基于半导体激光器的汽车前照灯白光光源研究

摘要

半导体激光器是一种工作寿命长、体积小、性能稳定、电光转换效率高、耐碰撞的半导体光源。利用半导体激光器制作汽车前照灯时也相应拥有能耗低、体积小、工作寿命长等优点。激光车灯作为下一代车灯中的有力竞争者,德国宝马公司早已经对其展开了研究,而国内还未见有相关研究。激光白光光源作为车灯的核心,对其开展研究很有意义。
　　本文研究450 nm的蓝光半导体激光器激发荧光粉合成出白光。激发光源是蓝光,但是为了实现白光光源,先后使用了两类不同的发光材料:第一类发光材料为YAG黄色荧光粉,第二类发光材料为氮化物红色荧光粉。
　　1.针对激光光源的高能量密度特点,研究了荧光粉浓度与厚度工艺参数,得出的结论是荧光粉厚度1.6 mm且荧光粉质量分数为16.7％时能实现较好的白光。
　　2.研究了黄色荧光粉中添加氮化物红色荧光粉对光源显色指数的影响,通过添加红色荧光粉,光源的显色指数从61.2提高到69.3。
　　3.研究分析了蓝光激光入射荧光粉片时的角度与偏振性对光源光通量的影响,并实验验证,结论是激光激发荧光粉片的最佳入射角度是56°,该入射角度下能最大限度的减少蓝光反射率,提高蓝光利用率。
　　4.利用 Tracepro光学仿真软件仿真了荧光粉封装于透明玻璃片表面和反射镜表面两种封装模型,并实际测试了两种封装方式对光源光通量及色温均匀性的影响,封装于玻璃片表面的光源光通量是117.5 lm,封装于反射镜表面的光源光通量为109.0 lm,荧光粉封装于反射镜上能有效提高光源在不同方位角上色温均匀性。
　　5.设计封装了大、小两种体积,适用的激光白光光源,其中大体积的激光白光光源光通量为99.7 lm。因小体积光源的适用性更好,用近场光学测量系统测量了该激光白光光源的光强分布的数据模型,并进一步研究了该光源色温与色坐标的分布情况。最后,设计了射灯透镜及汽车远光灯配光系统,检验了激光白光光源的适用性能。

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第一章 绪 论

1.1 汽车前照灯光源发展

1.2 激光车灯的优点

1.3 激光白光光源的现状

1.4 激光车灯的发展

1.5 论文主要研究内容与特点

第二章 激光白光光源原理分析

2.1 车灯光源国标分析

2.2 蓝光激光与黄色荧光粉混色研究

2.3 荧光粉的特性及选取

2.4 荧光粉封装工艺

2.5 本章小结

第三章 影响激光白光光源光色品质因素的研究

3.1 荧光粉片前后两面出光研究

3.2 荧光粉浓度对光源的影响

3.3 红色荧光粉对光源的影响

3.4 反射镜基底封装荧光粉对光源的影响

3.5 激光入射角度对光源光通量影响

3.6 本章小结

第四章 激光白光光源的实体设计

4.1 30 mm直径的激光白光光源

4.2 7mm直径的的激光白光光源

4.3 光纤传导激光的白光光源

4.4 本章小结

第五章 激光白光光源的应用

5.1 自由曲面透镜面形理论推导

5.2 激光白光光源应用于射灯

5.3 激光白光用于汽车远光灯

5.4 结论分析

第六章 结论与展望

6.1 研究工作总结

6.2 改进方案

致谢

参考文献

攻读硕士论文期间取得的成果