一种新型激光光源的制作方法

1.本实用新型涉及新型激光光源领域，更具体地说，涉及一种新型激光光源。


背景技术：

2.激光具有能量集中、准直性好的特点，这使得激光作为一种新型的光源，在各种照明领域，例如激光投影、舞台灯照明等，得到广泛的应用。新型激光光源在照明领域的应用往往不是简单的单色光照明而是多色光混合。
3.现有技术中的新型激光光源，通常采用激光器发射的蓝光激光，然后经二分之一波片转换之后，再经二色偏振分光镜分光成s偏振蓝光和p偏振蓝光。而二色偏振分光镜对s偏振蓝光全反射而对p偏振蓝光全透射，对黄光全透射。s偏振蓝光入射至波长转换器中以激发黄磷荧光粉产生黄色光线，从而形成出射黄光，而p偏振蓝光将转换成s偏振蓝光。而黄色光线经二色偏振分光镜透射，s偏振蓝光经二色偏振分光镜反射后形成出射光线。通过调整二分之一波片的快轴和蓝光激光的光矢量夹角可以调整最终出射的黄色光线与s偏振蓝光的比例，从而调整新型新型激光光源的色温。
4.然而，该方案的缺陷在于，虽然可以通过二分之一波片的快轴和蓝光激光的光矢量夹角可以调整最终出射的黄色光线与s偏振蓝光的比例，但是由于二分之一波片受热容易膨胀导致黄色光线与s偏振蓝光的的比例波动，进而导致影响输出白光的色温产生波动，只能通过使用零级波片或者再引入全波片，其中全波片的光轴和二分之一波片的光轴垂直。然而，零级波片由于厚度很薄难以加工或加工良率低，造成零级波片的成本过高，而引入全波片不仅增加成本，同时也会引起一部分光能损失。


技术实现要素：

5.本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的激光光源，要么容易产生色温波动、要么结构复杂、设计成本高且存在能量损耗的缺陷，提供一种既可以减少能量损失，并且结构设计简单且色温稳定的新型激光光源。
6.本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种新型激光光源，包括：用于产生平行的线偏振蓝色激光的蓝色激光光源、二色偏振分光镜、四分之一波片、反射件和波长转换器；所述蓝色激光光源设置在xoy平面上且沿z轴方向发射所述蓝色激光，所述二色偏振分光镜与所述xoy平面成45度角设置；所述蓝色激光经所述二色偏振分光镜分别反射和透射以形成反射蓝光和透射蓝光，所述四分之一波片和所述反射件沿着所述透射蓝光的传播方向设置，所述波长转换器沿着所述反射蓝光的传播方向设置；所述反射蓝光汇聚在所述波长转换器上以产生激发黄光，所述四分之一波片与所述透射蓝光的快轴的夹角为45度角；所述透射蓝光经所述四分之一波片进行波长变换后再经所述反射件反射以再次通过所述四分之一波片以进行二次波长变换后形成s偏振蓝光，所述s偏振蓝光与所述激发黄光混合以产生输出白光；所述蓝色激光光源在所述xoy平面从y轴顺时针旋转设定角度设置，所述设定角度根据所述s偏振蓝光和所述激发黄光的预设光能量比例确定。
7.在本实用新型所述的新型激光光源中，所述二色偏振分光镜包括完全透射p偏振蓝光、完全反射s偏振蓝光并完全透射黄光的第一二色偏振分光镜或完全反射s偏振蓝光、部分反射部分透射p偏振蓝光并完全透射黄光的第二二色偏振分光镜。
8.在本实用新型所述的新型激光光源中，进一步包括第一汇聚组件和第二汇聚组件，所述第一汇聚组件沿着所述反射蓝光的传播方向设置在所述二色偏振分光镜和所述波长转换器之间，所述第二汇聚组件沿着所述透射蓝光的传播方向设置在所述二色偏振分光镜和所述反射件之间。
9.在本实用新型所述的新型激光光源中，所述第一汇聚组件和所述第二汇聚组件分别包括平行间隔设置的两个聚光镜；所述反射件包括朗伯型漫反射件。
