激光装置、发光装置和灯具的制作方法
【专利摘要】一种激光装置、发光装置和灯具，包括三个用于发射激光束的激光源，三个激光束的截面形状均具有长轴；还包括第一合光装置和第二合光装置，第二激光束在其截面长轴方向上分为两部分，两部分分别入射于第一合光装置和第二合光装置并分别透射；第一激光束和第三激光束分别入射于第一合光装置和第二合光装置并被其反射，合光后第一激光束/第三激光束的截面长轴方向与第二激光束的截面长轴方向正交。第二激光束被沿长轴方向上分为两份，这两份光束分别与第一激光束和第三激光束截面正交的合光，这样形成的合光后的总光束在截面形状的直径上并没有增大，同时激光功率增强了三倍。
【专利说明】
激光装置、发光装置和灯具[0001 ]
技术领域
:
[0002]本发明涉及照明光源领域，特别涉及一种激光装置和使用该激光装置的发光装置和灯具。
[0003]【背景技术】:
[0004]随着半导体技术的发展，LED光源正在取代传统的白炽灯和节能灯成为一种新型的照明光源，作为一种普通照明光源，它具有高效，节能，环保以及寿命长等优点。然而，在一些特殊的应用领域，例如舞台灯光照明，汽车大灯，投影显示等领域，需要的是一种超高亮度的光源，此时LED就难以满足要求了。与LED同属半导体光源的激光二极管，也具有LED 高效，节能，环保，寿命长的优点，同时由于其光学扩展量(Etendue)小，特别适合用来制作高亮度的特种光源。
[0005]在利用激光二极管制作高亮度特种光源时，为了提高亮度，一个光源通常会使用多个激光二极管。然而，如何使得多颗激光排列更紧凑，光束更集中，是需要进一步解决的问题。
[0006]
【发明内容】
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[0007]为解决上述技术问题，本发明提出一种激光装置，包括用于发射第一激光束的第一激光源、用于发射第二激光束的第二激光源和用于发射第三激光束的第三激光源，三个激光束的截面形状均具有长轴，且截面在长轴方向上的宽度不小于在正交于长轴方向上宽度的二倍;还包括放置在第二激光束光路上的第一合光装置和第二合光装置，第二激光束在其截面长轴方向上分为两部分，第一部分入射于第一合光装置并透射，第二部分入射于第二合光装置并透射;其中，第一激光束入射于第一合光装置，第一合光装置反射第一激光束并将第一激光束和第二激光束的第一部分合为一束，合光后第一激光束的截面长轴方向与第二激光束的截面长轴方向正交;第三激光束入射于第二合光装置，第二合光装置反射第三激光束并将第三激光束和第二激光束的第二部分合为一束，合光后第三激光束的截面长轴方向与第二激光束的截面长轴方向正交。
[0008]本发明还提出一种发光装置，包括上述的激光装置，还包括波长转换装置，激光装置出射的激光入射于波长转换装置并使其受激发射受激光。
[0009]本发明还提出一种灯具，包括上述的发光装置。[〇〇1〇]第二激光束被沿长轴方向上分为两份，这两份光束分别与第一激光束和第三激光束截面正交的合光。由于每个激光束的截面在长轴方向上的宽度不小于在正交于长轴方向上宽度的二倍，这样形成的合光后的总光束在截面形状的直径上并没有增大，同时激光功率增强了三倍。
[0011]【附图说明】:
[0012]图1A是本发明的激光装置的第一实施例的结构示意图；
[0013]图1B是图1A实施例中激光束截面示意图；
[0014]图1C是图1A实施例的俯视图；
[0015]图2是本发明发光装置的实施例的结构示意图；
[0016]图3A是本发明的激光装置的另一个实施例的结构示意图；
[0017]图3B是图3A实施例的俯视图。[〇〇18]【具体实施方式】:
[0019]本发明提出一种激光装置，其结构示意图如图1A所示。该激光装置包括用于发射第一激光束121a的第一激光源101a、用于发射第二激光束121b的第二激光源101b和用于发射第三激光束121c的第三激光源101c。这三个激光束的截面形状均具有长轴，且截面在长轴方向上的宽度不小于在正交于长轴方向上宽度的二倍。[〇〇2〇]图1B是本实施例中激光束的截面形状示意图。激光束的截面形状具有长轴指的是在长轴方向上的截线长度大于其它方向上的截线长度。例如，在本实施例中，激光束的截面形状均为椭圆形，椭圆形就具有长轴M。一般来说，激光光束呈现高斯分布，高斯分布的光束截面形状就是椭圆形或者接近椭圆形的。在本实施例中，激光束的截面形状是比较扁长的椭圆形，即在长轴M方向上的宽度不小于在正交于长轴方向(N方向)上的宽度的二倍。[〇〇21] 激光装置还包括放置在第二激光束121b光路上的第一合光装置104a和第二合光装置104c。图1C是激光装置迎着出射光方向看过去的视图。参考图1A和图1C，第二激光束 121b在其截面长轴方向上(在图1C中为上下方向上)分为两部分，第一部分入射于第一合光装置104a并透射，第二部分入射于第二合光装置104c并透射。其中，第一激光束121a也入射于第一合光装置l〇4a，第一合光装置104a反射第一激光束12 la并将第一激光束和第二激光束的第一部分合为一束，合光后第一激光束121a的截面长轴方向与第二激光束121b的截面长轴方向正交;第三激光束121c入射于第二合光装置104c，第二合光装置反射第三激光束 121c并将第三激光束和第二激光束的第二部分合为一束，合光后第三激光束121c的截面长轴方向与第二激光束121b的截面长轴方向正交。
