基于自由曲面的LED全反射准直透镜的设计

为在特定角度范围内实现所需照明,满足各类LED照明系统的要求,提出一种适用于扩展光源的透射 全反射复合曲面的LED透镜设计方法。根据光源的大小由非成像光学原理确定反射面面型并计算光源发散角度,再根据照射的角度要求进行自由曲面的透镜设计。文章给出了设计思想及方法,并设计了一款出射半角为2.5的透镜实例,分析了误差对实际结果的影响。     

基于自由曲面的光纤照明用耦合透镜设计

提出一种基于自由曲面的光纤照明用耦合透镜的设计方法。通过非成像光学设计,以光学扩展量与折射定律为理论基础,自由曲面迭代优化,实现光源与光纤之间的低损耗耦合。仿真结果表明:以LED芯片作为光源,该透镜可以将光通量传导效率提高至89%以上,具有良好的应用和发展前景。     

支撑曲面法设计自由曲面照明透镜

利用能量守恒建立光源与目标之间的网格映射可以用来设计自由曲面照明透镜,然而这种方式设计透镜表面的连续性依赖于映射是否可积。其根本原因是这种预先设定的映射并非照明问题的真实解。为了得到连续的透镜曲面,首先使用支撑曲面法利用一定数量的笛卡尔卵形面构造非连续的自由曲面透镜。以这个透镜为初始设计,通过拟合建立光源与目标面的网格映射。由于初始设计的透镜为照明问题的真实解,因此这个映射满足可积条件。光学仿真表明这种方法设计的透镜可以在目标面达到目标面达到0.77的照度均匀性以及81.6%的光学效率,同时透镜的表面连续。     

双自由曲面LED均匀照明准直透镜设计

为了克服传统LED准直器在近场难以实现均匀照明的缺陷,设计了一种双自由曲面均匀照明准直透镜.透镜分为折反两部分,每部分都利用双自由曲面进行匀光和准直.根据马吕斯定律,推导了实现光束准直出射的等光程方程,并将切面迭代法加入等光程条件,同步计算准直透镜上下自由曲面的面形数据.仿真分析表明:对1mm×1mm的白光LED芯片,84.55%的能量集中在±2°内,近场照度均匀性达到94.59%,远场照度均匀性为89.01%;当LED芯片尺寸不超过2.0mm×2.0mm时,±4°内的能量利用率大于83.5%,近场照度均匀性在90%以上.该准直透镜能同时实现近场和远场的均匀照明,公差符合装配要求,光能利用率高.     

光纤耦合器的理论、设计及进展

系统总结了光纤耦合器的发展历程,归纳提炼出各个阶段的标志性事件;详细阐述了光纤耦合器的耦合类型、制作方法、性能参数;详细评述了光纤耦合器的理论分析方法;全面分析了X型、星型、光栅型、混合型等各种典型光纤耦合器的基本结构、工作原理及耦合特性;指出并展望了光纤耦合器的发展方向和应用前景。作者率先提出并设计了超长周期光纤光栅耦合器,实验上实现了两个超长周期光纤光栅之间的有效耦合。     

光纤耦合器的理论、设计及进展

系统总结了光纤耦合器的发展历程,归纳提炼出各个阶段的标志性事件;详细阐述了光纤耦合器的耦合类型、制作方法、性能参数;详细评述了光纤耦合器的理论分析方法;全面分析了X型、星型、光栅型、混合型等各种典型光纤耦合器的基本结构、工作原理及耦合特性;指出并展望了光纤耦合器的发展方向和应用前景。作者率先提出并设计了超长周期光纤光栅耦合器,实验上实现了两个超长周期光纤光栅之间的有效耦合。     

基于少模光纤的全光纤熔融模式选择耦合器的设计及实验研究

提出了三种基于少模光纤的全光纤熔融模式选择耦合器. 根据模式匹配原理采用单模光纤与少模光纤熔融连接方式, 运用耦合模理论及光束传播法模拟分析了模式选择耦合器的结构参数对模式选择及耦合特性的影响, 实现了单模光纤中基模到少模光纤中不同阶模式的转换, 以满足不同的应用需求. 实验上以2× 2熔融光纤耦合器为例, 采用对称和非对称熔融拉锥方式, 分别实现了从基模到LP₁₁, LP₂₁模式的转换. 实验结果表明所得到的LP₁₁, LP₂₁模式在1530–1560 nm的波长带宽范围内均有较高的模式纯净度, 且模式耦合效率高于80%, 与理论模拟结果基本一致.     

