CN208986361U - 一种基于荧光晶体泵浦光波导的光源装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于荧光晶体泵浦光波导的光源装置，包括若干发射泵浦光的二极管，还包括：泵浦光波导组件；设置在所述泵浦光波导端头的平凸透镜；所述二极管分布于所述平凸透镜的凸起前侧且所述泵浦光的光线通过所述平凸透镜进入所述泵浦光波导组件；所述泵浦光波导组件包括：石英套管；内置于所述石英套管的荧光晶体棒；密封所述石英套管两端的两个入射光窗；导入于所述石英套管并淹没于所述荧光晶体棒的波导液体。能够能够高效稳定的泵浦荧光晶体并产生黄绿光。
Description
技术领域
本实用新型涉及光学领域，尤其涉及一种基于荧光晶体泵浦光波导的光源装置。
背景技术
目前市场中黄绿光光源主要有黄绿光二极管(LED)，黄绿光激光二极管(LD)和较大型的黄绿光激光器为主。LED产品虽然成本低廉，但强度较低，往往不能满足投影显示或医学应用的需求；而LD产品造价高昂，效率较低，且核心技术被海外企业牢牢把持，目前很难大规模应用；黄绿光激光器则因高昂的运行和维护成本亦无法大规模使用。因此，开发一种新型的，低成本的和可靠的黄绿光光源尤为重要。
相比黄绿光激光二极管高昂的成本，蓝光激光二极管技术相对成熟，目前已经被广泛应用，通过蓝色激光来泵浦荧光物质也能产生黄绿光，而激光泵浦荧光光源以其低廉的价格，相对简单的结构和较长的寿命成为开发下一代黄绿光光源的热点技术，然而荧光材料不耐受高温，在激光照射的热效应下很容易产生热淬灭问题，导致转换效率下降，输出功率降低的问题，因而，通过有效的结构设计来解决激光泵浦荧光光源的散热以及光束整形等问题便成为了核心问题。日本的卡西欧公司率先推出了激光泵浦荧光粉光源投影仪，并以投入市场。其主要核心部件是高速旋转的荧光粉轮，通过使荧光粉轮高速旋转，能够然荧光粉轮受热均匀，且有效的与空气进行热交换，从而规避荧光粉轮的热淬灭问题。但荧光粉轮转动需要电动机等机械装置，机械部件的引入又降低了设备的可靠性和使用寿命。另一种技术则是使用蓝色激光直接泵浦荧光晶体，这种技术机构简单，不依赖机械装置，可靠性高，但设计难度较大，主要是集中于晶体散热结构与光学光路设计的矛盾。
实用新型内容
为了克服上述技术缺陷，本实用新型提供一种基于荧光晶体泵浦光波导的光源装置，能够能够高效稳定的泵浦荧光晶体并产生黄绿光。
为了解决上述问题，本实用新型按以下技术方案予以实现的：
一种基于荧光晶体泵浦光波导的光源装置，包括若干发射泵浦光的二极管，还包括：泵浦光波导组件；设置在所述泵浦光波导端头的平凸透镜；所述二极管分布于所述平凸透镜的凸起前侧且所述泵浦光的光线通过所述平凸透镜进入所述泵浦光波导组件；
所述泵浦光波导组件包括：石英套管；内置于所述石英套管的荧光晶体棒；密封所述石英套管两端的两个入射光窗；导入于所述石英套管并淹没于所述荧光晶体棒的波导液体。
进一步的，所述荧光晶体棒的轴心和所述石英套管的中心线为非同一水平线的偏心安置。
进一步的，所述荧光晶体棒中包括掺杂有一定量铯金属离子的钇铝石榴石晶体或镥铝石榴石晶体或陶瓷晶体；
所述荧光晶体棒为圆柱状并固定于所述两个入射光窗之间，所述荧光晶体棒两端的端面经过抛光处理并镀有200微米厚的金属反射膜，侧面经过磨砂处理并形成毛玻璃表面。
进一步的，所述入射光窗为金属铜片，所述金属铜片上开设有若干镀膜窗口，所述镀膜窗口外表面用来增透入射的泵浦光，内表面用来高反射被激发的黄绿光。
