DE202022101629U1

DE202022101629U1 - Violette und ultraviolette Beleuchtungsvorrichtung mit einer Gallium und Stickstoff enthaltenden Laserquelle

Info

Publication number: DE202022101629U1
Application number: DE202022101629.1U
Authority: DE
Original assignee: Kyocera SLD Laser Inc
Current assignee: Kyocera SLD Laser Inc
Priority date: 2021-03-29
Filing date: 2022-03-28
Publication date: 2022-09-02
Anticipated expiration: 2032-03-29
Also published as: CN217559593U; JP3239554U; CN218510710U

Abstract

Lichtquelle, die für die Emission von sichtbarem Licht und violettem oder ultraviolettem (UV) Licht konfiguriert ist, wobei die Lichtquelle umfasst:
eine Stickstoff beinhaltende Laserdiode, die als erste Pumplichtvorrichtung konfiguriert ist;
die Stickstoff beinhaltende Laserdiode umfasst einen optischen Hohlraum; der optische Hohlraum umfasst einen Lichtwellenleiterbereich und einen oder mehrere Facettenbereiche,
die Stickstoff beinhaltende Laserdiode ist so konfiguriert, dass sie gerichtete elektromagnetische Strahlung durch mindestens einen der Facettenbereiche aussendet;
die gerichtete elektromagnetische Strahlung der Stickstoff beinhaltenden Laserdiode ist durch eine erste Spitzenwellenlänge gekennzeichnet;
einen ersten Wellenlängenkonverter, der optisch mit einem Pfad gekoppelt ist, um die gerichtete elektromagnetische Strahlung von der ersten Pumplichtvorrichtung zu empfangen, wobei der Wellenlängenkonverter so konfiguriert ist, dass er mindestens einen Teil der gerichteten elektromagnetischen Strahlung mit der ersten Spitzenwellenlänge in mindestens eine zweite Spitzenwellenlänge umwandeln kann, die länger als die erste Spitzenwellenlänge ist, und die Emission sichtbaren Lichts als eine Weißfarbenemission erzeugt, die mindestens die zweite Spitzenwellenlänge umfasst;
die Lichtquelle ist mit einer violetten oder UV-emittierenden Laserdiode ausgestattet, um die violette oder UV-Emission zu erzeugen;
die violette oder UV-emittierende Laserdiode ist so konfiguriert, dass sie eine gerichtete elektromagnetische Strahlung abgibt, die durch eine dritte Spitzenwellenlänge gekennzeichnet ist;
die dritte Spitzenwellenlänge ist durch eine Wellenlänge im violetten oder UV-Bereich des elektromagnetischen Spektrums gekennzeichnet;
ein Baugruppenelement, das mit einem Basiselement konfiguriert ist; und
mindestens ein gemeinsames Trägerelement, das so konfiguriert ist, dass es mindestens das Stickstoff enthaltende Laserdiodenelement und das erste Wellenlängenkonverterelement trägt.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung ist eine Continuation-In-Part der US-Anmeldung Nr. 17/570,177 , die am 6. Januar 2022 eingereicht wurde, die eine Continuation-In-Part der US-Anmeldung Nr. 17/216,220 ist, die am 29. März 2021 eingereicht wurde, die eine Continuation-In-Part der US-Anmeldung Nr. 16/923,476 ist, die am 8. Juli 2020 eingereicht wurde, die eine Continuation-In-Part der US-Anmeldung Nr. 16/512,903 ist, die am 16. Juli 2019 eingereicht wurde, und deren gesamter Inhalt hier durch Bezugnahme für alle Zwecke aufgenommen wird.
HINTERGRUND
Im Jahr 1960 wurde der Laser von Theodore H. Maiman in den Hughes Research Laboratories in Malibu vorgeführt.
ZUSAMMENFASSUNG
Einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen ein System oder eine Vorrichtung bereit, die mit einer ultravioletten (UV), violetten und/oder infraroten (IR) Quelle konfiguriert ist, die mit einer Gallium und Stickstoff enthaltenden Weißlichtquelle auf Basis von Laserdioden integriert ist. Mit der Fähigkeit, Licht sowohl im sichtbaren Lichtspektrum als auch im UV-, Violett- und/oder IR-Spektrum zu emittieren, ist das System oder die Vorrichtung mindestens eine Dualband- oder Multiband-emittierende Lichtquelle. In einigen Ausführungsformen enthält das System oder die Vorrichtung Sensoren zur Bildung von Rückkopplungsschleifen, die die UV-, Violett- und/oder IR-Quelle und/oder die laserbasierte Weißlicht-Beleuchtungsquelle aktivieren können. Lediglich beispielhaft stellen einige Ausführungsformen ferngesteuerte und integrierte intelligente Laserbeleuchtungsvorrichtungen bereit, die mit UV-, Violett-, IR- und/oder sichtbarer Beleuchtungsfähigkeit für Spotlighting, Erkennung, Bildgebung, Projektionsanzeige, räumlich dynamische Beleuchtungsvorrichtungen und -verfahren, LIDAR, LiFi und Kommunikationsvorrichtungen und -verfahren mit sichtbarem Licht sowie verschiedene Kombinationen der oben genannten in Anwendungen der allgemeinen Beleuchtung, kommerziellen Beleuchtung und Anzeige, Fahrzeugbeleuchtung und -kommunikation, Verteidigung und Sicherheit, Suche und Rettung, industrielle Verarbeitung, Internetkommunikation, Landwirtschaft oder Gartenbau konfiguriert sind. Die hier beschriebene integrierte Lichtquelle kann in einen Autoscheinwerfer, eine allgemeine Beleuchtungsquelle, eine Sicherheitslichtquelle, eine Suchlichtquelle, eine Verteidigungslichtquelle, als Light Fidelity (LiFi) Kommunikationsgerät, für Gartenbauzwecke zur Optimierung des Pflanzenwachstums oder viele andere Anwendungen eingebaut werden.
In einem Aspekt sind neuartige Verwendungen und Konfigurationen von Gallium und Stickstoff enthaltenden Laserdioden in Beleuchtungssystemen für UV-, violette und/oder IR-Beleuchtung konfiguriert, die in Multispektrums-Scheinwerfer-, Abbildungs-, Erfassungs- und Suchanwendungen eingesetzt werden können. Mit einer laserbasierten Weißlichtquelle und einer UV-, Violett- und/oder IR-Lichtquelle sind einige Ausführungen in der Lage, Licht sowohl im sichtbaren Wellenlängenbereich als auch im UV-, Violett- und/oder IR-Wellenlängenbereich zu emittieren, und sind so konfiguriert, dass sie selektiv in einem Band oder gleichzeitig in mehreren Bändern arbeiten. Diese Multiband-Emissionsquelle kann in Kommunikationssystemen eingesetzt werden, z. B. in Kommunikationssystemen mit sichtbarem Licht wie Li-Fi-Systemen und/oder in Kommunikationssystemen, die die Konvergenz von Beleuchtung und Anzeige mit statischer oder dynamischer räumlicher Musterung unter Verwendung von Strahlformungselementen wie MEMS-Abtastspiegeln oder digitalen Lichtverarbeitungseinheiten nutzen, sowie in Kommunikationssystemen, die durch integrierte Sensorrückmeldungen ausgelöst werden.
Einige Ausführungsformen sind so konfiguriert, dass sie sowohl sichtbares Licht als auch UV-, violettes und/oder IR-Licht emittieren. Obwohl die Notwendigkeit und der Nutzen von sichtbarem Licht klar ist, ist es oft wünschenswert, Beleuchtungswellenlängenbereiche bereitzustellen, die nicht sichtbar sind. In einem Beispiel wird die IR-Beleuchtung für die Nachtsicht verwendet. Nachtsicht- oder IR-Detektionsgeräte spielen eine wichtige Rolle in den Bereichen Verteidigung, Sicherheit, Suche und Rettung sowie bei Freizeitaktivitäten, sowohl im privaten als auch im kommunalen oder staatlichen Sektor. Durch die Fähigkeit, bei keinem oder geringem Umgebungslicht zu sehen, wird die Nachtsichttechnologie auf den Verbrauchermärkten für verschiedene Anwendungen eingesetzt, z. B. bei der Jagd, beim Spielen, beim Autofahren, bei der Ortung, beim Aufspüren, beim persönlichen Schutz und bei anderen. Ob auf biologischem oder technischem Wege, Nachtsicht und IR-Erkennung werden durch eine Kombination aus ausreichendem Spektralbereich und ausreichendem Intensitätsbereich ermöglicht. Eine solche Erkennung kann für die zweidimensionale Bildgebung oder die dreidimensionale Entfernungsmessung wie die Entfernungsmessung oder die dreidimensionale Bildgebung wie das LIDAR erfolgen.
Einige Ausführungsformen stellen eine Lichtquelle bereit, die für die Emission von sichtbarem Licht auf Laserbasis, wie weißes Licht und UV-, violettes und/oder IR-Licht, konfiguriert ist, um eine Beleuchtungsquelle zu bilden, die in der Lage ist, sichtbare und nicht sichtbare Beleuchtung bereitzustellen. Die Lichtquelle umfasst eine Gallium und Stickstoff enthaltende Laserdioden-Anregungsquelle, die mit einem optischen Hohlraum ausgestattet ist. Der optische Hohlraum umfasst einen optischen Wellenleiterbereich und einen oder mehrere Facettenbereiche. Der optische Hohlraum ist mit Elektroden ausgestattet, die einen ersten Treiberstrom an das Gallium und Stickstoff enthaltende Material liefern. Der erste Treiberstrom sorgt für eine optische Verstärkung einer elektromagnetischen Strahlung, die sich im Lichtwellenleiterbereich des Gallium und Stickstoff enthaltenden Materials ausbreitet. Die elektromagnetische Strahlung wird durch mindestens einen der einen oder mehreren Facettenbereiche als gerichtete elektromagnetische Strahlung abgegeben, die durch eine erste Spitzenwellenlänge im ultravioletten, violetten, blauen, grünen oder roten Wellenlängenbereich gekennzeichnet ist. Darüber hinaus umfasst die Lichtquelle einen Wellenlängenkonverter, wie z. B. ein Phosphorelement, der optisch mit dem Pfad verbunden ist, um die gerichtete elektromagnetische Strahlung von der Anregungsquelle zu empfangen. Der Wellenlängenkonverter ist so konfiguriert, dass er mindestens einen Teil der gerichteten elektromagnetischen Strahlung mit der ersten Spitzenwellenlänge in mindestens eine zweite Spitzenwellenlänge umwandelt, die länger ist als die erste Spitzenwellenlänge. In einer Ausführungsform besteht das Ausgangssignal aus einem Weißfarbspektrum, wobei zumindest die zweite Spitzenwellenlänge und teilweise die erste Spitzenwellenlänge die Spektralkomponente des sichtbaren Lichts auf Laserbasis bilden. In einem Beispiel ist die erste Spitzenwellenlänge eine blaue Wellenlänge und die zweite Spitzenwellenlänge ist eine gelbe Wellenlänge. Die Lichtquelle umfasst optional einen Strahlformer, der so konfiguriert ist, dass er das Weißfarbspektrum und/oder das nicht sichtbare Spektrum zur Beleuchtung eines Ziels oder eines Bereichs von Interesse lenkt.
