一种应用于植物生长的激光照明系统的制作方法

1.本实用新型涉及应用光学技术领域，具体涉及一种应用于植物生长的激光照明系统。


背景技术：

2.目前我国高新激光器技术主要应用于军事、工业、航天航空等方面﹐但是我国仍是农业大国，对植物产量的需求也是日益增加。激光拥有极高的辐射能流﹑优良的单色性及极好的方向性，通过对植物产生的生物效应的研究﹐发现合适剂量的激光可以提高植物的光合效率﹐促使植物生长发育，解决植物光照的不足﹑植物缺少某些波段的光线等问题，从而达到增加植物生长的目的。
3.在植物生长方面，目前主要采用led灯对植物进行补光以加快的它的生长，但是led灯虽然成本低廉但是它的缺点也很明显，热稳定性差、发光强度低、波长不够匹配、和量子效率低等。然而激光拥有极好的单色性、方向性和极高的辐射能流，可以有效解决这一问题。在激光照明方面，目前激光照明主要是将相同波长的光源进行叠加从而达到加强光的光束质量和提升光的效率，但是单一波长的光无法满足植物生长的需求，简单的多光源叠加也无法按需分配给不同植物。
4.因此，如何提供一种将不同波长的光按需分配给植物的激光照明系统是本领域技术人员亟需解决的问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本实用新型提供了一种应用于植物生长的激光照明系统，解决了以往led灯和以往激光照明系统在植物生长方面的不足，加快了植物的生长，同时方便用户使用，操作简便。
6.为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
7.一种应用于植物生长的激光照明系统，包括沿光路传播方向依次设置的多个不同波长的激光光源、光束耦合整形光路和数字分光计；
8.所述光束耦合整形光路将各个不同波长的激光光源进行光栅合束整形，再通过数字分光计将不同波长的光按比例分配给植物。
9.优选的，所述各个不同波长的激光光源排成阵列。
10.优选的，所述光束耦合整形光路包括沿光路传播方向依次设置的准直镜、聚焦透镜一、透射光栅、传输光纤、弧形反射杯和聚焦透镜二；
11.所述准直镜为多个，且每个激光光源的输出光路对应一个准直镜；
12.所述聚焦透镜一将准直后的激光束聚焦，入射至所述透射光栅；
13.所述透射光栅将多个不同波长的激光进行耦合整形，汇入所述传输光纤；相比于其他常规的非相干合束，利用透射光栅合成光束可以保持光束质量并提升功率。与其他常规相干合束相比，不需要对发光的点位和光程进行精准控制则更容易实施。
14.所述弧形反射杯将所述传输光纤尾部发出的激光反射后成为类平行的光束汇入所述聚焦透镜二；
15.经所述聚焦透镜二聚焦的光线射入至所述数字分光计。
16.优选的，所述多个不同波长的激光光源包括405nm波段的gaas半导体激光器、375nm波段的gaas半导体激光器和635nm波段的gaas半导体激光器。分别选择三个波段的gaas半导体激光器的原因是：植物生长对这三个波段的光吸收率高，而且gaas半导体激光器具有如下优点：
17.(1)体积小，重量轻；
18.(2)驱动功率和电流较低；
19.(3)效率高、工作寿命长；
20.(4)可直接电调制。
21.优选的，所述传输光纤的尾部为圆弧形，出射光均匀地从光纤尾部射出，这样就减少了激光在传输光纤尾部集中时所带来的热量，增加了光束的质量。
22.优选的，弧形反射杯的凹面为反射面，且所述传输光纤的尾部穿入弧形反射杯内部，且位于所述反射面内顶点。弧形反射杯为旋转对称的曲面结构，使得出射的光线可以以类平行反射发出。
23.经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本实用新型的有益效果包括：
24.本实用新型基于半导体激光器将各个不同波长的植物生长所需要的光通过腔外激光光栅合束整形，得到高质量的光束，耦合整形后的光束经传输光纤传输，传输光纤尾部采用圆弧形，使得光纤可以从侧面射出，相比锥形，圆弧形可以让光更均匀的从光纤尾部射出。这样就减少了激光在尾部集中时所带来的热量，增加了光束的质量，并提高了整个系统的稳定性。最后激光经侧面发射再通过弧形反射杯反射，形成类平行的光束汇入聚焦透镜后，再经聚焦透镜汇入数字分光计。数字分光计将不同波长的光按所需要的比例分配给植物，以加快植物的生长。
附图说明
25.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图；
26.图1为本实用新型实施例提供的应用于植物生长的激光照明系统的工作流程图。
27.图2是本实用新型实施例提供的光束耦合整形光路的结构图；
28.图3是本实用新型实施例提供的光束耦合整形光路的光路图；
29.图4是本实用新型实施例提供的数字分光计详细结构框图。
具体实施方式
