Remote-Laser-Lichtquelle für ein hochaufgelöstes Scheinwerfersystem

Der Bauraum im automobilen Scheinwerfer ist stark begrenzt. Daher wäre eine Entkopplung und Zentralisierung der Lichtquelleneinheit vorteilhaft. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, die Eigenschaften von Laserstrahlung zu nutzen, um eine effiziente Entkopplung der Lichtquelle vom hochaufgelösten Scheinwerfersystem mit Hilfe von Glasfasertechnologie zu realisieren. Für die Umsetzung dieser Remote-Laser-Lichtquelle werden zwei Ansätze geprüft, welche, aufgrund ihres aktuellen Forschungsstandes, eine unterschiedliche Eignung für eine Anwendung im automobilen Scheinwerfer aufweisen.
Zunächst wird ein Pr:YLF Festkörperlaser entwickelt, welcher aus einem einzigen Resonatoraufbau simultan die drei spektralen Komponenten Rot, Grün und Blau emittiert, um ein im automobilen Scheinwerfer zulässiges ECE-Weiß additiv mischen zu können. Hierbei wird der blaue Spektralanteil durch die restliche, nicht absorbierte Pumpstrahlung bereitgestellt. Zur simultanen stimulierten Emission der roten und grünen Spektrallinie wird ein Zweifach-Resonator aufgebaut, welcher die Strahlengänge beider Wellenlängenbereiche mittels eines Strahlteilerspiegels trennt. [–]Durch die Induzierung von Verlusten für den roten Wellenlängenbereich, wird die Verstärkung beider Emissionslinien angeglichen, bis eine zeitgleiche Emission von Rot und Grün einsetzt. Es zeigt sich ein starkes Konkurrenzverhalten der beiden Verstärkungen, sodass die simultane Emission zeitlich auf wenige Sekunden begrenzt ist. Die Lösung hierfür liegt in einer Pulsung der Pumplichtquelle, wodurch eine stabilisierte Emission von Rot und Grün aus einem Resonator erfolgt.
Bei einem weiteren Ansatz werden rote, grüne und blaue Laserdioden in einen Nx1 Faserkoppler eingespeist. Hierbei werden N Eingangsfasern zu einer einzelnen Ausgangsfaser kombiniert, an welcher am Faserende bereits durch additive Farbmischung mit einem entsprechenden Mischungsverhältnis ein weißer Farbeindruck entsteht. Es werden zwei Generationen dieser Remote-Laser-Lichtquelle vorgestellt, wobei das Initialsystem einen Lichtstrom von 1429 lm am Faserende zur Verfügung stellt und eine zweite Generation Lichtstrom von 13880 lm am Faserende emittieren kann. Um diese Lichtquelle in einem hochaufgelösten Scheinwerfersystem nutzen zu können, wird die austretende Laserstrahlung mit Hilfe eines Beleuchtungspfades auf Basis von zylindrischen Mikrolinsen-Arrays auf einem DMD-Chip abgebildet. In einer Weiterentwicklung kann dieser Beleuchtungspfad mit Hilfe eines Freiform-Facetten-Reflektors auf eine einzelne Grenzfläche reduziert werden.
Zusammenfassend zeigt sich eine Umsetzbarkeit des polychromatischen Festkörperlasers. Der emittierte Strahlungsfluss der jeweiligen Emissionslinien reicht für eine Beleuchtungsanwendung jedoch nicht aus, sodass bei diesem Ansatz ein hoher Entwicklungsaufwand bis zur Anwendbarkeit im Automobil benötigt wird. Für den zweiten Ansatz zeigt sich eine Eignung zur Verwendung in einem hochaufgelösten Scheinwerfer. Durch den hohen zur Verfügung stehenden Lichtstrom ergibt sich die Möglichkeit einer Vergrößerung des Ausleuchtbereiches auf der Straße im Vergleich zu heutigen DMD-Scheinwerfersystemen. Somit bietet diese Lichtquelle im Automobil das Potenzial, alle Lichtfunktionen adaptiv an die Fahrsituation aus einem einzelnen Modul zu realisieren.