In einer Ausführungsform sind UV-, violett- und/oder IR-emittierende Laserdioden und/oder lichtemittierende Dioden enthalten, um die UV-, violett- und/oder IR-Emissionskomponente der Multiband-Lichtquelle zu bilden. Die UV-, Violett- und/oder IR-Laserdioden können jeweils einen optischen Hohlraum enthalten, der mit Elektroden ausgestattet ist, um einen Treiberstrom zu liefern. Der Treiberstrom sorgt für eine optische Verstärkung der elektromagnetischen Strahlung, die sich in der Lichtwellenleiterregion ausbreitet. Die elektromagnetische Strahlung wird durch mindestens einen der Facettenbereiche als gerichtete elektromagnetische Strahlung abgegeben, die durch eine Spitzenwellenlänge im UV-, Violett- und/oder IR-Bereich gekennzeichnet ist. In einer Konfiguration ist die gerichtete Emission optisch an das Wellenlängenkonverterelement gekoppelt, so dass sich das Wellenlängenkonverterelement innerhalb des optischen Weges der Emission befindet, um die gerichtete elektromagnetische Strahlung von der Anregungsquelle zu empfangen. Nach dem Auftreffen auf das Wellenlängenkonverterelement werden die UV-, violetten und/oder IR-Emissionen zumindest teilweise von dem Wellenlängenkonverterelement reflektiert und in den gleichen Strahlengang wie die Weißlicht-Emissionen mit den ersten und zweiten Spitzenwellenlängen umgelenkt. Die UV-, violetten und/oder IR-Emissionen würden durch den optionalen Strahlformer geleitet, der so konfiguriert ist, dass er das ausgegebene IR-Licht so lenkt, dass es ungefähr dasselbe Ziel oder denselben Bereich von Interesse beleuchtet wie das sichtbare Licht. In dieser Ausführungsform könnten die Antriebsströme unabhängig voneinander aktiviert werden, so dass die Vorrichtung eine sichtbare Lichtquelle mit nur dem ersten aktivierten Treiberstrom, eine UV-, violette und/oder IR-Lichtquelle mit einem oder mehreren zusätzlichen Antriebsströmen oder gleichzeitig eine sichtbare und eine UV-, violette und/oder IR-Lichtquelle bereitstellen könnte. In einigen Anwendungen wäre es wünschenswert, nur die UV-, violetten und/oder IR-Lichtquellen zur Erkennung zu verwenden. Sobald ein Objekt erkannt wurde, könnte die sichtbare Lichtquelle aktiviert werden.
In einer anderen Ausführungsform können ein oder mehrere zusätzliche Wellenlängenkonverterelemente enthalten sein, um eine Emission im UV-, Violett- und/oder IR-Bereich zu erzeugen, um die UV-, Violett- und/oder IR-Emissionskomponente der Multiband-Lichtquelle bereitzustellen. Das eine oder die mehreren zusätzlichen Wellenlängenkonverterelemente, wie z. B. Phosphorelemente, können so konfiguriert sein, dass sie ein Pumplicht empfangen und absorbieren und ein Licht längerer Wellenlänge emittieren. In dieser Ausführungsform umfasst die Multiband-Lichtquelle das erste Wellenlängenkonverterelement zur Emission von sichtbarem Licht und das eine oder die mehreren zusätzlichen Wellenlängenkonverterelemente zur Emission von UV-, violettem und/oder IR-Licht. In einem Beispiel sind die Wellenlängenkonverterelemente nebeneinander angeordnet, so dass die Emission von weißem Licht aus dem ersten Wellenlängenkonverterelement von einer anderen räumlichen Position als die UV-, Violett- und/oder IR-Emissionen aus dem einen oder den mehreren zusätzlichen Wellenlängenkonverterelementen emittiert wird. In diesem Beispiel könnten die Wellenlängenkonverterelemente durch separate Laserdiodenelemente angeregt werden, wobei in einer Ausführungsform das erste Wellenlängenkonverterelement durch eine erste Gallium und Stickstoff enthaltende Laserdiode, wie z. B. eine UV-, violette, blaue oder grüne Laserdiode, angeregt würde. Andere Wellenlängenkonverter können durch eine oder mehrere zusätzliche Gallium- und Stickstoff beinhaltende Laserdioden angeregt werden, wie z. B. UV-, violette, blaue oder grüne Laserdioden, und andere Wellenlängenkonverter können durch eine oder mehrere zusätzliche Laserdioden angeregt werden, die aus einem anderen Materialsystem bestehen, das im roten oder IR-Wellenlängenbereich arbeitet, wie z. B. einem Gallium- und Arsenhaltigen Material oder einem Indium- und Phosphorhaltigen Material. In diesen Ausführungsformen würde die erste Laserdiode durch einen ersten Treiberstrom und die eine oder mehrere zusätzliche Laserdioden durch zusätzliche Antriebsströme angeregt werden. Da die Antriebsströme unabhängig voneinander aktiviert werden können, könnte die Mehrband-Lichtquelle eine sichtbare Lichtquelle liefern, wenn nur der erste Treiberstrom aktiviert ist, eine UV-, violette und/oder IR-Lichtquelle, wenn andere Antriebsströme aktiviert sind, oder sie könnte gleichzeitig eine sichtbare und eine UV-, violette und/oder IR-Lichtquelle liefern, wenn alle Antriebsströme aktiviert sind.
In einem anderen Beispiel könnten die mehreren Wellenlängenkonverterelemente in einer vertikal gestapelten Anordnung konfiguriert werden. Vorzugsweise wäre das erste Wellenlängenkonverterelement auf derselben Seite wie die primäre Emissionsfläche der gestapelten Wellenlängenkonverteranordnung angeordnet, so dass das von anderen Wellenlängenkonvertern emittierte UV-, violette und/oder IR-Licht das erste Wellenlängenkonverterelement ohne nennenswerte Absorption passieren kann. Das heißt, in einer reflektierenden Konfiguration würde das erste Wellenlängenkonverterelement, das das sichtbare Licht emittiert, über den anderen Wellenlängenkonverterelementen angeordnet sein, die das UV-, violette und/oder IR-Licht emittieren, so dass die sichtbaren und UV-, violetten und/oder IR-Emissionen, die aus der Emissionsfläche des ersten Wellenlängenkonverters austreten, als Nutzlicht gesammelt werden. Das heißt, die UV-, violetten und/oder IR-Emissionen würden in denselben optischen Pfad wie die Weißlicht-Emissionen mit den ersten und zweiten Spitzenwellenlängen emittiert werden. In dieser gestapelten Konfiguration könnte eine gemeinsame Gallium- und Stickstoff beinhaltende Laserdiode als Anregungsquelle sowohl für das erste als auch für jedes weitere Wellenlängenkonverterelement konfiguriert werden. Da die UV-, violetten und/oder IR- und sichtbaren Lichtemissionen aus den gestapelten Wellenlängenkonverterelementen von derselben Oberfläche und in ungefähr demselben Bereich austreten würden, kann ein einfaches optisches System, wie z. B. eine Sammel- und Kollimationsoptik, verwendet werden, um sowohl die sichtbaren Emissionen als auch die UV-, violetten und/oder IR-Emissionen zu projizieren und auf denselben Zielbereich zu richten. In dieser Konfiguration würde die Aktivierung der Laserdiode mit einem ersten Treiberstrom sowohl die Emission des sichtbaren Lichts als auch die des UV-, violetten und/oder IR-Lichts anregen. Andere vertikal gestapelte Wellenlängenkonverterelemente sind möglich, wie z. B. die Positionierung des UV-, violett- und/oder IR-emittierenden Wellenlängenkonverterelements auf der Emissionsseite des Stapels, so dass die Emission von sichtbarem Licht aus dem ersten Wellenlängenkonverterelement zur Anregung der UV-, violett- und/oder IR-Emissionen aus einem oder mehreren zusätzlichen Wellenlängenkonverterelementen dienen würde.
In einem anderen Beispiel könnten die vertikal gestapelten Wellenlängenkonverterelemente durch separate Laserdiodenelemente angeregt werden, wobei in einer Ausführungsform das erste Wellenlängenkonverterelement durch eine erste Gallium und Stickstoff enthaltende Laserdiode, wie eine UV, violette oder blaue Laserdiode angeregt wird und ein oder mehrere zusätzliche Wellenlängenkonverterelemente jeweils durch eine oder mehrere zusätzliche Gallium- und Stickstoff beinhaltende Laserdioden und/oder Laserdioden angeregt werden, die aus einem anderen Materialsystem bestehen, das im roten oder IR-Wellenlängenbereich arbeitet, wie z. B. einem Gallium- und Arsenhaltigen Material oder einem Indium- und Phosphorhaltigen Material. Eine Überlegung bei diesen Ausführungsformen besteht darin, die eine oder mehreren zusätzlichen Laserdioden mit einer Betriebswellenlänge auszuwählen, die in den anderen Wellenlängenkonverterelementen nicht wesentlich absorbiert wird, aber in dem zugehörigen Wellenlängenkonverterelement absorbiert wird, so dass, wenn die eine oder mehreren zusätzlichen Laserdioden aktiviert werden, die Emission den anderen Wellenlängenkonverter durchläuft, um den zugehörigen Wellenlängenkonverter anzuregen und die UV-, violette und/oder IR-Emission zu erzeugen. Das Ergebnis ist, dass das erste Laserdiodenelement in erster Linie das erste Wellenlängenkonverterelement aktiviert, um sichtbares Licht zu erzeugen, und die anderen Laserdiodenelemente in erster Linie ihren zugehörigen Wellenlängenkonverter aktivieren, um UV-, violettes und/oder IR-Licht zu erzeugen. Der Vorteil dieser Version der gestapelten Wellenlängenkonverteranordnung besteht darin, dass, da die erste Laserdiode durch einen ersten Treiberstrom erregt wird und die eine oder mehreren zusätzlichen Laserdioden durch separate Treiberströme erregt werden, die Wellenlängenkonverterelemente unabhängig voneinander aktiviert werden können, so dass die Multiband-Lichtquelle eine sichtbare Lichtquelle, eine UV-, violette und/oder IR-Lichtquelle oder gleichzeitig eine sichtbare und eine UV-, violette und/oder IR-Lichtquelle bereitstellen kann.
