LED和半導(dǎo)體激光器(或激光LED)的工作方式基本相同，亦即當(dāng)電子與空穴聚合時(shí)發(fā)出光，其發(fā)射波長(zhǎng)取決于所使用的材料。不同的是，LED光的光譜范圍比較窄，而半導(dǎo)體激光器發(fā)出的光基本是單一波長(zhǎng)。半導(dǎo)體激光器的發(fā)射波長(zhǎng)范圍可以從紅外線到紫外線，且已廣泛應(yīng)用于光纖通訊、條形碼讀取器、光盤(pán)閱讀器和激光打印等領(lǐng)域。但截至目前為止，半導(dǎo)體激光器在常規(guī)照明中的應(yīng)用則被證明是不切實(shí)際的。

和傳統(tǒng)激光一樣，半導(dǎo)體激光器也需要諧振腔來(lái)放大。諧振腔由兩個(gè)間隔幾百微米的平行平面構(gòu)成，這兩個(gè)平面充當(dāng)反射鏡，將發(fā)射的光子反彈回空腔。在低功率水平下，半導(dǎo)體激光器的功能類似于傳統(tǒng)LED。當(dāng)功率夠大時(shí)(約4kW/cm2)，在兩個(gè)「反射鏡」之間彈射的光子開(kāi)始刺激半導(dǎo)體材料發(fā)射更多的光子。當(dāng)受激光子的產(chǎn)生抵消并超過(guò)內(nèi)部損耗時(shí)，設(shè)備開(kāi)始「發(fā)射激光」，即發(fā)射單一波長(zhǎng)的相干光。

傳統(tǒng)LED和半導(dǎo)體激光器之間也存在一些相似之處：兩者都由AC-DC驅(qū)動(dòng)器供電，并且在溫度升高時(shí)，光輸出都會(huì)下降。但與傳統(tǒng)LED不同的是，半導(dǎo)體激光器似乎不受Droop效應(yīng)的影響，Droop效應(yīng)會(huì)增加驅(qū)動(dòng)電流，從而導(dǎo)致功效降低(輸出流明/輸入瓦特)。對(duì)于照明產(chǎn)品應(yīng)用，常規(guī)藍(lán)光LED比半導(dǎo)體激光器器具有更高的功效，但僅在較低的輸入電流下如此。因此，考慮到所需的基板面積，從常規(guī)藍(lán)光LED中產(chǎn)生相同水平的光是不實(shí)際的。

 

盡管激光二極管在上世紀(jì)60年代就已經(jīng)出現(xiàn)，但直到最近才具有足夠高的能效，而被考慮用于照明應(yīng)用，尤其是用于汽車的高端車燈中。BMW就提供了激光前照燈，并聲稱它比LED前照燈亮10倍，效率高30%。它透過(guò)使用精確放置的反射鏡，在前照燈外殼內(nèi)部反射藍(lán)色半導(dǎo)體激光器來(lái)產(chǎn)生白光光束，然后利用填充了熒光粉的透鏡將其聚焦，從而產(chǎn)生高強(qiáng)度白光。

 

半導(dǎo)體激光器在未來(lái)是否可用于一般照明呢？熒光粉轉(zhuǎn)換白光LED的理論能效極限約為350流明/瓦，而市售照明產(chǎn)品接近200流明/瓦。半導(dǎo)體激光器的能效是傳統(tǒng)LED的100倍，甚至更高，因此能夠以更小的裸片尺寸提供非常高的光輸出。對(duì)物理尺寸有限的應(yīng)用來(lái)說(shuō)(例如汽車前照燈)，半導(dǎo)體激光器的吸引力顯而易見(jiàn)，但將其用于一般照明的缺點(diǎn)在于其發(fā)射腔非常窄(大約只有1~2度)。

 

目前到底有多少公司致力于將半導(dǎo)體激光器用于一般照明，我們還不清楚，但至少有一家公司已經(jīng)提供了相關(guān)產(chǎn)品。SLD Laser早于2016年就推出了LaserLight表面黏著(SMD)組件，該組件采用藍(lán)光半導(dǎo)體激光器、熒光粉和高流明封裝，在7×7mm封裝內(nèi)可以發(fā)出約500流明的白光，而且對(duì)人眼沒(méi)有傷害，其精密的光學(xué)組件實(shí)現(xiàn)了不超過(guò)2度的光束角，LaserLight SMD組件是全球第一款獲得UL 8750安全認(rèn)證的半導(dǎo)體激光器光源。

 

最有可能的情況是，激光半導(dǎo)體首先被應(yīng)用到特殊建筑的照明產(chǎn)品中，這些應(yīng)用需要窄且高強(qiáng)度的光束。例如，在博物館、畫(huà)廊、零售空間和其他一些特殊場(chǎng)所，只需照亮空間的一個(gè)角落，而無(wú)需照亮整個(gè)空間。這不僅是空間美學(xué)的需要，而且還簡(jiǎn)化了控制和維護(hù)。但由于半導(dǎo)體激光器傳播的光束很窄，要開(kāi)發(fā)經(jīng)濟(jì)可行的常規(guī)照明產(chǎn)品，可能還需要結(jié)合光纖或波導(dǎo)來(lái)引導(dǎo)和傳輸發(fā)射的光。

 

在Baja Designs提供的照明配件照片和視訊中，可以看到越野車中采用的半導(dǎo)體激光器照明。Baja Designs聲稱，他們的OnX6 Hybrid Laser/LED和XL Laser High Speed Spot聚光燈的照明距離是傳統(tǒng)LED越野車照明產(chǎn)品的350%，非常適合夜間進(jìn)行越野比賽。

 

(原文發(fā)表于ASPENCORE旗下EDN美國(guó)版，參考鏈接：Laser diodes add intensity to narrow-beam lighting，by Yoelit Hiebert)