用于LED集鱼灯稳定照明的自由曲面透镜设计

进行海上灯光诱鱼作业时,船体横摇改变了发光二极管(LED)集鱼灯的照明角度,导致海面光照不断变化,对吸引和聚集趋光性鱼类产生不利影响。提出了一种利用自由曲面透镜实现扇形光强分布的方法,在Y-Z和X-Y平面上的发散角分别为110°和10°。分析了LED集鱼灯在渔船横摇角度变化范围(-10°～10°)内的目标面相对照度分布的相似性和误差率。模拟结果和实验结果的正交归一化相似性(NCC)分别大于98.50%和99.53%,均方根误差(RMSE)分别小于5.56%和4.60%。与普通LED集鱼灯和金卤灯比较,本设计显著提高渔船横摇时LED集鱼灯的光照稳定性。结果表明,在不同照明角度下,LED集鱼灯的自由曲面透镜能很好地实现海面上的稳定光照。     

基于全反射的发光二极管-照明光纤耦合器的设计与研制

光纤照明由于具有成本低、安全性高、便携性好和装饰性强等优势,已经逐渐进入了人们的视野.然而,现阶段的光源[特别是发光二极管(LED)]由于辐射发散角大,与照明光纤的耦合效率普遍较低.为了解决这个问题,根据全反射原理,设计并制作了一种LED -照明光纤耦合器.经过实验验证,该耦合器具有聚光性强、耦合效率高、体积小、制备简便和成本低等优点,是一种能够有效提升LED -光纤耦合效率的方式.     

基于微透镜阵列的DMD芯片投影系统照明优化

分析了照明系统中微透镜阵列的入射光线角度及系统像差对光学利用率的影响,提出了通过修正相关参数来优化照明系统的光学利用率以及照明均匀性的方法。通过改变用于光源聚光的自由曲面透镜的面型来缩小入射角度,从而减小了由于大角度扩散造成的效率损失。并且在微透镜阵列后采用两个球面透镜代替傅里叶透镜作为积分镜片,不仅成本低廉,而且在控制像差方面更为灵活。参数优化后,设计方案的光学利用率可达60.51%,均匀性可达94.24%,验证了理论分析的可行性和有效性。     

发光二极管材料与器件的历史、现状和展望

文章介绍了发光二极管材料和器件的研究、开发的历史，概述了发光二极管技术的发展现状和进展．通过与其他类型光源的比较，向读者展示了发光二极管未来的重要地位和光明前景．发光二极管的最近的成就是实现了有色光方面的成功应用．高功率白色发光二极管已开始应用于便携式和特殊照明．而在通用的照明领域要成功地应用发光二极管，则需要通过性能和价格方面的继续突破来实现．     

用于短波段发光二极管的二维光子晶体禁带研究

运用平面波展开法(PWE),针对光子晶体在短波长段发光二极管(LED)领域上的应用,主要选择高频禁带模式,研究了4种具有较大应用潜力的二维光子晶体结构,包括正方空气柱结构、三角空气柱结构、正方介质柱结构和三角介质柱结构.在不同晶格常数、占空比(AFF)、柱半径和晶格常数比下,分析了TE模式和TM模式光子禁带的变化.数据分析表明,光子禁带中心波长随AFF增加而变小.相比于其他结构,正方介质柱结构更适于短波段光子晶体LED来提高其出光效率,三角介质柱结构和三角空气柱结构适合用于构造短波段偏振光LED.     

基于Spiro-OMeTAD电子阻挡层的量子点发光二极管电荷平衡改善

针对量子点发光二极管空穴传输层和电子传输层的迁移率差异而导致的电荷不平衡问题,将具有最低未占分子轨道高能级的有机聚合物Spiro-OMeTAD薄膜放置在空穴传输层与量子点发光层之间,阻挡过剩电子由量子点发光层向空穴传输层的传输,促进器件的电荷平衡,制备出一种高效的新型绿色量子点发光二极管。结果表明:相比于传统器件,新型绿色量子点发光二极管器件的外部量子效率提升了87%,达到11.87%,亮度提升了106%,达到53055cd/m~2;阻挡过剩电子的传输可以显著改善器件中的电荷不平衡现象。     

新型发光二极管透镜产生局域空心光束

首次提出采用发光二极管和二次光学透镜直接产生单个局域空心光束的方法.首先从几何光学角度分析发光二极管点光源结合二次光学透镜产生局域空心光束的原理,推算出所得局域空心光束长度及最大暗域半径计算公式,随后用数值计算软件Matlab,3D建模软件Soidworks及光学仿真软件Tracepro计算得出一款二次光学透镜并进行了仿真验证.同时计算了可能获得的局域空心光束的最小尺寸和囚禁粒子的散射力.结果显示:该透镜能够产生单个局域空心光束,所得局域空心光束的长度及最大暗域半径都在误差允许范围内与理论计算符合.研究成果为采用发光二极管光源产生局域空心光束提供一种现实可行低成本的有效方法.     