进一步的，所述石英套管的折射率为1.4586的圆形套管，所述石英套管长度为80mm，内径为7mm，外径为8mm，管壁厚度为1mm。
进一步的，所述波导液体是折射率为小于所述石英套管折射率的纯净水，所述泵浦光在石英套管内壁上全内反射。
进一步的，所述泵浦光波导组件内部的泵浦光通过所述波导液体进行降温，所述泵浦光通过所述荧光晶体棒吸收后形成功率密度较低的蓝绿光，所述蓝绿光最终从所述荧光晶体棒的侧面作为朗伯体光源向四周射出。
进一步的，所述泵浦光由4排4列共计16个二极管射出，所述泵浦光包括但不限于蓝色激光。
进一步的，所述平凸透镜的直径为50mm，焦距为36mm，由光学玻璃材料制成；
所述平凸透镜和所述二极管共同设置在所述泵浦光波导组件的两端形成两端泵浦或者共同设置在所述泵浦光波导组件的任何一端形成单端泵浦。
进一步的，所述荧光晶体棒为的直径为2mm，长度为80mm的圆柱。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
本实用新型公开了一种基于荧光晶体泵浦光波导的光源装置，能够实现对泵浦激光发出的光线转换为低成本的蓝绿光。其中，所述光源装置内部的荧光晶体棒能提供较大的入射面，提高吸收能量，同时还能增大晶体棒的散热面积，显著降低热淬灭发生的风险，提高光源转换的稳定性。此外，内置的波导液体兼具冷却和导光作用，为实现更高功率的激光泵浦提供了可行方案。
附图说明
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明，其中：
图1是本实用新型实施例公开的基于荧光晶体泵浦光波导的光源装置的一种结构示意图；
图2是本实用新型实施例公开的基于荧光晶体泵浦光波导的光源装置的光线转换示意图。
图中：
1-第一二极管；2-第一平凸透镜；3-第一入射光窗；4-第一镀膜窗口；5-石英套管；6-波导液体；7-荧光晶体棒；8-第二镀膜窗口；9-第二入射光窗；10-第二平凸透镜；11-第二二极管；12-第一汇聚光线；13-横向光线；14-黄绿光线；15-第二汇聚光线。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
实施例一：
如图1所示，本实用新型公开了一种基于荧光晶体泵浦光波导的光源装置，包括若干发射泵浦光的二极管，还包括：泵浦光波导组件；设置在所述泵浦光波导端头的平凸透镜；所述二极管分布于所述平凸透镜的凸起前侧且所述泵浦光的光线通过所述平凸透镜进入所述泵浦光波导组件；所述泵浦光波导组件包括：石英套管5；内置于石英套管5的荧光晶体棒7；密封石英套管5两端的两个入射光窗；导入于石英套管5并淹没于荧光晶体棒7的波导液体6。
优选地，所述平凸透镜和所述二极管共同设置在所述泵浦光波导组件的两端形成两端泵浦或者共同设置在所述泵浦光波导组件的任何一端形成单端泵浦。如图2所示，本实用新型实施例公开的基于荧光晶体泵浦光波导的光源装置的光线转换示意图。从图2可以看出，本实施例即为两端泵浦，光线分别从所述泵浦光波导组件的两端分别射入。
优选地，所述泵浦光由4排4列共计16个二极管射出，所述泵浦光包括但不限于蓝色激光。即第一二极管1为4X4阵列的激光二极管，第二二极管11在所述泵浦光波导组件的另外一端同为4X4阵列的激光二极管，两端激光二极管同时反射光线进入所述泵浦光波导组件能够更加高效的提供需要的黄绿光。