In einem weiteren Beispiel gemäß einer Ausführungsform können die Wellenlängenkonverterelemente zu einem einzigen hybriden Wellenlängenkonverterelement kombiniert werden. Dies kann auf verschiedene Weise erreicht werden, z. B. durch Sintern einer Mischung von Wellenlängenkonverterelementen wie Phosphor zu einem einzigen festen Körper. In dieser kombinierten Wellenlängenkonverteranordnung könnte eine gemeinsame Gallium und Stickstoff enthaltende Laserdiode als Anregungsquelle konfiguriert werden, um sowohl das sichtbare Licht als auch das UV-, violette und/oder IR-Licht zu erzeugen. In dieser Konfiguration würde die Aktivierung des Laserdiodenelements mit einem ersten Treiberstrom sowohl die Emission des sichtbaren Lichts als auch des UV-, violetten und/oder IR-Lichts anregen.
Alternativ könnte die UV-, violette oder blaue Emission durch Gallium und Stickstoff enthaltende Laserdioden angeregt werden, und die IR-Emission könnte durch eine Laserdiode angeregt werden, die aus einem anderen Materialsystem besteht, das im roten oder IR-Wellenlängenbereich arbeitet, wie z. B. einem Gallium und Arsen enthaltenden Material oder einem Indium und Phosphor enthaltenden Material. Eine Überlegung bei dieser Ausführungsform besteht darin, die Laserdioden mit einer Betriebswellenlänge auszuwählen, die in den anderen lichtemittierenden Elementen des zusammengesetzten Wellenlängenkonverterelements nicht wesentlich absorbiert wird, aber in dem zugehörigen Element des zusammengesetzten Wellenlängenkonverterelements absorbiert wird, so dass eine aktivierte Laserdiode keine unbeabsichtigten oder unerwünschten Emissionen hervorruft. Da die UV-, violetten oder blauen IR-Emissionen von derselben Oberfläche und am selben Ort wie die sichtbare Emission emittiert werden, können die UV-, violetten oder blauen IR-Emissionen leicht in denselben optischen Pfad geleitet werden wie die Weißlicht-Emissionen mit den ersten und zweiten Spitzenwellenlängen. Die UV-, violetten oder blauen IR-Emissionen und die Emission von weißem Licht könnten dann durch den optionalen Strahlformer geleitet werden, der so konfiguriert ist, dass er das Ausgangslicht zur Beleuchtung eines Ziels von Interesse lenkt. In dieser Ausführungsform könnten die Antriebsströme unabhängig voneinander aktiviert werden, so dass das Gerät eine sichtbare Lichtquelle, eine IR-Lichtquelle oder gleichzeitig eine sichtbare und eine UV-, violette oder blaue IR-Lichtquelle bereitstellen könnte.
Der Vorteil dieser Version der gestapelten Wellenlängenkonverteranordnung besteht darin, dass die verschiedenen Wellenlängenkonverterelemente unabhängig voneinander aktiviert werden können, da die Laserdioden durch separate Antriebsströme angeregt werden.
In einigen Ausführungsformen stellt die vorliegende Offenbarung eine Multiband-Lichtquelle bereit, die für die Kommunikation mit sichtbarem Licht konfiguriert ist. Die Lichtquelle enthält eine Steuerung, die ein Modem und einen Treiber umfasst. Das Modem ist so konfiguriert, dass es ein Datensignal empfängt. Die Steuerung ist so konfiguriert, dass sie ein oder mehrere Steuersignale erzeugt, um den Antrieb zu betreiben und einen Treiberstrom und ein Modulationssignal auf der Grundlage des Datensignals zu erzeugen. Außerdem enthält die Lichtquelle einen oder mehrere Lichtsender. Der Treiberstrom sorgt für eine optische Verstärkung einer elektromagnetischen Strahlung, die sich in einem Lichtwellenleiterbereich des einen oder der mehreren Lichtsender ausbreitet. Die elektromagnetische Strahlung wird durch mindestens einen der einen oder mehreren Facettenbereiche als gerichtete elektromagnetische Strahlung im UV-, Violett-, Blau- und/oder IR-Wellenlängenbereich ausgegeben. Die gerichtete elektromagnetische Strahlung wird moduliert, um das Datensignal unter Verwendung des vom Treiber bereitgestellten Modulationssignals zu übertragen. Die Lichtquelle kann auch einen Weg enthalten, der so konfiguriert ist, dass er die gerichtete elektromagnetische Strahlung lenkt, filtert oder aufteilt. Darüber hinaus enthält die Lichtquelle einen Wellenlängenkonverter, der optisch mit dem Pfad gekoppelt ist, um die gerichtete elektromagnetische Strahlung von der Pumplichtvorrichtung zu empfangen. Der Wellenlängenkonverter ist so konfiguriert, dass er mindestens einen Teil der gerichteten elektromagnetischen Strahlung mit der ersten Spitzenwellenlänge in mindestens eine zweite Spitzenwellenlänge umwandelt, die länger ist als die erste Spitzenwellenlänge, und dass er ein Weißfarbspektrum ausgibt, das mindestens die zweite Spitzenwellenlänge und teilweise die erste Spitzenwellenlänge umfasst. Darüber hinaus enthält die Lichtquelle einen Strahlformer, der so konfiguriert ist, dass er das Weißfarbspektrum zur Beleuchtung eines Ziels von Interesse und zur Übertragung des Datensignals durch mindestens den Teil der gerichteten elektromagnetischen Strahlung mit der ersten Spitzenwellenlänge zu einem Empfänger am Ziel von Interesse lenkt.
Optional bezieht sich der hier verwendete Begriff „Modem“ auf ein Kommunikationsgerät. Die Vorrichtung kann auch eine Vielzahl anderer Datenempfangs- und -übertragungsvorrichtungen für drahtlose, drahtgebundene, kabelgebundene oder optische Kommunikationsverbindungen sowie eine beliebige Kombination davon umfassen. In einem Beispiel kann die Vorrichtung einen Empfänger mit einem Sender oder einen Transceiver mit geeigneten Filtern und analogen Frontends umfassen. In einem Beispiel kann das Gerät mit einem drahtlosen Netzwerk gekoppelt sein, wie z. B. einem vermaschten Netzwerk, einschließlich Zigbee, Zeewave und anderen. In einem Beispiel kann das drahtlose Netzwerk auf einem 802.11-Drahtlosstandard oder gleichwertigen Standards basieren. In einem Beispiel kann das drahtlose Gerät auch eine Schnittstelle zu Telekommunikationsnetzwerken, wie 3G, LTE, 5G und anderen, aufweisen. In einem Beispiel kann das Gerät eine Schnittstelle zu einer physikalischen Schicht, wie z. B. Ethernet oder andere, aufweisen. Die Vorrichtung kann auch mit einer optischen Kommunikation verbunden werden, einschließlich eines Lasers, der mit einer Antriebsvorrichtung oder einem Verstärker gekoppelt ist. Natürlich kann es auch andere Variationen, Modifikationen und Alternativen geben.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst eine Lichtquelle, die für die Emission von sichtbarem Licht und violetter oder UV-Emission konfiguriert ist, eine Stickstoff beinhaltende Laserdiode, die als eine erste Pumplichtvorrichtung konfiguriert ist; wobei die Stickstoff beinhaltende Laserdiode einen optischen Hohlraum umfasst; wobei der optische Hohlraum einen optischen Wellenleiterbereich und einen oder mehrere Facettenbereiche umfasst, wobei die Stickstoff beinhaltende Laserdiode so konfiguriert ist, dass sie gerichtete elektromagnetische Strahlung durch mindestens einen der Facettenbereiche ausgibt; wobei die gerichtete elektromagnetische Strahlung von der Stickstoff beinhaltenden Laserdiode durch eine erste Spitzenwellenlänge gekennzeichnet ist; einen ersten Wellenlängenkonverter, der optisch mit einem Pfad gekoppelt ist, um die gerichtete elektromagnetische Strahlung von der ersten Pumplichtvorrichtung zu empfangen, wobei der Wellenlängenkonverter so konfiguriert ist, dass er mindestens einen Teil der gerichteten elektromagnetischen Strahlung mit der ersten Spitzenwellenlänge in mindestens eine zweite Spitzenwellenlänge umwandelt, die länger als die erste Spitzenwellenlänge ist, und dass er die sichtbare Lichtemission als eine Weißfarbenemission erzeugt, die mindestens die zweite Spitzenwellenlänge umfasst die Lichtquelle, die mit einer Violett- oder UV-emittierenden Laserdiode konfiguriert ist, um die Violett- oder UV-Emission bereitzustellen; wobei die Violett- oder UV-emittierende Laserdiode konfiguriert ist, um eine gerichtete elektromagnetische Strahlung auszugeben, die durch eine dritte Spitzenwellenlänge gekennzeichnet ist; wobei die dritte Spitzenwellenlänge durch eine Wellenlänge in einem Violett- oder UV-Teil des elektromagnetischen Spektrums gekennzeichnet ist; ein Gehäuse- bzw. Baugruppenelement, das mit einem Basiselement konfiguriert ist; und mindestens ein gemeinsames Trägerelement, das konfiguriert ist, um mindestens das Stickstoff enthaltende Laserdiodenelement und das erste Wellenlängenkonverterelement zu tragen.
In einer Ausführungsform umfasst die Lichtquelle ferner eine IR-emittierende Laserdiode, um eine IR-Emission zu erzeugen, wobei die IR-emittierende Laserdiode so konfiguriert ist, dass sie eine elektromagnetische Strahlung ausgibt, die durch eine vierte Spitzenwellenlänge im IR-Bereich gekennzeichnet ist.
In einer anderen Ausführungsform liegt die erste Spitzenwellenlänge in einem blauen Wellenlängenbereich von 420 nm bis 480 nm, und die violette oder UV-Emission liegt in einem UV-Wellenlängenbereich von 270 nm bis 390 nm oder einem violetten Wellenlängenbereich von 390 nm bis 425 nm.
Eine weitere Ausführungsform umfasst einen Strahlformer, der so konfiguriert ist, dass er die Emission von sichtbarem Licht und die Emission von violettem oder UV-Licht so lenkt, dass ein Ziel von Interesse beleuchtet wird. Der Strahlformer kann ein oder eine Kombination von optischen Elementen umfassen, die aus einer Liste von Kollimationslinse mit langsamer Achse, Kollimationslinse mit schneller Achse, asphärischen Linse, Kugellinse, TIR-Optik (Total Internal Reflector), parabolische Linsenoptik, refraktive Optik und MEMS-Spiegel (micro-electromechanical system) ausgewählt werden, die so konfiguriert sind, dass sie das Weißfarbspektrum lenken, kollimieren und/oder fokussieren, um zumindest dessen Winkelverteilung zu modifizieren.
In einer anderen Ausführungsform ist die Stickstoff beinhaltende Laserdiode eine Gallium und Stickstoff enthaltende Laserdiode, die eine erste Spitzenwellenlänge im violetten Wellenlängenbereich von 390nm bis 420nm oder im blauen Wellenlängenbereich von 420nm bis 480nm emittiert.
