雷射二極體可增加窄光束照明的強度

2020-11-23 電子工程專輯

LED和半導體雷射器（或雷射LED）的工作方式基本相同，即，當電子與空穴聚合時發出光，其發射波長取決於所使用的材料。不同的是，LED光的光譜範圍比較窄，而半導體雷射器發出的光基本是單一波長。半導體雷射器的發射波長範圍可以從紅外線到紫外線，且已廣泛應用於光纖通信、條形碼讀取器、光碟閱讀器和雷射列印等領域。但截至目前為止，半導體雷射器在常規照明中的應用則被證明是不切實際的。dBlEETC-電子工程專輯

和傳統雷射器一樣，半導體雷射器也需要諧振腔來放大。諧振腔由兩個間隔幾百微米的平行平面構成，這兩個平面充當反射鏡，將發射的光子反彈回空腔。在低功率水平下，半導體雷射器的功能類似於傳統LED。當功率足夠大時（約4 kW / cm2），在兩個「反射鏡」之間彈射的光子開始刺激半導體材料發射更多的光子。當受雷射子的產生抵消並超過內部損耗時，設備開始「發射雷射」，即發射單一波長的相干光。dBlEETC-電子工程專輯

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傳統LED和半導體雷射器之間也存在一些相似之處：兩者都由AC-DC驅動器供電，並且在溫度升高時，光輸出都會下降。但與傳統LED不同的是，半導體雷射器似乎不受Droop效應的影響，Droop效應會增加驅動電流，從而導致功效降低（輸出流明/輸入瓦特）。對於照明產品應用，常規藍光LED比半導體雷射器具有更高的功效，但僅在較低的輸入電流下如此。因此，考慮到所需的襯底面積，從常規藍光LED中產生相同水平的光是不實際的。dBlEETC-電子工程專輯

儘管雷射二極體在上世紀60年代就已經出現，但直到最近才具有足夠高的能效，而被考慮用於照明應用，尤其是用於汽車的高端車燈中。寶馬就提供了雷射前照燈，並聲稱它比LED前照燈亮10倍，效率高30％。它通過使用精確放置的反射鏡，在前照燈外殼內部反射藍色半導體雷射來產生白光光束，然後通過填充了螢光粉的透鏡將其聚焦，從而產生高強度白光。dBlEETC-電子工程專輯

半導體雷射器在未來是否可用於一般照明呢？螢光粉轉換白光LED的理論能效極限約為350流明/瓦，而市售照明產品接近200流明/瓦。半導體雷射器的能效是傳統LED的100倍，甚至更高，因此能夠以更小的裸片尺寸提供非常高的光輸出。對物理尺寸有限的應用場景來說（例如汽車前照燈），半導體雷射器的吸引力顯而易見，但將其用於一般照明的缺點在於其發射腔非常窄（大約只有1-2度）。dBlEETC-電子工程專輯

目前到底有多少公司致力於將半導體雷射器用於一般照明，我們還不清楚，但至少有一家公司已經提供了相關產品。SLD Laser公司早於2016年就推出了LaserLight表面貼裝器件（SMD），該器件採用藍光半導體雷射器、螢光粉和高流明封裝，在7×7 mm封裝內可以發出約500流明的白光，而且對人眼沒有傷害。其精密的光學器件實現了不超過2度的光束角。LaserLight SMD器件是全球第一款獲得UL 8750安全認證的半導體雷射器光源。dBlEETC-電子工程專輯

最有可能的情況是，雷射半導體首先被應用到特殊建築的照明產品中，這些應用場景需要窄且高強度的光束。例如，在博物館、畫廊、零售空間和其它一些特殊場所，只需照亮空間的一個角落，而無需照亮整個空間。這不僅是空間美學的需要，而且還簡化了控制和維護。但由於半導體雷射器傳播的光束很窄，要開發經濟可行的常規照明產品，可能還需要結合光纖或波導來引導和傳輸發射的光。dBlEETC-電子工程專輯

在Baja Designs公司提供的照明配件照片和視頻中，我們可以看到越野車中採用的半導體雷射照明。Baja Designs聲稱，他們的OnX6 Hybrid Laser/LED和XL Laser High Speed Spot聚光燈的照明距離是傳統LED越野車照明產品的350%，非常適合夜間進行越野比賽。dBlEETC-電子工程專輯

（參考原文： Laser diodes add intensity to narrow-beam lighting）dBlEETC-電子工程專輯

本文為《電子工程專輯》2020年5月刊雜誌文章，版權所有，禁止轉載。點擊申請免費雜誌訂閱 dBlEETC-電子工程專輯

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