一种白光激光器的制作方法

本发明属于白光激光，具体是涉及一种白光激光器。

背景技术：

1、随着人们对高亮度照明设备的需求不断增加，半导体照明技术正朝着大电流、高功率密度、轻量化以及小尺寸的方向发展，作为新一代照明技术的激光照明应运而生。与现有led技术相比，激光照明技术不仅避免了效率骤降问题，还具有超大功率、超高亮度、高准直性、照射距离远等特点，可应用于汽车大灯、投影显示、医疗设备、可见光通讯等领域，市场潜力巨大。

2、白光激光是基于激光来产生高亮度白光的一种照明光源技术。目前使用激光产生白光的主要方式是将蓝色激光照射陶瓷荧光片，陶瓷荧光片受蓝色激光激发，自发辐射出更长波长的光，这些新产生的光与原有蓝光混合产生白光。目前市场上白光激光在应用端存在以下不足：

3、(1)白光激光光源的光转换效率低；

4、(2)白光激光光源大多基于准直激光光束设计的，使用准直光束设计应用于带有发散角的光束时，会导致能量分布的均匀度下降，光斑边缘的锐度下降。

5、因此需要提出一种新的方案来解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明主要是解决上述现有技术所存在的技术问题，提供一种白光激光器。

2、本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种白光激光器件，包括覆铜基板、陶瓷支架、以及不透明的陶瓷片，所述陶瓷支架设置于覆铜基板上端并围成容纳腔，所述陶瓷片设置于陶瓷支架的上端并密封容纳腔，所述陶瓷片上安装有荧光片，所述容纳腔内设有第一激光芯片、第二激光芯片、以及与第一激光芯片和第二激光芯片适配的反射镜，所述第一激光芯片和第二激光芯片发散形成的两束矩形光束经反射镜自由曲面整形合束，在自由曲面上方形成矩形光斑，并覆盖荧光片。

3、作为优选，所述容纳腔内设有位于覆铜基板上端的导热板，所述第一激光芯片和第二激光芯片分别安装在导热板的两侧。

4、作为优选，所述第一激光芯片和第二激光芯片的正极焊接至覆铜基板的覆铜层，所述第一激光芯片和第二激光芯片的负极通过键合线焊接至覆铜基板的覆铜层。

5、作为优选，所述陶瓷支架的上端设有强化导热片，所述陶瓷片位于强化导热片的上端。

6、作为优选，所述容纳腔内设有用于检测容纳腔气密性的mems压力传感器，所述mems压力传感器的正极和负极分别焊接至覆铜基板的覆铜层，所述mems压力传感器的输出信号通道连接至覆铜基板的覆铜层。

7、作为优选，所述覆铜基板设有与其上覆铜层连接的第一电极、第二电极、第三电极、第四电极、第五电极和第六电极，所述第一激光芯片和第二激光芯片的正极通过覆铜层连接第五电极，所述第一激光芯片和第二激光芯片的负极通过覆铜层连接第六电极，所述mems压力传感器的正极通过覆铜层连接第三电极，所述mems压力传感器的负极通过覆铜层连接第四电极，所述mems压力传感器的输出信号通道通过覆铜层连接第一电极和第二电极。

8、作为优选，所述反射镜自由曲面的构建方法，包括如下步骤：

9、步骤1，依据能量守恒将光源面s和目标面t进行等间距划分并确定各点坐标，光源面s上各点坐标为(xsi，ysj)，目标面t上各点坐标为(xti，ytj)；

10、步骤2，依据边缘光线原理光源面s和目标面t的映射关系，入射光线为ini，j，出射光线为outi，j；

11、步骤3，利用映射和snell定律构建自由曲面；

12、步骤4，确定初始参数并对自由曲面的初始结构进行建模；

13、步骤5，用蒙特卡罗光线跟踪法模拟光学系统的性能，若符合要求，则确定自由曲面；若不符合要求，则通过逆向反馈优化迭代步骤1。

14、作为优选，步骤3包括如下步骤：

15、步骤3.1，依据snell定律的矢量形式，入射光线ini，j通过自由曲面时，点pi，j(xi,j,yi,j,zi,j)的法向矢量为：

16、

17、步骤3.2，依据微分几何，下一条光线ini+1，j将与过点pi，j的切面交于点pi+1，j，

18、

19、步骤3.3，不断重复以上过程，并按下式确定x轴方向和y轴方向上自由曲面所有点的z轴坐标，从而构建出自由曲面，

20、x轴方向的z轴坐标：

21、y轴方向的z轴坐标：

22、作为优选，步骤5中，逆向反馈优化迭代包括如下步骤：

23、步骤5.1，采用发散激光光束对自由曲面初始结构进行光线追迹，获取目标面t上网格(i,j)的辐射照度值εi,j(0)、及辐射照度平均值

24、步骤5.2，保持目标面t的网格划分不变，依据反馈不断调整光源面s上网格面积来使目标面t上网格(i,j)的辐射照度值εi,j(0)调整为ηεi,j(0)，按下式确定：