10.本实用新型解决其技术问题所采用的另一技术方案是：构造一种新型激光光源，包括：用于产生平行的线偏振蓝色激光的蓝色激光光源、二分之一波片、二色偏振分光镜、四分之一波片、反射件和波长转换器；所述蓝色激光光源设置在xoy平面且沿着y轴方向设置并沿z轴方向发射所述蓝色激光，所述二色偏振分光镜与所述xoy平面成45度角设置；所述二分之一波片的快轴与所述蓝色激光的偏振方向成设定角度设置，所述二色偏振分光镜完全反射s偏振蓝光、部分反射部分透射p偏振蓝光并完全透射黄光；所述蓝色激光经所述二色偏振分光镜分别反射和透射以形成反射蓝光和透射蓝光，所述四分之一波片和所述反射件沿着所述透射蓝光的传播方向设置，所述四分之一波片与所述透射蓝光的快轴的夹角为45度角，所述波长转换器沿着所述反射蓝光的传播方向设置；所述反射蓝光汇聚在所述波长转换器上以产生激发黄光，所述透射蓝光经所述四分之一波片进行波长变换后再经所述反射件反射以再次通过所述四分之一波片以进行二次波长变换后形成s偏振蓝光，所述s偏振蓝光与所述激发黄光混合以产生输出白光；所述设定角度根据所述s偏振蓝光和所述激发黄光的预设光能量比例确定。
11.在本实用新型所述的新型激光光源中，进一步包括第一汇聚组件和第二汇聚组件，所述第一汇聚组件沿着所述反射蓝光的传播方向设置在所述二色偏振分光镜和所述波长转换器之间，所述第二汇聚组件沿着所述透射蓝光的传播方向设置在所述二色偏振分光镜和所述反射件之间。
12.在本实用新型所述的新型激光光源中，所述第一汇聚组件和所述第二汇聚组件分别包括平行间隔设置的两个聚光镜；所述反射件包括朗伯型漫反射件。
13.实施本实用新型的新型激光光源，通过将蓝色激光光源或者二分之一波片在其所处的xoy平面上旋转依据所述蓝色s偏振光与所述激发黄光的预设光能量比例设置的角度，采用非常简单的结构和设计就可以同时满足稳定色温、简便制造并且减少能量损失的要求。
附图说明
14.下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：
15.图1是本实用新型的新型激光光源的第一优选实施例的光路示意图；
16.图2是图1所示的新型激光光源的蓝色激光光源的设置示意图；
17.图3是本实用新型的新型激光光源的第二优选实施例的光路示意图；
18.图4是本实用新型的新型激光光源的第三优选实施例的光路示意图；
19.图5是图4所示的新型激光光源的蓝色激光光源的设置示意图。
具体实施方式
20.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
21.图1是本实用新型的新型激光光源的第一优选实施例的原理框图。如图1所示，本实用新型的新型激光光源包括：用于产生平行的线偏振蓝色激光的蓝色激光光源1、二色偏振分光镜8、四分之一波片4、反射件6和波长转换器5。在图1所示的优选实施例中，该新型激光光源还包括第一汇聚组件11和第二汇聚组件12。所述第一汇聚组件11和所述第二汇聚组件12分别包括平行间隔设置的两个聚光镜。所述反射件优选是朗伯型漫反射件。
22.如图1所示，所述蓝色激光光源1设置在xoy平面上且沿z轴方向发射所述蓝色激光203。如图2所示，所述蓝色激光光源1在所述xoy平面从y轴顺时针旋转所述角度θ从而使得所述蓝色激光的偏振方向f与所述xoy平面的y轴成角度θ。所述二色偏振分光镜8与所述xoy平面成45度角设置。所述二色偏振分光镜8与所述xoy平面成45度角设置。所述二色偏振分光镜8完全透射p偏振蓝光、完全反射s偏振蓝光并完全透射黄光。因此，所述蓝色激光203经所述二色偏振分光镜8分别反射和透射以形成反射蓝光303和透射蓝光403。所述透射蓝光403继续沿z轴方向传播。而所述反射蓝光303沿所述y轴方向向下传播。在本实施例中，所述透射蓝光403为p偏振蓝光，而所述反射蓝光303为s偏振蓝光。