CN116819787A - 激光光源及激光光源系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种激光光源，包括激光装置，所述激光装置包括至少一激光器，用于产生至少一沿第一方向及沿第二方向发散角不同的光束；匀光棒，包括入光端面及出光端面，且所述入光端面及出光端面为方形；所述入光端面接收所述至少一沿第一方向及沿第二方向发散角不同的光束，所述出光端面输出经匀光后的光束，所述入光端面的一条对角线与所述第一方向或第二方向平行。从而使出射光束在荧光光源面上强度和颜色分布匀化，并且所需匀光棒尺寸小，达到低损耗、低成本的效果。

Description

激光光源及激光光源系统

本申请为对申请号为201910807941.9、申请日为2019年08月29日、发明名称为“激光光源及激光光源系统”进行的分案申请。

技术领域

本发明涉及光源领域，特别是涉及一种激光光源及激光光源系统。

背景技术

激光器具有芯片小，亮度高、发射方向集中、功率高、激光光束质量好等优点，激光照射到波长转换装置时，可以得到光点小，亮度高的照明光源。

但由于激光器所发出的光束是高斯分布，中心的功率密度非常高，当入射到波长转换元件时，在中心局部热量很高，导致整体的出光亮度受到限制，使激光荧光的转换效率降低，此外在荧光光源面分布上光的强度和颜色都不均匀。

因此为得到一个高亮度，高效率，光束强度和颜色都均匀的光源，通常都会将激光光束先经过匀光处理，再入射到波长转换元件，将其转换为荧光光源，常规匀光方式多数采用方棒或复眼，将其设置于激光器旁边，使激光光束汇聚在方棒或复眼的入光端面上，进而使光线在出光端面上射出,得到均匀的光束。

但是此技术方案存在缺点，当采用方棒匀光时，由于光束在内部多次反射，反射次数越多，其的到的光束越均匀，此时所需方棒的长度越长，而方棒太长则造成的光损耗大、成本高、产品尺寸大等缺点。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种激光光源及激光光源系统，以使出射光束在荧光光源面上强度和颜色分布匀化，并且所需匀光棒尺寸小，达到低损耗、低成本的效果。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：

提供一种激光光源，包括：

激光装置，包括至少一激光器，用于产生至少一沿第一方向及沿第二方向发散角不同的光束；

匀光棒，包括入光端面及出光端面，且所述入光端面及出光端面为方形，所述入光端面接收所述至少一沿第一方向及沿第二方向发散角不同的光束，所述出光端面输出经匀光后的光束，所述入光端面的一条对角线与所述第一方向或第二方向平行；

所述激光装置包括多个激光器，各激光器分别产生沿第一方向及沿第二方向发散角不同的光束；

且所述第一方向垂直于所述第二方向。

为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：

提供一种激光光源系统，包括上述的激光光源及波长转换装置，所述激光光源将匀光光束输出至所述波长转换装置，所述波长转换装置接收所述匀光光束并产生与所述匀光光束波长范围不同的受激发光。

本发明的有益效果是：区别于现有技术，本发明是通过将匀光棒的对角线与激光器出射光束的第一方向或第二方向设置成平行方式，以缩短匀光棒长度并使出射光束均匀化，进而实现低损耗、低成本。

附图说明

图1a-图1c是激光光束快慢轴与匀光棒边平行的结构示意图；

图2a-图2b是激光光束快慢轴与匀光棒对角线平行的结构示意图；

图3是本发明激光光源的结构示意图；

图4a是本发明激光光源中匀光棒的第一实施例的结构示意图；

图4b及图4c是本发明激光光源中匀光棒的第二实施例的结构示意图；

图4d及图4e是本发明激光光源中匀光棒的第三实施例的结构示意图；

图4f是本发明激光光源中匀光棒的第四实施例的结构示意图；

图5a是本发明激光光源中多个激光器与匀光棒的第一实施例的结构示意图；

图5b是本发明激光光源中多个激光器与匀光棒的第二实施例的结构示意图；

图5c是本发明激光光源中多个激光器与匀光棒的第三实施例的结构示意图；

图6是本发明激光光源系统的第一实施例的结构示意图；

图7是本发明激光光源系统第二实施例的结构示意图；

图8a及图8b是本发明激光光源系统第三实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的说明。

本发明提出一种激光光源及激光荧光光源系统，所述激光光源包含激光装置，所述激光装置包括至少一激光器，所述激光器产生沿第一方向(X轴)及沿第二方向(Y轴)两个方向发散角不同的光束，匀光方棒，且匀光方棒的对角线连线与X轴或Y轴平行或垂直。

