[发明专利]一种混合激光光源及投影机

说明书

技术领域

本发明涉及用于投影显示激光光源技术领域，具体涉及一种采用抗蓝激光破坏的二向色镜的混合激光光源及投影机。

背景技术

现用投影机几乎95％以上的光源都釆用高压汞灯(UHP)，不仅体积大、重量重、易爆炸，更重要的是灯泡使用寿命短、亮度低、能耗大、色彩差，而且使用非环保的汞材料。因此，近年来激光光源成了投影显示最关注的热点之一。

考虑到三基色全激光的激光光源的高昂成本和激光的匀场、散斑等难题，目前常用的激光光源是用波长440-480nm范围内连续输出的蓝激光来激发荧光粉而获得白光的。这种连续输出的半导体蓝激光输出功率现已可高达50W，单个芯片的输出亮度就可达到2000流明，其使用寿命(光衰减50％)可达2万小时以上。

由于连续蓝激光最先入射到二向色镜上，因此，二向色镜是过热、变形和破裂最为突出的薄膜器件。这是因为二向色多层膜经过块状材料汽化蒸发变成薄膜后，吸收系数会增加5～6个数量级。对一些常用的薄膜材料，典型的吸收(消光)系数会从块状材料的10^-10～10^-11上升至薄膜的10^-4～10^-6，因此，薄膜是抗强激光破坏最薄弱的环节。应用于较高亮度激光光源的二向色多层膜，若蓝激光的输出功率为150W，二向色镜上的通光直径为20mm，则二向色多层膜需要承受的最大功率密度为2000W/cm²以上。二向色多层膜吸收激光能量，特别是高折射率薄膜，从而引起二向色镜温度迅速升高至300℃以上，造成多层膜被破坏，器件产生破裂，这是迄今高亮度激光光源急待解决的一个难题。

经过近半个世纪的研究，虽然对其他许多高能激光波长，特别是对脉冲激光的破坏研究已经取得了长足的进步，但是对波长440-480nm范围内连续输出的半导体激光的破坏研究至今尚属空白，本发明就是在此技术背景下结合实验作了一些初步的探索。

申请公布号为CN104698729A(申请号为201410723068.2)的中国发明专利申请公开了一种投影装置、DPL投影仪的光模块和用于制造二向色镜的方法，该二向色镜包括第一子区域、第二子区域，第一子区域、第二子区域一体地构造在具有端口的基层上。在此，前侧和/或背侧能够具有散射结构。由此，在激发光束入射到光模块中之前，其还进行了一次散射，因此，能够与更宽地散射的转换光束相匹配。此外，在第一子区域和第二子区域的入射侧上还能够分别设置对于相应激发光束的抗反射层。在背侧上优选地设置了对于相应的其他激发光束以及所转换的光的高度反射性层。该二向色镜并没有对二向色膜进行改进，采用较高连续蓝激光光能使用时，该二向色镜会出现过热、表面变形甚至破裂的情况。

发明内容

为了克服较高连续蓝激光光能使用时二向色镜温度过高、表面变形甚至破裂的问题，本发明提供了一种采用抗蓝激光破坏的二向色镜的混合激光光源及投影机。

本发明的构思是：

1.氧化物薄膜是迄今应用最广、耐温性最好的光学薄膜，其中二氧化钛(TiO₂)由于其折射率在可见光区最高(如2.35)，而二氧化硅(SiO₂)的折射率最低(1.46)，因此常用TiO₂膜和SiO₂膜构成光学多层膜以产生强烈的干涉效应，遗憾的是这两种薄膜的导热性都不好，加上TiO₂膜在波长440-480nm的吸收系数较大，于是用这两种薄膜构成的二向色多层膜用于较高激光光能时，容易造成通光区急剧升温。用TiO₂和SiO₂膜制成的二向色镜在连续蓝激光作用下，实测温度会迅速上升到300-400℃，并致多层膜破坏、器件破裂。考虑到SiO₂膜在所有现用薄膜中具有最高的抗激光破坏特性，故二向色镜的低折射率材料理当首选SiO₂膜。但在高折射率材料中，相比二氧化钛(TiO₂)、氧化铌(Nb₂O₅)和氧化钽(Ta₂O₅)，虽然Ta₂O₅的折射率较低，但更重要的是它在波长440-480nm的吸收系数比较小，故从抗蓝激光破坏考虑，宜首选Ta₂O₅，而TiO₂被首先淘汰。