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激光灯在未来汽车照明中的应用前景
来源:汽车维修  作者:佚名  2015-06-17 08:00:22

    在当今全球能源短缺日益严峻的背景下,节能和环保已经成为各国共识,国际上加快淘汰低能照明产品的呼声越来越高,一些发达国家纷纷宣布白炽灯淘汰计划,中国政府也于2012年10月1日起逐步禁止进口(含从海关特殊监管区域和保税监管场所进口)和销售普通照明白炽灯,并计划于2016年10月1日起,禁止进口和销售15W及以上普通照明白炽灯。曾经为人所熟悉的传统白炽灯将在5年内逐步退出市场,取而代之的将是省电环保的节能灯。而正当在中国处于发展中的LED照明行业还沉浸在这一政策出台后的兴奋中时,更加节能、环保的激光灯技术已经悄然兴起走进了灯具市场,渗透进了汽车照明行业。
    汽车灯具是汽车上重要的主动安全部件,同汽车一起诞生并逐渐发展起来。从早期的乙炔气前照灯开始,汽车灯具经过了鸽丝白炽灯、卤钨灯、高强度气体放电灯(HID)、LED灯、前雾灯、制动灯、转向灯、后雾灯、倒车灯等多个灯种。这些照明及信号灯为避免汽车夜晚行车或者雾天行车以及转弯相撞等起到了至关重要的作用,汽车灯具的发展也成为汽车工业发展的一个缩影。
    科学技术永远不会停卞前进的脚步,当“LED大灯”对于大多数消费者还算个新鲜概念的时候,很多厂商已经着手筹划LED大灯的‘“接班人”了。宝马、奥迪就是其中的代表,它们在推出全LED大灯的同时,已经把目光投向了汽车大灯的下一个时代,他们打算把新时代命名为“激光灯具时代”。

    一、激光灯的原理
    激光(LASER)是20世纪60年代发现的一种光源,LASER是英文Light  Amplification by  StimulatedEmission of Radiation的缩写,是指通过受激辐射而产生、放大的光,即受激辐射的光放大。
      一般激光二极管的基本结构与发光二极管相同,是以半导体造成的PN结,当电子受到外来电场的牵引下从较高能级的N区域进入低能级的P区域时,受激电子藏有的能量便释放出来。由于选用的半导体做成的PN结的能带隙是直接带隙,所以能量释放的形式是光子(光线)而不是热。
    与发光二极管不同的是,激光二极管内有2个互相平行的光学反射面(也即镜子)形成光学共振腔。构成这2反射面只须平滑的半导体表面(利用不同介质有不同的折射率来形成全反射),由于半导体有整齐的晶体结构,所以很容易造出光滑并平行的表面,而半导体的高折射率亦很易形成全内反射。光学共振器使得半导体内产生的光在2个平行的晶体表面间反复来回而激发更多光子,当反复来回下激光的增益大过耗损时,稳定的激光束便从二极管射出。因为激光的波长只有与2个晶体面间距离能谐振才会产生激光,产生相干的光子。
    激光器有很多种,尺寸大至几个足球场,小至一粒稻谷或盐粒。气体激光器有氦一氖激光器和氢激光器;固体激光器有红宝石激光器;半导体激光器有激光二极管,比如CD机、DVD机里的激光头。每一种激光器都有自己独特的产生激光的方法。
    将这项新技术从实验室移植到实车上,宝马给出的解决方案是:应用了白光LED普遍采用的方法—蓝色单色光+荧光滤镜来制造白光。和LED一样,激光二极管也只能发射单色激光,因此白光需要通
过多个单色激光源合成,或者使激光通过石英等透明介质,导致光谱展宽形成白光辐射。宝马选择了更为稳定可靠的后者为解决方法,同时,应用了更加坚固的化学硬化薄玻璃作为灯罩材质,共分2层,每层厚度仅为0.7mm,重量相比传统材质降低了50%。
    宝马i8的激光大灯照射方向如图1所示。通俗的讲,宝马i8使用的这套激光大灯的照射原理可以归纳为“一射一透2反射”。一射是指蓝色激光由激光器射出;一透是指经过反射的激光通过黄磷滤镜产生白光;2反射则是指激光在框架上的激光反射镜上反射一次,之后透过的光再于反射碗上反射一次,最终射出照射光。原理如图3、图4、图5所示。









    至于结构则并非我们想象中的复杂,简单的可分为激光光源、激光反射镜、黄磷滤镜和反射碗4个部分。组成结构如图2所示。
      对于射出光线的安全问题,据宝马称,激光大灯的亮度色温都经过研究,激光大灯所使用的激光对于人类、动物以及自然环境都是100%安全无害的,发射器发出的蓝色激光也在射向路面之前被转换成自然纯净的白色,人眼看上去最为亲切和自然,并完全符合日常使用的要求,灯光也不会对人眼造成伤害。而对于应用激光大灯后的可用功能,目前透露不多,但可以肯定的是自适应灯光、动态光点等功能已经能够实现。

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