In einer anderen Ausführungsform ist das erste Wellenlängenkonverterelement durch einen Reflexionsmodusbetrieb gekennzeichnet, so dass die gerichtete elektromagnetische Strahlung mit der ersten Wellenlänge von dem ersten Pumplicht auf eine Anregungsoberfläche des Wellenlängenkonverterelements einfällt; und wobei die Primäremission der zweiten Wellenlänge von dem Wellenlängenkonverterelement von derselben Anregungsoberfläche des Wellenlängenkonverterelements emittiert wird. Der erste Wellenlängenkonverter kann optisch mit dem Pfad gekoppelt sein, um die gerichtete elektromagnetische Strahlung von der violetten oder UV-emittierenden Laserdiode zu empfangen, wobei der erste Wellenlängenkonverter so konfiguriert ist, dass er die violette oder UV-Emission reflektiert und/oder streut; und wobei sich die violette oder UV-Emission und die sichtbaren Lichtemissionen innerhalb desselben räumlichen Bereichs überlappen.
In einer anderen Ausführungsform ist das erste Wellenlängenkonverterelement durch einen transmissiven Modusbetrieb gekennzeichnet, so dass die gerichtete elektromagnetische Strahlung mit der ersten Wellenlänge von dem ersten Pumplicht auf eine Anregungsoberfläche des Wellenlängenkonverterelements einfällt; und wobei die primäre Emission der zweiten Wellenlänge von dem Wellenlängenkonverter von einer Emissionsoberfläche emittiert wird, wobei die Emissionsoberfläche auf der gegenüberliegenden Seite des Wellenlängenkonverters von der Anregungsoberfläche ist. Der erste Wellenlängenkonverter kann optisch mit dem Pfad gekoppelt sein, um die gerichtete elektromagnetische Strahlung von der Violett- oder UV-Laserdiode zu empfangen, wobei der Wellenlängenkonverter so konfiguriert ist, dass er die Violett- oder UV-Emissionen überträgt und/oder streut, und wobei die Violett- oder UV-Emissionen und die sichtbaren Lichtemissionen innerhalb desselben räumlichen Bereichs überlappen.
In einer anderen Ausführungsform besteht das erste Wellenlängenkonverterelement aus einem Phosphormaterial; und wobei der Phosphor einem keramischen Yttrium-Aluminium-Granat (YAG), das mit Ce dotiert ist, oder einem einkristallinen YAG, das mit Ce dotiert ist, oder einem pulverförmigen YAG, das ein Bindemittelmaterial umfasst, besteht; und wobei das Phosphorelement einen optischen Umwandlungswirkungsgrad von mindestens 50 Lumen pro optischem Watt aufweist.
In einer anderen Ausführungsform ist die violette oder UV-emittierende Laserdiode Stickstoff beinhaltend.
In einer anderen Ausführungsform ist das Gehäuse ein SMD-Gehäuse (Surface Mount Device) und ein gemeinsames Trägerelement ist aus der Basis des SMD-Gehäuses konfiguriert.
In einer anderen Ausführungsform ist die Baugruppe ausgewählt aus einer TO-Dose, einer flachen Baugruppe oder einem Schmetterling.
In einer anderen Ausführungsform wird die sichtbare Lichtemission mit mindestens der zweiten Spitzenwellenlänge in ein optisches Faserelement gekoppelt, oder die violette oder UV-Lichtemission mit der dritten Spitzenwellenlänge wird in eine optische Faser gekoppelt, oder sowohl die sichtbare Lichtemission mit mindestens der zweiten Spitzenwellenlänge als auch die violette oder UV-Lichtemission mit der dritten Spitzenwellenlänge werden in ein optisches Faserelement gekoppelt; wobei die optische Faser eine Single-Mode-Faser (SMF) oder eine Multi-Mode-Faser (MMF) ist; und wobei die optische Faser einen Kerndurchmesser im Bereich von etwa 1 um bis 10 um, etwa 10 um bis 50 um, etwa 50 um bis 150 um, etwa 150 um bis 500 um, etwa 500 um bis 1 mm, etwa 1 mm bis 5 mm oder größer als 5 mm aufweist. Die optische Faser kann mindestens eine Transportfaser oder eine undichte Streufaser enthalten.
In einer anderen Ausführungsform umfasst eine Lichtquelle ferner einen oder mehrere Sensoren und einen Controller, um ein Eingangssignal für die Lichtquelle bereitzustellen; wobei der eine oder die mehreren Sensoren in einer Rückkopplungsschleifenschaltung konfiguriert sind, um einen Rückkopplungsstrom oder eine Rückkopplungsspannung für den Controller bereitzustellen, um mindestens eines der einen oder mehreren Steuersignale abzustimmen und die Helligkeit der sichtbaren Lichtemission und/oder der violetten oder UV-Emission einzustellen.
In einer anderen Ausführungsform ist die Lichtquelle für den Einsatz in einer oder mehreren Anwendungen konfiguriert, darunter Spotlighting, Detektion, Bildgebung, Projektionsdisplay, räumlich dynamische Beleuchtungsvorrichtungen, LIDAR, LiFi, Kommunikation mit sichtbarem Licht, allgemeine Beleuchtung, kommerzielle Beleuchtung und Display, Automobilbeleuchtung, Automobilkommunikation und/oder -detektion, Verteidigung und Sicherheit, Suche und Rettung, industrielle Verarbeitung, Internetkommunikation oder Landwirtschaft oder Gartenbau.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Lichtquelle zur Verwendung in einer oder mehreren Anwendungen konfiguriert, einschließlich der Reinigung von Wasser, der Reinigung von Luft und der Reinigung von Oberflächen oder der Desinfektion.
Gemäß einer anderen Ausführungsform umfasst eine Lichtquelle, die für die Emission von sichtbarem Licht und violetter oder UV-Emission konfiguriert ist, eine Stickstoff beinhaltende Laserdiode, die als eine erste Pumplichtvorrichtung konfiguriert ist; wobei die Stickstoff beinhaltende Laserdiode einen optischen Hohlraum umfasst; wobei der optische Hohlraum einen Lichtwellenleiterbereich und einen oder mehrere Facettenbereiche umfasst, wobei die Stickstoff beinhaltende Laserdiode so konfiguriert ist, dass sie gerichtete elektromagnetische Strahlung durch mindestens einen der Facettenbereiche ausgibt; wobei die gerichtete elektromagnetische Strahlung von der Stickstoff beinhaltenden Laserdiode durch eine erste Spitzenwellenlänge gekennzeichnet ist; einen ersten Wellenlängenkonverter, der optisch mit einem Pfad gekoppelt ist, um die gerichtete elektromagnetische Strahlung von der ersten Pumplichtvorrichtung zu empfangen, wobei der Wellenlängenkonverter so konfiguriert ist, dass er zumindest einen Teil der gerichteten elektromagnetischen Strahlung mit der ersten Spitzenwellenlänge in zumindest eine zweite Spitzenwellenlänge umwandelt, die länger als die erste Spitzenwellenlänge ist, und die sichtbare Lichtemission als eine Weißfarbemission zu erzeugen, die mindestens die zweite Spitzenwellenlänge umfasst, wobei der erste Wellenlängenkonverter so konfiguriert ist, dass er die sichtbare Lichtemission in einem reflektierenden Modus bereitstellt, so dass die gerichtete elektromagnetische Strahlung auf eine Anregungsoberfläche des ersten Wellenlängenkonverters einfällt und die Anregungsoberfläche eine primäre Emissionsoberfläche der sichtbaren Lichtemission ist; die Lichtquelle mit einer violetten oder UV-emittierenden Laserdiode konfiguriert ist, um die violette oder UV-Emission bereitzustellen; die violette oder UV-emittierende Laserdiode konfiguriert ist, um eine gerichtete elektromagnetische Strahlung auszugeben, die durch eine dritte Spitzenwellenlänge gekennzeichnet ist; wobei die dritte Spitzenwellenlänge durch eine Wellenlänge in einem violetten oder UV-Teil des elektromagnetischen Spektrums gekennzeichnet ist ein SMD-Gehäuseelement, das mit einem Basiselement konfiguriert ist; und mindestens ein gemeinsames Trägerelement, das so konfiguriert ist, dass es mindestens das Stickstoff enthaltende Laserdiodenelement und das erste Wellenlängenkonverterelement trägt, wobei mindestens ein gemeinsames Trägerelement das Basiselement des SMD-Gehäuses umfasst.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst ein System eine Lichtquelle, die für die Emission von sichtbarem Licht und von violettem oder UV-Licht konfiguriert ist; ein Gehäuse, das so konfiguriert ist, dass es die Lichtquelle umschließt, wobei die Lichtquelle umfasst: eine Stickstoff beinhaltende Laserdiode, die als erste Pumplichtvorrichtung konfiguriert ist; wobei die Stickstoff beinhaltende Laserdiode einen optischen Hohlraum umfasst; wobei der optische Hohlraum einen optischen Wellenleiterbereich und einen oder mehrere Facettenbereiche umfasst, wobei die Stickstoff beinhaltende Laserdiode so konfiguriert ist, dass sie gerichtete elektromagnetische Strahlung durch mindestens einen der Facettenbereiche ausgibt; wobei die gerichtete elektromagnetische Strahlung von der Stickstoff beinhaltenden Laserdiode durch eine erste Spitzenwellenlänge gekennzeichnet ist; einen ersten Wellenlängenkonverter, der optisch mit dem Pfad gekoppelt ist, um die gerichtete elektromagnetische Strahlung von der ersten Pumplichtvorrichtung zu empfangen, wobei der Wellenlängenkonverter so konfiguriert ist, dass er mindestens einen Teil der gerichteten elektromagnetischen Strahlung mit der ersten Spitzenwellenlänge in mindestens eine zweite Spitzenwellenlänge umwandelt, die länger als die erste Spitzenwellenlänge ist, und die sichtbare Lichtemission als eine Weißfarbenemission erzeugt, die mindestens die zweite Spitzenwellenlänge umfasst; die Lichtquelle, die mit einer Violett- oder UV-emittierenden Laserdiode konfiguriert ist, um die Violett- oder UV-Emission bereitzustellen; die Violett- oder UV-emittierende Laserdiode, die konfiguriert ist, um eine gerichtete elektromagnetische Strahlung auszugeben, die durch eine dritte Spitzenwellenlänge gekennzeichnet ist; wobei die dritte Spitzenwellenlänge durch eine Wellenlänge in einem Violett- oder UV-Teil des elektromagnetischen Spektrums gekennzeichnet ist; und mindestens ein gemeinsames Trägerelement, das konfiguriert ist, um mindestens das Stickstoff enthaltende Laserdiodenelement und das erste Wellenlängenkonverterelement zu tragen.
