激光超高功率照明灯制造技术

利用人眼的暂留视觉效应以两组同步的，脉冲重复频率从几十到几千赫，峰值功率为１０＋［９］到１０＋［１２］瓦的红宝石激光器的红光和Ｎｄ：ｙＡＧ激光器经倍频后的绿、蓝光混合成白光（Ｅ）、后经光束扩散器变为矩形断面，经曲面镜反射到一对扇形区域，由于光束旋转和不断脉冲而照亮几百万平方公里的地区．这种灯装在几颗卫星上可照亮全球！从而节约亿万元的各种费用和电力能源．（*该技术在2005年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于激光技术和光学工程领域。 本专利技术是一种利用人眼的暂留视觉以频闪的高峰值功率的红、绿、蓝三色脉冲激光混合成白光的高功率照明装置。 已有的“激光照明技术”是指军事上用不可见的红外激光照射目标供激光制导武器攻击，或照射小面积的地面、水下等目标供侦察、监视之用;已有的用激光作光源的高速摄影是对个别小体积样品进行短时间的频闪照明技术;已有的“激光灯塔”用小功率激光，仅仅起着为船舶显示方位的作用。 本专利技术与之截然不同，其目的是提出一种前所未有的低功耗超大功率(1012-1013瓦)(不违反能量守恒定理)照明灯的设计方案，实行本专利技术便可以几百千瓦的功耗“照亮”(使受照区有相当高的照度)几万至几百万平方公里的区域，取代该区域上几乎一切照明装置和附属装置，节省数十亿元投资和几百万千瓦的电力，使之成为“不夜区”。 本专利技术中的装置由三大部分组成一、激光器部分。二、扩散照明部分。三、电源与控制部分。 激光器部分(参见附图1)A)一台红宝石激光器(组)。由于激光技术十分年轻，功率能量等水平发展很快，各国的水平又有差异，综合近期文献的报道，建议使用Q开关，一级和多级放大技术，锁模技术和高重复脉冲激光器的冷却技术及它们结合成的以下几种激光器 ①高重复频率高峰值功率的Q开关红宝石脉冲激光器，重复频率n要几千Hz，峰值功率PM要109瓦(GW)以上，而脉冲的波形无关紧要，每一脉冲包含的能量可在焦耳级以下，重要的是PM，即脉冲能量与脉冲持续时间的比值。关于此类激光器已有报道，见《国外激光》杂志72第3期27页《脉冲重复率达2000Hz的红宝石激光系统》一文报道的激光器“可产生一列Q开关红宝石激光脉冲，每个脉冲4-10焦耳，相当于2-5千兆瓦(GW)的峰值功率，两脉冲间的时间间隔从0.5毫秒到1秒间可任意调节”。另据79版的《激光及其应用》一书130页说“红宝石激光器的脉冲最高峰值功率为几千兆瓦，每秒5000次脉冲。” ②据科学出版社81年《固体激光》一书104页说，红宝石电光调Q激光器的PM为几百至千兆瓦(每秒10次脉冲以下)用这样的或类似的数根分别泵浦的红宝石棒组成一激光器(组)，几根棒交替发出互相之间的时间间隔均匀的脉冲，几束光通过半透镜合为一束光使PM≥109W，总的脉冲重复率n≥n0赫，(n0为根据人眼的暂留视觉“感到”频闪的光是连续发光时的最小频闪频率，据电影或电视知识可知n0≥24Hz) ③多根红宝石棒组成的锁模脉冲激光器(组)、PM≥1012W，用类似②中的办法分别泵浦交替发出脉冲，使总的重复率达n0Hz以上。 ④高重复率(n为103Hz)高PM(1012W)的锁模或锁模放大红宝石脉冲激光器(在本人查阅的有限文献中暂无此类激光器的报导，但从发展来看，不久的将来会出现此种激光器的。) 不论使用上述的哪一种红宝石激光器，都要求其PM＞109W总n＞n0，它发出的6900的红光通过可变衰减器后射向一块合光棱镜。 (B)一台掺钕钇铝石榴石(Nd∶yAG)激光器。它也必须发出每秒n0次以上的重复脉冲，其PM须＞107W，基于文献报道，可用以下几种Nd∶yAG激光器。 ①n＞103Hz，PM＞107W的调Q放大脉冲型。 ②n略小于n0，PM＞1010W的锁模脉冲型，用几根yAG棒，分别泵浦交错发出脉冲，使总的n＞n0。 ③n＞103Hz，PM＞1010W的锁模脉冲型。79年出版的《激光及其应用》一书133页说，yAG激光器的脉冲PM＝几百GW，最高n＝50000Hz。可见此种水平已经达到。 这种激光器发出1.06μ和0.914μ的两条最强谱线(见天津大学《激光技术》43页)经倍频后分别变为5300的绿光和4570的蓝光，(脉冲的PM越高倍频转换效率也越高)它们经分光棱镜分开后分别通过各自的光束可变衰减器，最后射到合光棱镜上和红宝石的红光合为一束白光射出。 上述两种激光器的n必须相等，所有脉冲必须同步，三色光的PM要有一定比例(具体比例见第二章)三个可变衰减器可按需要各自平滑地衰减光能。 光束扩散部分(参见附图二) 本部分由三角支架，固定圆筒，转动筒及光学元件，电机和伞齿轮几部分组成。三角架支承上述各部件，其下部固定一棱镜，将从激光器射来的白光反射入转动筒内;三角架上连接一固定圆筒，筒内有一同心的转动筒以轴承和其内孔配合，固定筒一侧有一支座，座上一伺服电机，机轴上连一伞齿轮，它伸进固定筒侧面的与电机轴同心的圆孔中，与转动圆筒外壁紧配合的另一伞齿轮啮合，电机带动伞齿轮使整个可转筒绕铅直轴转动。