针对现有利用自然光源的被动DOAS测量方法无法实现夜间对NO2等痕量气体进行垂直分布探测的问题, 提出构建一种基于窄带光源蓝光LED技术的DOAS测量NO2的方法, 搭建了仪器系统, 成功地实现了夜间对NO2气体浓度的测量。 该系统主要分为灯源发射系统和望远镜接收系统两部分, 采用主波长为450nm的LED作为光源, 通过望远镜采集发光束的散射光, 利用光纤耦合将望远镜接收到的散射光导入光谱仪中, 结合DOAS原理运用计算机进行处理。 DOAS的理论基础是朗伯-比尔（Lambert-Beer）定律, 据此原理可将数据处理过程概述如下: 首先采集相对干净光谱作为背景参考谱, 用实际测量大气谱除以参考谱, 利用数字高通滤波去除慢变化部分, 然后取对数, 即可获得光学厚度; 其次将仪器函数与NO2的高分辨率截面卷积, 得到与所用仪器相匹配的低分辨率吸收截面; 最后将差分吸收截面与处理后的差分光学厚度相结合, 运用最小二乘法拟合并结合光程L即可获得NO2浓度值。 同时可通过调节灯源光速发射角度及望远镜接收角度, 测出不同位置处NO2浓度值, 进而给出NO2气体浓度的立体分布信息。 在算法确定的情况下, LED灯谱质量对仪器系统的可靠性显得尤为重要。 由于LED光谱受温度及驱动电流影响较大, 为了保证LED处于最佳工作状态, 开展了LED光谱温度及驱动电流敏感性实验。 测试结果表明, 要确保采集到的光谱稳定且具有较高质量, LED工作温度应低于20 ℃, 驱动电流需控制在1.5 A以内, 且两者波动范围较小。 实验中, LED实际工作温度为10~15 ℃, 驱动电流为1.4 A, 控制精度±1 mA, 能够满足实验要求。 为了提高LED阵列密度、 获得更加集中的发光束, LED底座基板采用正六边形结构, 每块正六边形基板上7只LED串联, 各个基板之间并联。 经计算较采用矩形结构, 其空间利用率提高了8%。 各基板工作电流1.4 A, 最大电压23.8 V, 易于扩展, 维护方便。 为了验证方案可行性及系统的可靠性, 进行了实验室测试及外场实验。 实验室采用NO2样气浓度为1 642.86 mg·m-3, 不确定度5%。 系统测量结果为1 607.54 mg·m-3, 与标定值误差为2.15%, 在标定的不确定度范围以内, 经计算系统检测线为0.014 3 mg·m-3(6.942 ppb), 因此可认为测量结果准确。 将外场实验测量结果与同时段国控站点给出的NO2数据进行了对比, 对应时间段结果偏差均在10%以内, 两组数据线性拟合一致性较好, 相关系数达0.967, 表明该系统所测NO2结果较准确。 研究结果表明, 在确保LED光源稳定的基础上, 采用基于窄带光源蓝光LED的DOAS方法能够实现夜间对NO2气体垂直分布情况测量。 为大气痕量气体垂直分布测量、 特别是在夜间条件下对痕量气体立体分布测量提供了一种新的思路。

本文采用Silvaco TCAD软件对GaN基InGaN/GaN量子阱蓝光发光二极管(LED)的光谱特性进行了仿真研究。研究结果表明:光谱会随着注入电压的增加而产生蓝移现象,并出现0.365 μm处的紫外光发光峰;发光效率在正向电流较小时增长很快,随着正向电流进一步增加而逐渐趋于饱和;随着量子阱中In组分和量子阱阱层厚度的增加,发光光谱出现红移现象,并且发光效率下降。仿真结果对GaN基InGaN/GaN量子阱结构蓝光LED的设计和优化提供一定的依据。

