熒光玻璃光學(xué)性能的蒙特卡羅模擬與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、相對(duì)于傳統(tǒng)光源,LED具有無(wú)污染、功耗低、響應(yīng)時(shí)間短與體積小等優(yōu)點(diǎn),在室內(nèi)與隧道照明、信息顯示等領(lǐng)域已經(jīng)有廣泛的應(yīng)用,顯示出巨大的發(fā)展?jié)撃堋Ｄ壳?白光LED主要是通過(guò)藍(lán)光芯片激發(fā)釔鋁石榴石(YAG)黃光熒光粉組合成白光,存在熒光粉熱穩(wěn)定性差導(dǎo)致的嚴(yán)重光衰問題。將稀土離子摻雜到玻璃中的熒光玻璃具有熱穩(wěn)定性好、成本低與工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn),成為白光LED熒光材料的一個(gè)研究方向。如果將熒光玻璃與LED激發(fā)芯片結(jié)合成LED器件,利用熒光玻璃同時(shí)具有熒

2、光發(fā)射與配光作用,可取代傳統(tǒng)白光LED熒光粉發(fā)光和環(huán)氧球帽封裝的復(fù)合結(jié)構(gòu)。正是由于熒光玻璃是同時(shí)具有熒光發(fā)射與配光作用的特殊光學(xué)材料,需要對(duì)其光學(xué)性能展開深入研究。
　　本論文圍繞熒光玻璃的外量子效率與光源激發(fā)下的光強(qiáng)分布這兩方面的光學(xué)性能進(jìn)行了研究,具體工作如下:
　?、俳⒘薒ED激發(fā)光源與熒光玻璃結(jié)合的模型,分析了熒光玻璃的光學(xué)特性與光子在熒光玻璃中的傳輸過(guò)程;應(yīng)用蒙特卡羅光線追擊方法對(duì)光子傳輸?shù)碾S機(jī)過(guò)程進(jìn)行了模擬,獲

3、得了蒙特卡羅模擬熒光玻璃外量子效率與光強(qiáng)分布的計(jì)算方法,并用Matlab實(shí)現(xiàn)了編程。
　?、诟鶕?jù)熒光玻璃外量子效率的定義,應(yīng)用蒙特卡羅方法對(duì)不同濃度Tb單摻熒光玻璃的外量子效率進(jìn)行了模擬計(jì)算;并采用搭建的熒光玻璃外量子效率測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行了測(cè)試,對(duì)蒙特卡羅模擬方法進(jìn)行驗(yàn)證。進(jìn)一步模擬分析了熒光玻璃的折射率、玻璃基質(zhì)的吸收系數(shù)、內(nèi)量子效率與摻雜稀土離子濃度對(duì)其外量子效率的影響。結(jié)果表明:玻璃基質(zhì)對(duì)激發(fā)光吸收是制約熒光玻璃外量子效率的最重

4、要的因素。對(duì)于高外量子效率熒光玻璃的制備,應(yīng)盡量選擇對(duì)激發(fā)光透過(guò)率高的玻璃基質(zhì);通過(guò)微調(diào)玻璃基質(zhì)成分減小聲子能量;最后通過(guò)調(diào)節(jié)稀土離子含量與改變熒光玻璃表面粗糙度、形狀等方法進(jìn)一步提高熒光玻璃外量子效率。
　?、鄹鶕?jù)空間光強(qiáng)分布的計(jì)算方法,采用前述蒙特卡羅方法對(duì)紫光LED激發(fā)Eu3+單摻熒光玻璃進(jìn)行了模擬計(jì)算與驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。進(jìn)一步模擬分析了熒光玻璃尺寸與形狀對(duì)激發(fā)光源空間光強(qiáng)分布的影響。結(jié)果表明:對(duì)于LED芯片激發(fā)熒光玻璃組合而成的發(fā)