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レーザーダイオードは、狭いビーム照明の強度を高めます

2021-07-14

LEDと半導体レーザー(またはレーザーLED)は同じように機能します。つまり、電子と正孔が重合すると、光が放出され、その放出波長は使用する材料によって異なります。違いは、LED光のスペクトル範囲が比較的狭いのに対し、半導体レーザーが発する光は基本的に単一波長であるということです。半導体レーザーの発光波長範囲は赤外線から紫外線まであり、光ファイバー通信、バーコードリーダー、CDリーダー、レーザー印刷などで広く使用されています。しかし、これまでのところ、従来の照明への半導体レーザーの適用は非現実的であることが証明されています。

従来のレーザーと同様に、半導体レーザーも増幅するために共振器を必要とします。空洞は、数百ミクロン離れた2つの平行な平面で構成されており、放出された光子を空洞に戻すためのミラーとして機能します。低電力レベルでは、半導体レーザーは従来のLEDのように機能します。電力が十分に大きい場合(約4 kW / cm2)、2つの「ミラー」の間に放出された光子が半導体材料を刺激してより多くの光子を放出し始めます。レーザーの生成がオフセットして内部損失を超えると、デバイスは「レーザーの放射」を開始します。つまり、単一波長のコヒーレント光を放射します。

従来のLEDと半導体レーザーにはいくつかの類似点があります。どちらもAC-DCドライバーから電力を供給され、温度が上昇すると光出力が低下します。ただし、従来のLEDとは異なり、半導体レーザーは垂下効果の影響を受けないようで、駆動電流が増加し、効率(出力ルーメン/入力ワット)が低下します。照明用途の場合、従来の青色LEDは半導体レーザーよりも効率が高くなりますが、入力電流が低くなります。したがって、必要な基板面積を考慮すると、従来の青色LEDから同じレベルの光を生成することは実用的ではありません。

レーザーダイオードは1960年代から登場しましたが、エネルギー効率が高いため、特にハイエンドの自動車用ランプの照明用途で検討されたのはごく最近のことです。 BMWはレーザーヘッドランプを提供しており、LEDヘッドランプよりも10倍明るく、30%効率的であると主張しています。正確に配置されたミラーを使用して、ヘッドランプシェル内の青色半導体レーザーを反射して白色光ビームを生成します。このビームは、リン光物質で満たされたレンズによって集束され、高強度の白色光を生成します。

将来的には半導体レーザーを一般照明に利用できるのでしょうか?蛍光体変換白色LEDの理論的なエネルギー効率限界は約350ルーメン/ Wですが、市販の照明製品は200ルーメン/ Wに近いです。半導体レーザーのエネルギー効率は従来のLEDの100倍であるため、小さいダイサイズで非常に高い光出力。物理的なサイズが制限されているアプリケーション(自動車のヘッドランプなど)の場合、半導体レーザーの魅力は明らかですが、一般照明に使用することの欠点は、発光キャビティが非常に狭い(約1〜2度)ことです。

現在、一般照明に半導体レーザーを使用する企業がいくつあるかは明らかではありませんが、少なくとも1社が関連製品を提供しています。 SLDレーザー会社は早くも2016年にレーザー光表面実装装置(SMD)を発売しました。この装置は青色光半導体レーザー、蛍光体、高ルーメンパッケージを採用し、7×7mmパッケージでパッケージ化されています。人間の目に害を及ぼす。その精密な光学デバイスは、2度以下のビーム角を実現します。 Laserlight SMDデバイスは、世界初のUL8750認定の半導体レーザー光源です。

ほとんどの場合、レーザー半導体は、狭くて高強度のビームを必要とする特殊な建物の照明製品に最初に使用されます。たとえば、美術館、ギャラリー、小売スペース、その他の特別な場所では、スペース全体ではなく、スペースの1つのコーナーだけを照らす必要があります。これは、空間の美学の必要性であるだけでなく、制御と保守を簡素化します。しかし、半導体レーザーによって拡散されるビームが狭いため、経済的で実現可能な従来の照明製品を開発するために、放出された光を誘導および透過するためにファイバーまたは導波路を組み合わせる必要がある場合があります。