红外与激光工程
2023, 52(12): 20230630
河南理工大学 物理与电子信息学院，河南 焦作 454000
伴随大功率LED和激光照明技术的快速进步，相关的材料学研究也越来越多地涉及到封装技术、光学设计、模块化、光热一体化等内容。在此背景下，研究者在专注于优化荧光材料性能的基础上，需要越来越多地涉及基于光度学参数的材料设计。因此，系统掌握相关光度学参数的定义和表征原理，可对新型荧光材料的设计和开发起到促进作用。本文旨在向荧光材料领域简明扼要地介绍包括“光强”、“光出射度”、“光亮度”、“光照度”等参数在内的光度学基础知识，并结合实际的研究案例，阐述上述参数的测试方法和原理。最后展望以各光度学参数为导向的研究策略，为相关荧光材料的研究提供思路。
荧光材料 固态照明 光度学 激光照明 phosphors solid-state lighting photometry laser lighting
陕西科技大学 材料科学与工程学院, 西安 710021
SiAlON基荧光粉因其优异的化学和物理稳定性, 成为近年来发光领域的一个研究热点, 尤其在LED等领域, 受到研究者的热切关注。稀土掺杂SiAlON基荧光粉体有望成为新一代照明光源。由于缺乏青色光发射, 往往会造成显色性能不足。本研究通过传统高温固相法合成了β-Si5AlON7:Eu荧光粉, 采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)等研究了其结构、形貌、元素和价态。通过光谱仪表征了样品的激发光谱以及发射光谱的波长范围并测试了热猝灭性能, 发现激发波长覆盖紫外至蓝色光区域, 并且发射光谱显示出典型的Eu2+跃迁的宽谱。在300 ℃下, 样品的发射光强度依然可达到室温强度的40%左右, 热激活活化能(Ea)达到了3.7 eV, 相比较商用YAG:Ce3+(YAG)荧光粉, 热稳定性有一定的提升。在与蓝色芯片复合后成功制备了高显色（显色指数Ra=87）的白色发光LED, 对应的色温也达到了暖白光范围(CCT=4501 K)。本研究实现了SiAlON基青色发射, 获得了热稳定性较为优异的荧光粉, 在发光的可持续性能上也比商用YAG有明显优势。
SiAlON 白光LED 稀土 离子掺杂 荧光材料 SiAlON white LED rare earth ions doping fluorescent material
1 中国海洋大学化学化工学院，山东 青岛 266000
2 齐鲁工业大学（山东省科学院）海洋仪器仪表研究所，山东 青岛 266000
近年来，基于新型荧光材料制备的荧光型光纤传感器由于具有发光强、灵敏度高、能够实时监测、操作简单等优点，在海洋环境、水质监测以及血液分析等领域都有着广泛的应用。本文论述了荧光型光纤传感器在溶解氧、pH和二氧化碳检测领域的最新研究进展，总结了不同类型荧光材料的检测机理、优缺点以及主要性能参数。最后，结合当前荧光型光纤传感器面临的问题与挑战对未来的发展方向进行了分析与展望。
光纤光学 光纤传感器 溶解氧 pH 二氧化碳 荧光材料 激光与光电子学进展
2023, 60(17): 1700004
1 河北工业职业技术大学，石家庄16204，中国
2 Technical University of Denmark，Copenhagen 1599，Denmark
3 中国地质大学(北京)材料科学与工程学院，矿物材料国家专业实验室，非金属矿物与固废资源材料化利用北京市重点实验室，地质碳储与资源低碳利用教育部工程研究中心，北京100083，中国
密度泛函理论是一种基于量子力学原理的电子结构计算方法，已经成为材料科学和化学领域中重要的计算工具之一。在荧光材料研究中，密度泛函理论计算可以确定晶体结构，计算材料的的能带结构、态密度等信息来帮助研究人员理解荧光材料的本质和特性，为材料的设计和优化提供依据，同时基于密度泛函理论计算的高通量计算可以快速评估大量材料的性质，加快新材料的开发过程，降低研究成本。本文介绍了密度泛函理论计算在荧光材料研究中的应用，并探讨了其未来发展前景。
密度泛函理论 荧光材料 高通量计算 density functional theory fluorescent materials high throughput calculations
