CN105650483A - 一种基于卡塞格林光学结构的激光灯装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于卡塞格林光学结构的激光灯装置，包括激光器阵列、激光聚光主镜和激光聚光次镜构成的卡塞格林光学结构、白光准直镜和荧光剂。所述激光器阵列发出多路激光束经激光聚光主镜反射后到达激光聚光次镜再次反射后聚焦到荧光剂处，荧光剂受到激光激发后发出漫反射白光，经白光准直镜反射后形成高强度白光束出射。调整荧光剂和白光准直镜相对位置可改变白光束出射状态。本发明采用卡塞格林光学结构将激光器阵列发出的多路激光束汇聚到荧光剂上，可成倍地提高荧光剂处激光照射强度。本发明结构简单，性能稳定；解决了目前单只半导体蓝光激光器出射功率低、而高功率价格高及高功率激光灯成本高等问题。

Description

一种基于卡塞格林光学结构的激光灯装置
技术领域
本发明涉及一种激光灯装置，特别涉及一种基于卡塞格林光学结构的激光灯装置，属于激光应用技术领域。
背景技术
激光灯的原理是利用短波激光照射荧光粉材料，将单波长的激光转换为扩散的连续谱白光，从而实现白光照明。它与传统的白炽灯、氙气灯甚至是LED灯相比，激光灯具有能效比高、节能环保、寿命长、体积小和稳定度高等优点。因此激光灯是继LED灯之后的照明光源的又一次改革，被称为“合理的下一步”，目前已经作为一些高端汽车，如宝马的i8的前照灯在使用。
由于半导体蓝光激光器具有寿命长、体积小等优点，因而现有激光灯中多采用半导体蓝光激光器作为激光源。但是，受到目前制作工艺的限制，使用的单只半导体蓝光激光器的出射光功率较低，目前商用的出射光功率约在5W左右，无法实现高功率激光灯，同时半导体蓝光激光器价格随着出射光功率的增大成指数增长，因此，难以降低高功率激光灯的成本。
由于有了上述问题的存在，如何解决此技术问题，采用何种技术手段，才能提高激光灯的出射白光功率，同时降低高功率激光灯的成本，就成为了一个很重要的研究课题；这也正是本发明的任务所在。
发明内容
本发明的目的正是为了解决所述现有技术中所存在的缺陷和不足，提供一种基于卡塞格林光学结构的激光灯装置。该激光灯装置其激光源采用多路激光束汇聚以提高激光灯的出射白光功率，同时降低高功率激光灯的成本；且该激光灯装置不受目前激光灯制作工艺限制，其性能稳定，结构简单，易于操作；解决了目前单只半导体蓝光激光器的出射功率低、而高功率半导体蓝光激光器的价格高、以及高功率激光灯的成本高等问题。
为实现上述目的，本发明采用由以下技术措施构成的技术方案来实现的。
本发明提供的一种基于卡塞格林光学结构的激光灯装置，包括激光器，白光准直镜和荧光剂；按照本发明，还包括由激光聚光主镜和激光聚光次镜构成的卡塞格林光学结构，所述激光器采用激光器阵列；按光路描述：所述激光器阵列发出的多路激光束在通过激光聚光主镜反射后到达激光聚光次镜，多路激光束经激光聚光次镜再次反射后聚焦到荧光剂处，荧光剂受到激光激发后发出漫反射白光，漫反射白光通过白光准直镜反射后形成高强度白光光束出射。
本发明所述的激光灯装置，所述的白光准直镜可以是抛物反射镜，也可以是球面反射镜，还可以是具有准直功能的透镜。
本发明所述的激光灯装置，所述荧光剂与白光准直镜的相对位置可以调整，由二者的相对位置的改变来决定高强度白光光束的出射状态。
本发明所述的激光灯装置，当所述荧光剂位于白光准直镜的焦点处时，高强度白光光束为准平行光束。
本发明所述的激光灯装置，当所述荧光剂位于白光准直镜的主光轴上，但远离白光准直镜的顶点时，高强度白光光束为汇聚光束。
