激光白光的研究进展及关键技术分析

激光白光光源在固体照明的应用潜力已成为国内外的研究热点,但目前还有许多亟待解决的科学问题。综述了国内外激光白光的研究进展,分析了激光在固态照明领域应用的可行性。介绍了激光白光的基本原理以及实现激光照明应用需解决的几个关键技术,为国内开展研究提供参考。

固态照明用蓝光LED和LD辐射量子效率与电流密度的比较研究

比较了蓝光LED和LD的辐射量子效率随电流密度变化的趋势。LED在低电流密度时具有很高的辐射量子效率,并且在电流密度为24.4A/cm^2时达到了峰值效率,随着电流密度的增大,其量子效率会急剧下降;LD在电流密度低于出光阈值时辐射量子效率为零,待达到出光阈值后迅速上升并在电流密度为4.85×10~3 A/cm^2时超越LED。分析表明,LED效率骤减是由于自身的发光机理限制了辐射速率的提升;LD受激辐射发光机理恰好弥补了LED的不足,其辐射量子效率受非辐射复合速率的影响较小。结果表明,LD具有高电流密度下高辐射量子效率的特性。

蓝光LED与LD激发方式对白光光效的影响

为了进一步提高固态白光光源的光效,探寻激发源与光效的关系,文章以菲涅尔理论为基础,研究了蓝光LED和LD作为激发源时,光能利用率随入射角及偏振角的关系。LED为激发源时,其光能利用率最大为96%;线偏振态LD为激发源时,入射角度为布儒斯特角、偏振角度为0°时,其光能利用率可达100%。研究表明在荧光转换型白光中,线偏振特性的LD相较于非偏振态的LED具有更好的光能利用率。基于所得结论提出了一种适用于LD激发荧光粉获取白光的荧光粉模块,并用蒙特卡罗光线追迹法进行了仿真验证,模拟结果与理论值完全吻合。

激发源光谱宽度对其辐射通量转换效率的影响

为了进一步提高固态照明中荧光转换光源(PC-LED)的白光发射效率,探寻激发源与荧光粉搭配对合成白光辐射通量转换效率之间的关系。以YAG荧光粉为对象,搭配不同光谱宽度的激发源,采用光谱计算方法研究了合成白光光源中激发源光谱宽度对其辐射通量转换效率的影响,计算结果通过实验进行了验证。结果表明:当光谱宽度较小时,转换效率随光谱宽度的增加而缓慢降低;当光谱宽度大于18 nm时,转换效率急剧下降。每种荧光粉都有其理想激发源光谱宽度范围,在此范围内激发源辐射通量转换效率高且受其光谱宽度影响较弱。