1 江苏师范大学物理与电子工程学院，江苏省先进激光材料与器件重点实验室，江苏 徐州221116
2 中国科学院上海光学精密机械研究所，上海 201800
石榴石基荧光材料具有多格位掺杂、离子掺杂选择范围宽、能量传递效率高等突出优势，是无机发光材料研究的热点；过渡金属离子在光谱可调谐性、原料来源广泛性等方面显著优于稀土离子；然而，其在发光效率、价态调控特别是在复杂晶格结构中的发光机理尚存在挑战，吸引了众多研究者关注。本文综述了过渡金属离子特别是Cr3+、Mn2+/4+在石榴石结构荧光材料中的光谱特性和发光行为，介绍了该类材料在固态照明与显示、生物医学成像、植物照明等前沿领域的研究与应用现状。
过渡金属 石榴石体系 荧光材料 发光材料 transition metals garnet structure fluorescent materials luminescent materials
河南理工大学 物理与电子信息学院，河南 焦作 454000
激光照明用荧光材料已成为固态照明领域的研究热点。随着相关研究的不断深入和细化，科研人员对于荧光材料的认知也在不断提升。然而，现有激光照明用荧光材料的设计和研究思路在很大程度上仍受到wLED产业的影响，在材料器件化的过程中会存在种种问题。本文旨在从工程应用角度出发，探讨激光照明用荧光材料应具备的核心特性。首先简述荧光材料应用于激光照明和大功率wLED场景下的区别；其次指出一些现有荧光材料设计和表征中存在的误区；再次归纳荧光材料在面向激光照明应用时的设计规则及其机理；然后，介绍一些商用荧光材料的设计和封装方案，并探讨几种潜力较好的材料设计和制备方案；最后，展望相关研究的发展趋势。
激光照明 固态照明 荧光材料 laser lighting solid-state lighting phosphor
郑州大学 材料科学与工程学院, 河南 郑州 450001
荧光粉的发光特性由激活剂离子的电子构型决定, 同时也受激活剂离子在基质中的配位环境的影响。配位环境对激活剂离子发光性能的影响主要体现在电子云膨胀效应和晶体场劈裂效应这两个方面。电子云膨胀效应的强弱取决于激活剂离子与配体离子的成键特性(离子键与共价键成分的比例)以及阴离子极化率的大小; 而晶体场劈裂效应的大小取决于激活剂离子与配体离子所形成最近邻配位多面体的配位数、平均键长、畸变程度和点群对称性等。了解激活剂离子所占据格位以分析其所形成最近邻配位多面体构型, 对理解荧光粉的发光特性和开发新型荧光粉具有重要意义。本综述总结了文献中所用研究激活剂离子格位占据的8种方法, 并通过荧光粉研究实例(主要是以Ce3+、Eu2+或Mn4+为激活剂离子的白光LED用荧光粉)展示了每种方法的特点, 通过对比分析指出了各种方法的优势和劣势。这8种方法可归为三类: 光谱学方法、结构分析法和计算光谱学方法, 其中光谱学方法包括以下五类谱图的测试和分析: 激发波长依赖的发光光谱与监测波长依赖的激发光谱、波长依赖的荧光衰减曲线、时间分辨发射光谱、变温发射光谱与变温荧光衰减曲线, 以及掺杂浓度依赖的发射光谱。
荧光材料 激活剂 掺杂格位 luminescent materials activator site occupancy
激光照明光源具有高功率密度、高亮度、长寿命等优点，逐渐成为固态照明领域新的研究热点。激光光斑大小对正确评价激光荧光材料的光学性能具有十分重要的影响，然而一直以来领域内缺乏对这一问题的深刻而系统认知。本文以Y3Al5O12∶Ce3+-Al2O3(YAG∶Ce-Al2O3)荧光薄膜为例，通过对蓝光激光激发荧光薄膜的光斑尺寸的调控，系统研究了激光荧光材料的最大输出光通量、发光饱和阈值、色温、色坐标、光均匀性等光学性能随光斑面积的变化情况，揭示了光斑大小对最大输出光通量、发光饱和阈值以及光均匀性的显著影响，这将对规范激光荧光材料的性能评价提供指导性思路。
激光照明 激光荧光材料 光斑调控 光学性能 laser lighting laser phosphor laser spot regulation optical performance