使用MOCVD在图形化Si衬底上生长了含V形坑的InGaN/GaN蓝光LED。通过改变生长温度, 生长了禁带宽度稍大的载流子限制阱和禁带宽度稍小的发光阱, 研究了两类量子阱组合对含V形坑InGaN/GaN基蓝光LED效率衰减的影响。使用高分辨率X射线衍射仪和LED电致发光测试系统对LED外延结构和LED光电性能进行了表征。结果表明: 限制阱靠近n层、发光阱靠近p层的新型量子阱结构, 在室温75 A/cm2时的外量子效率相对于其最高点仅衰减12.7% , 明显优于其他量子阱结构的16.3%、16.0%、28.4%效率衰减, 且只有这种结构在低温时(T≤150 K)未出现内量子效率随电流增大而剧烈衰减的现象。结果表明, 合理的量子阱结构设计能够显著提高电子空穴在含V形坑量子阱中的有效交叠, 促进载流子在阱间交互, 提高载流子匹配度, 抑制电子泄漏, 从而减缓效率衰减、提升器件光电性能。

针对LED照明通信集成芯片的应用, 设计了一种包括蓝光LED和GaN PD的双向通信集成芯片。工作时蓝光和紫外光形成两路光通信。集成芯片的小尺寸可使LED照明通信减少一半的灯珠数量以利于缩小系统体积。对集成芯片采用串口通信协议和开关键控(OOK)调制解调装置进行单向、双向通信测试及分析。实验结果显示, 集成芯片实现单向照明通信时, 紫外通信误码率在10-6以下, 在双向通信且蓝光LED电流密度不大于2.8 mA/mm2时, 紫外通信误码率在10-3以下。

以30名视力正常的学生为研究对象, 采用剂量作业法、生理参数法和疲劳评价法研究了人体在峰值波长分别为468, 457, 453 nm的蓝光LED照明下的光生物节律效应。结果表明:在剂量作业法中, 蓝光LED对错误率、工作速度和脑力工作指数的影响均为453 nm＜457 nm＜468 nm; 在生理参数法中, 468 nm蓝光LED对脉搏的变化影响最大, 对收缩/舒张压的影响不明显; 在疲劳评价法中, 蓝光LED对人体舒适度的影响为453 nm＜457 nm＜468 nm。综上所述, 在3种峰值波长蓝光中, 468 nm的蓝光对人体光生物节律影响最大。

报道了芯片尺寸为500 μm×500 μm 硅衬底GaN基蓝光LED在常温下经1 000 h加速老化后的电学和发光性能，其光功率随老化时间的变化分先升后降两个阶段；老化后的反向漏电流和正向小电压下的电流均有明显的增加；老化后器件的外量子效率(EQE)比老化前低；老化前后EQE衰减幅度在不同的注入电流下存在明显差异，衰减幅度最小处出现在发光效率最高时对应的电流密度区间。

封装并测量了瓦级大功率InGaN蓝色发光二极管(LED)在不同正向电流IF驱动下的光通量、电功率、发光效率、发射光谱和色品坐标等参数的变化。研究表明, 光通量与电功率随IF的增大呈亚线性增加,而发光效率η则下降。当IF从50 mA一直增大到450 mA左右时,发射光谱的峰值波长λp随IF的增加发生蓝移,蓝移现象可能与InGaN蓝光LED芯片在较大电流时能带被拉平以及In成分的作用有关。当IF大于500 mA或800 mA后,λp又发生红移,红移现象可能与大电流注入下InGaN蓝光LED芯片产生的热效应以及电子-空穴对辐射复合有关。此外,光谱的半峰全宽(FWHM)产生宽化现象,色坐标x和y值也发生变化。

GaN基蓝光LED高亮度化对传统照明光源带来了很大冲击.简述了GaN材料和GaN基蓝光LED器件结构的发展,阐述了为了改善LED性能的一些新措施、LED在照明光源上的应用优势,给出了白光LED的常用制备方法以及最新的研究成果.最后,提出了需要着重解决的问题.