匀光棒匀光的基本原理是通过光束在匀光棒内壁多次反射后的叠加使得在匀光棒出口处光斑得到均匀，反射次数越多，光斑越均匀，当匀光棒长度和宽度确定时，激光光束角度越大，反射次数越多，光斑越均匀。

激光器出射的光束通常在快轴和慢轴两个方向的发散角不一样，发散角较大的方向所需要的方棒长度较短就能得到匀光，发散角较小的方向所需要的方棒长度相对较长才能得到匀光。要使得光斑整体都都匀化的话，那么所需要的方棒长度需要按照发散角小的那个方向来设计，方棒长度则相对较长。

而方棒越长会导致功率损耗越大，成本也会越高，产品的尺寸也越大，这是不利的。因此设计上希望在光束匀化的基础上，方棒越短越好。

参见图1a，一个激光器101出射的沿快轴与慢轴发散角不同的光束，例如快轴发散角为45度，慢轴发散角为14度，经过透镜系统102汇聚到一个边长0.4mm，长度17mm的匀光棒，当激光器的快慢轴与匀光棒103的边平行时，在匀光棒103出口的光斑左右方向是不均匀的，如图1b所示。当匀光棒的长度增加到27mm，才会使得匀光棒出口处光斑均匀，如图1c所示。

参见图2a，光路系统与图1a相同，但激光器101的快慢轴方向与匀光棒103的对角线是平行的，当匀光棒长度17mm时，匀光棒出口处的光斑已经是均匀的，如图2b所示。

以上说明当激光器产生的光束沿第一方向(如X方向)及沿第二方向(如Y方向)的发散角不一样时，设置匀光棒的对角线方向与X或Y方向平行时，相比于匀光棒的边与X或Y方向平行时，较短的匀光棒长度就可以达到匀光效果。

请参见图3，是本发明激光光源的结构示意图。所述激光光源包括激光装置，所述激光装置包括至少一激光器301，用于产生至少一沿第一方向及沿第二方向的发散角不同的光束；

匀光棒303，包括入光端面及出光端面，且所述入光及出光端面为方形，所述入光端面及所述出光端面的一条对角线X0与所述第一方向平行或与所述第二方向平行，所述匀光棒303的入光端面接收沿第一方向及沿第二方向的发散角不同的光束，所述出光端面输出经匀光后的光束，所述光束在匀光棒303中经多次反射进行匀光。

其中，所述激光光源还可以包括透镜302，所述透镜302设置在所述激光器301与所述匀光棒303之间，用于将所述激光器301产生的至少一沿第一方向及沿第二方向的发散角不同的光束聚集在所述匀光棒303的入光端面上。所述透镜302的数量与所述激光器301的数量对应或者通过一个大的透镜将所有激光器301发射的光束均进行汇聚。所述激光器的数量根据需要进行设置。

请参见图4a，是本发明激光光源中匀光棒的第一实施例的结构示意图。其中，所述匀光棒3为实心的方形棒体，其包括入光端面及出光端面且所述入光及出光端面均为方形，将所述匀光棒的入光端面及出光端面的一条对角线与所述第一方向(如X轴或者快轴)设置为平行或所述第二方向(如Y轴或慢轴)设置为平行，以此实现激光器发射的光束经过所述匀光棒之后输出匀光光束。

请参见图4b，是本发明激光光束中匀光棒的第二实施例的结构示意图。所述第二实施例与上述第一实施例的区别之处在于：所述匀光棒为光纤，其包括实心的方形棒心31及覆盖所述棒心的包裹层32。

请参见图4c，所述光纤还包括覆盖所述包裹层32的涂覆层33。

其中，所述方形棒心包括入光端面及出光端面，且所述入光及出光端面均为方形，将所述匀光棒的入光端面及出光端面的一条对角线与所述第一方向(如X轴或者快轴)设置为平行或所述第二方向(如Y轴或慢轴)设置为平行，以此实现激光器发射的光束经过所述匀光棒之后输出匀光光束。

