Domov > Správy > Správy z priemyslu

Laserové diódy zvyšujú intenzitu osvetlenia úzkym lúčom

2021-07-14

LED a polovodičový laser (alebo laserová LED) fungujú rovnakým spôsobom, to znamená, že keď elektróny a diery polymerizujú, vyžaruje sa svetlo a jeho vlnová dĺžka závisí od použitého materiálu. Rozdiel je v tom, že spektrálny rozsah svetla LED je relatívne úzky, zatiaľ čo svetlo vyžarované polovodičovým laserom má v podstate jednu vlnovú dĺžku. Rozsah emisných vlnových dĺžok polovodičového lasera môže byť od infračerveného po ultrafialové a široko sa používa v komunikácii s optickými vláknami, čítačke čiarových kódov, čítačke CD a laserovej tlači. Doteraz sa však použitie polovodičového lasera v konvenčnom osvetlení ukázalo ako nepraktické.

Rovnako ako tradičné lasery, aj polovodičové lasery potrebujú na zosilnenie rezonátor. Dutina pozostáva z dvoch rovnobežných rovín oddelených niekoľkými stovkami mikrónov, ktoré fungujú ako zrkadlá na odrazenie emitovaných fotónov späť do dutiny. Pri nízkej úrovni výkonu fungujú polovodičové lasery ako tradičné LED diódy. Keď je výkon dostatočne veľký (asi 4 kW / cm2), fotóny vymrštené medzi dve "zrkadlá" začnú stimulovať polovodičový materiál, aby emitoval viac fotónov. Keď sa generovanie lasera posunie a prekročí vnútornú stratu, zariadenie začne „vyžarovať laser“, teda vyžarovať koherentné svetlo jedinej vlnovej dĺžky.

Medzi tradičným LED a polovodičovým laserom sú určité podobnosti: oba sú napájané AC-DC driverom a svetelný výkon sa zníži, keď teplota stúpne. Zdá sa však, že na rozdiel od tradičných LED diód nie sú polovodičové lasery ovplyvnené efektom poklesu, ktorý zvyšuje budiaci prúd, čo vedie k zníženiu účinnosti (výstupný lumen / vstupný Watt). Pre osvetľovacie aplikácie majú konvenčné modré LED vyššiu účinnosť ako polovodičové lasery, ale len pri nižšom vstupnom prúde. Preto vzhľadom na požadovanú plochu substrátu nie je praktické generovať rovnakú úroveň svetla z konvenčných modrých LED.

Hoci sa laserové diódy objavili už od 60. rokov 20. storočia, len nedávno sa o nich uvažovalo pre osvetľovacie aplikácie, najmä v špičkových automobilových lampách, kvôli ich vysokej energetickej účinnosti. BMW ponúka laserové svetlomety s tvrdením, že sú 10-krát jasnejšie a o 30 % účinnejšie ako LED. Využíva presne umiestnené zrkadlo na odraz modrého polovodičového lasera vo vnútri plášťa svetlometu na generovanie lúča bieleho svetla, ktorý je potom zaostrený šošovkou naplnenou fosforom, aby sa vytvorilo biele svetlo s vysokou intenzitou.

Môžu sa polovodičové lasery v budúcnosti použiť na všeobecné osvetlenie? Teoretický limit energetickej účinnosti fosforovo konvertovaných bielych LED je približne 350 lúmenov / W, zatiaľ čo komerčné osvetľovacie produkty sa blížia k 200 lúmenom / W. Energetická účinnosť polovodičového lasera je 100-krát vyššia ako u tradičných LED, takže môže poskytnúť veľmi vysoký svetelný výkon s menšou veľkosťou matrice. Pre aplikácie s obmedzenou fyzickou veľkosťou (ako sú automobilové svetlomety) je príťažlivosť polovodičového lasera zrejmá, ale nevýhodou jeho použitia na všeobecné osvetlenie je, že jeho vyžarovacia dutina je veľmi úzka (iba asi 1-2 stupne).

V súčasnosti nie je jasné, koľko spoločností sa zaviazalo používať polovodičové lasery na všeobecné osvetlenie, ale aspoň jedna spoločnosť poskytla príslušné produkty. Laserová spoločnosť SLD uviedla na trh zariadenie na povrchovú montáž laserového svetla (SMD) už v roku 2016. Zariadenie využíva polovodičový laser s modrým svetlom, fosfor a balík s vysokým lúmenom a je zabalené v balení 7 × 7 mm môže vyžarovať približne 500 lúmenov bieleho svetla bez poškodenie ľudských očí. Jeho presné optické zariadenia dosahujú uhol vyžarovania maximálne 2 stupne. Zariadenie Laserlight SMD je prvý polovodičový laserový zdroj certifikovaný podľa UL 8750 na svete.

S najväčšou pravdepodobnosťou sa laserové polovodiče najskôr používajú v osvetľovacích produktoch pre špeciálne budovy, ktoré vyžadujú úzke a vysoko intenzívne lúče. Napríklad v múzeách, galériách, obchodných priestoroch a iných špeciálnych miestach je potrebné osvetliť iba jeden roh priestoru, a nie celý priestor. Nie je to len potreba priestorovej estetiky, ale aj zjednodušenie ovládania a údržby. Avšak kvôli úzkemu šíreniu lúča polovodičovým laserom môže byť potrebné kombinovať vlákno alebo vlnovod na vedenie a prenos vyžarovaného svetla, aby sa vyvinuli ekonomické a uskutočniteľné konvenčné osvetľovacie produkty.