LED(Light Emitting Diode)目前已成为主流的照明方式,其拥有的诸多优点,几乎能满足人类对人造光源的所有期望和要求。但是商用白光LE D却存在“效率骤降”的问题,当被加的电流密度增加时,它的出光效率会快速降低。而激光二极管具有亮度高,光电效率高且无“效率骤降”现象、照射距离远、散热系统更简单、尺寸小等特点,尤其在高亮度、高光效、远程照明领域具有显著的优势。激光照明作为一项有可能取代LED照明的技术,对其开展研究意义重大。本课题在照明光学理论、非成像光学理论等的基础上开展了,单LD(Laser diode)照明光学系统和阵列式LD照明光学系统的研究,并对应用于激光照明的荧光片特性进行了简单的研究。具体的研究内容如下:1、激光照明作为一种新兴的照明方式,在课题开始之前首先进行了关于激光照明的原理,激光二极管的光学特性,发光材料的特性,非成像光学理论的研究等相关理论的研究学习,为激光照明光学系统的研究及应用做好理论铺垫。2、设计了一款单激光二极管照明光学系统。在光学仿真软件Li gh To o l s中利用试错法设计一款柱透镜实现激光光束的第一次快轴光束整形;设计平凸透镜进行激光束二次整形;为了实现白光光斑的窄光束出射设计了一款准直透镜。建立荧光体模型,激光束激发荧光体得到白光。由于效果不佳,因而对光学系统进行添加光阑的优化改进。最终得出了当荧光片距离激光二极管出光面18.8mm,光阑孔径为1mm时,光照强度为51952cd,光束角度为1.69~°。当荧光片距离激光二极管出光面22mm,光阑孔径为1mm时,光照强度为67560cd,光束角度为1.53~°。可见实现了光源的窄光束出射。并在三维建模软件中进行各模块机械模型的设计和光源模块进行装配。对设计的光源模块进行加工,并搭建实验系统进行验证。3、创新性的设计了阵列式激光照明光学系统。为实现对激光束的准直,基于蒙特卡洛光线追踪理论、边缘光线原理和Snell定律的矢量形式和激光光束的特点,进行多重表面的同步设计。利用Mat Lab计算出离散点后,导入三维建模软件生成透镜的3D模型,得到了一款双自由曲面准直透镜对激光光束进行准直调控,并对其有效性进行了分析。应用Trace Pro对光学系统进行蒙特卡罗光线仿真追迹实现了激光二极管98.4%的光收集率。在Trace Pro和三维建模软件中分别设计了反光杯和承载LD的基板模型实现对阵列LD激光光束的汇聚。设计的匀光系统即利用导光柱的混光作用对激光光束进行二次光学整形,实现激光光束的扩束和匀化。设计的激光束二次整形系统,优化之后激光光斑的不均匀度从11.1%提升到1.7%;并且本设计采用的导光柱能够充分将激光光束打乱,实现了很好的扩束匀光效果。可作为激发荧光片的优质光源。4、对荧光片进行设计,研究了荧光片的特性对形成的白光光斑的影响。得出厚度为0.8mm,浓度为10.96mol/liter为较佳的荧光片属性参数。分析了经准直透镜准直之后光斑的均匀度、光束角度,并对出光面添加光阑和磨砂面进行优化,获得了光照均匀度为98%,光束角度1.6~°的窄光束方形光斑。使得阵列式LD照明模块各元件得到最佳整合,并最终设计实现一款阵列式窄光束激光照明光学系统。