[0022]在本实施例中，第二激光束121b被沿长轴方向上等分为两份，这两份光束分别与第一激光束121a和第三激光束121c截面正交的合光。由于每个激光束的截面在长轴方向上的宽度不小于在正交于长轴方向上宽度的二倍，这样形成的合光后的总光束在截面形状的直径上并没有增大(参考图1C中的虚线102b)，同时激光功率增强了三倍。[〇〇23] 在本实施例中，第一激光源101a、第二激光源101b和第三激光源101c面向相同方向发射激光束。同时，激光装置还包括第一反射镜l〇3a和第二反射镜103c，第一反射镜103a 用于反射第一激光束121a使其入射于第一合光装置104a，第二反射镜103c用于反射第三激光束121c使其入射于第二合光装置104c，图1C中的实线箭头代表的是反射的光线。这样的好处在于系统设计比较简洁;而且，激光可以方便的安装于同一个散热基座，系统安装复杂度低。[〇〇24] 在本实施例中，还包括三个准直透镜102a、102b和102c，用于将激光源发出的激光准直。图1C中虚线102a、102b和102c就是这三个准直透镜的投影。
[0025]在本实施例中，合光装置(包括第一合光装置和第二合光装置)分别反射和透射两个入射激光束以将它们合为一束。对两个入射激光束分别反射和透射，就要求这两个光束在某一个属性上不同，合光装置就是利用这种不同对两个光束进行区分。例如，两个入射激光束的波长不同，合光装置就可以使用分光滤光片/膜来实现，即对一个波长的激光束透射同时对另一个波长的激光束反射(即利用波长的不同合光)。再例如，两个入射激光束具有相互正交的偏振方向，此时合光装置就可以使用反射型偏振分光片/膜来实现，即对一个偏振方向的入射激光束透射同时对正交的偏振方向的入射激光束反射。当然，如果两个入射激光束的波长和偏振方向都不同，同时利用波长和偏振方向合光可以使得合光更简单，直接的效果就是合光装置易于加工。
[0026]在本实施例中，各激光束(121 a、121 b和121 c)的偏振方向与其截面的长轴方向的角度夹角为相同的特定值，例如都平行于其长轴方向或者垂直于其长轴方向。此时，由于第一激光束和第二激光束的截面长轴方向正交，那么其偏振方向一定正交，第一合光装置就可以利用偏振方向的正交性对第一激光束和第二激光束的第一部分合光。同样道理，第二合光装置也可以利用偏振方向的正交性对第三激光束和第二激光束的第二部分合光。当然，第一合光装置和第二合光装置也可以利用不同的方法合光，例如一个利用偏振方向正交合光，另一个利用波长的不同合光，这显然也属于本发明的保护范围。
[0027]在本实施例中，第一激光源、第二激光源和第三激光源都分别是单颗的激光二极管。实际上这些激光源也可以是由多个激光二极管组成的激光源，例如第一激光源可以是由多个波长不同但偏振方向相同的激光二极管利用波长合光合为一束形成第一激光束，该第一激光束再与第二激光束中的第一部分以偏振方向的正交性合光。此处并不能对多颗激光和多种合光方式进行穷举，但显然只要符合上述描述的方案都属于本发明的保护范围。 [〇〇28]在图1A所示的实施例中，三个激光源沿x方向排列，第一激光束和第三激光束的截面长轴方向沿x方向(即沿激光源的排列方向)，第二激光束的截面长轴方向沿y方向(即正交于激光源排列方向)。此时，第一激光源和第三激光源的位置在y方向上需要稍有错开以实现激光束的合光。在实际操作中还有另一种方式，其结构示意图如图3A所示，图3B是该激光装置迎着出射光方向看过去的视图。
[0029]与图1A所示的实施例相同的是，在本实施例中，第一合光装置304a和第二合光装置304c放置在第二激光束321b的光路上，第二激光束321b在其截面长轴方向上分为两部分，第一部分入射于第一合光装置304a并透射，第二部分入射于第二合光装置304c并透射。 其中，第一激光束32la经过反射镜303a的反射入射于第一合光装置，第一合光装置304a反射第一激光束32 la并将第一激光束和第二激光束的第一部分合为一束，合光后第一激光束 321a的截面长轴方向与第二激光束321b的截面长轴方向正交。第三激光束321c经过反射镜 303c的反射入射于第二合光装置304c，第二合光装置反射第三激光束321c并将第三激光束和第二激光束的第二部分合为一束，合光后第三激光束321c的截面长轴方向与第二激光束 321b的截面长轴方向正交。
