Dom > Aktualności > Wiadomości branżowe

Czy oczekuje się, że dioda laserowa wejdzie na rynek oświetleniowy?

2021-09-03

Czy lasery półprzewodnikowe mogą być w przyszłości wykorzystywane do oświetlenia ogólnego? Efektywność energetyczna laserów półprzewodnikowych jest 100 razy lub nawet wyższa niż w przypadku tradycyjnych diod LED, dzięki czemu mogą zapewnić bardzo wysoką moc świetlną przy mniejszym rozmiarze matrycy. W przypadku zastosowań o ograniczonych rozmiarach fizycznych atrakcyjność laserów półprzewodnikowych jest oczywista, ale wadą stosowania ich do ogólnego oświetlenia jest to, że ich wnęka emitująca jest bardzo wąska...

Tryb pracy diody LED i lasera półprzewodnikowego (lub laserowej diody LED) jest w zasadzie taki sam, to znaczy, gdy elektrony i dziury są polimeryzowane, emitowane jest światło, a długość fali emisji zależy od użytego materiału. Różnica polega na tym, że zakres widmowy światła LED jest stosunkowo wąski, podczas gdy światło emitowane przez laser półprzewodnikowy ma w zasadzie jedną długość fali. Długość fali emisyjnej laserów półprzewodnikowych może wahać się od podczerwieni do ultrafioletu i jest szeroko stosowana w komunikacji światłowodowej, czytnikach kodów kreskowych, czytnikach dysków optycznych i drukowaniu laserowym. Jednak jak dotąd zastosowanie laserów półprzewodnikowych w konwencjonalnym oświetleniu okazało się niepraktyczne.
Podobnie jak tradycyjne lasery, lasery półprzewodnikowe również potrzebują wnęk rezonansowych do wzmocnienia. Wnęka rezonansowa składa się z dwóch równoległych płaszczyzn oddzielonych od siebie o kilkaset mikronów. Te dwie płaszczyzny działają jak lustra i odbijają wyemitowane fotony z powrotem do wnęki. Przy niskich poziomach mocy lasery półprzewodnikowe działają podobnie do tradycyjnych diod LED. Gdy moc jest wystarczająco duża (około 4kW/cm2), fotony wyrzucone pomiędzy dwa „zwierciadła” zaczynają stymulować materiał półprzewodnikowy do emitowania większej ilości fotonów. Gdy generacja światła laserowego jest przesunięta, a strata wewnętrzna przekracza stratę wewnętrzną, urządzenie zaczyna „laserować”, czyli emitować spójne światło o pojedynczej długości fali.

Istnieją również pewne podobieństwa między tradycyjnymi diodami LED a laserami półprzewodnikowymi: oba są zasilane przez sterowniki AC-DC, a gdy temperatura wzrośnie, moc światła spadnie. Ale w przeciwieństwie do tradycyjnych diod LED, lasery półprzewodnikowe nie wydają się podlegać efektowi opadania. Efekt spadku zwiększa prąd sterowania, co skutkuje niższą wydajnością energetyczną (lumeny wyjściowe / waty wejściowe). W przypadku produktów oświetleniowych konwencjonalne niebieskie diody LED mają wyższą wydajność niż lasery półprzewodnikowe, ale tylko przy niższych prądach wejściowych. Dlatego, biorąc pod uwagę wymaganą powierzchnię podłoża, nie jest praktyczne generowanie tego samego poziomu światła z konwencjonalnej niebieskiej diody LED.
Chociaż diody laserowe pojawiły się w latach 60., dopiero niedawno stały się wystarczająco energooszczędne, aby można je było rozważyć w zastosowaniach oświetleniowych, zwłaszcza w wysokiej klasy lampach samochodowych. BMW dostarczyło reflektory laserowe i twierdziło, że jest 10 razy jaśniejsze niż reflektory LED i ma o 30% wyższą wydajność. Wykorzystuje precyzyjnie umieszczony odbłyśnik, który odbija niebieski laser półprzewodnikowy wewnątrz obudowy reflektora, generując białą wiązkę światła, a następnie wykorzystuje soczewkę wypełnioną luminoforem, która skupia ją w celu uzyskania białego światła o dużej intensywności.
Czy lasery półprzewodnikowe mogą być w przyszłości wykorzystywane do oświetlenia ogólnego? Teoretyczna granica wydajności energetycznej diody LED o białym świetle z konwersją fosforową wynosi około 350 lumenów/W, podczas gdy komercyjne produkty oświetleniowe są bliskie 200 lumenów/W. Efektywność energetyczna laserów półprzewodnikowych jest 100 razy lub nawet wyższa niż w przypadku tradycyjnych diod LED, dzięki czemu mogą zapewnić bardzo wysoką moc świetlną przy mniejszym rozmiarze matrycy. W przypadku zastosowań o ograniczonych rozmiarach fizycznych (takich jak reflektory samochodowe) atrakcyjność laserów półprzewodnikowych jest oczywista, ale wadą stosowania ich do oświetlenia ogólnego jest to, że ich wnęka emitująca jest bardzo wąska (tylko około 1 do 2 stopni).
Obecnie nadal nie wiadomo, ile firm jest zaangażowanych w stosowanie laserów półprzewodnikowych w oświetleniu ogólnym, ale co najmniej jedna firma już dostarczyła powiązane produkty. SLD Laser wprowadził komponenty do montażu powierzchniowego (SMD) LaserLight już w 2016 roku. Ten komponent wykorzystuje niebieskie lasery półprzewodnikowe, luminofory i pakiety o wysokim strumieniu świetlnym. Może emitować około 500 lumenów białego światła w opakowaniu 7×7mm i nie jest przeznaczone dla ludzkiego oka. Uszkodzenia, jego wyrafinowane komponenty optyczne osiągają kąt wiązki nie większy niż 2 stopnie. Komponent LaserLight SMD to pierwsze na świecie półprzewodnikowe źródło światła laserowego, które uzyskało certyfikat bezpieczeństwa UL 8750.
Najbardziej prawdopodobna sytuacja jest taka, że ​​półprzewodniki laserowe są najpierw stosowane w produktach oświetleniowych do budynków specjalnych. Te aplikacje wymagają wąskich i intensywnych wiązek. Na przykład w muzeach, galeriach, przestrzeniach handlowych i innych wyjątkowych miejscach wystarczy oświetlić tylko jeden róg przestrzeni zamiast całej. Wymaga to nie tylko estetyki przestrzeni, ale także upraszcza kontrolę i konserwację. Jednak ze względu na wąską wiązkę laserów półprzewodnikowych, w celu opracowania ekonomicznie wykonalnych konwencjonalnych produktów oświetleniowych, może być konieczne połączenie światłowodów lub falowodów w celu prowadzenia i przepuszczania emitowanego światła.
Na zdjęciach i filmach akcesoriów oświetleniowych dostarczonych przez Baja Designs można zobaczyć półprzewodnikowe oświetlenie laserowe stosowane w pojazdach terenowych. Baja Designs twierdzi, że odległość oświetlenia ich reflektorów OnX6 Hybrid Laser/LED i XL Laser High Speed ​​Spot wynosi 350% odległości od tradycyjnych produktów oświetleniowych LED do pojazdów terenowych, co jest bardzo odpowiednie do nocnych zawodów terenowych.