固态照明光源的基石--氮化镓基白光发光二极管

首先回顾了照明光源的简单历史 ,然后介绍了发光二极管 (LED)发展到大功率白光LED的历史 ,接着简述了国内外发展现状 ,主要技术路线及其特点 .最后阐述了作者在这方面的研究工作进展状况 ,对其发展趋势提出了一些看法 .     

微型投影机光学引擎的研究

设计了一种针对个人用户使用的微型投影机光学引擎,系统为单片式数字光线处理器结构,采用红绿蓝三色大功率高亮度发光二极管作为光源,使用X棱镜作为合色元件,从而实现38.1～50.8 cm的彩色投影显示.对设计结果进行理论分析后可知,设计结果满足投影显示对颜色的要求,光学引擎的理论效率为16.1%.同时利用Light Tools仿真软件对系统进行建模分析,300万条光线追迹仿真的结果表明,光学引擎的效率为14.6%,与理论分析结果基本符合,屏幕上光通量为22.8 lm,其美国国家标准协会规定的九点照度均匀性达到91.55%和-93.36%,满足设计要求.     

衍折射设计用于均匀照明的衍射光学器件

 在工艺上衍射光学元件是通过相位板来实现的,由于其多台阶化产生的不连续性,会对目标光场产生sinc调制,产生高级次衍射斑,损失了15%或者更多能量。通过对设计衍射光学器件的传统的IO迭代算法进行了研究,提出了一种与衍折射相结合的设计方法,在衍射光学器件的部分区域形成一块连续相位区域,减少了相位片台阶化区域的光强和衍射斑的强度。通过逐步变化连续相位对输出光强情况的影响的研究,可以优化相位参数,使入射到输出面的光束保证一定匀滑性的前提下,提高目标光场区域的衍射效率达到90%以上,能够满足均匀照明的要求。     

一种LED汽车前照近光灯配光设计方案

从汽车前照近光灯GB4599-94标准出发,提出了一种LED近光灯的设计方案.该方案采用侧发光型LED为光源,以抛物面作为反射器设计的基础面,根据GB4599-94对近光灯的配光要求在ReflectorCAD中划分基础面,并合理调整各子面的面型数据,使光源经各子面反射后在配光屏上的光照分布满足配光要求.结果表明:采用400 lm侧发光LED和恰当的光学照明系统能完全满足GB4599-94标准对汽车前照近光灯光照分布的要求.限于400lm侧发光LED尚未商品化,采用40.5 lm侧发光LED,通过10组LED-反射器模块叠加逼近此配光方案.     

一种LED汽车前照近光灯配光设计方案

从汽车前照近光灯GB4599-94标准出发,提出了一种LED近光灯的设计方案.该方案采用侧发光型LED为光源,以抛物面作为反射器设计的基础面,根据GB4599-94对近光灯的配光要求在ReflectorCAD中划分基础面,并合理调整各子面的面型数据,使光源经各子面反射后在配光屏上的光照分布满足配光要求.结果表明：采用400 lm侧发光LED和恰当的光学照明系统能完全满足GB4599-94标准对汽车前照近光灯光照分布的要求.限于400 lm侧发光LED尚未商品化,采用40.5 lm侧发光LED,通过10组LED-反射器模块叠加逼近此配光方案.     

一种LED光能收集光学系统的设计

LED作为照明光源在现代光电仪器中得到广泛应用,光能利用效率与光学系统形式密切相关.针对将大发散角LED的光高效会聚到光纤接收端面的需求,提出了一种椭球面和聚光透镜组合光学系统设计的思路.推导了椭球面几何参数、聚光透镜高斯参数等的计算公式,讨论了此类光学系统设计必须满足的约束条件.实例验证了设计方法的可行性.     

LED智能光源混光呈色模型构建方法研究

LED智能光源具有色光可调的特点,其内置微处理系统可以通过无线数据传输等技术调整发光方式,控制光色及发光强度,进而实现照明光源的动态调节,因此特别适合于博物馆展陈、家居照明等智能化照明设计环节。现阶段,鉴于LED光源智能混光技术尚未普及,目前绝大多数商用LED智能光源在混光控制方面仅局限于设备制造商所设定的几类固定模式,无法充分发挥智能LED光源色光可调的技术优势。针对此问题,提出了一种基于BP神经网络以及有效集算法的LED智能光源混光呈色模型构建方法,实现了LED智能光源控制信号与对应发光光谱辐亮度分布之间的双向高精度映射。研究中首先提出了一种基于BP神经网络的LED混光呈色预测方法,实现了由LED智能光源驱动控制值向光源实际发光光谱辐亮度分布的准确预测;在此基础上运用有效集算法实现了由光源实际发光光谱辐亮度分布向LED智能光源驱动控制值的反向高精度预测。实验结果显示,所提出的方法整体建模误差显著小于人眼视觉可分辨阈值(CIEUCS Duv值可低至0.002 7),达到了较为理想的建模效果。该方法的提出,将为当前LED智能光源制造以及现有商用LED智能光源的二次开发与优化提供有效的理论与方法支撑。     