[0030]与图1A所示实施例不同的是，参考图3B，第一激光束321a和第三激光束321c的截面长轴方向沿y方向(即正交于激光源排列方向)，第二激光束321b的截面长轴方向沿x方向 (即沿激光源的排列方向)。此时，第一激光源和第三激光源的位置在y方向上不需要错开就可以实现激光束的合光。
[0031]在本实施例中，第一合光装置304a和第二合光装置304c可以是两个元件，也可以是同一个元件上的两个功能面，例如三棱柱的两个面，这样的好处在于其组装的方便性。
[0032]在以上激光装置的基础上，本发明还提出一种发光装置，包括上述的激光装置，还包括波长转换装置，激光装置出射的激光入射于波长转换装置并使其受激发射受激光。
[0033]具体而言，以图1A所示的实施例为例(当然图3A所示的实施例也可以应用)，在该激光装置的实施例的基础上，发光装置的结构示意图如图2所示。从合光装置204a和204c出射的合光后的激光，先入射于聚焦透镜205，聚焦后的激光束入射于波长转换装置207。该波长转换装置207包括带有通孔208的基板，通孔208内设置有波长转换材料。聚焦后的激光束聚焦于通孔208内并激发通孔内的波长转换材料。优选的，通孔内壁具有光反射性，这样可以提高发光效率。通孔内部的光反射性可能来自于基板材料本身，例如使用铝基板或者白色陶瓷基板，也可能来自于对通孔内壁的镀膜或涂膜。优选的，波长转换材料涂覆于通孔的内表面上，这样可以充分的将热量传递出去以提高波长转换效率。波长转换材料可能是荧光粉或荧光染料或发光纳米材料，对此本发明不做限制。
[0034]当然，图2所示的发光装置只是一个举例，波长转换装置还可以有其它的形式，例如涂敷于反射板上的波长转换层，或者波长转换色轮，这都属于本发明的保护范围。
[0035]在本实施例中，还包括位于波长转换装置207和激光装置光路之间的分光装置 206,该分光装置206透射激光并反射波长转换装置产生的受激光。这样从通孔中向后出射的受激光就会被分光装置206反射会孔内并从正面出射出来，从而提高了系统效率。
[0036]本发明还提出一种灯具，包括上述的发光装置。
[0037]本说明书中各个部分采用递进的方式描述，每个部分重点说明的都是与其他部分的不同之处，各个部分之间相同相似部分相互参见即可。以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
【主权项】
1.一种激光装置，其特征在于:包括用于发射第一激光束的第一激光源、用于发射第二激光束的第二激光源和用于发 射第三激光束的第三激光源，所述三个激光束的截面形状均具有长轴，且截面在长轴方向 上的宽度不小于在正交于长轴方向上宽度的二倍；还包括放置在第二激光束光路上的第一合光装置和第二合光装置，第二激光束在其截 面长轴方向上分为两部分，第一部分入射于第一合光装置并透射，第二部分入射于第二合 光装置并透射；其中，第一激光束入射于第一合光装置，第一合光装置反射第一激光束并将第一激光 束和第二激光束的第一部分合为一束，合光后第一激光束的截面长轴方向与第二激光束的 截面长轴方向正交;第三激光束入射于第二合光装置，第二合光装置反射第三激光束并将 第三激光束和第二激光束的第二部分合为一束，合光后第三激光束的截面长轴方向与第二 激光束的截面长轴方向正交。2.根据权利要求1所述的激光装置，其特征在于，各激光束的偏振方向与其截面的长轴 方向的角度夹角为相同的特定值，第一合光装置和/或第二合光装置利用偏振方向的正交 性合光。3.根据权利要求1所述的激光装置，其特征在于，第一合光装置和/或第二合光装置利 用波长的不同合光。4.根据权利要求1至3中任一项所述的激光装置，其特征在于，第一激光源、第二激光源 和第三激光源面向相同方向发射激光束;还包括第一反射镜和第二反射镜，第一反射镜用 于反射第一激光束使其入射于第一合光装置，第二反射镜用于反射第三激光束使其入射于第二合光装置。5.根据权利要求4所述的激光装置，其特征在于，三个激光源安装于同一个散热基座上。6.根据权利要求1至3中任一项所述的激光装置，其特征在于，所述第一合光装置和第 二合光装置为同一个元件上的两个功能面。7.—种发光装置，其特征在于，包括根据权利要求1至6中任一项所述的激光装置，还包 括波长转换装置，激光装置出射的激光入射于波长转换装置并使其受激发射受激光。8.根据权利要求7所述的发光装置，其特征在于，所述波长转换装置包括带有通孔的基 板，通孔内设置有波长转换材料。9.根据权利要求7或8所述的发光装置，其特征在于，还包括位于波长转换装置和激光 装置光路之间的分光装置，该分光装置透射激光并反射波长转换装置产生的受激光。10.—种灯具，其特征在于，包括根据权利要求7至9中任一项所述的发光装置。
【文档编号】F21K9/69GK205579180SQ201620198326
【公开日】2016年9月14日
【申请日】2016年3月15日
【发明人】吴震
【申请人】上海蓝湖照明科技有限公司