固态照明/显示用荧光陶瓷研究进展

固态照明作为第四代照明光源因其高效、环保的优势在近30年来得到了飞速发展,广泛应用于各种场景(例如汽车大灯、投影显示、工业生产和远距离照明)。而大功率、高亮度的白色发光二极管(W-LED)及激光照明技术对颜色转换材料的服役稳定性提出了新的要求,荧光陶瓷以其能承受高功率激发密度的独特优势应运而生。本文综合评述了固态照明/显示用荧光陶瓷的最新研究进展,阐明了光源的评估标准,总结了白光及几种单色发光荧光陶瓷在大功率照明和投影显示领域的发展和应用。并阐述了荧光陶瓷中光提取效率、显色指数(CRI)和相关色温(CCT)的提升策略,讨论了激光照明中的发光饱和与发光均匀性问题。最后对荧光陶瓷在固态照明/显示应用中的前景和挑战进行了展望。     

固态照明/显示用荧光陶瓷研究进展EI北大核心CSCD

固态照明作为第四代照明光源因其高效、环保的优势在近30年来得到了飞速发展,广泛应用于各种场景(例如汽车大灯、投影显示、工业生产和远距离照明)。而大功率、高亮度的白色发光二极管(W-LED)及激光照明技术对颜色转换材料的服役稳定性提出了新的要求,荧光陶瓷以其能承受高功率激发密度的独特优势应运而生。本文综合评述了固态照明/显示用荧光陶瓷的最新研究进展,阐明了光源的评估标准,总结了白光及几种单色发光荧光陶瓷在大功率照明和投影显示领域的发展和应用。并阐述了荧光陶瓷中光提取效率、显色指数(CRI)和相关色温(CCT)的提升策略,讨论了激光照明中的发光饱和与发光均匀性问题。最后对荧光陶瓷在固态照明/显示应用中的前景和挑战进行了展望。     

基于LD激发荧光粉白光光源的窄光束照明光学系统设计

蓝光半导体激光器激发荧光粉产生白光光源技术发展迅速,但由于大功率蓝光半导体激光器在快轴、慢轴方向的光场分布差别较大,使得日前激光照明整体光学性能仍旧较差,难以实现大规模推广应用。针对该问题,设计了一款高质量激光照明光学系统,基于蒙特卡洛光线追踪理论,对激光光束进行准直调控、均匀光斑整形以及对荧光片进行设计,使得整体光源模块各元件得到最佳整合,最终实现了窄光束激光照明。仿真结果表明:激光光源的光收集率达98.3%,激光光斑的不均匀度为1.7%,白光均匀度为98%,光斑是出射准直角为1.6°的方形窄光束白光光斑。     

高分辨率405 nm激光显微成像系统研究

 研究了405 nm短波长激光作为照明光源、数值孔径0.65显微物镜组成的显微成像系统。采用该系统对CD-R及DVD-R盘片进行了显微成像,并对激光成像散斑进行了消除,同时利用CCD图像传感技术和图像采集技术对显微图像进行实时观察与存储,与卤素灯白光作为照明光源时的显微图像进行了比较。结果表明：该系统在卤素灯白光作为照明光源时对CD-R盘片信息点可清晰分辨,但对DVD-R盘片信息点的图像不可分辨;而在405 nm激光照明时信息点均可清晰分辨,系统分辨优于400 nm,明显高于普通卤素灯白光照明系统。     

