荧光太阳集光器在光伏建筑一体化方面的潜在应用受到了广泛关注。本文采用CsPbBr3纳米晶作为集光器的发光中心, 采用硫醇-烯聚合物作为集光器的透明光波导基质。通过荧光发射谱、吸收谱以及荧光寿命谱等对集光性能进行研究, 发现将CsPbBr3纳米晶掺入硫醇-烯聚合物后, 发光峰位蓝移了11 nm、半高宽展宽了20.4 nm, 这可归因于硫醇-烯聚合物基质的介电约束效应。同时, 硫醇-烯聚合物基质大幅提高了CsPbBr3纳米晶的发光稳定性。当CsPbBr3纳米晶在硫醇-烯聚合物基质中的掺杂浓度为5.6%时, 荧光太阳集光器的集光效率可达8.9%。采用商用的多晶硅太阳能电池耦合在荧光太阳集光器的边缘, 在标准AM1.5的太阳光照条件下, 器件开路电压为0.47 V, 短路电流密度为7.14 mA/cm2, 填充因子为24.01%, 光电转换效率为2.30%。

固态照明作为第四代照明光源因其高效、环保的优势在近30年来得到了飞速发展, 广泛应用于各种场景(例如汽车大灯、投影显示、工业生产和远距离照明)。而大功率、高亮度的白色发光二极管(W-LED)及激光照明技术对颜色转换材料的服役稳定性提出了新的要求, 荧光陶瓷以其能承受高功率激发密度的独特优势应运而生。本文综合评述了固态照明/显示用荧光陶瓷的最新研究进展, 阐明了光源的评估标准, 总结了白光及几种单色发光荧光陶瓷在大功率照明和投影显示领域的发展和应用。并阐述了荧光陶瓷中光提取效率、显色指数(CRI)和相关色温(CCT)的提升策略, 讨论了激光照明中的发光饱和与发光均匀性问题。最后对荧光陶瓷在固态照明/显示应用中的前景和挑战进行了展望。

设计了用于发光二极管(LED) 微显示器折射率匹配层结构, 可以提高LED 微显示器的光学性能。倒装结构的LED微显示器出光面为蓝宝石(折射率约1.76), 它和空气的折射率(约为1.0)相差较大, 会有很大一部分光因为全反射而反射回器件内部被吸收, 导致器件的光效率降低。本文通过涂敷折射率匹配层硅胶(折射率约1.41～1.53)的方法, 改变器件表层的折射率使其和空气的折射率相匹配, 增加光逃逸锥角, 从而提高器件的光效率。结果表明涂敷硅胶可以提高光效率约25.75%, 在涂敷硅胶基础上盖玻璃片(折射率约1.47)可提高光效率约32.78%, 且硅胶涂敷前后器件的电学、光学、结温稳定性好。尽管增加的是侧方向的光通量, 但是其光效率的增加为高效率LED微显示的实现提供了参考依据。

针对GaN基正装结构的LED芯片存在电流分布不均匀的问题,对传统的电极结构进行优化设计。通过建立有限元分析软件COMSOL的三维仿真模型,对传统结构和优化电极结构的芯片有源层电流分布进行了仿真,结果表明优化后的芯片电流分布更均匀。然后制备了不同结构的LED芯片进行光电性能测试,发现将N电极形状改变为扇形结构能提高LED的出光效率,在输入电流为20 mA时,LED芯片的输出光功率为31.84 mW,出光效率为52.03%,相比传统LED芯片出光效率提高了6.14%。

为了充分利用LAMOST望远镜, 实现对银河系不同星族的分布与整体性研究, 以及极端贫金属星元素丰度测定等科学目标, 研制了LAMOST高分辨率光谱仪, 光谱分辨率R≥30 000, 光谱覆盖范围380~740 nm。在充分考虑台址因素与现有条件后, 采用中继倍率07倍的准白瞳设计方案, 使用大芯径光纤、拼接大光栅、棱栅组合式横向色散器、缝前像切分器等措施来满足性能要求。进行了效率估算与杂散光分析, 光谱仪本体效率峰值大于30%, 杂散光照度占CCD总照度的255%, 信噪比为1601 dB。试运行阶段实测了太阳光谱, 温度稳定性达到±003 ℃, 光谱仪效率峰值约为335%, 满足稳定、高效的运行要求。

为提高OLED出光效率，在OLED基底上设计锥状微结构阵列，通过几何光学和光线追迹方法分析了锥状微结构对OLED出光效率的影响。结果表明：锥状微结构阵列最大可以提高60%的出光效率；锥状微结构阵列的占空比、材料折射率和坡度角对出光效率有较大影响；锥状微结构阵列不会改变OLED的辐射角，且有一定的聚光作用。结果为提高OLED出光效率提供一种新的参考和方法。

针对当前军、民用领域对新型生物消光材料的需求, 将制备出的絮状颗粒等效为子弹玫瑰花型粒子, 将其作为单元颗粒构建不同结构的生物颗粒, 并对生物颗粒结构进行参数化表征, 采用离散偶极子近似法(DDA)计算生物颗粒远红外波段平均消光效率因子。结果表明: 生物颗粒远红外波段平均消光效率因子与尺度因子和孔隙率成正相关。在研究平均消光效率因子与尺度因子和孔隙率关系的基础上, 构建了生物颗粒远红外波段平均消光效率因子模型, 计算时间较DDA法缩短, 计算误差在10％以内。模型的构建将为生物消光材料发展以及形态控制提供理论基础。

为了提高OLED出光效率, 在OLED基底表面设计了二维连续表面亚波长光栅。利用等高台阶逼近的方法近似连续表面光栅结构, 并结合等效介质理论和薄膜光学原理, 设计光栅参数: 刻蚀深度0.29 μm, 周期大小0.165 μm, 底边直径与周期的比值等于1, 可以实现宽光谱、广角度的高透射率。利用时域有限差分方法仿真计算了该光栅对OLED基底出光效率的影响, 结果表明, 出光效率最高可提高30%。

采用纳米结构是提高有机发光二极管(OLED)出光效率(LEE)的主要方法之一。当纳米结构位于有机层和氧化铟锡(ITO)阳极之间时,可以起到引导模式的重叠、增强散射、提高OLED出光效率的目的。采用金薄膜退火和湿法刻蚀技术在ITO玻璃片上制备随机分布的纳米图形用于橙光OLED器件,研究了纳米图形对器件发光性能的影响因素,同时制作了无纳米图形的标准OLED 器件作为对比。实验结果表明,当金薄膜厚度为10 nm,退火温度为570 ℃,退火时间为240 s,刻蚀深度为30 nm时,与无纳米图形的OLED相比,有纳米图形的OLED的亮度提高17%,电流效率提高34%,功率效率提高32%,外量子效率提高35%,证明纳米图形可以显著地提高OLED器件的出光效率。