所述四分之一波片4的快轴与所述p偏振蓝光的偏振方向的夹角设置为45度，因此经所述二色偏振分光镜8完全透射的p偏振蓝光403经过所述四分之一波片4进行波长变换后形成圆偏振蓝光，所述圆偏振蓝光经所述第二汇聚组件12汇聚之后，经所述反射件6反射以再次通过所述四分之一波片4以形成s偏振蓝光703。同时，经所述二色偏振分光镜8完全反射的s偏振蓝光303经所述第一汇聚组件11汇聚在所述波长转换器5上以产生激发黄光603。所述激发黄光603沿着所述y轴方向向上传播。所述激发黄光603经所述二色偏振分光镜8完全透射后，而s偏振蓝光703经所述二色偏振分光镜8完全反射，从而沿着y轴同时向上传播以进行混合形成输出白光。
23.通过旋转蓝色激光光源1的角度θ，从而调整线偏振蓝色激光203的光矢量方向，即调整所述蓝色激光的偏振方向与所述xoy平面的y轴的角度θ，就可以调整所述输出白光中所述蓝色s偏振光与所述激发黄光的比例。这样，在将s偏振蓝光303激发产生激发黄光603的转换比例设定为1:1的情况下，根据期望获得的所述蓝色s偏振光703与所述激发黄光603的预设光能量比例，就可以获得对应的蓝色激光光源1的旋转角度θ。这样就不需要使用到二分之一波片，采用非常简单的结构和设计就可以同时满足稳定色温、简便制造并且减少能量损失的要求。
24.具体的原理过程如下：
25.基于二色偏振分光镜8建立坐标系。蓝色激光203对应的琼斯矩阵为假设蓝光激发黄光为理想状态即蓝光与黄光1:1转化，不考虑其他因素的情况下，假设所述蓝色激光光源1的输出能量为1，则反射蓝光303的光能量为cos2θ而透射蓝光403的光能量为sin2θ，输出白光中，所述蓝色s偏振光与所述激发黄光的预设光能量比例为a:b，即获得联立方
程
26.sin2θ+cos2θ＝1
[0027][0028]
其中，a表示所述激发黄光的预设光能量，b表示所述蓝色s偏振光的预设光能量。通过计算上述方程，就可以获得角度θ的取值。而按照该取值旋转所述蓝色激光光源1，即可以采用非常简单的结构和设计就可以同时满足稳定色温、简便制造并且减少能量损失的要求。
[0029]
图3是本实用新型的新型激光光源的第二优选实施例的光路示意图。如图3所示，本实用新型的新型激光光源包括：用于产生平行的线偏振蓝色激光的蓝色激光光源1、二色偏振分光镜9、四分之一波片4、反射件6和波长转换器5。在图3所示的优选实施例中，所述第一汇聚组件11和所述第二汇聚组件12分别包括平行间隔设置的两个聚光镜。所述反射件优选是朗伯型漫反射件。
[0030]
在本优选实施例中，其与图1所示的实施例的区别在于，所述二色偏振分光镜9完全反射s偏振蓝光、部分反射部分透射p偏振蓝光并完全透射黄光。因此在本优选实施例中，同样如图2所示，所述蓝色激光光源1在所述xoy平面从y轴顺时针旋转所述角度θ从而使得所述蓝色激光的偏振方向f与所述xoy平面的y轴成角度θ。所述二色偏振分光镜9与所述xoy平面成45度角设置。在本优选实施例中，所述二色偏振分光镜9完全反射s偏振蓝光、部分反射部分透射p偏振蓝光并完全透射黄光。因此，所述蓝色激光204经所述二色偏振分光镜9之后形成反射蓝光304和透射蓝光404。所述透射蓝光404继续沿z轴方向传播。而所述反射蓝光304沿所述y轴方向向下传播。即反射蓝光304包括经所述二色偏振分光镜9全部反射的s偏振蓝光和部分反射的p偏振蓝光，而透射蓝光404包括经所述二色偏振分光镜9部分透射的p偏振蓝光。所述四分之一波片4的快轴与所述p偏振蓝光的偏振方向的夹角设置为45度，因此经所述二色偏振分光镜9部分透射的p偏振蓝光404经过所述四分之一波片4进行波长变换后形成圆偏振蓝光，所述圆偏振蓝光经所述第二汇聚组件12汇聚之后，经所述反射件6反射以再次通过所述四分之一波片4以形成s偏振蓝光704。同时，经所述二色偏振分光镜9全部反射的s偏振蓝光和部分反射的p偏振蓝光构成的反射蓝光304经所述第一汇聚组件11汇聚在所述波长转换器5上以产生激发黄光604。所述激发黄光604沿着所述y轴方向向上传播。所述激发黄光604经所述二色偏振分光镜9完全透射后，而s偏振蓝光704经所述二色偏振分光镜8完全反射，从而沿着y轴同时向上传播以进行混合形成输出白光。
