫描镜或数字光处理单元)显示的通信中，以及部署在由集成传感器反馈触发的通信中。

一些实施例提供了被配置用于发射基于激光的可见光(例如白光和IR 光)的光源，以形成能够提供可见光和IR照明的照明源。该光源包括配置有光学腔的含镓和氮的激光二极管激发源。该光学腔包括光波导区域和一个或多个小面区域。光学腔配置有电极，以向含镓和氮材料提供第一驱动电流。第一驱动电流为在含镓和氮材料的光波导区域中传播的电磁辐射提供光学增益。电磁辐射作为定向电磁辐射通过一个或多个小面区域中的至少一个输出，定向电磁辐射的特征在于UV、蓝光、绿光或红光波长范围中的第一峰值波长。此外，光源包括波长转换器，例如磷光体构件，其光耦接到电磁辐射路径以接收来自激发源的定向电磁辐射。波长转换器被配置为将具有第一峰值波长的定向电磁辐射的至少一部分转换为长于第一峰值波长的至少第二峰值波长。在一个实施例中，输出由至少具有第二峰值波长和部分第一峰值波长的白光光谱组成，形成根据一些实施例的基于激光的可见光谱分量。在一个示例中，第一峰值波长为蓝光波长，第二峰值波长为黄光波长。光源可选地包括光束整形器，其被配置为引导白光光谱用于照明目标或受关注区域。

由于非明视原因，对于固态照明有许多受关注的波长范围。表1示出了一些受关注的行业和波长示例。广义地说，所有波长都可以用于光化学应用，波长范围携带不同量的能量，因此与不同的键强度相互作用。例如，光子能量为7-13eV的VUV的足够强以将水和氧分解成自由基。UV-A虽然比VUV能量低，但可以促进皮肤中维生素D的生成，并可用于空气净化和细菌消毒。在最低能量区，近IR，热成像和LIDAR的最新发展是值得注意的。

表1-波长范围和示例性应用

一般来说，在可见光光源中包含这些紫外(UV)和红外(IR)波长范围的光源有许多可能的应用和好处。例如，通过包括诸如近IR区域的激光的光源，可见光光源还可以提供IR照明或热成像，在LIDAR应用中提供深度感测或三维成像感测信号，通过高速数据传输的实现提供通信链路，并提供医疗效益，如外用药物活化和促进组织愈合。通过对可见光功能和IR光功能的独立控制，IR光中的这些优点或功能可以与白光照明功能同时实现，也可以单独实现。在一些实施例中，IR光源包括在基于激光的可见光的光源内。

在一些实施例中，基于激光的可见白光光源包括可见光谱的高能量端的附加光源，例如UV-A或紫光波长范围内的光源。在这里，可以在光源中包括范围从320nm到400nm甚至更长的紫光波长(例如400nm到420nm) 的光源，以执行例如净化水、净化空气和清洁表面的功能。UV或可见光光源最好可以由激光二极管生成，但也可以来自发光二极管。当光线分解并最终消灭细菌、病毒和细菌时，就会发生清洁作用。在UV波长范围的较低能量端，高效清洁和消毒可能需要更长的暴露时间。然而，UV能量较低的区域的一大好处是，它对暴露的人体是安全的，尤其是当波长增加到390到415nm范围时。通过将这些波长在390nm至415nm波长范围内 (例如405nm)的UV-A或紫光源包括在可见光光源中，UV-A光可以以近乎连续且安全的方式被激活，从而为环境提供清洁/消毒益处。

在一个实施例中，UV-A光或紫光由包括在基于激光的可见白光光源内的激光二极管生成。在替代实施例中，UV-A光或紫光由不同类型的光源生成，例如发光二极管。当需要可见光时，UV-A光或UV光可与可见白光照明同时工作，或在不需要可见光时(如营业结束时或环境光线充足时)工作。这可以使UV-A或紫光光源一直发射，以获得持续的清洁/消毒效果。净效应是可提供更安全和更清洁环境的光源，其可应用于几乎任何位置，包括医院、学校、餐厅、酒店、购物中心、办公室、家庭等。在一些实施例中，UV-A光源或在390nm至415nm范围内的光源，例如405nm 光源，包含在基于激光的可见光源中。UV-A光源或在400nm至415nm范围内的紫光源是在此波长范围内发射的激光二极管。在一些实施例中，基于激光的光源配备有用于反馈回路和/或计算能力或输入的传感器，以建立照明算法，该算法可控制消毒UV和可见白光何时应从光源发出。