参见图4d及图4e，是本发明激光光源中匀光棒的第三实施例的结构示意图。如图4d所示第三实施例与上述第一实施例的区别之处在于：所述匀光棒6为锥形，包括入光端面和出光端面，所述入光端面小于所述出光端面，所述激光器出射的至少一沿所述第一方向及沿所述第二方向发散角不同光束1汇聚在所述匀光棒6的入光端面上，所述匀光棒6的对角线与所述光束的第一方向(X轴、快轴)或第二方向(Y轴、慢轴)平行。

如图4e所示,所述匀光棒6为锥形，包括入光端面和出光端面，所述入光端面大于所述出光端面，所述激光器出射的沿所述第一方向及沿第二方向发散角不同的光束1汇聚在所述匀光棒6的入光端面上，所述匀光棒的对角线与所述光束的X轴或Y轴平行。

参见图4f，是本发明激光光源中匀光棒的第四实施例的结构示意图。所述第四实施例与上述第一实施例的区别之处在于：所述匀光棒7为空心棒，包括入光端面及出光端面，沿所述匀光棒的入光端面贯穿所述匀光棒直至所述出光端面形成方形孔34，所述方形孔34与所述匀光棒7具有相同的中心线，所述激光器出射的沿所述第一方向及第二方向发散角不同的光束1汇聚在所述匀光棒7入光端面上，所述匀光棒的对角线与所述光束的X轴或Y轴平行。

所述激光光束可以是多个激光器合成的光束，其中不同激光器出射的光束的快轴和慢轴可以是相同方向的，也可以是相互垂直的，并且匀光棒的对角线依然与快轴和慢轴平行。同时由于不同颗激光器的排列在X、Y方向数量不一样，或者间距不一样，导致入射到方棒入口的光束发散角在X、Y两个方向大小不一样。

参见图5a，是本发明激光光源中多个激光器与匀光棒的第一实施例的结构示意图。不同颗激光器出射的光束的快轴和慢轴相同排列。即多个激光器出射的光束的快轴均平行于所述第一方向。沿第一方向及沿第二方向发散角不同的出射光束1汇聚到透镜组42上，由透镜组42将出射光束汇聚在匀光棒41的一端面上。所述匀光棒对角线与所述出射光束的X轴或Y轴平行。

参见图5b，是本发明激光光源中多个激光器与匀光棒的第二实施例的结构示意图。不同颗激光器的快轴和慢轴相互垂直的。即多个激光器中部分激光器出射光束的快轴平行于所述第一方向，及其余激光器出射光束的快轴垂直于所述第一方向。例如，在一实施例中，若多个激光器分成两列排布，其中一列激光器出射光束的快轴平行于所述第一方向，另一列激光器出射光束的快轴垂直于所述第一方向。在另一实施例中，若多个激光器分成两行排布，其中一行激光器出射光束的快轴平行于所述第一方向，另一行激光器出射光束的快轴垂直于所述第一方向。在另一实施例中，若多个激光器分成两行排布，其中一行单数排列的激光器出射光束的快轴平行于所述第一方向，双数排列的激光器出射光束的快轴垂直于所述第一方向；另一行单数排列的激光器出射光束的快轴垂直于所述第一方向，双数排列的激光器出射光束的快轴平行于所述第一方向。或在另一实施例中，若多个激光器分成两列排布，其中一列单数排列的激光器出射光束的快轴平行于所述第一方向，双数排列的激光器出射光束的快轴垂直于所述第一方向；另一列单数排列的激光器出射光束的快轴垂直于所述第一方向，双数排列的激光器出射光束的快轴平行于所述第一方向。多个激光器沿第一方向及沿第二方向出射的发散角不同的光束1汇聚到透镜组42上，由透镜组42将出射光束汇聚在匀光棒41的一端面上。所述匀光棒对角线与所述出射光束的X轴或Y轴平行。