[0031]
同样地，通过旋转蓝色激光光源1的角度θ，从而调整线偏振蓝色激光204的光矢量方向，即调整所述蓝色激光的偏振方向与所述xoy平面的y轴的角度θ，就可以调整所述输出白光中所述蓝色s偏振光与所述激发黄光的比例。这样，在将s偏振蓝光204激发产生激发黄光604的转换比例设定为1:1的情况下，根据期望获得的所述蓝色s偏振光704与所述激发黄光604的预设光能量比例，就可以获得对应的蓝色激光光源1的旋转角度θ。这样就不需要使用到二分之一波片，采用非常简单的结构和设计就可以同时满足稳定色温、简便制造并且减少能量损失的要求。
[0032]
具体的原理过程如下：
[0033]
基于二色偏振分光镜8建立坐标系。蓝色激光204对应的琼斯矩阵为假设蓝光激发黄光为理想状态即蓝光与黄光1:1转化，不考虑其他因素的情况下，假设所述蓝色激光光源1的输出能量为1，并且所述二色偏振分光镜9对所述p偏振蓝光的反射率为r1，则反射蓝光304的光能量为cos2θ+r1*sin2θ，而透射蓝光404的光能量为(1-r1)*sin2θ，输出白光中，所述蓝色s偏振光与所述激发黄光的预设光能量比例为a:b，即获得联立方程：
[0034]
sin2θ+cos2θ＝1
[0035][0036]
其中，a表示所述激发黄光的预设光能量，b表示所述蓝色s偏振光的预设光能量，r1表示所述二色偏振分光镜对所述p偏振蓝光的反射率。通过计算上述方程，就可以获得角度θ的取值。而按照该取值旋转所述蓝色激光光源1，即可以采用非常简单的结构和设计就可以同时满足稳定色温、简便制造并且减少能量损失的要求。
[0037]
以上两个实施例，可以通过旋转所述蓝色激光光源1和/或重新设计二色偏振分光镜，低成本的实现稳定的输出色温稳定的白光，并且不会造成能量损失，还能降低了二色分光镜的生产加工难度，减少波片的使用。而图4是本实用新型的新型激光光源的第三优选实施例的光路示意图。在图4所示的优选实施例中，不是旋转所述蓝色激光光源1，而是采用二分一波片，并且通过旋转二分之一波片，从而使得二分之一波片的快轴与所述蓝色激光的偏振方向f成角度θ，进而实现所述蓝色激光的偏振方向在经过二分之一波片之后才与所述xoy平面的y轴成角度2θ。
[0038]
图5是图4所示的新型激光光源的蓝色激光光源的设置示意图。如图5所示，蓝色激光光源垂直于y轴设置，即蓝色激光光源发射的所述蓝色激光的偏振方向f并不与y轴成角度θ而是平行于y轴，而是在其经过二分之一波片之后才与所述xoy平面的y轴成角度2θ。
[0039]
如图4所示，本实用新型的新型激光光源包括：用于产生平行的线偏振蓝色激光的蓝色激光光源1、二分之一波片2、二色偏振分光镜9、四分之一波片4、反射件6和波长转换器5。在图4所示的优选实施例中，该新型激光光源还包括第一汇聚组件11和第二汇聚组件12。所述第一汇聚组件11和所述第二汇聚组件12分别包括平行间隔设置的两个聚光镜。所述反射件优选是朗伯型漫反射件。
[0040]