优选地，所述平凸透镜的直径为50mm，焦距为36mm，由光学玻璃材料制成；第一二极管1发射的光线通过第一平凸透镜2形成第一汇聚光线12，第二二极管11发射的光线通过第二平凸透镜10形成第二汇聚光线15，其中第一汇聚光线12通过第一入射光窗3上的第一镀膜窗口4，第二汇聚光线15通过第二入射光窗9上的第二镀膜窗口8，两条光线分别进入所述泵浦光波导组件。
优选地，荧光晶体棒7的轴心和石英套管5的中心线为非同一水平线的偏心安置，在本实施例中，可以看出荧光晶体棒7位于石英套管5的上半部分，这种设计是经过反复的实验调试后取得的最佳位置，即在横截面方向看，荧光晶体棒7的圆心与石英管的圆心不重合，偏心设计可以使荧光晶体棒7对泵浦光的吸收效率达到最高。
优选地，为了使得荧光晶体棒7的更好的吸收光谱和发射光谱分离且间隔不大，光线转化效率较高。荧光晶体棒7中包括掺杂有一定量铯金属离子的钇铝石榴石晶体或镥铝石榴石晶体或陶瓷晶体，荧光晶体棒7还具有量子效率高，热导率较好，和热稳定性好等特点，在600K温度以下，低掺杂浓度的荧光晶体棒7不会发生显著的热淬灭。在本实施例中，荧光晶体棒7在吸收蓝色激光时会发射500-700nm波段的黄绿光，峰值在536nm。
优选地，荧光晶体棒7为圆柱状并固定于所述两个入射光窗之间，荧光晶体棒7两端的端面经过抛光处理并镀有200微米厚的金属反射膜，侧面经过磨砂处理并形成毛玻璃表面。图2中横向光线13横向传输的光束被反射入波导中，从而阻止经泵浦产生的黄绿光从两个端面出射。荧光晶体棒7的侧面磨砂处理，因而破坏了冷却液-晶体棒界面的全内反射条件。
优选地，所述入射光窗为金属铜片，所述金属铜片上开设有若干镀膜窗口，所述镀膜窗口外表面用来增透入射的泵浦光，内表面用来高反射被激发的黄绿光。所述镀膜窗口够提高蓝光波段的透射率，降低黄绿光波段的透射率。
优选地，石英套管5的折射率为1.4586的圆形套管，石英套管5长度为80mm，内径为7mm，外径为8mm，管壁厚度为1mm。向石英套管5充入低折射率的波导液体6，荧光晶体棒7外壁与石英管内壁充满波导液体6，入射光线从镀膜窗口直接射入波导液体6中。进一步的，波导液体6是折射率为小于石英套管5折射率的纯净水，所述泵浦光在石英套管5内壁上全内反射，通过多次的全内反射，不断地反复射入荧光晶体棒7，从而使荧光晶体棒7能够充分吸收泵浦光能量，同时也有效的降低了泵浦功率密度。波导液体6的光波导兼具冷却和导光作用，为实现更高功率的激光泵浦提供了可行方案。
优选地，泵浦光波导组件内部的泵浦光通过波导液体6进行降温，所述泵浦光通过荧光晶体棒7吸收后形成功率密度较低的蓝绿光，黄绿光线14最终从荧光晶体棒7的侧面作为朗伯体光源向四周射出。
进一步的，荧光晶体棒7为的直径为2mm，长度为80mm的圆柱。这个直径虽然高于荧光晶体的光吸收深度(会影响荧光晶体棒7的吸收效率)，但受限于现有精密加工工艺，这个厚度是最优选择，能够兼顾晶体的吸收效率和在热膨胀时的热应力形变，在保证荧光晶体棒7在不会因热膨胀形变发生崩裂的情前提下，拥有最高的吸收效率。圆棒状的设计主要为了保证足够大的侧面积，较大的侧面积既能为泵浦光源提供较大的入射面，提高吸收能量，同时还能增大荧光晶体棒7的散热面积，提高晶体条与冷却介质的热交换面积，显著降低热淬灭发生的风险，提高***稳定性。在本实例中，石英套管5加工为圆形，石英管亦可被加工为椭圆形或者其他面型。
经实际模拟结果，本实施例中石英套管5中荧光晶体棒7的光吸收率高达91.8％，适当的增长光波导可以实现更高的泵浦光吸收效率。
实施例二：
本实施例和实施例一的不同之处在于，所述平凸透镜和所述二极管共同设置在所述泵浦光波导组件的任何一端形成单端泵浦，这种设计对于光线转换的原理和实施例一是相同的，只是设计的结构更加简单，但转换的效率不如实施例高，可以在较低较低转换的需求条件下实施。