25、

26、式中，φ0为光源面s上对应网格能量；φ1为光源面s的总能量；m为分成的网格数；η为反馈函数，

27、本发明具有的有益效果：

28、1、本发明中，通过反射镜上的自由曲面将第一激光芯片和第二激光芯片发散形成的两束矩形光束整形合束，以提高反射至荧光片的光束的能量，从而提高光转换效率。

29、2、本发明中，通过设置mems压力传感器，当第一激光芯片和第二激光芯片产生的热量过高时，通过mems压力传感器检测容纳腔的压力变化，并将信号通过输出信号通道输出至外部控制电路中，使驱动电流断开，起到控制第一激光芯片和第二激光芯片电路、提高安全性的作用。

30、3、本发明提供了一种基于带有发散角激光光束的自由曲面的构建方法，通过该方法构建的反射镜可满足反射至荧光片的光束辐射照度均匀度的要求。

技术特征：

1.一种白光激光器，包括覆铜基板(1)、陶瓷支架(2)、以及不透明的陶瓷片(3)，其特征在于，所述陶瓷支架(2)设置于覆铜基板(1)上端并围成容纳腔，所述陶瓷片(3)设置于陶瓷支架(2)的上端并密封容纳腔，所述陶瓷片(3)上安装有荧光片(4)，所述容纳腔内设有第一激光芯片(5)、第二激光芯片(6)、以及与第一激光芯片(5)和第二激光芯片(6)适配的反射镜(7)，所述第一激光芯片(5)和第二激光芯片(6)发散形成的两束矩形光束经反射镜(7)自由曲面(8)整形合束，在自由曲面(8)上方形成矩形光斑，并覆盖荧光片(4)。

2.根据权利要求1所述一种白光激光器，其特征在于，所述容纳腔内设有位于覆铜基板(1)上端的导热板(9)，所述第一激光芯片(5)和第二激光芯片(6)分别安装在导热板(9)的两侧。

3.根据权利要求2所述一种白光激光器，其特征在于，所述第一激光芯片(5)和第二激光芯片(6)的正极焊接至覆铜基板(1)的覆铜层(10)，所述第一激光芯片(5)和第二激光芯片(6)的负极通过键合线(11)焊接至覆铜基板(1)的覆铜层(10)。

4.根据权利要求1所述一种白光激光器，其特征在于，所述陶瓷支架(2)的上端设有强化导热片(12)，所述陶瓷片(3)位于强化导热片(12)的上端。

5.根据权利要求1所述一种白光激光器，其特征在于，所述容纳腔内设有用于检测容纳腔气密性的mems压力传感器(13)，所述mems压力传感器(13)的正极和负极分别焊接至覆铜基板(1)的覆铜层(10)，所述mems压力传感器(13)的输出信号通道连接至覆铜基板(1)的覆铜层(10)。

6.根据权利要求5所述一种白光激光器，其特征在于，所述覆铜基板(1)设有与其上覆铜层(10)连接的第一电极(14)、第二电极(15)、第三电极(16)、第四电极(17)、第五电极(18)和第六电极(19)，所述第一激光芯片(5)和第二激光芯片(6)的正极通过覆铜层(10)连接第五电极(18)，所述第一激光芯片(5)和第二激光芯片(6)的负极通过覆铜层(10)连接第六电极(19)，所述mems压力传感器(13)的正极通过覆铜层(10)连接第三电极(16)，所述mems压力传感器(13)的负极通过覆铜层(10)连接第四电极(17)，所述mems压力传感器(13)的输出信号通道通过覆铜层(10)连接第一电极(14)和第二电极(15)。

7.根据权利要求1所述一种白光激光器，其特征在于，所述反射镜(7)自由曲面(8)的构建方法，包括如下步骤：

8.根据权利要求7所述一种白光激光器，其特征在于，步骤3包括如下步骤：

9.根据权利要求7所述一种白光激光器，其特征在于，步骤5中，逆向反馈优化迭代包括如下步骤：

技术总结
一种白光激光器，属于白光激光技术领域。本发明包括覆铜基板、陶瓷支架、以及不透明的陶瓷片，陶瓷支架设置于覆铜基板上端并围成容纳腔，陶瓷片设置于陶瓷支架的上端并密封容纳腔，陶瓷片上安装有荧光片，容纳腔内设有第一激光芯片、第二激光芯片、以及与第一激光芯片和第二激光芯片适配的反射镜，第一激光芯片和第二激光芯片发散形成的两束矩形光束经反射镜自由曲面整形合束，在自由曲面上方形成矩形光斑，并覆盖荧光片。

技术研发人员：杨洁翔,李月锋,姚俊铠
受保护的技术使用者：绍兴上瑞光电科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17