一种激光激发单色荧光粉得到高显色指数白光输出的装置的制作方法

本实用新型涉及的是激光器应用技术，尤其是一种激光激发单色荧光粉得到高显色指数白光输出的装置。

背景技术：

2011年，德国宝马公司及奥迪公司先后声称将在其2014年量产概念车上装配激光大灯。2014年5月，奥迪公司率先发布了配备激光大灯的R8 LMX车型。目前汽车上使用的激光大灯有利用紫外二次激发方式产生白光的方案，也有利用三基色激光混合产生白光作为汽车大灯的方案，还有利用蓝色激光激发红色和绿色荧光粉从而实现三基色合成实现白光的方案。第一种激发效率不佳，导致照明亮度不理想。第二种由于激光芯片发光颜色随着驱动电压电流，环境温度的改变而发生漂移，从而导致白光显色指数发生改变，控制电路较复杂。第三种，除了第二种存在的激光芯片颜色随环境改变外，两种荧光粉制备相对复杂，每种荧光粉光衰不同，长时间使用导致白光显色指数发生改变。

技术实现要素：

本实用新型的目的，就是针对现有技术所存在的不足，而提供一种激光激发单色荧光粉得到高显色指数白光输出的装置的技术方案，该方案采用光谱合成光源，弥补上述现有技术的不足，能够实现激光激发单一荧光粉得到白光输出。

本方案是通过如下技术措施来实现的：

一种激光激发单色荧光粉得到高显色指数白光输出的装置，包括有半导体激光器底座（1）、半导体激光器阵列（2）、光谱合束系统、光纤（9）、光纤输出耦合镜（10）、带有荧光粉层的色轮（11）、色轮基板（12）、电动马达（13）、弧形光收集器（14）、匀光输出模块（15）；半导体激光器阵列（2）发射出的激光束依次经过光谱合束系统，光纤（9）、光纤耦合输出镜（10）、荧光色轮（11），弧形光收集器（14）、匀光模块（15）得到白光输出。

作为本方案的优选：光谱合束系统包括有快轴准直镜（3）、慢轴准直镜（4）、变换透镜（5）、合束光栅（6）、输出耦合镜（7）、光纤耦合镜（8）；半导体激光器（2）发出的激光束依次经过快、慢轴准直镜（3,4）准直，空间变换透镜（5）后入射光栅（6）；所述光栅（6）、将入射的激光束衍射至输出耦合镜（7）；输出耦合镜（7）将部分光输出到光纤耦合镜（8）后注入光纤（9）；输出耦合镜（7）将另一部分部分激光束反射后依次经过前述原件回到半导体激光器（2）形成注入锁定，得到稳定的激光输出。

作为本方案的优选：半导体激光器（2）和光栅（6）分别位于空间变换透镜（5）两侧焦距处。

作为本方案的优选：带有荧光粉层的色轮（11）固定在色轮基板（12）；所述电动马达（13）驱动色轮（11）转动。

作为本方案的优选：光纤（9）内的激光经过耦合输出镜（10）后照射到色轮（11）上。

作为本方案的优选：色轮（11）分为六段，间歇涂覆有产生黄色荧光的荧光粉，空白部分为反射镜。

本方案的有益效果可根据对上述方案的叙述得知，由于本发明通过光谱合成得到激发激光和部分配色激光。半导体激光器发出的光经过快慢轴准直镜后由变换透镜把每个发射结的位置信息变换成角度信息，每一束光线以不同的角度投射在光栅上。根据光栅方程，不同波长的光束以不同角度投射到光栅上，且满足光栅方程，便可以实现共孔径输出。由于每个发射结的位置最终决定了其输出波长。所以通过系统结构可以精确控制出射激光光谱。其次，通过调节光谱合成中光栅的偏转角度，可以调节输出光谱范围和各个波段的相对强度。

本发明采用光谱合成的方法实现蓝光到绿光波段的激光合束输出。光谱合成方案由于外腔的存在，可以克服激光二极管芯片发光颜色随电流电压和环境温度改变而改变的缺点。有效地改善了半导体激光阵列的光谱特性，光谱漂移得到很好改善。光谱合成可以获得近衍射极限的输出光束，提高后续光纤耦合的效率。实现总体装置对环境温度和仪器装置的低要求，更有利于实用。

本发明通过光谱合成得到的较宽激光可以填补蓝光激光和激发得到的黄光中间的空隙，有效提升显色指数。

由此可见，本实用新型与现有技术相比，具有实质性特点和进步，其实施的有益效果也是显而易见的。

附图说明

图1为本实用新型具体实施方式的结构示意图。

图2为荧光色轮。

图3为匀光系统的结构示意图。

图中：1为半导体激光器基座，2为半导体激光器阵列，3为快轴准直镜，4为慢轴准直镜，5为变换透镜，6为光栅，7为光谱合成耦合输出镜，8为光纤耦合透镜，9为光纤，10为透镜，11为带有荧光粉层的色轮，12为色轮基板，13为电动马达，14弧形光收集器，15为匀光输出模块，16为透镜，17为晶体棒，18为耦合输出器，19为复眼透镜，20为抛物面反射镜，111为荧光粉，112为反射镜。

具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过一个具体实施方式，并结合其附图，对本方案进行阐述。

如图1所示，半导体激光器输出的光束经过快轴准直镜，慢轴准直镜后在空间变换透镜的作用下，将沿慢轴方向不同位置合束单元的子光束转化成不同倾角且收敛的子光束入射到光栅上，光栅的色散作用将不同波长，不同入射角的子光束以相同的出射角衍射，实现各个合束单元远场和进场的重合。在由光谱合成耦合输出镜将部分光束反馈至半导体激光器形成光谱锁定，使得输出光具有很高的谱亮度和较宽的光谱。

通过调节光栅的角度可以调节输出光谱谱线的位置和不同光谱之间的相对强度，利于后续配出显色指数更高的白光。

通过在慢轴方向增加半导体激光芯片，可以提高光谱合成输出激光的光谱宽度，沿快轴方向堆叠可以在光谱宽度不变的情况下增加输出光的功率，提升光谱亮度。

光谱耦合输出镜7输出的激光通过耦合透镜8耦合进入光纤9。光纤将光线传输到后续激发系统激发荧光粉发出荧光。光纤并不是必须，在不需要长距离传输的场合，可以不用光纤，而用一透镜组对激光束处理后直接用于激发荧光粉。

光纤输出激光激发荧光色轮11上的荧光粉产生黄色荧光。荧光色轮的结构如图2所示。111为产生黄色荧光的荧光粉，112为空白反射镜，把入射的激光反射出去。荧光色轮由电动马达13带动，高速旋转。这样不同颜色的光线通过时间合成形成白光。

荧光色轮出射的光通过弧形光收集器14收集，进入匀光输出模块15，经过匀光后出射。匀光系统可以有多种不同结构，图3给出了一种参考结构，光收集系统收集到的光由透镜16耦合进入大尺寸晶体棒17中，经过晶体棒17的匀光使得光束得到匀化混合，再有耦合输出器18扩束投射到抛物面反射镜20上，在经过复眼透镜19匀化输出。

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。