这些秘密你可知道：高亮激光投影的魔术棒

    近年来激光投影光源大行其道。尤其是在高端工程、高亮机型上，亮度瓶颈不断被突破。30000-90000流明的激光投影光源系统不断被搬上行业头条。一时间，困扰投影界许久的高亮问题似乎迎刃而解。这背后又有何秘密呢？

    光纤耦合和全反射的魔术棒

    有心的行业人士早已经发现，高亮激光投影机背后的秘密：模块化光源、外置光源——亮度增加一倍，光源体积也几乎增加一倍。尤其是在30000流明及其以上机器上，这些特点几乎是标配。

    其实，激光光源为投影机实现“源源不断”的亮度提升的秘密主要来自于一种叫做“光纤耦合”的技术。激光的特性是高纯度的线性光源，特别适合于光纤传播。通过光纤藕合，可以实现近乎无限多的激光半导体发光器的光能量被整合到一个“点”上。正是通过这种模块化的方式，不断堆叠更多的激光器，激光投影能实现更高的光源亮度。

    激光投影光源的模块化堆叠实现高亮的原理，与汞灯时代“双灯”高亮设计是“异曲同工”的。但是，汞灯光源自身的稳定性、寿命曲线和球状发光，让多光源的光路设计、散热设计非常复杂，进而限制了通过“人多力量大”这种模式，不断提升产品终极亮度的技术空间。

    谈到多光源的光路设计，就必须提一下光纤传输光的基本原理：这就是全反射。光纤中的光传输依赖于全反射。理论上全反射不会导致光能损失——也就不会导致“热效应”。后者是极高的激光能量能够稳定在光纤中传输和藕合的前提所在。目前，光纤藕合技术，实现数百瓦、甚至数千瓦的光能输出，都是“货架”技术。

    正因为激光光源有利于“多光源藕合”的特点，业内甚至提出：高亮投影机在激光时代已经没有光源亮度瓶颈——相反的，能够承受更高亮度的DMD等光阀，成为制造更高亮度投影机的“最大瓶颈”。

    线性特征，让激光成为工程投影光源唯一选择

    2017年以来，激光光源在工程投影市场的渗透越来越深入。行业数据表明，2017年底，激光在工程投影市场的渗透已经高达7成。尤其是在万流明以上的新品种，激光成为唯一的“光源选择”。

    对此，很多人提出，为何激光能够胜任“投影的终极光源任务”呢？为何不是另一个固态光源明星LED呢？答案在于激光的“线性特征”。

    在液晶电视等显示设备上，LED是标准的“面光源产品”。其通过点阵发光和导光板藕合的方式，能够为液晶显示提供区域可控（HDR技术）的高效、高稳定性、高显色性能的光源。但是，导光板藕合和光纤藕合的“体积”截然不同。

    光纤理论上是一根极度细小的线缆：即便是一束光纤，也不过是直径非常小的线缆组合。导光板则呈现出一个“巨大”的面积。这种面积特征使得“模块化”堆叠更多的同向发光导光板藕合LED光源，需要配置更多的大型反射镜——后者让通过导光板堆叠形成高亮光源的系统“体积巨大”。这种光源即便可以通过缩束光路，用于投影机产品，也会使得最终的投影系统非常笨拙，无法适应大多数的工程安装需要。

    实际上，LED光源不适合于高亮投影机的技术困难，与多汞灯光源系统在高亮投影机产品设计中的“体积与光路”复杂性并无二致。激光光源则依赖“线性特点”、光纤藕合技术，成为高亮工程机的唯一光源选择：这个答案或许已经是工程投影光源的终极选择。

    热管理技术，高亮工程投影光源设计的核心

    巨大的体积是工程投影机的最大外在特征。而这个巨大的体积的核心，只不过是散热系统。实际上，任何光源技术，都会因为总亮度增长而带来总热量的同比增长。同时，由于这些热量过于集中在投影机和光源系统内部，这使得散热技术的难度成几何级数增长。

    尤其是在激光光源时代，通过光纤藕合、更多激光器的堆叠即可轻松实现高亮度，这使得工程投影光源设计的中心，几乎只剩下“散热”一项。

    与汞灯技术相比，激光器的发光效率更高。即同等亮度条件下激光产品的发热量更低。但是，汞灯自身对热的耐受性要好于激光半导体，汞灯发热的空间分布相对也更分散——激光半导体的发热集中在芯片内部，可以说是点状发热，激光半导体对热非常敏感，热管理几乎就是“材料器件的寿命”管理。

    这些特点使得激光光源的热管理分成两个基本层面：首先是激光器自身的散热。这是一个点热源的快速散热问题。必须依靠很好的封装散热材料和温差技术实现。第二个层面是激光光源整体的热管理。主要是大量激光器集中发热导致的热累积效益。这方面的散热，本质是为每一个激光器的散热提供一个“很好的外部环境”。

    这种双重散热设计的需求，使得激光投影光源的散热管理往往采用“全主动导流”的设计。大量应用热管散热、液冷技术和环境散热技术。通过主动散热、多层散热体系，保障高亮激光投影的光源始终处于“合理温度”，正常工作。

    虽然激光光源的散热设计是一个很核心的技术工作，但是相比之下固态的激光光源可以依赖接触性散热，这是汞灯系统所没有的“优势”。汞灯系统不能采用大面积接触发光体的方式实现高效散热。从而使得汞灯系统实现更高的亮度“难度更为巨大”。可以说“大面积接触式”散热设计，是激光光源比较汞灯的又一个重要优势。

    没有完美的技术，激光光源的“劣势”

    虽然业内认为激光光源几乎已经提供了高亮工程投影机的“终极”光源解决方案，且理论上可以提供无限亮度的产品设计空间。但是，激光光源也有其固有的“劣势”。

    一方面，激光光源依赖更为紧凑，层次更多的散热设计。这必然产生噪音问题。目前激光投影机，无论是家用产品还是工程产品，噪音都比较明显。且随着散热系统的机械部件老化，这种噪音问题还会加重。

    其二，激光光源通过模块化的方式增加亮度，以及散热系统的能力，这让激光投影机的“个头都不小”。这一点对于工程机而言问题不大。尤其是通过外置光源模块，可以有效控制主机的体积。但是对于一体化的商教和家用机，激光投影机依然在体积上显著增加。这成为很多消费者不喜欢激光技术的原因之一。

    第三，虽然激光投影机已经实现长寿命光源系统，但是温度控制依然是影响系统发光效率和寿命的最大变量。所以，进一步研发更高效率的激光器、更耐受高温的激光器、以及更高效的散热系统，依然是激光光源投影机持续进步与发展的关键。理论上激光器的光效还可以提升10倍以上。

    总之，激光技术让投影、尤其是工程投影设计找到了从未有过的利器，让亮度瓶颈问题彻底成为历史。但是，作为一种不断进步的新技术，激光光源还有很大的发展和改进空间，对应而言，激光投影亦处于快速技术进步的道路上。随着新材料和新技术在激光半导体中的应用，未来的激光显示蓝图将更为绚烂。