In einer Ausführungsform ist das System für den Einsatz in einer Anwendung konfiguriert, die aus Reinigung, Säuberung oder Desinfektion ausgewählt ist.
Figurenliste
Die folgenden Zeichnungen sind lediglich Beispiele zur Veranschaulichung verschiedener offengelegter Ausführungsformen und sollen den Umfang der vorliegenden Erfindung nicht einschränken.

1 ist ein Beispiel eines Absorptionsspektrums von YAG:Ce³⁺ Phosphor.
2 ist ein Diagramm, das die gemessene diffuse und spiegelnde Reflexion eines YAG:Ce3+-Phosphors zeigt, der für die Verwendung im Reflexionsmodus konfiguriert ist, bei dem die blaue Lichtquelle und die Emission von weißem Licht auf der gleichen Seite gemäß einer Ausführungsform auftreten.
3 ist ein Beispiel eines laserbasierten Spektrums ohne zusätzliche Änderungen.
4 ist ein Beispiel eines laserbasierten Spektrums, das die Hinzufügung eines 405nm nahen UV-Peaks (UV-Spitze) zum Basisspektrum gemäß einer Ausführungsform zeigt.
5 ist ein Beispiel eines laserbasierten Spektrums, das die Einbeziehung von 850nm und 905nm Laserlicht in die nahen IR-Spektren gemäß einer Ausführungsform zeigt.
6 ist ein Beispiel eines laserbasierten Spektrums, das sowohl das nahe UV- als auch das nahe IR-Spektrum mit dem Basis-Weißlicht-Spektrum aus 3 gemäß einer Ausführungsform zeigt.
7 ist ein Beispiel eines laserbasierten Spektrums mit diffuser Reflexion für CASN:Eu2+.
8 ist ein Beispiel eines laserbasierten Spektrums, das ein vollständiges Beispiel für 4000K Neutralweiß zeigt, bei dem YAG:Ce3+ und CASN:Eu3+ Phosphors in Verbindung mit nahen UV- und nahen IR-Lasern gemäß einer Ausführungsform verwendet werden.
9 ist ein Beispiel eines laserbasierten Spektrums, das die Zugabe des Sr-haltigen roten s-CASN-Phosphors zeigt, der auch verwendet werden kann, um die Farbe gemäß einer Ausführungsform weiter in den warmweißen Spektralbereich zu erweitern.
Die 10A-10C sind vereinfachte Blockdiagramme, die eine Laserdiodenquelle zeigen, die eine blaue Laserdiode und eine UV- oder violette Laserdiode gemäß einigen Ausführungsformen enthält.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen ein System oder eine Vorrichtung bereit, die mit UV-, Violett- und/oder IR-Quellen konfiguriert ist, die mit Gallium und Stickstoff enthaltenden Laserdioden integriert sind und auf einer Weißlichtquelle basieren. Mit der Fähigkeit, das sichtbare Spektrum, das UV-Spektrum, das violette Spektrum und/oder das IR-Spektrum zu emittieren, ist das System oder die Vorrichtung zumindest eine Multiband-emittierende Lichtquelle. In einigen Ausführungsformen enthält das System oder die Vorrichtung Sensoren zur Bildung von Rückkopplungsschleifen, die die UV-, Violett- und/oder IR-Quellen und/oder die laserbasierte Weißlicht-Beleuchtungsquelle aktivieren können. Lediglich als Beispiel bieten einige Ausführungsformen ferngesteuerte und integrierte intelligente Laserbeleuchtungsvorrichtungen, die mit UV-, violetten und/oder IR- und sichtbaren Beleuchtungsfähigkeiten für Spotlighting, Erkennung, Bildgebung, Projektionsanzeige, räumlich dynamische Beleuchtungsvorrichtungen und -methoden, LIDAR, LiFi und Kommunikationsvorrichtungen mit sichtbarem Licht und verschiedene Kombinationen der oben genannten in Anwendungen der allgemeinen Beleuchtung, kommerziellen Beleuchtung und Anzeige, Fahrzeugbeleuchtung und Kommunikation, Verteidigung und Sicherheit, Suche und Rettung, industrielle Verarbeitung, Internetkommunikation, Landwirtschaft oder Gartenbau konfiguriert sind. Die integrierte Lichtquelle gemäß einigen Ausführungsformen kann in einen Autoscheinwerfer, eine allgemeine Beleuchtungsquelle, eine Sicherheitslichtquelle, eine Suchlichtquelle, eine Verteidigungslichtquelle, als Light Fidelity (LiFi)-Kommunikationsgerät, für Gartenbauzwecke zur Optimierung des Pflanzenwachstums oder viele andere Anwendungen eingebaut werden.
In einem Aspekt sind Konfigurationen von Gallium und Stickstoff enthaltenden Laserdioden in Beleuchtungssystemen für UV-, violette und/oder IR-Beleuchtung konfiguriert, die in Multispektrum-Strahlern, Bildgebungs-, Erfassungs- und Suchanwendungen eingesetzt werden können. Mit einer laserbasierten Weißlichtquelle und einer UV-, Violett- und/oder IR-Lichtquelle sind einige Ausführungen in der Lage, Licht sowohl im sichtbaren Wellenlängenbereich als auch im UV-, Violett- und/oder IR-Wellenlängenbereich zu emittieren, und sie sind so konfiguriert, dass sie selektiv in einem Band oder gleichzeitig in mehreren Bändern arbeiten. Diese Multiband-Emissionsquelle kann in Kommunikationssystemen eingesetzt werden, z. B. in Kommunikationssystemen mit sichtbarem Licht, wie Li-Fi-Systemen, in Kommunikationssystemen, die die Konvergenz von Beleuchtung und Anzeige mit statischer oder dynamischer räumlicher Musterung unter Verwendung von Strahlformungselementen, wie MEMS-Abtastspiegeln oder digitalen Lichtverarbeitungseinheiten, nutzen, und in Kommunikationssystemen, die durch integriertes Sensorfeedback ausgelöst werden.
Einige Ausführungsformen stellen eine Lichtquelle bereit, die für die Emission von sichtbarem Licht auf Laserbasis, wie z. B. weißes Licht und Infrarotlicht, konfiguriert ist, um eine Beleuchtungsquelle zu bilden, die sichtbare und IR-Beleuchtung bereitstellen kann. Die Lichtquelle umfasst eine Gallium und Stickstoff enthaltende Laserdioden-Anregungsquelle, die mit einem optischen Hohlraum konfiguriert ist. Der optische Hohlraum umfasst einen optischen Wellenleiterbereich und einen oder mehrere Facettenbereiche. Der optische Hohlraum ist mit Elektroden ausgestattet, um einen ersten Treiberstrom an das Gallium und Stickstoff enthaltende Material zu liefern. Der erste Treiberstrom sorgt für eine optische Verstärkung einer elektromagnetischen Strahlung, die sich im Lichtwellenleiterbereich des Gallium und Stickstoff enthaltenden Materials ausbreitet. Die elektromagnetische Strahlung wird durch mindestens einen der einen oder mehreren Facettenbereiche als gerichtete elektromagnetische Strahlung abgegeben, die durch eine erste Spitzenwellenlänge im ultravioletten, blauen, grünen oder roten Wellenlängenbereich gekennzeichnet ist. Darüber hinaus umfasst die Lichtquelle einen Wellenlängenkonverter, beispielsweise ein Phosphorelement, der optisch mit dem elektromagnetischen Strahlungsweg gekoppelt ist, um die gerichtete elektromagnetische Strahlung von der Anregungsquelle zu empfangen. Der Wellenlängenkonverter ist so konfiguriert, dass er mindestens einen Teil der gerichteten elektromagnetischen Strahlung mit der ersten Spitzenwellenlänge in mindestens eine zweite Spitzenwellenlänge umwandelt, die länger ist als die erste Spitzenwellenlänge. In einer Ausführungsform besteht das Ausgangssignal aus einem Weißfarbspektrum, wobei zumindest die zweite Spitzenwellenlänge und teilweise die erste Spitzenwellenlänge die laserbasierte Spektralkomponente des sichtbaren Lichts gemäß einigen Ausführungsformen bilden. In einem Beispiel ist die erste Spitzenwellenlänge eine blaue Wellenlänge und die zweite Spitzenwellenlänge ist eine gelbe Wellenlänge. Die Lichtquelle umfasst optional einen Strahlformer, der so konfiguriert ist, dass er das Weiß-Farbspektrum so lenkt, dass ein Ziel oder ein Bereich von Interesse beleuchtet wird.

Es gibt viele Wellenlängenbereiche, die für die Festkörperbeleuchtung aus nichtphotopischen Gründen von Interesse sind. Einige Beispiele für Branchen und die interessanten Wellenlängen sind in Tabelle 1 aufgeführt. Im Großen und Ganzen können alle Wellenlängen für photochemische Anwendungen genutzt werden, da die Wellenlängenbereiche unterschiedliche Energiemengen tragen und daher mit unterschiedlichen Bindungsstärken interagieren. Zum Beispiel ist VUV mit Photonenenergien von 7-13eV stark genug, um Wasser und Sauerstoff in Radikale zu spalten. UV-A hat zwar eine geringere Energie als VUV, kann aber die Vitamin-D-Produktion in der Haut fördern und zur Luftreinigung und Bakteriendesinfektion eingesetzt werden. Im niedrigsten Energiebereich, dem nahen IR, sind die jüngsten Entwicklungen in der Wärmebildtechnik und im LIDAR zu nennen. Tabelle 1 - Wellenlängenbereiche und beispielhafte Anwendungen

100-200nm VUV	200-280nm UV-C	280-320nm UV-B	320-420 nm UV-A und Violett	380-780n m Sichtbar	780-2500nm Nahes IR
Fotochemie	Fotochemie	Fotochemie	Fotochemie		Wärmebildtech nik, IR-Beleuchtung
Wafer-Reinigung	Luftdesinfektion	Bräunung	Bräunung
Erzeugung von Ozon	Wasserdesinfektion	Behandlung von Hautkrankheiten	Wasseraufbereitung
	Oberflächen-Desinfektion		Luftreinigung und Oberflächenreinigung		Topical Medicine Aktivierung, Gewebeheilung
	Kommunikation	Kommunikation	Kommunikation		Kommunikation
	Tiefenerkundung, LIDAR	Tiefenerkundung, LIDAR	Tiefenerkundung, LIDAR		Tiefenerkundung, LIDAR

Im Allgemeinen gibt es viele mögliche Anwendungen und Vorteile der Einbeziehung von Lichtquellen in diesen ultravioletten (UV) und infraroten (IR) Wellenlängenbereichen in sichtbare Lichtquellen. Durch die Einbeziehung von Lichtquellen wie Lasern im nahen IR-Bereich kann die sichtbare Lichtquelle beispielsweise auch als IR-Beleuchtung oder Wärmebildkamera fungieren, ein Signal für die Tiefenabtastung oder 3D-Bildgebung bei LIDAR-Anwendungen liefern, eine Kommunikationsverbindung für die Hochgeschwindigkeitsdatenübertragung bereitstellen und medizinische Vorteile bieten, wie die Aktivierung von Medikamenten und die Verbesserung der Gewebeheilung. Durch die unabhängige Steuerung der sichtbaren Lichtfunktion und der IR-Lichtfunktionen können diese Vorteile oder Fähigkeiten im IR-Bereich entweder gleichzeitig mit der Weißlicht-Beleuchtungsfunktion oder separat erreicht werden. In einigen Ausführungsformen sind IR-Lichtquellen in die laserbasierte sichtbare Lichtquelle integriert.