参见图5c，是本发明激光光源中多个激光器与匀光棒的第三实施例的结构示意图。多个激光器沿第一方向及沿第二方向呈阵列排布，沿第一方向排布的激光器与沿第二方向排布的激光器数量和/或间距不同。例如，在一实施例中，在第一方向排布的激光器数量为a(如：1、2、3……a-1、a)，在第二方向排列的激光器的数量为b(如：1、2、3……b-1、b)，在第一方向排布的相邻两激光器的距离为1mm，在第二方向排布的相邻两激光器的距离为2mm。多个激光器沿第一方向及沿第二方向发散角不同的光束1汇聚到透镜组42上，由透镜组42将出射光束汇聚在匀光棒41的一端面上。所述匀光棒的对角线与所述出射光束的X轴或Y轴平行。

本发明提出的激光匀光方案可应用于激光荧光光源系统。

参见图6，本发明激光光源系统的第一实施例的结构示意图。所述激光光源系统包括上述任一实施例所述的激光光源及波长转换装置，所述激光光源将匀光光束输出至所述波长转换装置，所述波长转换装置接收所述匀光光束并产生与所述匀光光束波长范围不同的受激发光。

在本实施例中，所述激光光源系统还包括透镜52和光收集组件53；

透镜52，用于汇聚所述激光光源输出的匀光光束；

波长转换装置54，用于从所述透镜接收汇聚后的匀光光束以产生荧光光束；及

光收集组件53，所述光收集组件53为反光杯，用于从所述波长转换装置54接收所述荧光光束并经反射射后输出。反光杯设置有一透光区域，用于透射激光光源发出的匀光光束，该透光区域为设置在反光杯的通孔，该通孔为挖空设置或者通孔中设有一透射激光光源发出的匀光光束并能反射荧光的膜片。

沿第一方向及沿第二方向发散角不同的光束1汇聚在所述匀光棒51的入光端面上，在匀光棒51内部多次反射后得出的均匀光束由所述匀光棒51的出光端面射出，所述匀光棒51对角线与所述出射光束快轴或慢轴平行，通过透镜52汇聚之后透过反射光杯上的通孔照射到波长转换装置54上激发出荧光光束，所述荧光光束被光收集组件53(及反光杯)反射后输出。

经过匀光棒51匀光后的光束照射在波长转换元件54上的光斑功率密度分布是均匀的，避免了局部功率密度太高导致的激光荧光转换效率下降及总体光源亮度下降的问题。

参见图7，是本发明激光光源系统第二实施例的结构示意图。所述第二实施例与上述第一实施例(如图5所示)的区别之处在于：所述光收集组件63包括区域膜片及荧光收集透镜组65。所述激光光源系统包括：

透镜62，用于汇聚所述激光光源输出的匀光光束。

波长转换装置66，用于接收汇聚后的匀光光束以产生荧光光束，所述荧光光束经所述荧光收集透镜组并经所述区域膜片反射后输出。

光收集组件63，所述光收集组件63包括区域膜片及荧光收集透镜组65，用于将从所述波长转换装置66接收所述荧光光束并经反射后输出激光荧光光源。所述区域膜片包括能够透射激光光源发出的匀光光束的中心区域以及设置在中心区域外围并且能够反射荧光的外围区域。

沿第一方向及沿第二方向出射发散角不同的光束1汇聚在所述匀光棒61的入光端面上，在匀光棒61内部多次反射后得到的均匀光束由所述匀光棒61的出光端面射出，所述匀光棒对角线与所述快轴或慢轴平行，通过透镜62准直后，透过区域膜片的中心区域，再经过荧光收集透镜组65汇聚到波长转换装置66上，激发出荧光，荧光再被荧光收集透镜组65接收，然后被区域膜片的外围区域反射后输出。

参见图8a及图8b，是本发明激光光源系统第三实施例的结构示意图。所述第三实施例与上述第一实施例(如图5所示)的区别之处在于：所述波长转换装置为透射式的荧光波长转换装置。

