[發(fā)明專利]基于結(jié)晶磷光體的寬帶光源

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201880053723.4
• 申請(qǐng)日: 2018-08-17
• 公開（公告）號(hào): CN111033113B
• 公開（公告）日: 2021-11-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉一帆;勞逸希;曹昇煒
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 統(tǒng)雷有限公司
• 主分類號(hào): F21K2/00
• 分類號(hào): F21K2/00
• 代理公司: 北京英創(chuàng)嘉友知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11447
• 代理人: 桑傳標(biāo)

一種基于磷光體的光源，包括：入射光束，該入射光束被聚焦到片狀磷光體的前表面上；其中，所述磷光體具有拋光的后表面，該后表面涂覆有夾在磷光體和散熱器之間的高反射性、高導(dǎo)熱性的涂層，并且磷光體發(fā)射光通過(guò)單個(gè)透鏡或透鏡組收集到光纖或光纖束中。

相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用

本申請(qǐng)要求2017年8月18日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)?zhí)?2/547485的權(quán)益。美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)No.62/547485的內(nèi)容通過(guò)引用合并于此。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明一般涉及寬帶光源設(shè)備，并且更具體地涉及基于結(jié)晶磷光體的寬帶光源。

背景技術(shù)

光遺傳學(xué)和科學(xué)成像應(yīng)用需要具有主要在可見光波段中的特定波長(zhǎng)和帶寬的高亮度、非相干光源。諸如激光泵浦等離子體光源和白光LED的目前的解決方案展現(xiàn)出很高的輸出光功率，但由于此類光源相對(duì)大的光學(xué)擴(kuò)展量，其自身亮度受到限制。超連續(xù)激光器具有相當(dāng)高的亮度，但其中大部分的輸出光功率都位于紅外(IR)光譜中，對(duì)上述應(yīng)用沒(méi)有幫助。

基于磷光體的光源提供了另一種可能性以滿足此需求：結(jié)晶磷光體材料顯示出滿足大多數(shù)用途的合適的發(fā)射光波長(zhǎng)和帶寬，以及可持續(xù)性的高泵浦功率，這意味著磷光體將相對(duì)短波長(zhǎng)的高亮度入射光轉(zhuǎn)換為更長(zhǎng)波長(zhǎng)的高強(qiáng)度發(fā)射光。

在寬波段的磷光體光源的發(fā)展過(guò)程中，本發(fā)明的申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)難處在于提高磷光體的發(fā)光亮度。這背后的原因有以下幾點(diǎn)：(1)在沒(méi)有適當(dāng)?shù)叵拗票闷止獾那闆r下，磷光體發(fā)射存在于大量的磷光體中。因此，即使總發(fā)射功率高，磷光體發(fā)射功率集中度也相對(duì)較低。簡(jiǎn)單地將入射光聚焦到磷光體上并不能解決問(wèn)題，因?yàn)榱坠怏w會(huì)過(guò)熱且磷光體的光轉(zhuǎn)換效率顯著降低。(2)即使泵浦光以狹角入射，磷光體的發(fā)射也是準(zhǔn)各向同性的。如果光學(xué)裝置設(shè)計(jì)不當(dāng)，則只有小部分的磷光體發(fā)射光被聚集到外耦合光纖中。必須先解決這兩個(gè)問(wèn)題，才能通過(guò)輸出光纖或輸出光纖束實(shí)現(xiàn)高輸出光功率。

然而，目前磷光體光源的光學(xué)設(shè)計(jì)尚待優(yōu)化。在設(shè)計(jì)基于磷光體的光源上已經(jīng)付出了一些努力。

例如，文獻(xiàn)US8709283B2，US8770773B2和US2011/0175510A1聚焦于LED泵浦磷光體光源。在這些設(shè)計(jì)中，LED發(fā)出短波長(zhǎng)的光，例如藍(lán)光或紫外光。磷光體被制成覆蓋層、平板或管。LED發(fā)射光被磷光體吸收，磷光體反過(guò)來(lái)又發(fā)射更長(zhǎng)波長(zhǎng)的光。但是，這些設(shè)計(jì)不涉及將LED發(fā)射光聚焦到磷光體的小區(qū)域上的光學(xué)裝置。因此，光轉(zhuǎn)換存在于相對(duì)較大體積的空間中，該空間的體積等于磷光體本身的尺寸。由于發(fā)射量大，因而磷光體的發(fā)射亮度相對(duì)較低，這限制了磷光體在光遺傳學(xué)和科學(xué)成像中的應(yīng)用。

在US8709283B2和US8770773B2中公開了兩種典型的使用LED和LED陣列作為泵浦光源的磷光體光源設(shè)計(jì)。這些設(shè)計(jì)還沒(méi)有引入任何特殊的光學(xué)設(shè)計(jì)來(lái)改善磷光體的發(fā)射亮度。這是因?yàn)檫@些產(chǎn)品設(shè)計(jì)用于一般照明應(yīng)用，而高亮度并不是其設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)。

M.坎托爾(M.Cantore)等人在他們的出版物“來(lái)自單結(jié)晶磷光體轉(zhuǎn)換的基于激光的白色照明系統(tǒng)的高光通量”中已經(jīng)關(guān)注了激光泵浦磷光體光源的發(fā)光效率(生物醫(yī)學(xué)光學(xué)快報(bào)(Opt.Expr.)，第24卷，第2期，2016年1月)。但沒(méi)有特殊的聚光設(shè)計(jì)，磷光體光源在14W激光泵浦功率下的最大光通量是1100lm，各向同性地發(fā)射。

在文獻(xiàn)US2014/0253882A1和歐司朗(OSRAM)光源ITOS相位器中，有經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)的光聚焦裝置，可以將入射光聚集到磷光體上，從而提高磷光體的發(fā)射亮度。然而，在兩種設(shè)計(jì)中都使用了多個(gè)激光光源，這使得難以將激光光點(diǎn)限制在磷光體表面上的最小尺寸上。歐司朗相位器實(shí)現(xiàn)約2100lm的光通量，幾乎是M.坎托爾的記錄的兩倍，但是亮度(光纖芯每單位面積的光通量)僅為～200lm/mm²，對(duì)于科學(xué)應(yīng)用來(lái)說(shuō)仍然不夠高。