30.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下
所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
31.本实施例公开的一种应用于植物生长的激光照明系统属于光学系统，主要用途是加快植物生长。
32.参见图1是本实施例提供的应用于植物生长的激光照明系统的工作流程图，本实施例中的应用于植物生长的激光照明系统包括沿光路传播方向依次设置的多个不同波长的激光光源、光束耦合整形光路和数字分光计；所述光束耦合整形光路将各个不同波长的激光光源进行光栅合束整形，再通过数字分光计将不同波长的光按比例分配给植物。
33.使用时，启动激光器将激光通过光束耦合整形系统，当光从光束耦合整形系统中通过后，最后通过数字分光计，用户只需要通过数字分光计上的光强调节开关和显示器将光按用户需求分配给植物。
34.在一个实施例中，各个不同波长的激光光源排成阵列。可以采用405nm波段的gaas半导体激光器1、375nm波段的gaas半导体激光器2和635nm波段的gaas半导体激光器3。
35.参见图2是本实施例提供的光束耦合整形光路的结构图。
36.在一个实施例中，光束耦合整形光路包括沿光路传播方向依次设置的准直镜、聚焦透镜一5、透射光栅6、传输光纤7、弧形反射杯8和聚焦透镜二9；
37.所述准直镜为多个，且每个激光光源的输出光路对应一个准直镜；
38.所述聚焦透镜一5将准直后的激光束聚焦，入射至所述透射光栅6；
39.所述透射光栅6将多个不同波长的激光进行耦合整形，汇入所述传输光纤7；
40.弧形反射杯8通过工艺加工的形式，在其底部钻出一个与传输光纤7直径相同的小孔，传输光纤7穿过该孔进入弧形反射杯8的内弧面，弧形反射杯8将所述传输光纤7尾部发出的激光反射后成为类平行的光束汇入所述聚焦透镜二9；
41.经所述聚焦透镜二9聚焦的光线射入至所述数字分光计。
42.参见图3是本实施例提供的光束耦合整形光路的光路图。
43.在每个激光源的下游侧分别布置着的准直透镜4，将激光列阵输出的多列光束通过准直透镜4进行准直。因为半导体激光器发射出的激光与其快慢轴是有直接关系的，所以利用快慢轴准直镜对发射的激光进行修正是有必要的，激光通过快慢轴后近乎平行。
44.在准直透镜4的下游侧布置着一个聚焦透镜一5，准直透镜4与所述聚焦透镜一5构成微光学透镜组。本实施例中，聚焦透镜一5可以采用傅里叶聚焦透镜。
45.在聚焦透镜一5的下游侧布置着一个透射光栅6，通过傅里叶透镜聚焦之后，经过透射光栅6，再汇入传输光纤7中，设置透射光栅6目的是将三个波长的光进行耦合整形。
46.在透射光栅6下游侧布置着一个传输光纤7，该光纤的纤芯采用过热扩芯处理纤芯。传输光纤7为石英包层的多模光纤，光纤尾部采用圆弧形，相比锥形，圆弧形可以让光更均匀的从光纤尾部射出；光纤尾部用磨砂处理表面，使得光线可以从磨砂侧面更好、更均匀地射出，这样就减少了激光在尾部集中时所带来的热量，增加了光束的质量，并提高了整个系统的稳定性。
47.在传输光纤7尾部增加一个弧形反射杯8，弧形反射杯8为旋转对称的曲面结构，激光经侧面发射再通过弧形反射杯8反射，形成类平行的光束汇入聚焦透镜二9后，再经聚焦透镜二9汇入数字分光计。本实施例中，聚焦透镜二9可以采用傅里叶聚焦透镜。
48.本实施例中，弧形反射杯8的凹面为反射面，不需涂覆荧光粉，且所述传输光纤7的
尾部穿入弧形反射杯8内部，且位于所述反射面内顶点。弧形反射杯8为旋转对称的曲面结构，使得出射的光线可以以类平行反射发出，目的是使其能更好的汇入数字分光。如果出射的光线不通过弧形反射杯而是直接入射，由于光的散射势必会引起不必要的损耗。
49.参见图4是本实用新型实施例提供的数字分光计示意图。数字分光计包括调制电路及电源11、底座12、调节旋钮13、中心转轴14、望远镜制动架15、平行光管支撑架16、平行光管17、光学平行平板18、载物台19、望远镜20、ccd摄像头21、显示器22。
50.ccd摄像头21安装在望远镜20的目镜上，通过电路将聚焦透镜二9汇入至望远镜20的光信号转为电信号并传输到显示器22上。望远镜20通过望远镜制动架15与中心转轴14相连，载物台19位于中心转轴14顶端并通过螺丝固定，平行光管17通过平行光管支撑架16与中心转轴14相连。底座12采用稳固的三角形结构并与中心转轴14相连，在底座12里面设置有调制电路，以此来调制光强的大小。在底部外侧设置有与调制电路相连的调节旋钮13，通过调节旋钮13来满足用户对光比例分配的需求。
51.以上对本实用新型所提供的应用于植物生长的激光照明系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。
52.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。