本发明所述的激光灯装置，当所述荧光剂位于白光准直镜的主光轴上，但靠近白光准直镜的顶点时，高强度白光光束为发散光束。
本发明所述的激光灯装置，当所述荧光剂位于白光准直镜的除焦点外的焦平面上时，高强度白光光束为倾斜平行光束。
本发明的基本原理是：采用卡塞格林光学结构，它由激光聚光主镜和激光聚光次镜构成，将激光器阵列发出的多路激光束汇聚到荧光剂上，这样可以成倍地提高荧光剂处激光的照射强度，从而使激光灯激发出高强度白光；同时，调整荧光剂与白光准直镜的相对位置，还可以改变其高强度白光光束的出射状态。即当荧光剂位于白光准直镜的焦点处时，激光灯发出的高强度白光光束为准平行光束；当荧光剂位于白光准直镜的主光轴上，但远离白光准直镜的顶点时，激光灯发出的高强度白光光束为汇聚光束；当荧光剂位于白光准直镜的主光轴上，但靠近白光准直镜的顶点时，激光灯发出的高强度白光光束为发散光束；当荧光剂位于白光准直镜的除焦点外的焦平面上时，激光灯发出的高强度白光光束为倾斜平行光束。
本发明与现有技术相比具有如下优点及有益的技术效果：
1、本发明所述的激光灯装置，采用卡塞格林光学结构和激光器阵列，将激光器阵列发出的多路激光束汇聚到荧光剂上，可以成倍地提高荧光剂处蓝色激光的照射强度，从而激发出高强度白光，可以解决现有工艺条件下单只半导体蓝光激光器的出射光功率较低，无法实现高功率激光灯的问题。
2、由于半导体蓝光激光器的价格随着出射光功率的增大成指数增长，本发明将多个较小功率半导体蓝光激光器组成激光器阵列，其出射光汇聚到荧光剂上，从而降低高功率激光灯的成本。
3、本发明采用卡塞格林光学结构对激光器阵列中激光器的排布和数量不敏感，具有很强的通用性。
4、本发明通过调整荧光剂与白光准直镜的相对位置，还可以改变高强度白光光束的出射状态，其调整方法简单实用。
附图说明
图1为本发明激光灯装置整体结构示意图；
图2为本发明实施例中激光器阵列结构示意图；
图3为本发明所述荧光剂位于白光准直镜的焦点处时，高强度白光光束为准平行光束时的示意图；
图4本发明所述荧光剂位于白光准直镜的主光轴上，但靠近白光准直镜的顶点时，高强度白光光束为发散光束时的示意图；
图5本发明所述荧光剂位于白光准直镜的主光轴上，但远离白光准直镜的顶点时，高强度白光光束为汇聚光束时的示意图。
图中：1激光器阵列，2激光聚光主镜，3激光聚光次镜，4白光准直镜，5荧光剂，6多路激光束，7漫反射白光，8高强度白光光束，9激光器。
具体实施方式
下面结合附图并用具体实施例对本发明作进一步详细描述，有必要在此指出的是所述实施例只是用于对本发明的进一步说明，而并不意味着是对本发明保护范围的任何限定。
本发明所述一种基于卡塞格林光学结构的激光灯装置，其结构如图1所示，包括激光器阵列1，由激光聚光主镜2和激光聚光次镜3构成卡塞格林光学结构，白光准直镜4，荧光剂5；按光路描述：所述激光器阵列1发出的多路激光束6在通过激光聚光主镜2反射后到达激光聚光次镜3，多路激光束6经激光聚光次镜3再次反射后聚焦到荧光剂5处，荧光剂5受到激光激发后发出漫反射白光7，漫反射白光7通过白光准直镜4反射后形成高强度白光光束8出射。
实施例
本实施例按照图1所示的结构布置和连接好光学元器件；
在本实施例中，激光器阵列1中使用八个单个半导体蓝光激光器9，单只激光器的功率为5W，波长为450nm，八个半导体蓝光激光器均匀分布在直径为50mm的圆上形成激光器阵列1，如图2所示。
本实例中的卡塞格林光学结构中的激光聚光主镜2和激光聚光次镜3两块反光镜的参数为：
激光聚光主镜2：直径φ＝60mm，曲率半径R＝-200mm；
