1 华南理工大学 材料科学与工程学院, 广东 广州 510640
2 佛山市南海区广工大数控装备协同创新研究院, 广东 佛山 528225
3 华南理工大学 发光材料与器件国家重点实验室, 广东 广州 510640
4 华南理工大学 自动化科学与工程学院, 广东 广州 510640
为了研究室内可见光ID定位系统中可见光分布对定位功能实现的关系, 搭建可见光通信异步ID定位系统, 通过模拟仿真与实验相结合的方法, 得出定位系统的定位范围和传输误码率分布。实验结果表明: 利用Matlab可以近似地模拟实际模型的空间光分布, 在光分布的三维分布图中找出定位系统光学边界, 准确地调节定位系统的定位阈值。进一步搭建了50 cm×50 cm×50 cm的定位系统原型, 在光学边界范围内实现无误码率的异步通信和定位功能, 而在定位边界上, 信号传输的误码率迅速上升, 当信噪比为25 dB时, 在光学边界上会出现8 cm的信号盲区, 适当增加系统的信噪比, 将有效降低信号盲区的大小。
可见光通信 室内定位 光强分布 误码率 visible light communication indoor positioning light distribution bit error rate 红外与激光工程
2017, 46(12): 1222001
1 华南理工大学 材料科学与工程学院, 广东 广州 510640
2 华南理工大学 发光材料与器件国家重点实验室, 广东 广州 510640
针对直下式LED平板灯均匀度低且厚度大的缺点, 提出了一种带有曲面底板的直下式LED平板灯, 采用Taguchi方法设计, 并通过TracePro软件进行仿真模拟, 对影响直下式LED平板灯照度均匀度和平均照度的参数因子进行分析, 并运用ANOVA理论分析出各因子对品质的影响程度, 优化各项结构参数, 以设计出符合要求的产品, 并通过实验对模拟结果进行验证。结果表明: LED芯片排布方式对照度均匀度和平均照度的影响程度都最大, 分别有47.4%和50.2%的贡献度。当芯片选择正六边形排布, 倾斜角度为30°, 平板灯无微结构, 混光距离为25 mm, 得到最优化照明效果。扩散板照度均匀度达到88.3%, 与实验结果基本一致,厚度相对于目前直下式平板灯减少37.5%以上。模拟得到的会议室照明效果满足国家建筑照明设计标准, 所得结果为设计直下式平板灯提供理论依据。
直下式平板灯 曲面底板 Taguchi方法 照度 direct-down type panel light curved surface plate Taguchi method illumination ANOVA ANOVA 红外与激光工程
2017, 46(7): 0718004
1 华南理工大学 材料科学与工程学院, 广东 广州510640
2 华南理工大学 发光材料与器件国家重点实验室, 广东 广州510640
为解决紫外光LED固化面光源光斑均匀性差及辐照强度低的问题, 提出一种阵列式紫外光LED固化面光源光学系统的设计方法。基于几何光学及菲涅耳定律等相关理论, 完成近朗伯光型LED透镜自由曲面轮廓线的推导, 结合理论公式计算出透镜阵列排布时透镜之间的最佳间距。结果表明: 透镜有效控制了光线的发散, 提高了阵列面光源所产生光斑的辐照强度及照度均匀度, 使阵列结构更加紧凑。当光源半值角分别为27.5°和15.5°时, 照度均匀度分别为95.3%和98.6%, 辐照强度分别是理想朗伯型光源阵列的2.5倍和6.4倍。进一步分析了工作距离和芯片形状及其尺寸对面光源光学系统的影响, 并通过实验对模拟结果进行验证, 为紫外发光二极管的应用及光学系统设计提供了一定的理论依据。
光学设计 自由曲面 近朗伯光源 紫外固化 阵列 optical design freeform surface approximate Lambertian source ultraviolet curing array
1 华南理工大学自动化科学与工程学院, 广东 广州 510640
2 华南理工大学发光材料与器件国家重点实验室, 广东 广州 510640
3 华南理工大学材料科学与工程学院, 广东 广州 510640
多个参考点光源间的信号相互干扰，使得室内可见光通信定位系统的精度不高。为此提出一种基于码分多址（CDMA）调制的可见光定位算法，利用扩频码的正交性，对每个发光二极管（LED）所发出的身份识别（ID）信息进行扩频处理，在克服了码间干扰的同时，提升了信道的容量。接收端由自适应滤波器分辨出解扩后的ID信息以及对应的信号强度，根据ID信息确定定位的位置区域，根据衰减强度确定定位点与各LED的距离，利用接收信号强度（RSS）三角定位算法实现接收机的定位，并采用分集接收技术来提高接收增益以提升定位的精度。仿真结果表明，该定位系统最大误差为6.18 cm，超过88%的定位点的测量精度被控制在5 cm以内。该系统不仅实现了较高精度的定位，而且易于控制、稳定性好，具有广阔的应用前景。
光通信 码分多址 接收信号强度 三角定位算法 室内定位系统 光学学报
2016, 36(11): 1106006
1 华南理工大学 材料科学与工程学院, 广东 广州 510640
2 华南理工大学 发光材料与器件国家重点实验室, 广东 广州 510640
针对侧入式LED平板灯出光效率低、导光板(LGP)制造成本高、设计流程繁琐等缺点设计了一种无导光板的LED平板灯。利用复合抛物面反光杯(CPC)将LED阵列发出的光束汇聚并投射在出光面板上, 并通过掠射和叠加的方法实现了出光面板的照度均匀性。进一步采用Taguchi实验方法进行设计, 并借助Tracepro软件仿真分析, 将影响该灯具最大照度和照度均匀度的因子进行研究与分析, 同时运用ANOVA理论分析出因子对品质的影响程度, 进而优化灯具的各项结构参数, 设计出一款均匀度95.87%、最大照度39 870 lx无导光板LED平板灯。结果表明: 该平板灯的效果达到甚至超过目前市面上的LED平板灯, 并且其无导光板的设计可以在很大程度上降低LED平板灯的生产成本; 此外, 将Taguchi方法引入平板灯的设计简化了设计流程。
光学设计 平板灯 optical design flat panel light Tracepro Tracepro Taguchi Taguchi ANOVA ANOVA 红外与激光工程
2016, 45(4): 0418001
1 华南理工大学材料科学与工程学院, 广东 广州 510640