在一些应用中，根据一些实施例，320nm至420nm范围内的UV-A光或紫光由激光二极管生成，并且可以用作数据传输介质，以向接收器发送高数据率编码数据以形成通信链路。在其他应用中，320nm至420nm范围内的UV-A光或紫光由激光二极管生成，并且可作为深度感测或测距装置中的感测光，例如使用飞行时间测量来检测距离的感测装置。在其他应用中，320nm至420nm范围内的UV-A光或紫光由激光二极管生成，并且可作为3D LIDAR系统中的感测光，在3D LIDAR系统中，测量空间坐标 2D阵列的深度以创建3D图像。

在一些实施例中，在基于激光的白光光源中包括更高能量的UV光源。在这些实施例中，UV光源可在范围从200nm到280nm的UV-C波长内或范围从280nm到320nm的UV-B波长范围内操作。与UV-A或紫光波长相比，添加这些高能量波长可以为基于激光的白光光源提供更快速、更密集的净化和消毒特性。当使用这些波长进行消毒、净化和清洁时，实施适当的安全考虑和控制措施非常重要，因为长期暴露于人类或动物可能会对健康生成不利影响。在一个实施例中，UV-B或UV-C光由包括在基于激光的可见白光光源内的激光二极管生成。在替代实施例中，UV-B或UV-C 光由不同类型的光源(例如发光二极管)生成。

在一些实施例中，包括UV-C或UV-B光源的基于激光的白光光源将被设计为使得UV光仅被激活用于固定时间段以避免过度暴露，或者UV 光可以在不存在人类或动物的特定时间被激活。对白光发射和UV光发射的独立控制可允许光源提供由用户确定的清洁和消毒功能，这可以在夜间没有居住者的办公空间，可以在医院和医疗机构的患者就诊/居住者之间，在商店和购物中心营业结束时，等等，以确保安全有效的消毒。在一些实施例中，基于激光的光源配备有用于反馈回路和/或计算能力或输入的传感器，以建立照明算法，该算法可控制消毒UV光和可见白光何时应从光源发出。

在一些应用中，根据一些实施例，320nm到420nm范围内的UV-C光或UV-B光可以用作数据传输介质，以向接收器发送高数据速率编码数据以形成通信链路。在其他应用中，320nm至420nm范围内的UV-C光或 UV-B光可作为深度感测或测距装置中的感测光，例如使用飞行时间测量来检测距离的感测装置。在其他应用中，320nm至420nm范围内的UV-C 光或UV-B光可作为3D LIDAR系统中的感测光，在3D LIDAR系统中，测量空间坐标2D阵列的深度以创建3D图像。

在其他实施例中，在100nm到200nm范围内的VUV中工作的光源包括在基于激光的白光光源。当与白光光源结合时，这种深UV光源可用于各种应用。需要考虑安全因素，以避免不安全地使用高能VUV灯。

在一些实施例中，在基于激光的白光光源中包括发射峰值波长在 200nm到400nm范围内的UV激光器、和/或在400nm到410nm或高达425nm波长范围内工作的紫光激光二极管。在某些优选实施例中，基于激光的白光光源使用注入黄光发射YAG基磷光体的蓝光激光二极管以生成白光，其中磷光体以反射模式操作。在理想配置中，UV和/或紫光发射以与蓝光激光二极管基本相同的光斑入射到磷光体上，使得生成的白光发射和散射/反射的UV和/或紫光发射在空间上基本上重叠。示例如图10A-图 10C所示，其中可发射组合的白光和UV或紫光发射(图10A)，可发射白光(图10B)，或可发射UV或紫光发射(图10C)。以类似方式，一些实施例可包括蓝光激光二极管、UV激光二极管和紫光激光二极管。通过从相同的空间位置发射白光和UV和/或紫光，可以使用普通光学或光学系统以投射和引导白光和UV和/或紫光发射。在这种反射模式应用中，必须仔细考虑UV和/或紫光与YAG磷光体的相互作用。在其他实施例中，磷光体构件以传输模式操作。