基于CdSe/ZnS量子点光转化层的高稳定性白光LED器件

采用一步法合成了510,550和630 nm三种峰值的高稳定性、高量子效率核壳结构CdSe/ZnS量子点材料,其量子产率分别达到82%,98%,97%。将该量子点材料取代传统的荧光粉材料,与硅胶均匀混合后作为光转换层涂覆到蓝色InGaN LED芯片上,制备了白光LED器件。通过依次添加不同颜色量子点制备的量子点光转换层,考察了510,550和630 nm三色CdSe/ZnS量子点在硅胶中的不同配比对白光LED器件性能的影响,研究了不同颜色量子点之间的能量转换机制,利用量子点对白光光谱及其色坐标的影响机制,得到优化的白光器件结果及其三色量子点的配比,结果表明,当绿色、黄绿色、红色三种量子点之间的配比为24∶7∶10时,得到高稳定性、高效率的正白光器件特性,在电流20～200 mA范围内,色温变化为4 607～5 920 K,色坐标变化为（0.355 1,0.348 3）～（0.323 4,0.336 1）,显色指数变化为77.6～84.2,器件最高功率效率达到31.69 lm W-1@20 mA。另外,为了进一步考察器件性能稳定的原因,研究了时间、温度以及UV处理对CdSe/ZnS QDs/硅胶混合光转换材料稳定性的影响,结果表明,器件的高稳定性可归因于所采用的一步法合成的核壳结构量子点材料本身的稳定性,研究的优化器件结果是一种低能耗的优质白光光源,可使人们真实地感知物体的原貌,在正白光光源领域具有很好的应用前景。     

有机光发射二极管发光效率的提高

输入到常用的白炽灯的电能 ,只有很少的一部分可用来发光 ,余者均以热的行式弥散掉了 .一般的光发射二极管 (ＬＥＤ)也面临着类似的能量转换效率低的问题 .那些对白光照明不适用的常规有机光发射二极管 ,只有 10 %的输入电能可以转换成光 .传统的看法认为 ,这种能量转换效率或许最高只能提高到 2 5 % .但是 ,犹太大学的科学家们认为 ,这个能量转换效率的极限并不适用于所有可能的光发射二极管材料 .他们的试验结果表明 ,有些可以发射白光的场致发光聚合物和齐聚物可将 4 1%— 6 3%的输入电能转换成光 .这些发现 ,推动了那些适用于激光、显示…     

准位相匹配材料研究新进展及应用

准位相匹配材料（光学超晶格）是一种人工非线性光学材料，目前已被广泛应用于倍频，三倍频，光参量振荡等激光变频领域，这种材料可以通过提供倒格矢来满足非线性光学过程中的位相失配，从而提高非线性光学过程转换效率，文章简要回顾了准位相匹配理论的发展过程，对其基本原理及主要应用做了较为详细的描述，并对近年来该领域的一些新进展做了介绍。     

10kW级直接输出半导体激光熔覆光源的研制与热效应分析

针对目前工业领域对激光熔覆、激光热处理的应用需求,研制了10 kW级直接输出半导体激光熔覆光源。采用半导体激光叠阵为单元器件,将偏振合成技术和波长合成技术相结合,将2只915 nm和2只976 nm半导体激光叠阵进行合成,当工作电流为122 A时,最大输出功率达到10 120 W,电-光转换效率为46%。实验中还对光源内部的易损光学元件的热效应进行了模拟分析并设计有效的散热结构,使其最高温度从442. 2 K下降到320 K,同时对应的热应力从75. 4MPa下降到14 MPa,大幅提升了激光光源的可靠性。     

不同光斑遮挡度对6结GaAs激光能量转换芯片性能的影响

激光在空间进行实际传输的过程中存在不同障碍物遮蔽的情形,这将影响激光无线能量系统的输出特性,探究遮蔽度对光电转换效率所产生的影响则非常重要。通过6结等效二极管模型的理论模拟和实验研究了遮蔽度对6结激光能量转换芯片的性能影响。实验采用808 nm波长激光器作为光源,针对五种功率下的4种遮蔽度情景,对6结GaAs激光能量转换芯片的I-V曲线进行了实验测量,得到了光电转换效率与遮蔽度的关系。实验结果表明,光功率相同时,随着遮蔽度增加,6结激光能量转换芯片的短路电流、转换效率、开路电压减少。理论结果和实验结果一致。同时研究了存在遮蔽时,通过优化电路给出一种有效获得更高功率的优化策略。理论上分析了优化后电路相对于串联电路可获得更高的最大功率点,并且通过实验验证理论模拟的正确性。     

