激光泵浦結(jié)構(gòu)

與LED不同，當(dāng)使用激光二極管來泵浦熒光體時，需要不同的結(jié)構(gòu)。由于激光輻射的定向特性及其高強(qiáng)度，不可能簡單地就把磷光體沉積在泵裝置的頂部。相反，需要更多的光學(xué)設(shè)計，例如磷光體板和反射器的組合，或者使用磷光體涂覆的積分球(參見圖3)。對于這兩種方法，只要使用合適的技術(shù)來組合多個激光束，就可以使用一個或兩個以上的二極管進(jìn)行泵浦。這意味著激光泵浦光模塊的光功率沒有上限。使用遠(yuǎn)程泵浦結(jié)構(gòu)的另外一個優(yōu)點是磷光體不在熱部件上，這可以防止熒光體在操作期間加熱，大大延長其使用壽命。激光泵浦的一個相對簡單的方法是將激光器引導(dǎo)到熒光體板并且用反射器準(zhǔn)直所得到的輻射(參見圖3(a))。然而，在光功率轉(zhuǎn)換方面，使用熒光體涂覆的積分球更有效(參見圖3(b))。

圖3. 激光二極管泵浦的典型光學(xué)設(shè)置。

雖然激光泵浦產(chǎn)生的白光源有很多的優(yōu)點，但是也必須要考慮其局限性。就像基于LED的燈一樣，發(fā)射的光線包含兩個不同的組成部分：來自磷光體的下轉(zhuǎn)換光，以及剩余的未轉(zhuǎn)換的激光。不同的是，使用激光最大的區(qū)別就是內(nèi)在的一致性，這會導(dǎo)致斑點，即在亮面上出現(xiàn)可見光及暗點。這些斑點是不能忽視的，斑點不僅讓人分心，還對視覺感知有負(fù)面影響，妨礙了檢測照明物體的空間細(xì)節(jié)。測試表明，斑點將視力敏度降低了40%，降低了感知高低空間頻率的能力。這些問題是直接激光照明未能流行的一部分原因。請注意，使用激光投影機(jī)時，通過一些手段來減少激光的相干性，可以將斑點轉(zhuǎn)化為可接受的水平。但是使用激光照射熒光體，斑點甚至可以降到更低的水平。在這種情況下，斑點很小，可以完全忽略。最佳的光學(xué)設(shè)計可以確保大多數(shù)激光被轉(zhuǎn)換成不發(fā)出斑點的較長波長，同時剩余的激光表現(xiàn)出非常小的斑點，這是由于當(dāng)它通過熒光體層時經(jīng)歷多次散射，其相干性降低。磷光泵浦激光系統(tǒng)產(chǎn)生的光線強(qiáng)、色彩豐富、無斑點，優(yōu)于LED燈具產(chǎn)生的光。

關(guān)于激光泵浦白光源的討論

激光泵浦白光源的最大缺點與二極管相關(guān)。首先，這款芯片的價格比LED要高很多。盡管在數(shù)據(jù)存儲應(yīng)用中廣泛應(yīng)用，但對于等效的發(fā)光水平，激光二極管比LED要貴得多。由于成本高，激光泵浦磷光體系統(tǒng)價格昂貴，目前只能部署在專門的、不那么在乎成本的照明應(yīng)用中。

激光泵浦照明系統(tǒng)的一個優(yōu)點是可以覆蓋廣泛的輸出功率。商用激光二極管的功率額定值從幾毫瓦到幾瓦，通過組合幾個激光器的輸出可以形成更強(qiáng)大的源。但是，這不利于系統(tǒng)的壽命。這是因為二極管壽命低于LED的壽命，特別是當(dāng)它們在高驅(qū)動電流下工作時。壽命短的原因可以追溯到激光結(jié)構(gòu)中微小的、預(yù)先存在的晶體位錯。當(dāng)器件以高功率驅(qū)動時，這些缺陷會隨之增大。以這種方式運行會逐漸形成廣泛的位錯網(wǎng)絡(luò)，稱為暗線缺陷。它們作為非輻射復(fù)合的位點，減少了設(shè)備的光輸出。二極管的亮度會隨著時間的推移而減少，并且由于泵浦的光源輸出下降，亮度太低直到燈滅。但是，隨著激光二極管的成熟度增加，以上這些問題的嚴(yán)重程度會減弱，直至消除。

雖然LED照明無疑在今天處于領(lǐng)先地位，但在隨后的幾年中，激光系統(tǒng)將會由飛速發(fā)展。