在白光光源中包括UV和/或紫光激光二极管和/或IR发射激光二极管的实施例中，必须理解YAG:Ce3+磷光体的漫反射和镜面反射，以便可以针对磷光体与受关注波长范围内的UV和/或IR光的相互作用的优化设计。为此，结合图1，图2示出了从YAG:Ce3+磷光体测得的漫反射和镜面反射，该磷光体配置为在反射模式应用中使用，其中蓝光光源和白光发射发生在同一侧。很明显，对于这种配置，YAG:Ce3+磷光体子分量对于在350 到1000nm之间的波长起到了良好的反射器的作用。在350nm以下，反射降低，同时透射和吸收增加。

了解到YAG:Ce3+磷光体在350至1000nm范围内具有良好的反射率，这意味着表1中所述的许多波长范围(VUV和部分UV-C除外)将从YAG 材料反射。这允许350nm-1000nm范围内的固态光源包括在反射模式几何结构中，以便它们的光将从YAG:Ce3+磷光体的表面反射，并成为离开该装置的发射光的一部分。反射模式几何结构中的这种行为直接适用于基于反射特性和反射模式几何结构的非可见光应用。应该注意的是，传输模式几何结构不会导致非可见光离开装置，因为该光会反射回装置内部并丢失。

考虑基于激光的6000K白光光谱的基础光谱及对其可能的添加。图3 示出了在没有附加修改的情况下的典型的基于激光的光谱。它由峰值波长为446nm的蓝光激光组成，其激发宽峰值集中在560nm附近的YAG:Ce3+ 磷光体。

利用装置的反射模式几何结构和这种配置中的漫反射，可以在颜光、光通量或明视参数变化最小的情况下添加附加光谱特征。图4示出了将 405nm的近UV峰值添加到基础光谱中。将405nm激光器添加到该装置中，可以生成405nm峰值。基于GaN的近UV激光器已经在380-430nm范围内得到证实，但YAG磷光体反射将支持在反射损失之前低至350nm的激光器。

这种对基础光谱的光谱添加也可用于近IR区域。图5示出了850nm 和905nm激光近IR光谱。这两种波长对IR照明、通信和LIDAR特别受关注。这些光谱可以单独添加或组合，如图5所示。它们可以与白光同时工作，也可以作为单独的通道。近IR激光器能够生成700nm到1500nm 的光，并适用于这种几何结构。这些添加不会影响光源的整体明视参数，因为它们不在可见范围内。仍然认为白光的光通量和颜色与图3中的基础白光相似。

进一步的增强将把近UV光谱和近IR光谱与图3的基础白光光谱结合起来，如图6所示。所有通道可以一起或分开工作，可以是白光、近 UV和/或近IR。

其他用于照明的标准白点可以支持取决于选择的磷光体的近UV和近 IR波长的扩展范围，以改变白光光谱及其对受关注波长的漫反射。[Sr， Ca]AlSiN:Eu2+磷光体系列就是一个示例，它用于LED照明，以生成高显光性的暖白光光谱。CASN:Eu2+的漫反射如图7所示。显然，用于暖白光应用的标准红光磷光体在近IR区域提供良好的反射率，但在近UV区域提供较低的反射率。然而，由于红光磷光体仅用于与黄光发光材料(例如YAG:Ce3+和/或LuAG:Ce3+)结合以生成暖白光光谱，因此近UV反射率由YAG:Ce3+磷光体提供，这将允许暖白光光谱的近UV和近IR反射率。

图8示出了4000K中性白光的完整示例，它结合近UV和近IR激光器利用YAG:Ce3+和CASN:Eu3+磷光体。

添加含有Sr的s-CASN红光磷光体也可用于进一步将颜光扩展至暖白光光谱区域，如图9所示。与前面的示例一样，添加近UV和近IR不会影响白光的整体明视性能，而是增强了不可见功能的光谱。

Claims (15)