In einigen Ausführungsformen enthält die auf einem sichtbaren Laser basierende Weißlichtquelle eine zusätzliche Lichtquelle auf der energiereichen Seite des sichtbaren Lichtspektrums, z. B. eine Lichtquelle im UV-A- oder violetten Wellenlängenbereich. Hier können Lichtquellen im Bereich von 320nm bis 400nm oder sogar bis zu längeren violetten Wellenlängen, wie 400nm bis 420nm, in die Lichtquelle einbezogen werden, um Funktionen wie die Reinigung von Wasser, die Reinigung von Luft und die Reinigung von Oberflächen durchzuführen. Die UV- oder sichtbare Lichtquelle wird vorzugsweise von einer Laserdiode erzeugt, kann aber auch von einer Leuchtdiode stammen. Die Reinigungswirkung tritt ein, wenn das Licht Bakterien, Viren und Keime aufspaltet und schließlich vernichtet. Bei dieser niedrigeren Energie am Ende des UV-Wellenlängenbereichs können für eine hochwirksame Reinigung und Desinfektion längere Belichtungszeiten erforderlich sein. Ein großer Vorteil dieses niedrigeren UV-Energiebereichs ist jedoch, dass er für den Menschen unbedenklich ist, insbesondere wenn die Wellenlänge auf 390 bis 415 nm erhöht wird. Durch den Einbau dieser UV-A- oder violetten Quellen mit Wellenlängen im Bereich von 390 bis 415 nm, z. B. 405 nm, in sichtbare Lichtquellen kann das UV-A-Licht nahezu kontinuierlich und sicher aktiviert werden, um die Umwelt zu reinigen und zu desinfizieren.
In einer Ausführungsform wird das UV-A-Licht oder das violette Licht von einer Laserdiode erzeugt, die in der auf einem sichtbaren Laser basierenden Weißlichtquelle enthalten ist. In alternativen Ausführungsformen wird das UV-A-Licht oder violette Licht durch andere Arten von Lichtquellen, wie z. B. eine Leuchtdiode, erzeugt. Das UV-A-Licht oder violette Licht kann gleichzeitig mit der sichtbaren Weißlichtbeleuchtung betrieben werden, wenn das sichtbare Licht benötigt wird, oder es kann betrieben werden, wenn das sichtbare Licht nicht benötigt wird, z. B. bei Geschäftsschluss oder wenn ausreichend Umgebungslicht vorhanden ist. Auf diese Weise kann die UV-A- oder violette Lichtquelle die ganze Zeit über strahlen, um ein kontinuierliches Reinigungs-/Desinfektionsergebnis zu erzielen. Der Nettoeffekt ist eine Lichtquelle, die für eine sicherere und sauberere Umgebung sorgen kann, die an praktisch jedem Ort eingesetzt werden kann, z. B. in Krankenhäusern, Schulen, Restaurants, Hotels, Einkaufszentren, Büros, Wohnungen usw. In einigen Ausführungsformen ist eine UV-A-Lichtquelle oder eine Lichtquelle im Bereich von 390 nm bis 415 nm, z. B. eine 405-nm-Lichtquelle, in der laserbasierten sichtbaren Lichtquelle enthalten. Die UV-A-Lichtquelle oder die violette Lichtquelle im Bereich von 400nm bis 415nm ist eine Laserdiode, die in diesem Wellenlängenbereich emittiert. In einigen Ausführungsformen ist die laserbasierte Lichtquelle mit Sensoren für Rückkopplungsschleifen und/oder Rechenleistung oder Eingaben ausgestattet, um einen Beleuchtungsalgorithmus einzurichten, der steuern kann, wann das desinfizierende UV-Licht und das sichtbare weiße Licht von der Quelle ausgestrahlt werden sollen.
In einigen Anwendungen wird das UV-A-Licht oder violette Licht im Bereich von 320nm bis 420nm von einer Laserdiode erzeugt und kann als Datenübertragungsmedium fungieren, um kodierte Daten mit hoher Datenrate an einen Empfänger zu senden, um eine Kommunikationsverbindung in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen zu bilden. In anderen Anwendungen wird das UV-A-Licht oder violette Licht im Bereich von 320nm bis 420nm von einer Laserdiode erzeugt und kann als Sensorlicht in einem Tiefenmess- oder Entfernungsmessgerät fungieren, wie z.B. in Sensorgeräten, die eine Flugzeitmessung verwenden, um eine Entfernung zu ermitteln. In anderen Anwendungen wird das UV-A-Licht oder violette Licht im Bereich von 320nm bis 420nm von einer Laserdiode erzeugt und kann als Sensorlicht in einem 3D-LiDAR-System verwendet werden, bei dem die Tiefen einer 2D-Anordnung von Raumkoordinaten gemessen werden, um ein 3D-Bild zu erzeugen.
In einigen Ausführungsformen ist eine UV-Lichtquelle höherer Energie in die laserbasierte Weißlichtquelle integriert. In diesen Ausführungsformen kann die UV-Lichtquelle im UV-C-Wellenlängenbereich von 200 nm bis 280 nm oder im UV-B-Wellenlängenbereich von 280 nm bis 320 nm arbeiten. Der Zusatz dieser energiereicheren Wellenlängen kann der laserbasierten Weißlichtquelle im Vergleich zu den UV-A- oder violetten Wellenlängen schnellere und intensivere Reinigungs- und Desinfektionseigenschaften verleihen. Bei der Verwendung dieser Wellenlängen zur Desinfektion, Reinigung und Säuberung ist es äußerst wichtig, die richtigen Sicherheitsüberlegungen und -kontrollen durchzuführen, da eine längere Exposition von Menschen oder Tieren gesundheitsschädliche Auswirkungen haben kann. In einer Ausführungsform wird das UV-B- oder UV-C-Licht von einer Laserdiode erzeugt, die in die Weißlichtquelle auf Basis eines sichtbaren Lasers integriert ist. In alternativen Ausführungsformen wird das UV-B- oder UV-C-Licht durch eine andere Art von Lichtquelle, z. B. eine Leuchtdiode, erzeugt.
In einigen Ausführungsformen wäre die laserbasierte Weißlichtquelle einschließlich der UV-C- oder UV-B-Lichtquelle so konzipiert, dass das UV-Licht nur für bestimmte Zeiträume aktiviert wird, um eine Überbelichtung zu vermeiden, oder das UV-Licht könnte zu bestimmten Zeiten aktiviert werden, wenn keine Menschen oder Tiere anwesend sind. Die unabhängige Steuerung der Weißlicht- und der UV-Lichtabgabe könnte es der Lichtquelle ermöglichen, ihre Reinigungs- und Desinfektionsfunktion je nach Wunsch des Benutzers zu erfüllen, z. B. nachts in Büroräumen, wenn keine Menschen anwesend sind, zwischen Patientenbesuchen/Bewohnern in Krankenhäusern und Gesundheitseinrichtungen, in Geschäften und Einkaufszentren während des Geschäftsschlusses usw., um eine sichere und wirksame Desinfektion zu ermöglichen. In einigen Ausführungsformen ist die laserbasierte Lichtquelle mit Sensoren für Rückkopplungsschleifen und/oder Rechenleistung oder Eingaben ausgestattet, um einen Beleuchtungsalgorithmus einzurichten, der steuern kann, wann das desinfizierende UV-Licht und das sichtbare weiße Licht von der Quelle ausgestrahlt werden sollen.
In einigen Anwendungen kann das UV-C-Licht oder UV-B-Licht im Bereich von 320 nm bis 420 nm als Datenübertragungsmedium dienen, um codierte Daten mit hoher Datenrate an einen Empfänger zu senden, um eine Kommunikationsverbindung gemäß einigen Ausführungsformen zu bilden. In anderen Anwendungen kann das UV-C-Licht oder UV-B-Licht im Bereich von 320 nm bis 420 nm als Sensorlicht in einem Tiefenmess- oder Entfernungsmessgerät fungieren, wie z. B. in Sensorgeräten, die eine Flugzeitmessung verwenden, um eine Entfernung zu ermitteln. In anderen Anwendungen kann das UV-C- oder UV-B-Licht im Bereich von 320nm bis 420nm als Sensorlicht in einem 3D-LiDAR-System eingesetzt werden, bei dem die Tiefen eines 2D-Arrays von Raumkoordinaten gemessen werden, um ein 3D-Bild zu erzeugen.
In anderen Ausführungsformen sind Lichtquellen, die im VUV-Bereich von 100nm bis 200nm arbeiten, in der laserbasierten Weißlichtquelle enthalten. Solche Tief-UV-Lichtquellen können für verschiedene Anwendungen eingesetzt werden, wenn sie mit der Weißlichtquelle kombiniert werden. Um eine unsichere Verwendung des hochenergetischen VUV-Lichts zu vermeiden, müssen Sicherheitsüberlegungen angestellt werden.
In einigen Ausführungsformen ist ein UV-Laser mit einer Emissionsspitzenwellenlänge im Bereich von 200 nm bis 400 nm und/oder eine violette Laserdiode, die im Wellenlängenbereich von 400 nm bis 410 nm oder bis zum Bereich von 425 nm arbeitet, in der laserbasierten Weißlichtquelle enthalten. In bestimmten bevorzugten Ausführungsformen verwendet die laserbasierte Weißlichtquelle eine blaue Laserdiode, die einen gelb emittierenden YAG-basierten Phosphor pumpt, um ein weißes Licht zu erzeugen, wobei der Phosphor in einem Reflexionsmodus betrieben wird. In einer idealen Konfiguration fällt die UV- und/oder violette Emission auf den Phosphor im Wesentlichen an der gleichen Stelle wie die blaue Laserdiode, so dass sich die erzeugte Weißlicht-Emission und die gestreute/reflektierte UV- und/oder violette Emission im Wesentlichen räumlich überlappen. Ein Beispiel ist in den 10A-10C dargestellt, wo eine kombinierte Emission von weißem Licht und UV- oder violettem Licht (10A), eine Emission von weißem Licht (10B) oder eine Emission von UV- oder violettem Licht (10C) emittiert werden kann. In ähnlicher Weise können einige Ausführungsformen eine blaue Laserdiode, eine UV-Laserdiode und eine violette Laserdiode enthalten. Da die Emission des weißen Lichts und die UV- und/oder violette Emission von derselben räumlichen Position ausgehen, kann eine gemeinsame Optik oder ein optisches System verwendet werden, um das weiße Licht und die UV- und/oder violette Emission zu projizieren und zu lenken. Bei solchen Anwendungen im Reflexionsmodus muss die Wechselwirkung des UV- und/oder violetten Lichts mit dem YAG-Phosphor sorgfältig berücksichtigt werden. In anderen Ausführungsformen wird der Phosphor in einem Transmissionsmodus betrieben.