用于光纤Sagnac干涉仪的全息耦合器

我们利用重铬酸明胶作为全息记录介质,制得了分光比接近1:1,总衍射效率超过60%的双重全息透镜.本文讨论了这种全息透镜作为Sagnac光纤干涉仪的耦合器的优点,并给出了初步的实验结果.本文还推导了倾斜光栅的Q因子,提出了全息光栅的等效Bragg定律,并通过它们设计出所需的全息透镜.     

用于光纤光栅解调的波长敏感光纤耦合器

为了拓宽光纤耦合器的使用范围,开发光纤耦合器的新功能,采用熔锥技术制作波长敏感耦合器,该耦合器在分光的同时对波长敏感。通过耦合理论验证实验结果,实验数据与理论值相符合。实验中得到波长灵敏度最大值为17.86%/nm的耦合器。采用拉锥工艺制作波长敏感耦合器工艺简单,耦合比峰值对应波长控制易于实现。该耦合器可用于光纤光栅布拉格波长漂移解调。令待解调光纤光栅布拉格波长与耦合器波长灵敏度最大值对应的波长一致,当波长发生漂移时,耦合器输出耦合比发生变化。自制的波长敏感耦合器实现了对布拉格波长为1566.71 nm光纤光栅波长漂移的解调,波长漂移1.80 nm,耦合比变化20.34%。此种解调方式具有光路简单,易于与光纤匹配的优点,可以应用在大型建筑中光纤光栅的健康监测。     

基于自由曲面透镜结构的紫外发光二极管固化系统光学设计

传统印刷业中用于固化的光源多采用高压水银灯和金属卤素灯等,传统光源的紫外固化技术已经趋于成熟,不过由于光源本身和光学系统的局限,它们会聚出来的线形光线辐照度较低,且光场均匀度不够高,因此固化效率不够高。提出一种自由曲面透镜的设计方法,将发光二极管灯源和自由曲面透镜结合,可以有效实现光线聚焦的效果,提高光效和均匀性。使用三维机械设计软件SolidWorks设计透镜的初始结构,将透镜模型导入光学优化软件LightTools中对透镜进行光线追迹模拟。通过建立目标函数,执行优化方案,对出射光的均匀度、辐照度不断进行优化,实现出射光为高亮度、高均匀度的线形光。     

基于Ce:YAG单晶的白光发光二极管性能研究

以Ce:YAG单晶取代传统Ce:YAG荧光粉用于制备白光发光二极管(LED),研究了Ce:YAG单晶厚度及驱动电压的变化对其发射光谱、色坐标、亮度、光视效能和色温的影响。研究结果表明,在基于Ce:YAG单晶的白光LED中,发射光的色坐标以及蓝光与黄绿光之间的相对强度可通过对Ce:YAG单晶片厚度的改变进行调整。在恒定电压驱动下,白光LED样品的亮度、光视效能和色温均随单晶片厚度的减小而增加。当Ce:YAG单晶厚度为0.6mm时,可获得较纯的白发射光,并且其色坐标具有较高的可靠性和稳定性,基本不受驱动电压变化的影响。研究结果表明Ce:YAG单晶是一种可用于新型白光LED的理想荧光材料。     

直接出射白光的新型发光二极管

介绍了实现出射白光发光二极管的几种方法,包括波长转化产生白光,多有源区级联合成白光以及单个有源区直接出射白光.并从芯片结构、材料选取、白光形成机理以及器件性能等四个方面对这几种方法进行了分析比较.最后指出了实现直接出射白光的发光二极管存在的问题及今后的研究重点.     

