隨著當今光電行業(yè)的日益興盛,新型技術(shù)和產(chǎn)業(yè)如激光車燈照明、室內(nèi)照明、遠距離照明等逐漸興起,激光白光照明作為其關(guān)鍵技術(shù)已成為國內(nèi)外研究熱點之一。能夠高效地獲取色溫佳、均勻度高的白光對實際應(yīng)用具有很重要的意義。本文中利用光束整形后的藍色半導(dǎo)體激光激發(fā)YAG黃色熒光體合成白光,并圍繞合成的白光設(shè)計和優(yōu)化了自由曲面透鏡,使照明目標面形成了均勻的照度和光強分布。主要成果如下:1.研究半導(dǎo)體激光光束整形,獲得了準直性良好、激發(fā)面積與熒光體尺寸匹配的半導(dǎo)體激光光束。采用光纖耦合的方法對半導(dǎo)體激光器光束進行耦合,獲得了均勻?qū)ΨQ的圓形光斑;利用Zemax軟件設(shè)計和優(yōu)化單個非球面透鏡,對耦合后的光束發(fā)散角進行準直;采用開普勒型擴束結(jié)構(gòu)擴束,得到理想情況下光學(xué)系統(tǒng)最小的RMS radius(均方根半徑)為0.929μm,實現(xiàn)了所需的擴束效果。藍色半導(dǎo)體激光準直性和激發(fā)面積都有較大提高。2.采用光束整形后的藍色半導(dǎo)體激光激發(fā)熒光體,利用Tracepro軟件模擬和研究熒光體的濃度、厚度及基質(zhì)材料對轉(zhuǎn)光后的中心色溫及色坐標的影響。結(jié)果表明:轉(zhuǎn)光熒光體摩爾濃度在129.22 mmoles/liter時可得到最佳的白光中心色溫效果,對應(yīng)的中心色溫值為5442 K;當厚度為1.001 mm時,中心色溫為4500 K;當熒光體厚度為1 mm,濃度為129.0 mmole/liter時,折射率為1.6左右的基質(zhì)材料可以得到較好的白光中心色溫。3.為了使得到的激光白光光源產(chǎn)生的光能夠在照明目標面上產(chǎn)生均勻的照度和強度分布,在交互式優(yōu)化器中,采用3次樣條插值法構(gòu)建自由曲面透鏡輪廓并對其優(yōu)化,分別應(yīng)用于點光源和擴展光源。結(jié)果表明:基于點光源自由曲面透鏡未優(yōu)化的照度均勻度為54%,優(yōu)化后為92%,相比未優(yōu)化提高38%;基于擴展光源自由曲面透鏡未優(yōu)化的照度均勻度為72%,優(yōu)化后照度均勻度為89%,相比優(yōu)化前提高17%;基于擴展光源的自由曲面透鏡未優(yōu)化的光強的均勻度為52%,優(yōu)化后的光強均勻度為91%,相比優(yōu)化前提高39%。
【學(xué)位單位】：天津理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TN249
【文章目錄】：
摘要
abstract
第一章 緒論
    1.1 半導(dǎo)體照明
        1.1.1 LED照明
        1.1.2 半導(dǎo)體激光照明
    1.2 半導(dǎo)體白光合成方案
    1.3 半導(dǎo)體激光轉(zhuǎn)換白光照明
        1.3.1 半導(dǎo)體激光轉(zhuǎn)換合成白光方案
        1.3.2 半導(dǎo)體激光轉(zhuǎn)換白光照明研究現(xiàn)狀
        1.3.3 半導(dǎo)體激光轉(zhuǎn)換白光照明的應(yīng)用
    1.4 半導(dǎo)體激光轉(zhuǎn)換白光照明光學(xué)系統(tǒng)的研究
        1.4.1 半導(dǎo)體激光轉(zhuǎn)換白光照明光學(xué)系統(tǒng)組成
        1.4.2 激光白光照明的模擬研究現(xiàn)狀
    1.5 研究目的及主要內(nèi)容
第二章 半導(dǎo)體激光白光光源原理及特性
    2.1 白光品質(zhì)參數(shù)與色度學(xué)基本原理
        2.1.1 照明光學(xué)系統(tǒng)的要求
        2.1.2 白光品質(zhì)參數(shù)
        2.1.3 色度學(xué)基本原理
    2.2 半導(dǎo)體激光器的特性及選取
        2.2.1 半導(dǎo)體激光器
        2.2.2 藍色半導(dǎo)體激光器
    2.3 YAG:Ce熒光體及其特性
        2.3.1 光致發(fā)光原理
        2.3.2 YAG:Ce發(fā)光特性
        2.3.3 熒光體轉(zhuǎn)光原理研究
    2.4 本章小結(jié)
第三章 半導(dǎo)體激光光束整形
    3.1 非球面透鏡
    3.2 半導(dǎo)體激光光纖耦合設(shè)計
    3.3 半導(dǎo)體激光準直系統(tǒng)設(shè)計
    3.4 半導(dǎo)體激光擴束系統(tǒng)設(shè)計
        3.4.1 激光擴束原理
        3.4.2 激光擴束系統(tǒng)設(shè)計步驟
    3.5 本章小結(jié)
第四章 熒光體參數(shù)變化對白光品質(zhì)的影響
    4.1 概述
    4.2 轉(zhuǎn)光模型建立
    4.3 光源與熒光板光譜屬性的設(shè)定
        4.3.1 建立光源屬性
        4.3.2 建立熒光屬性
        4.3.3 應(yīng)用光源和熒光特性
    4.4 熒光體參數(shù)變化對白光色溫與色坐標的影響
        4.4.1 熒光體濃度對白光中心色溫與色坐標的影響與分析
        4.4.2 熒光體厚度對白光中心色溫與色坐標的影響與分析
        4.4.3 熒光體基質(zhì)材料對白光中心色溫的影響與分析
    4.5 激光轉(zhuǎn)光熒光體照度均勻性分析
    4.6 本章小結(jié)
第五章 基于激光白光光源的自由曲面透鏡設(shè)計
    5.1 自由曲面透鏡
    5.2 基于點光源照度均勻自由曲面透鏡設(shè)計
    5.3 基于擴展光源的照度均勻自由曲面透鏡設(shè)計
    5.4 基于擴展光源的光強均勻自由曲面透鏡設(shè)計
    5.5 本章小結(jié)
第六章 總結(jié)與展望
    6.1 全文總結(jié)
    6.2 展望
參考文獻
發(fā)表論文和科研情況說明
致謝

【參考文獻】

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