1.一种用于可见光和紫光或紫外发射的光源，其特征在于，所述光源包括：

含氮激光二极管，被配置为第一注入光装置；

所述含氮激光二极管包括光学腔，所述光学腔包括光波导区域和一个或多个小面区域，

所述含氮激光二极管被配置为通过所述一个或多个小面区域中的至少一个输出定向电磁辐射；

来自所述含氮激光二极管的所述定向电磁辐射，以第一峰值波长为特征；

第一波长转换器，光耦接至路径以从所述第一注入光装置接收所述定向电磁辐射，其中，所述第一波长转换器被配置为将具有所述第一峰值波长的所述定向电磁辐射的至少一部分转换成长于所述第一峰值波长的至少第二峰值波长，并且被配置为将可见光发射生成为包括至少所述第二峰值波长的白光发射；

所述光源被配置有紫光或紫外发射激光二极管以提供紫光或紫外发射；

所述紫光或紫外发射激光二极管，被配置为输出以第三峰值波长为特征的定向电磁辐射；

所述第三峰值波长以电磁光谱的紫光或紫外部分中的波长为特征；

封装构件，被配置有基座构件；以及

至少一个公共支撑构件，被配置为支撑至少所述含氮激光二极管和所述第一波长转换器。

2.根据权利要求1所述的光源，其特征在于，还包括提供红外发射的红外发射激光二极管，所述红外发射激光二极管被配置为输出以红外区域中的第四峰值波长为特征的电磁辐射。

3.根据权利要求1所述的光源，其特征在于，所述第一峰值波长的蓝光波长范围在420nm至480nm中，并且所述紫光或紫外发射的紫外波长范围在270nm至390nm中或紫光波长范围在390nm至425nm中。

4.根据权利要求1所述的光源，其特征在于，还包括光束整形器，所述光束整形器被配置为引导所述可见光发射和所述紫光或紫外发射以照明受关注目标，其中，所述光束整形器包括从被配置为引导、准直和/或聚焦白光光谱以至少修改白光光谱的角度分布的慢轴准直透镜、快轴准直透镜、非球面透镜、球透镜、全内反射器光学器件、抛物面透镜光学器件、折射光学器件和微机电系统反射镜的列表中选择的一个光学元件或光学元件的组合。

5.根据权利要求1所述的光源，其特征在于，所述含氮激光二极管是在390nm至420nm的紫光波长范围或420nm至480nm的蓝光波长范围中发射所述第一峰值波长的含镓和氮的激光二极管。

6.根据权利要求1所述的光源，其特征在于，所述第一波长转换器的特征在于反射模式操作，使得来自所述第一注入光装置的具有所述第一峰值波长的所述定向电磁辐射入射在所述第一波长转换器的激发表面上；并且其中来自所述第一波长转换器的第二峰值波长的主发射从所述第一波长转换器的相同的激发表面发射，并且其中所述第一波长转换器光耦接至所述路径以接收来自所述紫光或紫外发射激光二极管的所述定向电磁辐射，其中所述第一波长转换器被配置为反射和/或散射所述紫光或紫外发射；并且其中，所述紫光或紫外发射和所述可见光发射在相同的空间区域内重叠。

7.根据权利要求1所述的光源，其特征在于，所述第一波长转换器的特征在于透射模式操作，使得来自所述第一注入光装置的具有所述第一峰值波长的所述定向电磁辐射入射在所述第一波长转换器的激发表面上；和来自所述第一波长转换器的第二峰值波长的主发射从发射表面发射；其中所述发射表面在所述第一波长转换器的与所述激发表面相对的一侧上，其中所述第一波长转换器光耦接至所述路径以接收来自所述紫光或紫外发射激光二极管的所述定向电磁辐射，其中所述第一波长转换器被配置为发射和/或散射紫光或紫外发射；并且其中，所述紫光或紫外发射和所述可见光发射在相同空间区域内重叠。

8.根据权利要求1所述的光源，其特征在于，所述第一波长转换器包括磷光体材料；并且其中，所述磷光体包括掺杂有Ce的陶瓷钇铝石榴石YAG、或掺杂有Ce的单晶YAG、或包含粘合剂材料的粉末状YAG；并且其中，所述磷光体具有每光学瓦特至少50流明的光学转换效率。