如图4-5所示，所述蓝色激光光源1设置在xoy平面上且沿z轴方向发射所述蓝色激光105。所述二色偏振分光镜9与所述xoy平面成45度角设置。所述蓝色激光光源1平行于所述xoy平面的y轴设置，所述二分之一波片2的快轴与所述蓝色激光105的偏振方向f成角度θ设置，从而使得蓝色激光105在经过所述二分之一波片2之后，变成蓝色激光205，所述蓝色激光205的偏振方向与所述xoy平面的y轴成角度2θ。在本优选实施例中，所述二色偏振分光镜9完全反射s偏振蓝光、部分反射部分透射p偏振蓝光并完全透射黄光。因此，所述蓝色激光205经所述二色偏振分光镜9之后形成反射蓝光305和透射蓝光405。所述透射蓝光405继续沿z轴方向传播。而所述反射蓝光305沿所述y轴方向向下传播。即反射蓝光305包括经所述二色偏振分光镜9全部反射的s偏振蓝光和部分反射的p偏振蓝光，而透射蓝光405包括经所述二色偏振分光镜9部分透射的p偏振蓝光。所述四分之一波片4的快轴与所述p偏振蓝光的偏振方向的夹角设置为45度，因此经所述二色偏振分光镜9部分透射的p偏振蓝光405经
过所述四分之一波片4进行波长变换后形成圆偏振蓝光，所述圆偏振蓝光经所述第二汇聚组件12汇聚之后，经所述反射件6反射以再次通过所述四分之一波片4以形成s偏振蓝光705。
[0041]
同时，经所述二色偏振分光镜9全部反射的s偏振蓝光和部分反射的p偏振蓝光构成的反射蓝光305经所述第一汇聚组件11汇聚在所述波长转换器5上以产生激发黄光605。所述激发黄光605沿着所述y轴方向向上传播。所述激发黄光605经所述二色偏振分光镜9完全透射后，而s偏振蓝光705经所述二色偏振分光镜8完全反射，从而沿着y轴同时向上传播以进行混合形成输出白光。
[0042]
通过调节所述二分之一波片2的快轴与所述蓝色激光105的偏振方向f之间的角度θ，可以调整线偏振蓝色激光205的光矢量方向，即调整所述蓝色激光的偏振方向与所述xoy平面的y轴的角度2θ，就可以调整所述输出白光中所述蓝色s偏振光与所述激发黄光的比例。这样，在将s偏振蓝光205激发产生激发黄光605的转换比例设定为1:1的情况下，根据期望获得的所述蓝色s偏振光705与所述激发黄光605的预设光能量比例，就可以获得角度θ。
[0043]
具体的原理过程如下：
[0044]
基于二色偏振分光镜8建立坐标系。蓝色激光105对应的琼斯矩阵为所述二分之一波片2的琼斯矩阵为其中θ为所述二分之一波片2的快轴与所述蓝色激光105的偏振方向f的夹角。那么蓝色激光205的琼斯矩阵为e2＝g1*e1，为了简化计算，假设蓝色激光205经过二分之一波片2之后，能量为1。那么则反射蓝光305的光能量为cos22θ+r1*sin22θ，而透射蓝光405的光能量为(1-r1)sin22θ，输出白光中，所述蓝色s偏振光与所述激发黄光的预设光能量比例为a:b，即获得联立方程：
[0045][0046]
sin22θ+cos22θ＝1
[0047]
其中，a表示所述激发黄光的预设光能量，b表示所述蓝色s偏振光的预设光能量，r1表示所述二色偏振分光镜9对所述p偏振蓝光的反射率。
[0048]
通过计算上述方程，就可以获得角度θ的取值，由于二色偏振分光镜9的镀膜特性，对p偏振蓝光的恒定反射率为r1，虽然二分之一波片2受热膨胀仍然会造成光程差，但由于r1＜1，波片受热膨胀对色温波动的影响相较于现有技术还是降低了一个数量级。
[0049]
虽然本实用新型是通过具体实施例进行说明的，本领域技术人员应当明白，在不脱离本实用新型范围的情况下，还可以对本实用新型进行各种变换及等同替代。另外，针对特定情形或材料，可以对本实用新型做各种修改，而不脱离本实用新型的范围。因此，本实用新型不局限于所公开的具体实施例，而应当包括落入本实用新型权利要求范围内的全部实施方式。
[0050]
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本
实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。