基于LED光源的数字微镜器件全息显示系统

数字微镜器件(DMD)具有较高的刷新速率和衍射效率,是理想的动态计算全息图加载器件。采用发光二极管(LED)作为光源来代替激光可以有效减少由激光的时间和空间相干性带来的散斑噪声。提出了一种以LED为光源、以DMD为计算全息图承载器的全息显示系统。研究了DMD进行全息显示的调制特性,分析了LED作为再现光源导致像质变差的原因,并用数值仿真的方法验证了LED的相干性和准直度对DMD全息显示系统再现像像质的影响。根据仿真分析结果,采用滤色片和空间滤波器来提高LED的相干性,同时采用非球面准直透镜来改善光的利用效率,最终得到了较好的显示效果。     

半导体激光激发荧光粉转换白光照明系统设计

单管蓝光半导体激光器功率相对较低,为了获得高功率激光,利用多单管光纤耦合技术实现10 W蓝光激光输出,输出的激光激发荧光粉片合成的白光光源作为汽车远光灯光源。根据汽车照明法规要求设计了汽车远光灯照明系统并详述了抛物面反光罩、双凹透镜和荧光粉片的光学结构及对反光罩曲线参数、双凹透镜和荧光粉片的放置位置对光源色温均匀性及照度的影响。模拟设计了顶端19 mm×31.6 mm椭圆形开孔、底部直径5 mm圆形开孔、高60 mm的椭圆抛物面反光罩,荧光粉片置于距反光罩底部15 mm处时,在距光源25 m处的接收面上得到了5 m×12 m的椭圆光斑,白光光源的光通量为1 025 lm,中心色温为5 880 K,中心色坐标为(x=0.322 6,y=0.369 2),该汽车远光灯照明系统满足汽车照明法规要求。     

基于无机材料体系连续激光驱动的全光谱白光研究进展EI北大核心CSCD

全光谱白光具有和太阳光光谱接近的覆盖可见到红外连续波段的光谱特征,对光学研究具有重要意义。连续激光驱动光学活性材料的全光谱白光因其特殊的发光性能及高效的发光效率吸引了研究者广泛的研究兴趣。本文首先从有无激活中心角度对可产生全光谱白光的无机材料进行了分类总结。然后从光谱性能、温度性能及光电性能三个方面对无机材料体系中的全光谱白光的光物理过程进行了归纳分析,并对全光谱白光的应用做出了展望。最后对这一非线性光学效应的全光谱白光发光现象未来的研究方向及发展趋势进行了总结。     

激光显示照明光路中复眼透镜的设计

设计激光投影机光学系统需要从如何减小光学系统的体积和提高激光光源的光效两个方面考虑。研究了激光显示照明系统中的复眼透镜,并对设计的复眼小透镜矩形单元进行了优化,发现在复眼透镜整体尺寸和单颗复眼小透镜焦距一定的情况下,整个复眼透镜上的阵列越多,即复眼透镜上蜂窝的数量越多,其匀光效果就越好,且此时投影机系统的体积也较小。为了提高激光光源的光效,设计中对复眼透镜在不同数值孔径照明光束下的匀光效果进行了讨论。并对优化设计后的复眼透镜进行40 000条光线追迹,实验显示其光线透过率可以达到92.5%,且几乎无杂散光。     

Research on phosphor-conversion laser-based white light used as optical source of VLC and illumination

Visible light communication (VLC) based on light emitting diodes (LEDs) or laser diodes (LDs) has attracted considerable interest in recent years. Due to the advantages of laser diodes based on nitrides, such as small size, high brightness, visible light and high bandwidth, it can be applied to illumination and communication at the same time. In this paper, blue laser and yellow phosphors were employed to synthesize white light. And “efficiency droop” is not observed in the LIV characteristics of LD-based white light either. The bandwidth measurement system with high reliability was set up. The bandwidth of blue laser diode and phosphor-conversion laser-based white light was measured. The maximum of optical ?3 dB bandwidth of blue LD is around 1.8 GHz at 80 mA and maximum of optical ?3 dB bandwidth of white light is about 1.3 GHz at 60 mA. The color parameters of the synthetic white light were characterized through integrating sphere. Moreover the trends of test data with injection current were analyzed in detail. The problem of thermal degradation of yellow phosphors has been improved by a special design that can keep a certain distance between the blue laser diode and phosphors. The experiment results verified that laser diodes based on nitrides have promising applications in lighting and communications.     

