hem > Nyheter > industri nyheter

Laserdioder ökar intensiteten hos smalstrålig belysning

2021-07-14

LED- och halvledarlaser (eller laser-LED) fungerar på samma sätt, det vill säga när elektroner och hål polymeriserar sänds ljus ut, och dess emissionsvåglängd beror på vilket material som används. Skillnaden är att spektralområdet för LED-ljus är relativt smalt, medan ljuset som emitteras av halvledarlaser i princip är en enda våglängd. Emissionsvåglängdsområdet för halvledarlaser kan vara från infrarött till ultraviolett, och det har använts i stor utsträckning inom optisk fiberkommunikation, streckkodsläsare, CD-läsare och laserutskrift. Men hittills har tillämpningen av halvledarlaser i konventionell belysning visat sig opraktisk.

Liksom traditionella lasrar behöver halvledarlasrar också en resonator för att förstärka. Kaviteten består av två parallella plan åtskilda av flera hundra mikron, som fungerar som speglar för att studsa de emitterade fotonerna tillbaka in i håligheten. Vid låga effektnivåer fungerar halvledarlasrar som traditionella lysdioder. När effekten är tillräckligt stor (ca 4 kW/cm2) börjar fotonerna som skjuts ut mellan de två "speglarna" stimulera halvledarmaterialet att avge fler fotoner. När genereringen av laser förskjuter och överstiger den interna förlusten, börjar enheten att "sända ut laser", det vill säga att sända ut koherent ljus med en enda våglängd.

Det finns vissa likheter mellan traditionell LED- och halvledarlaser: båda drivs av AC-DC-drivrutin, och ljuseffekten kommer att minska när temperaturen stiger. Men till skillnad från traditionella lysdioder verkar halvledarlasrar inte påverkas av droppeffekten, vilket ökar drivströmmen, vilket resulterar i en minskning av effektiviteten (utgångslumen / ingångswatt). För belysningstillämpningar har konventionella blå lysdioder högre effektivitet än halvledarlasrar, men endast vid lägre inström. Med tanke på den erforderliga substratarean är det därför inte praktiskt att generera samma ljusnivå från konventionella blå lysdioder.

Även om laserdioder har dykt upp sedan 1960-talet, har de först nyligen övervägts för belysningstillämpningar, särskilt i avancerade billampor, på grund av deras höga energieffektivitet. BMW erbjuder laserstrålkastare och hävdar att de är 10 gånger ljusare och 30 % effektivare än LED-lampor. Den använder en exakt placerad spegel för att reflektera den blå halvledarlasern inuti pannlampans skal för att generera en vit ljusstråle, som sedan fokuseras av en lins fylld med fosfor för att generera högintensivt vitt ljus.

Kan halvledarlasrar användas för allmän belysning i framtiden? Den teoretiska energieffektivitetsgränsen för fosforkonverterade vita lysdioder är cirka 350 lumen/W, medan de kommersiella belysningsprodukterna är nära 200 lumen/W. Halvledarlaserns energieffektivitet är 100 gånger högre än för traditionell LED, så den kan ge mycket hög ljuseffekt med mindre formstorlek. För tillämpningar med begränsad fysisk storlek (som bilstrålkastare) är attraktionen av halvledarlaser uppenbar, men nackdelen med att använda den för allmän belysning är att dess emissionskavitet är mycket smal (endast cirka 1-2 grader).

I dagsläget är det inte klart hur många företag som har åtagit sig att använda halvledarlasrar för allmän belysning, men minst ett företag har tillhandahållit relevanta produkter. SLD-laserföretaget lanserade laserlight-ytmonteringsenheten (SMD) redan 2016. Enheten använder blåljushalvledarlaser, fosfor och höglumenpaket och är förpackad i 7 × 7 mm-paketet kan avge cirka 500 lumen vitt ljus utan skada på mänskliga ögon. Dess exakta optiska enheter uppnår en strålvinkel på högst 2 grader. Laserlight SMD-enhet är världens första UL 8750-certifierade halvledarlaserkälla.

Mest sannolikt används laserhalvledare först i belysningsprodukter för speciella byggnader, som kräver smala och högintensiva strålar. Till exempel i museer, gallerier, butikslokaler och andra speciella platser behöver bara ett hörn av utrymmet belysas, snarare än hela utrymmet. Detta är inte bara behovet av rymdestetik, utan förenklar också kontroll och underhåll. Men på grund av den smala strålen som sprids av halvledarlaser kan det vara nödvändigt att kombinera fiber eller vågledare för att styra och överföra det emitterade ljuset för att utveckla ekonomiska och genomförbara konventionella belysningsprodukter.