其中，如图8a所示，所述波长转换装置72为透射式的荧光波长转换装置，所述波长转换装置72贴附在所述匀光棒71的出光端面上。

其中，如图8b所示，所述波长转换装置72为透射式的荧光波长转换装置，所述波长转换装置72通过透明载体74贴附在所述匀光棒71的出光端面上。

沿第一方向及第二方向发散角不同的光束1汇聚在所述匀光棒71的入光端面上，在匀光棒71内部多次反射后得到的均匀光束由所述匀光棒71的出光端面射出，所述匀光棒对角线与所述快轴或慢轴平行，在所述匀光棒71旁边设置一波长转换装置72(即荧光波长转换装置)，如荧光片，所述荧光片可以直接贴在所述匀光棒71(如图8a所示),也可以在所述匀光棒71与所述荧光片中间设置一过渡载体74(如图8b所示)，均匀光束照射在荧光片上，激发出荧光作为激光荧光光源73输出。所述过渡载体74可以是空气或透明载体。

在本实施例中，所述激光光源只描述了部分相关方案，其他方案与现有技术中的激光光源方案相同，在此不再赘述。

所述激光光源及激光光源系统，是通过将匀光棒的对角线与激光器出射光束的快轴或慢轴平行设置，以缩短光棒长度并使出射光束均匀化，以此实现低损耗、低成本的优点。

以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (12)

1.一种激光光源，其特征在于，包括：

激光装置，包括至少一激光器，用于产生至少一沿第一方向及沿第二方向发散角不同的光束；

匀光棒，包括入光端面及出光端面，且所述入光端面及所述出光端面为方形，所述入光端面接收所述至少一沿第一方向及沿第二方向发散角不同的光束，所述出光端面输出经匀光后的光束，所述入光端面的一条对角线与所述第一方向或第二方向平行；

所述激光装置包括多个激光器，各激光器分别产生沿第一方向及沿第二方向发散角不同的光束；

且所述第一方向垂直于所述第二方向。

2.根据权利要求1所述的激光光源，其特征在于，所述激光光源还包括透镜，所述透镜设置在所述激光器与所述匀光棒之间，用于将所述激光装置产生的至少一沿第一方向及沿第二方向的发散角不同的光束聚集在所述匀光棒的入光端面上。

3.根据权利要求1所述的激光光源，其特征在于，所述匀光棒为光纤，包括方形棒心及包裹所述方形棒心的包裹层，所述方形棒心包括入光端面及出光端面。

4.根据权利要求3所述的激光光源，其特征在于，所述光纤还包括包裹所述包裹层的涂覆层。

5.根据权利要求1所述的激光光源，其特征在于，所述匀光棒为方形，所述匀光棒的入光端面的面积等于所述出光端面的面积；或

所述匀光棒为锥形，所述匀光棒的入光端面的面积大于所述出光端面的面积，或所述匀光棒的出光端面的面积大于所述入光端面的面积。

6.根据权利要求1所述的激光光源，其特征在于，所述匀光棒为空心，沿所述匀光棒的入光端面贯穿所述匀光棒直至所述出光端面形成方形孔，所述方形孔与所述匀光棒具有相同的中心线。

7.根据权利要求1所述的激光光源，其特征在于，所述多个激光器产生的光束的快轴均平行于所述第一方向。

8.根据权利要求1所述的激光光源，其特征在于，所述多个激光器中部分激光器产生的光束的快轴平行于所述第一方向，及其余激光器产生的光束的快轴垂直于所述第一方向。

9.根据权利要求1所述的激光光源，其特征在于，所述多个激光器沿第一方向及沿第二方向呈阵列排布，沿第一方向排布的激光器与沿第二方向排布的激光器的数量和/或间距不同。

10.一种激光光源系统，其特征在于，所述激光光源系统包括如权利要求1至9任一项所述的激光光源及波长转换装置，所述激光光源将匀光光束输出至所述波长转换装置，所述波长转换装置接收所述匀光光束并产生与所述匀光光束波长范围不同的受激发光。

11.根据权利要求10所述的激光光源系统，其特征在于，所述激光光源系统还包括透镜和光收集组件；

所述透镜，用于汇聚所述激光光源输出的匀光光束；

所述波长转换装置，用于从所述透镜接收汇聚后的匀光光束以产生荧光光束；及

所述光收集组件，用于从所述波长转换装置接收所述荧光光束并经反射后输出。

12.根据权利要求10所述的激光光源系统，其特征在于，所述波长转换装置为透射式的波长转换装置，所述波长转换装置设置于所述匀光棒的出光端面上。