Efficient high-power frequency doubling of distributed Bragg reflector tapered laser radiation in a periodically poled MgO-doped lithium niobate planar waveguide

We report on efficient single-pass, high-power second-harmonic generation in a periodically poled MgO-doped LiNbO3 planar waveguide using a distributed Bragg reflector tapered diode laser as a pump source. A coupling efficiency into the planar waveguide of 73% was realized, and 1.07 W of visible laser light at 532 nm was generated. Corresponding optical and electro-optical conversion efficiencies of 26% and 8.4%, respectively, were achieved. Good agreement between the experimental data and the theoretical predictions was observed.     

掺镱飞秒激光晶体研究进展

飞秒激光在军事、医学、通讯、加工等领域有着重要应用,已经成为新世纪激光技术领域的研究热点。得益于激光二极管(LD)的快速发展,以LD作为泵浦源成为新型全固态飞秒激光器的发展趋势。Yb^3+离子掺杂的激光晶体材料因其独特的能级结构、宽带吸收与发射等优势,逐渐成为LD直接泵浦并实现1.0μm飞秒激光输出的重要增益介质。详细总结了当前掺Yb^3+飞秒激光晶体的研究进展,分析了目前存在的主要问题,给出了未来飞秒激光晶体发展的两个建议方向:高效率小功率飞秒激光和大功率高能量飞秒激光。以Yb^3+:Sr3Y2(BO3)4晶体为例,详细研究了其晶体生长、光谱、连续与飞秒激光性能,并实现了中心波长在1060 nm处脉宽为116 fs,平均输出功率为1.08 W,光光转换效率为33.1%的高效率飞秒激光输出,表明Yb^3+:Sr3Y2(BO3)4及其同体系晶体是一类优异的高效率飞秒激光材料。     

海面波浪坡度场光学测量装置的光源设计(英文)

在海面波浪坡度场光学测量系统中,光源是一个非常重要的照明元件。合理的设计和选用光源,是保证系统精度和布局的重要因素之一。比较传统光源短弧氙灯的明显优势,如低能耗,寿命长,更好的安全性和稳定性等,本文提出了采用LED作为本系统光源的设想,确定了所需LED个数和LED阵列方式,并经过计算和光学软件模拟,验证了本设想的可行性。     

600 mW optical output power at 488 nm by use of a high-power hybrid laser diode system and a periodically poled MgO:LiNbO3 bulk crystal

600 mW second-harmonic blue light at 488 nm has been generated by use of a master-oscillator power amplifier diode laser system as a pump source with a maximum optical output power of 4 W in continuous-wave operation. For frequency doubling, a periodically poled MgO:LiNbO3 bulk crystal was used in a single-pass configuration. A conversion efficiency of 15% and an overall wall-plug efficiency of 4% were achieved.     

二级级联式室内可见光通信光学接收天线设计

针对室内可见光通信系统的传统光学接收天线无法同时满足高增益和大视场的问题, 设计了一种二级级联式光学天线. 通过分析信噪比、通信速率与接收天线视场角的关系, 发现视场角为40°–60°的光学天线最适用于室内可见光通信系统. 通过光学仿真软件TracePro的模拟及计算, 给出了所设计的二级级联式光学天线的增益随信号光入射角的变化关系. 结果表明, 相较于传统接收天线, 二级级联式光学天线具有更好的光学性能, 视场角为菲涅耳透镜单独接收时的4 倍. 利用Matlab对二级级联式光学天线竖直向上时的接收功率分布进行仿真, 结果显示探测器接收到的信号功率提升效果明显, 平均值较直接探测时增大了7 dBm, 进一步证实该二级级联式光学天线适用于室内可见光通信系统.