9.根据权利要求1所述的光源，其特征在于，所述紫光或紫外发射激光二极管是含氮的。

10.根据权利要求1所述的光源，其特征在于，所述封装构件是表面安装装置封装，并且其中，由所述表面安装装置封装的所述基座构件配置公共支撑构件。

11.根据权利要求1所述的光源，其特征在于，所述封装构件选自TO罐型、扁平封装型或蝶型。

12.根据权利要求1所述的光源，其特征在于，具有至少所述第二峰值波长的所述可见光发射耦接到光纤构件中，或其中具有所述第三峰值波长的所述紫光或紫外发射耦接到所述光纤构件中，或其中具有至少所述第二峰值波长的所述可见光发射和具有所述第三峰值波长的所述紫光或紫外发射两者耦接到所述光纤构件中；其中，所述光纤构件是单模光纤或多模光纤；并且其中，所述光纤构件具有从1um至10um、10um至50um、50um至150um、150um至500um、500um至1mm、1mm至5mm或大于5mm的芯直径范围，并且其中，所述光纤构件包括传输光纤和漏泄散射光纤中的至少一种。

13.根据权利要求1所述的光源，其特征在于，还包括一个或多个传感器和向所述光源提供输入信号的控制器；其中，所述一个或多个传感器被配置在反馈回路电路中以向所述控制器提供反馈电流或电压以调谐一个或多个控制信号中的至少一个，以调整所述可见光发射和/或所述紫光或紫外发射的亮度。

14.一种用于可见光和紫光或紫外发射的光源，其特征在于，所述光源包括：

含氮激光二极管，被配置为第一注入光装置；

所述含氮激光二极管包括光学腔；所述光学腔包括光波导区域和一个或多个小面区域，

所述含氮激光二极管，被配置为通过所述一个或多个小面区域中的至少一个输出定向电磁辐射；

来自所述含氮激光二极管的所述定向电磁辐射，以第一峰值波长为特征；

第一波长转换器，光耦接至路径以接收来自所述第一注入光装置的所述定向电磁辐射，其中所述第一波长转换器被配置为将具有所述第一峰值波长的所述定向电磁辐射的至少一部分转换成长于所述第一峰值波长的至少第二峰值波长，并且被配置为将可见光发射生成为包括至少所述第二峰值波长的白光发射，所述第一波长转换器被配置为以反射模式提供所述可见光发射，使得所述定向电磁辐射入射在所述第一波长转换器的激发表面上，并且所述激发表面是所述可见光发射的主发射表面；

所述光源配置有紫光或紫外发射激光二极管以提供所述紫光或紫外发射；

所述紫光或紫外发射激光二极管被配置为输出以第三峰值波长为特征的定向电磁辐射；

所述第三峰值波长以电磁光谱中的紫光或紫外部分中的波长为特征；

表面安装装置封装构件，配置有基座构件；以及

至少一个公共支撑构件，被配置为支撑至少所述含氮激光二极管和所述第一波长转换器，其中所述至少一个公共支撑构件包括所述表面安装装置封装的所述基座构件。

15.一种用于可见光和紫光或紫外发射的光源的系统，其特征在于，所述系统包括：

配置用于可见光发射和紫光或紫外发射的光源；

封装，被配置为封闭所述光源，所述光源包括：

配置为第一注入光装置的含氮激光二极管；

所述含氮激光二极管包括光学腔；所述光学腔包括光波导区域和一个或多个小面区域，

所述含氮激光二极管，被配置为通过所述一个或多个小面区域中的至少一个输出定向电磁辐射；

来自所述含氮激光二极管的所述定向电磁辐射的特征在于第一峰值波长；

第一波长转换器，光耦接至路径以接收来自所述第一注入光装置的所述定向电磁辐射，其中所述第一波长转换器被配置成将具有所述第一峰值波长的所述定向电磁辐射的至少一部分转换成长于所述第一峰值波长的至少第二峰值波长，并且被配置为将所述可见光发射生成为包括至少所述第二峰值波长的白光发射；所述光源配置有紫光或紫外发射激光二极管，以提供所述紫光或紫外发射；

所述紫光或紫外发射激光二极管被配置为输出以第三峰值波长为特征的定向电磁辐射；

所述第三峰值波长以电磁光谱的紫光或紫外部分中的波长为特征；以及

至少一个公共支撑构件，被配置为支撑至少所述含氮激光二极管和所述第一波长转换器。

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