In Ausführungsformen, die eine UV- und/oder violette Laserdiode und/oder eine IR-emittierende Laserdiode in der Weißlichtquelle enthalten, muss die diffuse und spiegelnde Reflexion des YAG:Ce3+-Phosphors verstanden werden, damit das Design für die Wechselwirkung des Phosphors mit dem UV- und/oder IR-Licht in den interessierenden Wellenlängenbereichen optimiert werden kann. Zu diesem Zweck zeigt 2 die gemessene diffuse und spiegelnde Reflexion eines YAG:Ce3+-Phosphors, der für eine Anwendung im Reflexionsmodus konfiguriert wurde, bei der die blaue Lichtquelle und die Weißlicht-Emission auf derselben Seite liegen. Es wird deutlich, dass bei dieser Konfiguration die YAG:Ce3+-Phosphorunterkomponente bei Wellenlängen zwischen 350 und 1000 nm als guter Reflektor wirkt. Unterhalb von 350 nm nimmt die Reflexion ab, was mit einem Anstieg von Transmission und Absorption einhergeht.
Die Tatsache, dass der YAG:Ce³⁺ -Phosphor ein gutes Reflexionsvermögen von 350 bis 1000 nm aufweist, bedeutet, dass viele der in Tabelle 1 beschriebenen Wellenlängenbereiche, mit Ausnahme von VUV und einem Teil von UV-C, vom YAG-Material reflektiert werden. Dies ermöglicht es, Festkörperquellen im Bereich von 350 nm bis 1000 nm in Reflexionsgeometrien einzubeziehen, so dass ihr Licht von der Oberfläche des YAG:Ce3+-Phosphors reflektiert wird und Teil des Emissionslichts wird, das aus dem Gerät austritt. Dieses Verhalten in der Reflexionsmodus-Geometrie eignet sich direkt für die Anwendung von nicht-visuellen Lichtanwendungen, die auf den Reflexionseigenschaften und der Reflexionsmodus-Geometrie basieren. Es ist anzumerken, dass bei einer Transmissionsgeometrie das nicht-visuelle Licht nicht aus dem Gerät austreten würde, da dieses Licht im Gerät zurückreflektiert würde und verloren ginge.
Betrachten wir das Basisspektrum eines weißen Spektrums auf Laserbasis mit 6000 K und die möglichen Ergänzungen dazu. 3 zeigt ein typisches laserbasiertes Spektrum ohne zusätzliche Änderungen. Es besteht aus einem blauen Laser mit einer Spitzenwellenlänge von 446 nm, der einen YAG:Ce³⁺ -Phosphor mit einem breiten Peak in der Nähe von 560 nm anregt.
Mit der Reflexionsgeometrie des Geräts und der diffusen Reflexion in dieser Konfiguration ist es möglich, zusätzliche spektrale Merkmale mit minimalen Änderungen der Farbe, des Flusses oder der photopischen Parameter hinzuzufügen. 4 zeigt die Hinzufügung eines 405nm nahen UV-Peaks zu den Basisspektren. Der 405nm-Peak könnte durch die Hinzufügung eines 405nm-Lasers zu dem Gerät erzeugt werden. GaN-basierte Laser im nahen UV-Bereich wurden in einem Bereich von 380-430 nm demonstriert, aber die Reflexion des YAG-Phosphors würde Laser bis zu 350 nm unterstützen, bevor es zu einem Verlust der Reflexion kommt.
Diese Art der spektralen Ergänzung der Basisspektren könnte auch für den Nahinfrarotbereich verwendet werden. 5 zeigt die Einbeziehung von 850nm und 905nm Laserlicht im nahen IR-Bereich. Diese beiden Wellenlängen sind von besonderem Interesse für IR-Beleuchtung, Kommunikation und LIDAR. Diese Spektren können separat oder kombiniert hinzugefügt werden, wie in 5 dargestellt. Sie könnten gleichzeitig mit dem weißen Licht oder als separate Kanäle betrieben werden. Nah-IR-Laser können Licht von 700nm bis 1500nm erzeugen und wären für diese Geometrie geeignet. Diese Zusätze haben keinen Einfluss auf die allgemeinen photopischen Parameter der Lichtquelle, da sie außerhalb des sichtbaren Bereichs liegen. Das weiße Licht wird nach wie vor mit dem gleichen Lichtstrom und der gleichen Farbe wahrgenommen wie das weiße Grundlicht in 3.
Eine weitere Verbesserung wäre die Kombination des nahen UV- und des nahen IR-Spektrums mit dem Basis-Weißlichtspektrum von 3, wie in 6 dargestellt. Alle Kanäle könnten zusammen oder getrennt betrieben werden, Weißlicht, nahes UV und/oder nahes IR.
Andere Standard-Weißpunkte für Beleuchtungszwecke könnten den erweiterten Bereich der Wellenlängen im nahen UV und im nahen IR unterstützen, je nachdem, welcher Phosphor gewählt wird, um das Spektrum des weißen Lichts und seine diffuse Reflexion für die gewünschten Wellenlängen zu verändern. Ein Beispiel hierfür ist die [Sr,Ca]AlSiN:Eu2+-Phosphorfamilie, die in LED-Beleuchtungen zur Erzeugung warmweißer Spektren mit hoher Farbwiedergabe verwendet wird. Die diffuse Reflexion für CASN:Eu2+ ist in 7 dargestellt. Es wird deutlich, dass der rote StandardPhosphor, der für warmweiße Anwendungen verwendet wird, ein gutes Reflexionsvermögen im nahen IR-Bereich, aber ein geringes Reflexionsvermögen im nahen UV-Bereich aufweist. Da der rote Phosphor jedoch nur in Verbindung mit gelb emittierenden Materialien wie YAG:Ce3+ und/oder LuAG:Ce3+ verwendet wird, um warmweiße Spektren zu erzeugen, wird die Reflektivität im nahen UV-Bereich durch den YAG:Ce3+-Phosphor erzielt, der sowohl eine Reflektivität im nahen UVals auch im nahen IR-Bereich für warmweiße Spektren ermöglichen würde.
Ein vollständiges Beispiel für 4000K Neutralweiß, bei dem YAG:Ce3+- und CASN:Eu3+-Phosphore in Verbindung mit Nah-UV- und Nah-IR-Lasern verwendet werden, ist in 8 dargestellt.
Der Zusatz des Sr-haltigen roten s-CASN-Phosphors kann auch verwendet werden, um die Farbe weiter in den warmweißen Spektralbereich auszudehnen, wie in 9 dargestellt. Wie bei den vorangegangenen Beispielen beeinträchtigt die Hinzufügung von nahen UV- und nahen IR-Anteilen nicht die photopische Gesamtleistung des weißen Lichts, sondern verbessert die Spektren für nicht sichtbare Funktionen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 17570177 [0001]
US 17/216220 [0001]
US 16/923476 [0001]
US 16/512903 [0001]

Claims

Lichtquelle, die für die Emission von sichtbarem Licht und violettem oder ultraviolettem (UV) Licht konfiguriert ist, wobei die Lichtquelle umfasst: eine Stickstoff beinhaltende Laserdiode, die als erste Pumplichtvorrichtung konfiguriert ist; die Stickstoff beinhaltende Laserdiode umfasst einen optischen Hohlraum; der optische Hohlraum umfasst einen Lichtwellenleiterbereich und einen oder mehrere Facettenbereiche, die Stickstoff beinhaltende Laserdiode ist so konfiguriert, dass sie gerichtete elektromagnetische Strahlung durch mindestens einen der Facettenbereiche aussendet; die gerichtete elektromagnetische Strahlung der Stickstoff beinhaltenden Laserdiode ist durch eine erste Spitzenwellenlänge gekennzeichnet; einen ersten Wellenlängenkonverter, der optisch mit einem Pfad gekoppelt ist, um die gerichtete elektromagnetische Strahlung von der ersten Pumplichtvorrichtung zu empfangen, wobei der Wellenlängenkonverter so konfiguriert ist, dass er mindestens einen Teil der gerichteten elektromagnetischen Strahlung mit der ersten Spitzenwellenlänge in mindestens eine zweite Spitzenwellenlänge umwandeln kann, die länger als die erste Spitzenwellenlänge ist, und die Emission sichtbaren Lichts als eine Weißfarbenemission erzeugt, die mindestens die zweite Spitzenwellenlänge umfasst; die Lichtquelle ist mit einer violetten oder UV-emittierenden Laserdiode ausgestattet, um die violette oder UV-Emission zu erzeugen; die violette oder UV-emittierende Laserdiode ist so konfiguriert, dass sie eine gerichtete elektromagnetische Strahlung abgibt, die durch eine dritte Spitzenwellenlänge gekennzeichnet ist; die dritte Spitzenwellenlänge ist durch eine Wellenlänge im violetten oder UV-Bereich des elektromagnetischen Spektrums gekennzeichnet; ein Baugruppenelement, das mit einem Basiselement konfiguriert ist; und mindestens ein gemeinsames Trägerelement, das so konfiguriert ist, dass es mindestens das Stickstoff enthaltende Laserdiodenelement und das erste Wellenlängenkonverterelement trägt.
Lichtquelle nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Infrarotlicht emittierende Laserdiode, um eine Infrarotemission bereitzustellen, wobei die infrarotemittierende Laserdiode so konfiguriert ist, dass sie eine elektromagnetische Strahlung ausgibt, die durch eine vierte Spitzenwellenlänge im Infrarotbereich gekennzeichnet ist.
Lichtquelle nach Anspruch 1, wobei die erste Spitzenwellenlänge in einem blauen Wellenlängenbereich von 420 nm bis 480 nm liegt und die violette oder UV-Emission in einem UV-Wellenlängenbereich von 270 nm bis 390 nm oder einem violetten Wellenlängenbereich von 390 nm bis 425 nm liegt.