2 华南理工大学发光材料与器件国家重点实验室, 广东 广州 510640
由于码间干扰的影响，导致可见光通信系统的误码率提升。为此，提出了一种基于人工神经元网络(ANN)的 接收系统，采用角度分集接收技术采集信号，并通过神经元网络对所获得的多组数据进行合并优化构成总的输出 信号。该接收系统可以有效地降低码间干扰对系统的影响，提高接收信号的信噪比(SNR)，降低系统的误码率 (BER)。采用Matlab 软件模拟仿真信号传输实验以验证该系统的性能及优越性。仿真结果表明，在信源与环境的 信噪比相同情况下，基于神经元网络均衡处理的分集接收系统误码率比传统的使用单输入单输出(SISO)技术的系 统误码率更低，并且可以减弱码间干扰所带来的影响。优化了可见光通信(VLC)系统的信道性能，具有广阔的应用 前景。
光通信 可见光通信 人工神经元网络 角度分集接收 误码率 码间干扰 中国激光
2015, 42(11): 1105002
Author Affiliations
Abstract
1 Institute of Polymer Optoelectronic Materials and Devices, South China University of Technology, Guangzhou 510640, China
2 State Key Laboratory of Luminescent Materials and Devices, South China University of Technology, Guangzhou 510640, China
A novel structure, called a “freeform surface,” is integrated into a direct type light-emitting diode backlight. By applying the Taguchi method, the performance of this backlight is optimized. The Taguchi experiments are configured in L9(34) orthogonal arrays and are simulated via LightTool analysis software. After that, the influence of the design parameters on the luminance and uniformity are separately evaluated by analysis of variance (ANOVA). Next, the parameters are optimized, and a new backlight structure with desirable performance is designed at last. LightTool simulation shows that this new type of backlight is just 15 mm thick and has 310.3 nits luminance and 83.5% uniformity.
230.3670 Light-emitting diodes 220.2945 Illumination design Chinese Optics Letters
2015, 13(3): 032302
1 华南理工大学 材料科学与工程学院,广州 510640
2 华南理工大学 机械与汽车工程学院, 广州 510640
3 华南理工大学 发光材料与器件国家重点实验室,广州 510640
针对直下式LED平板灯厚度大、光源密度大的缺点,设计了一种带有圆锥台光学元件的超薄直下式LED平板灯,利用漫反射背板和反光圆锥台结构增加LED的混光距离,提高平板灯均匀度.应用划分单元的思想,以一个六角形光源为单元进行研究,采用Taguchi实验方法设计正交试验组并借助Tracepro软件仿真;考量六角形光源的圆锥台元件上下表面半径、厚度、距LED高度以及LED间距5个因子对该灯具均匀度和光效率的影响,并运用ANOVA理论分析出因子对品质的影响程度,进而优化灯具的各项结构参量,最终设计出一款厚度仅15 mm,均匀度达95.3%,光效率达92.97%的直下式LED平板灯.
平板灯 非成像光学 Panel lights Non-imaging optics LED LED Taguchi Taguchi ANOVA ANOVA 光子学报
2015, 44(10): 1022003
1 华南理工大学高分子光电材料与器件研究所, 广东 广州 510640
2 华南理工大学发光材料与器件国家重点实验室, 广东 广州 510640
根据RGBW 四色混光方程组，结合脉冲宽度调制法的特点推导出占空比与色品坐标的函数关系。借助Matlab软件对混合光的光效和一般显色指数进行多元约束条件下寻优，并通过实验验证。结果表明：RGBW 光源模块可实现2703 K~7692 K 色温范围的白光，优化目标为显色性能最佳时，混合光的一般显色指数高达95，在光效最大的优化目标下，混合光可以实现108 lm/W 的高光效。为了使光源模块同时具有优良的光效和显色性能，提出对光效和一般显色指数同时进行寻优。模拟实验表明：适当降低光效可以显著提高显色性能；降低显色性能同样可以改善光效。通过平衡光效和显色性能，可以实现一般显色指数大于90且适用于多数场所的高光效白光。
光电子学 动态色温 发光二极管 脉冲宽度调制
1 华南理工大学 材料科学与工程学院, 广州 510640
2 华南理工大学 发光材料与器件国家重点实验室, 广州 510640
提出了一种侧入式无导光板自然光平板灯的设计方法.利用有机玻璃光纤将收集的自然光传导至平板灯里, 为达到均匀的自然光出光效果, 通过柱面透镜将光纤的输出光会聚并掠射在带有自由曲面的反光背板上.借助Tracepro软件设计不同投射角下的自由曲面反光背板并仿真, 结果表明: 设计的灯具照度均匀度达到94.1%.该灯具不仅可以解决LED的蓝光危害问题而且制作流程简单.该设计对太阳光转化为功能性照明和绿色照明具有借鉴意义.
光学设计 平板灯 自由曲面 有机玻璃光纤 Optical design Flat panel light Tracepro Tracepro Freeform surface PMMA optical fiber
