Dom > Aktualności > Wiadomości branżowe

Diody laserowe zwiększają intensywność oświetlenia wąską wiązką

2021-07-14

LED i laser półprzewodnikowy (lub laserowy LED) działają w ten sam sposób, to znaczy, gdy elektrony i dziury polimeryzują, emitowane jest światło, a jego długość fali emisji zależy od użytego materiału. Różnica polega na tym, że zakres spektralny światła LED jest stosunkowo wąski, podczas gdy światło emitowane przez laser półprzewodnikowy to w zasadzie jedna długość fali. Zakres długości fali emisji lasera półprzewodnikowego może wynosić od podczerwieni do ultrafioletu i jest szeroko stosowany w komunikacji światłowodowej, czytniku kodów kreskowych, czytniku CD i drukowaniu laserowym. Jednak jak dotąd zastosowanie lasera półprzewodnikowego w konwencjonalnym oświetleniu okazało się niepraktyczne.

Podobnie jak tradycyjne lasery, lasery półprzewodnikowe również potrzebują rezonatora do wzmocnienia. Wnęka składa się z dwóch równoległych płaszczyzn oddzielonych od siebie o kilkaset mikronów, które działają jak lustra, odbijając wyemitowane fotony z powrotem do wnęki. Przy niskich poziomach mocy lasery półprzewodnikowe działają jak tradycyjne diody LED. Gdy moc jest wystarczająco duża (około 4 kW/cm2), fotony wyrzucone pomiędzy dwa „zwierciadła” zaczynają pobudzać materiał półprzewodnikowy do emitowania większej ilości fotonów. Gdy generacja lasera przesunie się i przekroczy stratę wewnętrzną, urządzenie zaczyna „emitować laser”, czyli emitować spójne światło o pojedynczej długości fali.

Istnieją pewne podobieństwa między tradycyjnym laserem LED a laserem półprzewodnikowym: oba są zasilane przez sterownik AC-DC, a moc światła spada wraz ze wzrostem temperatury. Jednak w przeciwieństwie do tradycyjnych diod LED, lasery półprzewodnikowe nie wydają się podlegać efektowi opadania, który zwiększa prąd zasilający, co skutkuje spadkiem wydajności (strumień wyjściowy / wat wejściowy). W zastosowaniach oświetleniowych konwencjonalne niebieskie diody LED mają wyższą wydajność niż lasery półprzewodnikowe, ale tylko przy niższym prądzie wejściowym. Dlatego biorąc pod uwagę wymaganą powierzchnię podłoża, nie jest praktyczne generowanie tego samego poziomu światła z konwencjonalnych niebieskich diod LED.

Chociaż diody laserowe pojawiły się od lat 60. XX wieku, dopiero od niedawna rozważa się je w zastosowaniach oświetleniowych, zwłaszcza w wysokiej klasy lampach samochodowych, ze względu na ich wysoką wydajność energetyczną. BMW oferuje reflektory laserowe, twierdząc, że są 10 razy jaśniejsze i o 30% wydajniejsze niż te ledowe. Wykorzystuje precyzyjnie umieszczone lustro, które odbija niebieski laser półprzewodnikowy wewnątrz obudowy reflektora, generując białą wiązkę światła, która jest następnie skupiana przez soczewkę wypełnioną luminoforem, aby generować białe światło o dużej intensywności.

Czy lasery półprzewodnikowe mogą być w przyszłości wykorzystywane do oświetlenia ogólnego? Teoretyczna granica wydajności energetycznej białych diod LED przetworzonych z luminoforu wynosi około 350 lumenów / W, podczas gdy komercyjne produkty oświetleniowe są bliskie 200 lumenów / W. Wydajność energetyczna lasera półprzewodnikowego jest 100 razy wyższa niż w przypadku tradycyjnych diod LED, dzięki czemu może zapewnić bardzo wysoka wydajność świetlna przy mniejszym rozmiarze matrycy. W przypadku zastosowań o ograniczonych rozmiarach fizycznych (takich jak reflektor samochodowy) przyciąganie lasera półprzewodnikowego jest oczywiste, ale wadą stosowania go do oświetlenia ogólnego jest to, że jego wnęka emisyjna jest bardzo wąska (tylko około 1-2 stopni).

Obecnie nie jest jasne, ile firm jest zaangażowanych w stosowanie laserów półprzewodnikowych w oświetleniu ogólnym, ale przynajmniej jedna firma dostarczyła odpowiednie produkty. Firma laserowa SLD wprowadziła urządzenie do montażu powierzchniowego laserlight (SMD) już w 2016 roku. Urządzenie wykorzystuje laser półprzewodnikowy z niebieskim światłem, luminofor i pakiet o wysokim lumenach i jest pakowane w 7 × Opakowanie 7 mm może emitować około 500 lumenów białego światła bez szkodzić ludzkim oczom. Jego precyzyjne urządzenia optyczne osiągają kąt wiązki nie większy niż 2 stopnie. Urządzenie Laserlight SMD to pierwsze na świecie półprzewodnikowe źródło laserowe z certyfikatem UL 8750.

Najprawdopodobniej półprzewodniki laserowe są po raz pierwszy stosowane w produktach oświetleniowych do specjalnych budynków, które wymagają wąskich wiązek o dużej intensywności. Na przykład w muzeach, galeriach, przestrzeniach handlowych i innych specjalnych miejscach wystarczy oświetlić tylko jeden róg przestrzeni, a nie całą przestrzeń. To nie tylko potrzeba estetyki przestrzeni, ale także uproszczenie kontroli i konserwacji. Jednak ze względu na wąską wiązkę rozprowadzaną przez laser półprzewodnikowy może być konieczne połączenie światłowodu lub falowodu w celu prowadzenia i przepuszczania emitowanego światła w celu opracowania ekonomicznych i wykonalnych konwencjonalnych produktów oświetleniowych.