Lichtquelle nach Anspruch 1, ferner umfassend einen Strahlformer, der so konfiguriert ist, dass er die Emission von sichtbarem Licht und die Emission von violettem oder UV-Licht so lenkt, dass ein Ziel von Interesse beleuchtet wird, wobei der Strahlformer ein optisches Element oder eine Kombination von optischen Elementen umfasst, die aus einer Liste von Kollimationslinse mit langsamer Achse, Kollimationslinse mit langsamer Achse, asphärische Linse, Kugellinse, TIR-Optik (Total Internal Reflector), parabolische Linsenoptik, refraktive Optik und MEMS-Spiegel (micro-electromechanical system) sind, die so konfiguriert sind, dass sie das Weißfarbspektrum lenken, kollimieren und/oder fokussieren, um zumindest eine Winkelverteilung davon zu modifizieren.
Lichtquelle nach Anspruch 1, wobei die Stickstoff beinhaltende Laserdiode eine Gallium- und Stickstoff beinhaltende Laserdiode ist, die eine erste Spitzenwellenlänge im violetten Wellenlängenbereich von 390nm bis 420nm oder im blauen Wellenlängenbereich von 420nm bis 480nm emittiert.
Lichtquelle nach Anspruch 1, wobei das erste Wellenlängenkonverterelement durch einen Reflexionsmodusbetrieb gekennzeichnet ist, so dass die gerichtete elektromagnetische Strahlung mit der ersten Wellenlänge von dem ersten Pumplicht auf eine Anregungsoberfläche des Wellenlängenkonverterelements auftrifft; und wobei die primäre Emission der zweiten Wellenlänge von dem Wellenlängenkonverterelement von derselben Anregungsoberfläche des Wellenlängenkonverterelements emittiert wird, und wobei der erste Wellenlängenkonverter optisch mit dem Pfad gekoppelt ist, um die gerichtete elektromagnetische Strahlung von der Violett- oder UV-emittierenden Laserdiode zu empfangen, wobei der erste Wellenlängenkonverter so konfiguriert ist, dass er die Violett- oder UV-Emission reflektiert und/oder streut; und wobei die Violett- oder UV-Emission und die Emission von sichtbarem Licht innerhalb desselben räumlichen Bereichs überlappen.
Lichtquelle nach Anspruch 1, wobei das erste Wellenlängenkonverterelement durch einen transmissiven Modusbetrieb gekennzeichnet ist, so dass die gerichtete elektromagnetische Strahlung mit der ersten Wellenlänge von dem ersten Pumplicht auf eine Anregungsoberfläche des Wellenlängenkonverterelements einfällt; und die Primäremission der zweiten Wellenlänge von dem Wellenlängenkonverterelement von einer Emissionsoberfläche emittiert wird; wobei sich die Emissionsfläche auf der der Anregungsfläche gegenüberliegenden Seite des Wellenlängenkonverters befindet, wobei der erste Wellenlängenkonverter optisch mit dem Weg gekoppelt ist, um die gerichtete elektromagnetische Strahlung von der Violett- oder UV-Laserdiode zu empfangen, wobei der Wellenlängenkonverter so konfiguriert ist, dass er die Violett- oder UV-Emission überträgt und/oder streut; und wobei sich die Violett- oder UV-Emission und die Emissionen des sichtbaren Lichts innerhalb desselben räumlichen Bereichs überlappen.
Lichtquelle nach Anspruch 1, wobei das erste Wellenlängenkonverterelement aus einem Phosphormaterial besteht; und wobei der Phosphor aus einem keramischen Yttrium-Aluminium-Granat (YAG), das mit Ce dotiert ist, oder einem einkristallinen YAG, das mit Ce dotiert ist, oder einem pulverförmigen YAG, das ein Bindemittelmaterial enthält, besteht; und wobei das Phosphorelement einen optischen Umwandlungswirkungsgrad von mindestens 50 Lumen pro optischem Watt aufweist.
Laserdiode nach Anspruch 1, wobei die violett oder UV emittierende Laserdiode Stickstoff enthält.
Lichtquelle nach Anspruch 1, bei der das Gehäuse ein SMD-Gehäuse (Surface Mount Device) ist und bei der ein gemeinsames Trägerelement von der Basis des SMD-Gehäuses aus konfiguriert ist.
Lichtquelle nach Anspruch 1, wobei die Baugruppe ausgewählt ist aus einem TO-Dosentyp, einem flachen Baugruppentyp oder einem Schmetterlingstyp.
Lichtquelle nach Anspruch 1, wobei die sichtbare Lichtemission mit mindestens der zweiten Spitzenwellenlänge in ein optisches Faserelement eingekoppelt wird, oder wobei die violette oder UV-Lichtemission mit der dritten Spitzenwellenlänge in eine optische Faser eingekoppelt wird, oder wobei sowohl die sichtbare Lichtemission mit mindestens der zweiten Spitzenwellenlänge als auch die violette oder UV-Lichtemission mit der dritten Spitzenwellenlänge in ein optisches Faserelement eingekoppelt werden; wobei die optische Faser eine Single-Mode-Faser (SMF) oder eine Multi-Mode-Faser (MMF) ist; und wobei die optische Faser einen Kerndurchmesser im Bereich von etwa 1 um bis 10 um, etwa 10 um bis 50 um, etwa 50 um bis 150 um, etwa 150 um bis 500 um, etwa 500 um bis 1 mm, etwa 1 mm bis 5 mm oder größer als 5 mm aufweist, und wobei die optische Faser mindestens eine Transportfaser oder eine undichte Streufaser umfasst.
Lichtquelle nach Anspruch 1, ferner umfassend einen oder mehrere Sensoren und eine Steuerung, um der Lichtquelle ein Eingangssignal zu liefern; wobei der eine oder die mehreren Sensoren in einer Rückkopplungsschleifenschaltung konfiguriert sind, um der Steuerung einen Rückkopplungsstrom oder eine Rückkopplungsspannung zu liefern, um mindestens eines der einen oder mehreren Steuersignale abzustimmen, um die Helligkeit der Emission von sichtbarem Licht und/oder der Emission von violettem oder UV-Licht einzustellen.
Lichtquelle, die so konfiguriert ist, dass sie sichtbares Licht und violettes oder ultraviolettes (UV) Licht emittiert, wobei die Lichtquelle Folgendes umfasst: eine Stickstoff beinhaltende Laserdiode, die als erste Pumplichtvorrichtung konfiguriert ist; die Stickstoff beinhaltende Laserdiode umfasst einen optischen Hohlraum; der optische Hohlraum umfasst einen Lichtwellenleiterbereich und einen oder mehrere Facettenbereiche, die Stickstoff beinhaltende Laserdiode ist so konfiguriert, dass sie gerichtete elektromagnetische Strahlung durch mindestens einen der Facettenbereiche aussendet; die gerichtete elektromagnetische Strahlung der Stickstoff beinhaltenden Laserdiode ist durch eine erste Spitzenwellenlänge gekennzeichnet; einen ersten Wellenlängenkonverter, der optisch mit einem Pfad gekoppelt ist, um die gerichtete elektromagnetische Strahlung von der ersten Pumplichtvorrichtung zu empfangen, wobei der Wellenlängenkonverter so konfiguriert ist, dass er mindestens einen Teil der gerichteten elektromagnetischen Strahlung mit der ersten Spitzenwellenlänge in mindestens eine zweite Spitzenwellenlänge umwandelt, die länger als die erste Spitzenwellenlänge ist, und die sichtbare Lichtemission als eine Weißfarbemission erzeugt, die mindestens die zweite Spitzenwellenlänge umfasst, der erste Wellenlängenkonverter so konfiguriert ist, dass er die sichtbare Lichtemission in einem Reflexionsmodus bereitstellt, so dass die gerichtete elektromagnetische Strahlung auf eine Anregungsoberfläche des ersten Wellenlängenkonverters einfällt und die Anregungsoberfläche eine primäre Emissionsoberfläche der sichtbaren Lichtemission ist; die Lichtquelle ist mit einer violetten oder UV-emittierenden Laserdiode ausgestattet, um die violette oder UV-Emission zu erzeugen; die violette oder UV-emittierende Laserdiode ist so konfiguriert, dass sie eine gerichtete elektromagnetische Strahlung abgibt, die durch eine dritte Spitzenwellenlänge gekennzeichnet ist; die dritte Spitzenwellenlänge ist durch eine Wellenlänge im violetten oder UV-Bereich des elektromagnetischen Spektrums gekennzeichnet; ein SMD-Gehäuseelement (Surface Mount Device), das mit einem Basiselement konfiguriert ist; und mindestens ein gemeinsames Trägerelement, das so konfiguriert ist, dass es mindestens das Stickstoff enthaltende Laserdiodenelement und das erste Wellenlängenkonverterelement trägt, wobei das mindestens eine gemeinsame Trägerelement das Basiselement des SMD-Gehäuses umfasst.
System, umfassend: eine Lichtquelle, die so konfiguriert ist, dass sie sichtbares Licht und violettes oder ultraviolettes (UV) Licht emittiert; eine Baugruppe, die so gestaltet ist, dass sie die Lichtquelle umschließt, wobei die Lichtquelle Folgendes umfasst: eine Stickstoff beinhaltende Laserdiode, die als eine erste Pumplichtvorrichtung konfiguriert ist; die Stickstoff beinhaltende Laserdiode umfasst einen optischen Hohlraum; der optische Hohlraum umfasst einen Lichtwellenleiterbereich und einen oder mehrere Facettenbereiche, die Stickstoff beinhaltende Laserdiode ist so konfiguriert, dass sie gerichtete elektromagnetische Strahlung durch mindestens einen der Facettenbereiche aussendet; die gerichtete elektromagnetische Strahlung der Stickstoff beinhaltenden Laserdiode ist durch eine erste Spitzenwellenlänge gekennzeichnet; einen ersten Wellenlängenkonverter, der optisch mit dem Pfad gekoppelt ist, um die gerichtete elektromagnetische Strahlung von der ersten Pumplichtvorrichtung zu empfangen, wobei der Wellenlängenkonverter so konfiguriert ist, dass er mindestens einen Teil der gerichteten elektromagnetischen Strahlung mit der ersten Spitzenwellenlänge in mindestens eine zweite Spitzenwellenlänge umwandelt, die länger als die erste Spitzenwellenlänge ist, und die sichtbare Lichtemission als Weißfarbemission erzeugt, die mindestens die zweite Spitzenwellenlänge umfasst; die Lichtquelle ist mit einer violetten oder UV-emittierenden Laserdiode ausgestattet, um die violette oder UV-Emission zu erzeugen; die violette oder UV-emittierende Laserdiode ist so konfiguriert, dass sie eine gerichtete elektromagnetische Strahlung abgibt, die durch eine dritte Spitzenwellenlänge gekennzeichnet ist; die dritte Spitzenwellenlänge ist durch eine Wellenlänge im violetten oder UV-Bereich des elektromagnetischen Spektrums gekennzeichnet; und mindestens ein gemeinsames Trägerelement, das so konfiguriert ist, dass es mindestens das Stickstoff enthaltende Laserdiodenelement und das erste Wellenlängenkonverterelement trägt.