在照明领域中, LED已被证明是一种很有前途的人造光源, 其光谱可以用来合成日光光谱。 目前通过不同种类的LED合成日光光谱的关键问题是如何从LED数据库中选择LED型号和确定各型号LED的工作参数。 针对这一问题, 科学家们提出了通过各种数学模型来表示LED的光谱功率分布, 如高斯函数、 洛伦兹函数、 logistic功率峰函数等。 这些数学模型可以准确地反映出LED的非线性光谱特征, 包括峰值波长、 半高宽、 红移等。 但是通过数学光谱模型模拟的LED光谱与真实的LED光谱并不完全相同, 通过数学光谱模型模拟的LED光谱曲线都是轴对称的。 然而, 真实的蓝色和绿色LED光谱曲线在短波长的一面更陡, 在长波长的一面更缓, 红色LED光谱曲线则相反。 基于现有的多个LED的基础上提出了一个新的模拟日光光谱的方法。 通过设计一个滤光片和调节各个现有的LED光源的辐射量权重（LED光源的辐射量权重为当前LED光源的辐射量与该LED的最大辐射量的百分比）来进行仿真实验, 以此模拟出一个新的光源, 使其光谱与日光光谱相接近。 即将一个滤光片放置在多个LED的混合光源下, 通过滤光片的光谱透射率和各个LED光源的辐射量权重来限制光源的光谱, 使得修正后的多个LED混合光源的光谱尽可能的接近日光光源光谱。 因工业要求需要对滤光片的光谱透射率曲线进行平滑约束。 最后通过优化后的滤光片的光谱透射率求出各个LED光源的辐射量权重的最小二乘解, 从而得到各个最优的LED光源的辐射量权重。 通过仿真实验, 最后该方法得到的模拟日光光源的相关色温(CCT)为6 492 K, 目标光源的相关色温为6 503 K。 模拟日光光源光谱与日光光谱的拟合优度(R2)为0.992 6。 该方法对基于LED的日光光谱拟合的研究有重要的参考价值。

为解决目前白光LED光谱非连续性问题,设计出一种基于单色LED的太阳光谱合成方法。该方法通过构建单色LED光谱模型,采用最小二乘算法以最大相关指数R2为优化目标,实现对太阳光谱的拟合。在理想峰值波长等间隔LED拟合的基础上,对非等间隔的单色LED进行最佳拟合求解,得到27种单色LED的最优组合,其相关指数R2达到0.9576;通过递减实验,优化分析两组17种单色LED组合光谱的拟合结果,其混合光谱仍满足AM1.5的A级标准要求,实现了多种LED对太阳光谱的最佳拟合,同时降低了工程应用的难度。

单色红外LED器件的发射功率受传输距离、光源工作电流及工作频率等因素的影响, 各因素均应视为非平稳变化的影响因素。通过实验标定和曲线拟合建立其影响模型, 可以进一步通过生物地理学优化算法进行多参量系统优化, 直接确定最佳参量条件。利用生物地理学优化算法是一种全局性优化算法, 极适合综合处理不同物理机制的各种外界因素变化对单色红外LED器件的发射功率的影响。该方法可以解决纸张水分测量技术的瓶颈问题, 提高其测量精度。

利用单色LED实现对AM1.5标准太阳光谱可见光(380~780 nm)波段和标准光源CIE-D65的匹配, 提出了通过有效集算法作为目标光谱的匹配算法, 将Epitex公司的大功率单色LED的峰值波长和半高全宽数据作为有效集, 并建立了一个数据库。将相关指数R2最大作为优化目标, 通过MATLAB编程求解超定方程组的最小二乘解求出拟合所需要的单色LED的种类和数量。拟合AM1.5可见光的最佳组合中使用24种单色LED, 相关指数R2高达0.850 2, 拟合标准光源CIE-D65的最佳组合中使用25种单色LED, 相关指数R2高达0.940 5。进行了增加LED和减少LED的优化实验。得出的结果对工程实践中单色LED拟合太阳光谱的研究提供了理论基础。

提出一种基于单色LED补偿白光LED技术, 模拟日光在可见光范围内的光谱。实际调研了大功率单色LED现状, 采用光子在二维空间内联合态密度函数作为单色LED的光谱辐射模型, 建立LED模拟仿真数据库。通过求解超定方程组的非负最小二乘解, 优化选择不同峰值波长以及半高宽的单色LED与白光LED组合, 实现对目标光谱的匹配及太阳光谱的再现。对比研究了白光LED补偿技术和纯单色LED组装技术, 并分析了不同种类LED组合对太阳光谱的模拟情况。结果表明, 白光LED补偿技术拟合太阳光谱相关指数达到90.74%, 优于纯单色LED组装技术。并且当单色LED种类减少时, 白光LED补偿技术相比纯单色LED组装技术可以实现更好的模拟效果。该方法对实现基于LED类日光照明具有较好的指导意义。

为解决可见光CCD对空中飞行器远距离高精度跟踪问题，常常需要在飞行器上安装合作信标，以使探测系统能够尽早探测到目标。以辐射度量为标准，从目标信号、背景信号差值与探测器噪声比值的角度出发，分析了探测单色LED信标与可见光CCD最小探测功率、探测到光点所占像素数以及大气透射率之间的关系，计算了在一定作用距离下满足探测要求的不同波长单色LED信标的光功率，并通过观察地面实验中CCD的成像效果，验证了计算结果的正确性。

针对白光LED光谱与自然光谱的不同, 讨论了采用光学薄膜改善白光LED光谱的可行性, 同时提出了一种利用光学薄膜消除白光LED发光光谱中蓝光成份的方法, 设计了光学薄膜的透过率曲线, 并分析了其可行性.针对单色LED光谱随温度不同发生变化的特点, 根据分析样品在4.9°、24°和49°三种环境温度下的光谱分布, 设计了一种光学薄膜的透过率曲线, 分析利用该设计薄膜改善单色LED光谱温度稳定性的可行性及结果.研究结果表明, 在保证白光LED出光效率的前提下, 仅靠在发光芯片上镀制光学薄膜的方式并不能改善光谱的结构, 而使之与自然光中的可见光谱相似.采用设计的光学薄膜, 可以消除白光LED发光光谱中的蓝光波段, 提高光谱的舒适性.在4.9°、24°和49°三种环境温度下, 利用设计的薄膜可将分析LED的发光光谱的中心波长稳定在700 nm附近, 相对发光强度稳定在0.2附近, 不同温度时光谱分布的相似性也有了较大的改善, 研究结果有助于LED照明光源的进一步应用.