可转筒内有透镜组将入射光束适当扩束后射到一对柱面透镜组上，将光束变为矩形断面准直光束，最后射到一旋转曲面反射镜上，发射开来。 另外当激光器和本部分相距较远时，可令激光束从连接这两者间的光导管中传输，以减少受大气传输损失的影响。这两部分的激光束直径都不能太小，其一为防止损伤激光介质，二是为减少光束的衍射发射角。 电源及控制和辅助部分。 包括两台激光器(组)的同步脉冲电源，激光器冷却机构和Q开关，放大或锁模技术中用的机械或电光或染料装置，脉冲灯点火电源;三束光的可变衰减器的控制部分;光束扩散三角架上电机的同步脉冲电源等等。 当激光器发出高重复率脉冲时。为了照明广大区域，须将本专利技术中的全部设备装在受照中心附近的最高山顶、最高建筑物顶或专门的照明高塔上，使其附近无高大障碍遮挡光束(见附图三)，在离受照地面总平均高度为h的曲面反射镜上入射了一束矩形断面脉冲激光，经反射后向与Z轴成θ1到θ2角，在xoy面内圆心角为△φ的两相反方向发射于是地面上就有两块内径为r1外径为r2圆心角为△φ的部分圆环区域受到这脉冲的照射。其r1r2由图中的h，θ1θ2决定;令其中任一块叫“单位面积”，因为光束每转一周，“单位面积”上受到两次照射，故转筒，曲面镜和矩形光束的转速由下式决定 P＝ (n0)/2 (转/秒)-①n0的意义同第一章， 图三中△φ= (πn0)/(n) -②n-光脉冲的重复率。△φ由柱面透镜组决定的光束断面矩形的宽和曲面反射镜所决定。整个圆被分为 (2π)/(△φ) = (2n)/(n0) 份扇形“单位面积”，一个脉冲照亮两块互为180°的“单位面积”，由于光束转动，第二脉冲正好照射与之相邻的圆心角差为△φ的第二对“单位面积”……于是每对“单位面积”都依次受到脉冲照射，由于光束的不断脉冲和转动;其总效果为整个圆环区域都受到n0Hz的频闪扫描激光脉冲的照射了。 图2中曲面反射镜的母线方程由h、θ1θ2、r1r2和三种光在大气中的传输，光束的自然衍射发散来决定。代入具体的受照明区域的上述各参数后经计算机求出方程后制成。反射镜的作用一是扩散光束，二是使受照区域上有不同r不同θ角的各点受到尽可能相同照度的照射。 根据色度学原理(见国防工业出版社《彩色电视技术》26页)以红光1流明，绿光4.5907流明，蓝光0.0601流明相加配色可得白光(E)5.6508流明。本专利技术中的三色光(6900，5300和4570)与彩色电视中的三基色7000，5461和4358的波长稍有不同，但是“可选作基色的红、绿、蓝三色的种类是很多的，因为红、绿、蓝三词表示本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种由红宝石激光器和掺钕钇铝石榴石（Ｎｄ：ｙＡＧ）激光器组、光束扩散部分、电源及控制三大部分组成的激光超高功率照明灯。其特征在于：利用人眼的暂留视觉效应和激光器可重复地发出极高峰值功率脉冲并且激光的谱线很广的特点以大约一百千瓦的功率提供普遍电光源要用１０↑［８］－１０↑［１２］瓦的功率才能提供的１０↑［１０］－１０↑［１５］流明的白光（Ｅ）的光通量；对于人眼来说，这种频闪灯的照明效果在绝大多数情况下与连续光源的相同，它的光色很接近日光（这点是许多电光源所不及的）；上述的光通量可使１０↑［４］－１０↑［７］平方公里的广大地区得到２０、５０或１００勒克司的照度；从而以几十万元的投资节约几百亿元的投资，以每小时几十元的运行费用节约每小时几万至几百万元的运行费用。

【技术特征摘要】
书 1 3 “……红宝石激光器 “红宝石激光器(组)和……” 和……”权利要求书 1 4 “光器组，光束扩散…” “光器(组)、光束扩散……”说明书 11 8 “…… 是引向光束……” “⑩是引向光束…”说明书 11 8 “……有上下轴承⑧支承” “……有上下轴承③支承……”权利要求1、一种由红宝石激光器和掺钕钇铝石榴石(Nd∶yAG)激光器组、光束扩散部分、电源及控制三大部分组成的激光超高功率照明灯。其特征在于利用人眼的暂留视觉效应和激光器可重复地发出极高峰值功率脉冲并且激光的谱线很广的特点以大约一百千瓦的功率提供普遍电光源要用108-1012瓦的功率才能提供的1010-1015流明的白光(E)的光通量；对于人眼来说，这种频闪灯的照明效果在绝大多数情况下与连续光源的相同，它的光色很接近日光(这点是许多电光源所不及的)；上述的光通量可使104-107平方公里的广大地区得到20、50或100勒克司的照度；从...

【专利技术属性】
技术研发人员：田景华，
申请(专利权)人：田景华，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]