激光聚光次镜3：直径φ＝24mm，曲率半径R＝106.67mm；
白光准直镜4：焦距f＝20mm，口径d＝100mm的抛物反射镜。
所述卡塞格林光学结构的焦点位于激光聚光主镜2后92.7mm处，因此将荧光剂5置于该处；在白光准直镜4外加以中心带支撑杆11的窗玻璃10，支撑杆11的顶部用于安装荧光剂5，荧光剂5距白光准直镜4顶点的距离为20mm。此时，荧光剂5位于白光准直镜4的焦点处，激光灯发射出的高强度白光光束8呈准平行状态，如图3所示。
由于激光器阵列1共含有八个半导体蓝光激光器9，每个激光器的功率为5W,因此荧光剂5处照射的蓝光激光功率总和为40W，实现了成倍地提高荧光剂5处蓝色激光的照射强度，从而激发出高强度白光光束8。
图4是当增加支撑杆11的长度，使荧光剂5距白光准直镜4顶点的距离小于20mm即荧光剂5位于白光准直镜4的主光轴上，但靠近白光准直镜4顶点时，激光灯发射出的高强度白光光束8呈发散状态；图5是当增加支撑杆11的长度，使荧光剂5距白光准直镜4顶点的距离大于20mm，即荧光剂5位于白光准直镜4的主光轴上，但远离白光准直镜4顶点时，激光灯发射出的高强度白光光束8呈汇聚状态。
显然，通过以上实施例简单地调整荧光剂与白光准直镜的相对位置，可以改变出射高强度白光光束的状态。同时解决了目前单只半导体蓝光激光器的出射功率低、而高功率半导体蓝光激光器的价格高、以及高功率激光灯的成本高等问题。

Claims (7)

1.一种基于卡塞格林光学结构的激光灯装置，包括激光器，白光准直镜(4)和荧光剂(5)；其特征在于还包括由激光聚光主镜(2)和激光聚光次镜(3)构成的卡塞格林光学结构，所述激光器采用激光器阵列(1)；按光路描述：所述激光器阵列(1)发出的多路激光束(6)在通过卡塞格林光学结构的激光聚光主镜(2)反射后到达激光聚光次镜(3)，多路激光束(6)经激光聚光次镜(3)再次反射后聚焦到荧光剂(5)处，荧光剂(5)受到激光激发后发出漫反射白光(7)，漫反射白光(7)通过白光准直镜(4)反射后形成高强度白光光束(8)出射。
2.根据权利要求1所述的一种基于卡塞格林光学结构的激光灯装置，其特征在于所述的白光准直镜(4)可以是抛物反射镜，或球面反射镜，或是具有准直功能的透镜。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于卡塞格林光学结构的激光灯装置，其特征在于可调整所述荧光剂(5)与白光准直镜(4)的相对位置，由二者的相对位置决定高强度白光光束(8)的出射状态。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种基于卡塞格林光学结构的激光灯装置，其特征在于当所述荧光剂(5)位于白光准直镜(4)的焦点处时，高强度白光光束(8)为准平行光束。
5.根据权利要求1或2或3所述的一种基于卡塞格林光学结构的激光灯装置，其特征在于当所述荧光剂(5)位于白光准直镜(4)的主光轴上，但远离白光准直镜(4)的顶点时，高强度白光光束(8)为汇聚光束。
6.根据权利要求1或2或3所述的一种基于卡塞格林光学结构的激光灯装置，其特征在于当所述荧光剂(5)位于白光准直镜的主光轴上，但靠近白光准直镜(4)的顶点时，高强度白光光束(8)为发散光束。
7.根据权利要求1或2或3所述的一种基于卡塞格林光学结构的激光灯装置，其特征在于当所述荧光剂(5)位于白光准直镜(4)的除焦点外的焦平面上时，高强度白光光束(8)为倾斜平行光束。
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