A Novel Acoustic Emission Fiber Optic Sensor Based on a Single Mode Optical Fiber Coupler

Ａｓｗｅｋｎｏｗ ,ａｓｉｎｇｌｅｍｏｄｅｆｉｂｅｒｃｏｕｐｌｅｒｉｓａｓｉｍｐｌｅｂｕｔｖｅｒｙｉｍｐｏｒｔａｎｔｆｉｂｅｒｏｐｔｉｃｄｅｖｉｃｅ ,ｗｈｉｃｈｃａｎｂｅｕｓｅｄｉｎｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎａｎｄｓｅｎｓｏｒｓ.Ｕｓｉｎｇｓｉｎｇｌｅｍｏｄｅｏｐｔｉｃａｌｆｉｂｅｒｄｅｖｉｃｅｓ,ｗｅｃａｎｆａｂｒｉｃａｔｅｓｅｖｅｒａｌａｃｏｕｓｔｉｃ ｏｐｔｉｃｄｅｖｉｃｅｓ ,ｓｕｃｈａｓｆｒｅｑｕｅｎｃｙｓｈｉｆｔｅｒｓ ,ｍｏｄｕｌａｔｏｒｓａｎｄｔｕｎａｂｌｅｆｉｌｔｅｒｓ .Ｓｅｖｅｒａｌ…     

近白色发光的有机发光二极管

制备了以８－羟基喹啉锌Ｚｎｑ２为发光层，苯乙烯胺衍生物ＳＡ为空穴传导层，恶二唑衍生物ＰＢＤ为载流子局限层的单层双层和三层结构的有机发光二极管。研究它们的电致发光性能如电致发光光谱，电流密度电压特性和电致发光亮度电压特性等。     

基于MEMS的波长可调谐微腔有机发光二极管的设计

利用MEMS空气腔在静电力作用下的变形,设计了一种波长可调谐的微腔电致有机发光二极管.通过外加电压,可调制发光中心波长.模拟计算了不同电压下的光谱特性,结果表明可以获得半宽度为2.14 nm,可调谐范围为150 nm的发光光谱.这在光互联的可调谐光源和彩色显示中有很好的应用前景.     

基于3×3耦合器的迈克耳孙干涉仪相位特性分析

研究了基于3×3耦合器的非平衡迈克耳孙干涉仪的相位特性.由光纤耦合器的散射矩阵理论,推导出了当3×3耦合器分光比不均匀时,干涉仪三路输出信号相位差的表达式.根据实际使用的3×3耦合器各通道的插入损耗,经计算与修正得到其散射矩阵,并求出干涉仪三路输出信号的相位差分别为120.21°、120.77°和119.02°,与理想值120°的偏差在1°以内.实验测得的干涉仪三路输出信号的相位差随时间随机变化,经分析是由光偏振态随机变化引起的.相位差与理想值120°的偏离均在1°以内,符合理论分析得到的结论.     

用于光纤传像束的折-衍混合光学耦接器研究

在光学耦接器设计中引入衍射面,根据衍射光学元件的三级像差理论,分析了衍射面初始结构参量的求解规律,通过理论计算和ZEMAX光学软件的优化,给出工作波长0.4~0.7 μm,焦距27.5 mm,光学长度为64 mm,采用一个衍射面的耦接器设计实例.该耦接器适用于单丝直径16 μm,截面直径为6 mm的光纤传像束.对设计结果的分析表明,折-衍混合耦接器不仅在光学性能方面优于传统的光学耦接器,而且在尺寸和重量上有非常显著的减少.     

发光二极管光谱测量中的杂散光与带宽校正

光谱仪的杂散光和带宽是LED光谱测量中比较重要的两个误差影响因素,为了得到更精确的测量结果,必须对杂散光和带宽影响进行校正.用He-Ne激光测出光谱仪的线扩展函数,在假设光谱仪是线性波长不变系统的前提下,构建杂散光分布函数矩阵,转化为杂散光校正矩阵,从而对所测信号进行杂散光校正;在三个波段内分别由光谱仪带宽函数计算带宽校正系数,将被测波长点及其邻近带宽波长点上的测量结果进行加权平均,从而得到带宽校正结果.将两种校正方法应用在一台多通道快速光谱仪上,测量各种颜色的LED,实验结果表明能有效地校正杂散光和带宽影响,色品坐标最大校正了(-0.003,0.007).且该方法降低了应用成本,在保证精度的情况下简化了计算量,使得校正更易于实施.     

具有高输出功率的多量子阱发光二极管的结构设计

设计了具有高量子效率的发光二极管(LED)芯片。通过采用Mg掺杂的AlInN-InGaN-AlInN作为LED的电子阻挡层,减小由极化引起的静电场,增大电子和空穴波函数的交叠比,从而增大了辐射复合速率。提高辐射复合速率有利于缓解电子泄露问题,增加了LED的发光功率,减小LED在大电流下的效率下降问题。新设计的芯片在大电流注入下,发光功率是传统结构的两倍。