面向自适应害虫诱捕的LED光源照明系统

设计了基于LED单个窄带光谱光源的害虫诱捕系统,可适应于不同害虫在不同季节环境下的趋光性。结合环境参数检测、诱杀虫量检测、单灯多波段LED调控和网络化分布式布局的系统功能,通过害虫趋光自适应模式选取确定最佳光谱LED光源,引诱最大化害虫量。设计了适应生态农业领域不同植株高度和密度的网络化诱捕系统结构。设计了基于害虫趋光性和趋色性的LED多波段灯具,通过测定365~430 nm波段的LED光源,分析得出单光谱波段稳定性及其多波段效果。     

LED路灯的自由曲面二次透镜设计

配光是LED路灯应用的主要技术问题之一。道路照明要求LED路灯在路面为均匀性良好的矩形光斑,在道路外无污染,无眩光。采用Snell定律和光源扩展度守恒原理确定自由曲面的解析方程,借助Matlab工具,采用差分法求解建立的偏微分方程,得到自由曲面的数据组,用作图软件Pro/Engineer为自由曲面透镜建模,通过计算机仿真软件TracePro进行光路仿真检验设计结果,并对所得结果进行分析。设计一款内表面为椭球面,外表面为自由曲面的LED路灯透镜,实现了路面光照总均匀度0.75,纵向均匀度0.85的效果。     

内置LED定标光源的积分球设计

为了适应野外环境下的积分球操作,简化配件的使用和减少使用过程中误差的引入,利用LED的长时间发光均匀稳定特性,将LED作为定标光源内置于积分球中,设计了一种可便携式的自定标积分球。在验证LED稳定性的基础上,配合老化筛选装置,为定标光源选择最合适的LED器件,系统采用恒流源驱动,保证了积分球的长寿耐用。展示了积分球机械装配图,列出器件在积分球体上的安装位置,并进行了模型400~800nm光谱波段试定标,其线性度达99.994%,球体设计直径500mm,开口直径100mm,总开口比约为6%,重量约为18kg。建成之后将方便进行野外环境的实用工程。     

发光二极管路灯光强空间分布的非线性优化设计

道路照明的首要目的是满足使用者的视觉需求,在此前提下还应尽可能降低能耗实现节能环保,这两点均与道路灯具的光强空间分布密切相关。而很难用一种通用的光强分布适用不同的道路和灯具安装条件。针对主干路、次干路、支路3种典型道路类型,提出了根据具体道路、安装条件以及驾驶员视觉光环境需求逆向设计灯具最节能光强空间分布的思路,并建立了以驾驶员视觉光环境需求为约束、以灯具总光通量最小为目标的非线性优化模型,将路面照度分布表述为余弦多项式并利用分级优化方法进行了求解。得到了3种典型道路条件下发光二极管(LED)路灯的最佳光强空间分布,相比现基于照度均匀分布设计的LED路灯光强分布,驾驶员视觉光环境质量显著改善,且灯具节能30%左右。     

静电放电对GaN基功率型LED老化特性的影响

对GaN基蓝光功率型LED在老化前和老化期间施加反向人体模式静电放电(ESD),并对静电打击前后及老化前后的LED光学电学参数进行分析。实验结果及理论分析表明,ESD使LED芯片有源层及限制层中产生缺陷,最终导致电学特性及光学特性的变化。ESD给LED带来的损伤可在老化前期过程中被局部恢复,但随着老化时间推移,电参数漂移程度及光衰幅度不断增大,而老化过程中LED对ESD的敏感度增加,使LED抗ESD能力减弱。     

一种大功率LED散热系统模糊控制器设计

基于当前的COB封装LED芯片,分析了芯片的热阻模型,推导出发光结在理想温度下工作时的基板温度。针对大功率LED存在的散热问题,基于课题组双进双出射流冲击水冷散热系统,设计了一种模糊控制器,选取温度变化和温度变化率为控制输入量,并对各控制输入量的范围设定进行了说明。根据设计的控制器进行程序编写,下载到控制芯片中进行实际验证,在20℃环境温度下,芯片基板温度最终维持在35.5~36.5℃之间,保证了灯具正常、稳定工作,为大功率LED散热系统提供了一种控制器设计方案,具有一定的实际意义。