本实施例所述基于荧光晶体泵浦光波导的光源装置的其它结构参见现有技术，在此不再赘述。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，故凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化与修饰,均仍属于本实用新型技术方案的范围内。
Claims (9)
1.一种基于荧光晶体泵浦光波导的光源装置，包括若干发射泵浦光的二极管，其特征在于，还包括：泵浦光波导组件；设置在所述泵浦光波导端头的平凸透镜；所述二极管分布于所述平凸透镜的凸起前侧且所述泵浦光的光线通过所述平凸透镜进入所述泵浦光波导组件；
所述泵浦光波导组件包括：石英套管；内置于所述石英套管的荧光晶体棒；密封所述石英套管两端的两个入射光窗；导入于所述石英套管并淹没于所述荧光晶体棒的波导液体。
2.根据权利要求1所述的基于荧光晶体泵浦光波导的光源装置，其特征在于，
所述荧光晶体棒为圆柱状并固定于所述两个入射光窗之间，所述荧光晶体棒两端的端面经过抛光处理并镀有200微米厚的金属反射膜，侧面经过磨砂处理并形成毛玻璃表面。
3.根据权利要求1所述的基于荧光晶体泵浦光波导的光源装置，其特征在于，所述入射光窗为金属铜片，所述金属铜片上开设有若干镀膜窗口，所述镀膜窗口外表面用来增透入射的泵浦光，内表面用来高反射被激发的黄绿光。
4.根据权利要求1所述的基于荧光晶体泵浦光波导的光源装置，其特征在于，所述石英套管的折射率为1.4586的圆形套管，所述石英套管长度为80mm，内径为7mm，外径为8mm，管壁厚度为1mm。
5.根据权利要求1所述的基于荧光晶体泵浦光波导的光源装置，其特征在于，所述波导液体是折射率为小于所述石英套管折射率的纯净水，所述泵浦光在石英套管内壁上全内反射。
6.根据权利要求1所述的基于荧光晶体泵浦光波导的光源装置，其特征在于，所述泵浦光波导组件内部的泵浦光通过所述波导液体进行降温，所述泵浦光通过所述荧光晶体棒吸收后形成功率密度较低的蓝绿光，所述蓝绿光最终从所述荧光晶体棒的侧面作为朗伯体光源向四周射出。
7.根据权利要求1所述的基于荧光晶体泵浦光波导的光源装置，其特征在于，所述泵浦光由4排4列共计16个二极管射出，所述泵浦光包括但不限于蓝色激光。
8.根据权利要求1所述的基于荧光晶体泵浦光波导的光源装置，其特征在于，所述平凸透镜的直径为50mm，焦距为36mm，由光学玻璃材料制成。
9.根据权利要求2所述的基于荧光晶体泵浦光波导的光源装置，其特征在于，所述荧光晶体棒为的直径为2mm，长度为80mm的圆柱。
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| CN201821401570.1U CN208986361U (zh) | 2018-08-29 | 2018-08-29 | 一种基于荧光晶体泵浦光波导的光源装置 |
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|---|---|---|---|---|
| CN108899747A (zh) * | 2018-08-29 | 2018-11-27 | 佛山市辉康光电技术有限公司 | 一种基于荧光晶体泵浦光波导的光源装置 |
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