面向荧光材料研究的光度学基础

翟月利; 徐坚

doi:10.37188/CJL.20230166

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

面向荧光材料研究的光度学基础

发光学基础知识 | 更新时间：2023-11-27

- 面向荧光材料研究的光度学基础
  增强出版
- Fundamentals of Photometry for Luminescent Materials
- 发光学报 2023年44卷第11期页码：1894-1903
- 作者机构：
  
  河南理工大学物理与电子信息学院，河南焦作　454000
- 作者简介：
  
  [ "翟月利（2001-），女，河南鹿邑人，硕士研究生，2022年于新乡工程学院获得学士学位，主要从事大功率固态照明用发光材料以及水下无线光通信的研究。E⁃mail： 212211020030@home.hpu.edu.cn" ]
  [ "徐坚（1988-），男，河南焦作人，博士，副教授，硕士生导师，2016年于厦门大学获得博士学位，主要从事大功率固态照明用发光材料、特种照明光源构建以及深紫外荧光成像等领域的研究。" ]
- 基金信息：
  
  河南省自然科学基金(222300420448)
- DOI：10.37188/CJL.20230166
  中图分类号： O482.31
- 纸质出版日期：2023-11-05，
  
  收稿日期：2023-07-19，
  
  修回日期：2023-08-03，
- 稿件说明：
移动端阅览
翟月利,徐坚.面向荧光材料研究的光度学基础[J].发光学报,2023,44(11):1894-1903.

ZHAI Yueli,XU Jian.Fundamentals of Photometry for Luminescent Materials[J].Chinese Journal of Luminescence,2023,44(11):1894-1903.
翟月利,徐坚.面向荧光材料研究的光度学基础[J].发光学报,2023,44(11):1894-1903. DOI： 10.37188/CJL.20230166.

ZHAI Yueli,XU Jian.Fundamentals of Photometry for Luminescent Materials[J].Chinese Journal of Luminescence,2023,44(11):1894-1903. DOI： 10.37188/CJL.20230166.

摘要

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。

Abstract

With the rapid advancement of high-power LED and laser lighting technology， the research on phosphors is frequently involved with the packaging technology， optical design， modularization， and photothermal integration. For this reason， the material design and fabrication that are based on photometric parameters are getting more and more important. Therefore， a systematic understanding of the definition and characterization principles of relevant photometric parameters can facilitate the design and development of phosphor materials. This work aims to provide a concise introduction to the fundamental concepts of photometry for researchers in phosphor materials. Key parameters including luminous intensity， luminous exitance， luminance， and illuminance were introduced and discussed. Furthermore， the characterization methods and principles that are based on research cases were discussed. Finally， the research strategy based on the photometric parameters is prospected， providing new ideas for future study on phosphors.

关键词

荧光材料固态照明光度学激光照明

Keywords

phosphorssolid-state lightingphotometrylaser lighting

references

KIM Y H， VISWANATH N S M， UNITHRATTIL S， et al. Review-phosphor plates for high-power LED applications： challenges and opportunities toward perfect lighting ［J］. ECS J. Solid State Sci. Technol.， 2018， 7（1）： R3134-R3147. doi: 10.1149/2.0181801jsshttp://dx.doi.org/10.1149/2.0181801jss

NAKAMURA S. Biography of nobel laureate Shuji Nakamura ［J］. Ann. Phys.， 2015， 527（5-6）： 350-357. doi: 10.1002/andp.201500804http://dx.doi.org/10.1002/andp.201500804

PHILLIPS J M， COLTRIN M E， CRAWFORD M H， et al. Research challenges to ultra-efficient inorganic solid-state lighting ［J］. Laser Photon. Rev.， 2007， 1（4）： 307-333. doi: 10.1002/lpor.200710019http://dx.doi.org/10.1002/lpor.200710019

WEI N， LU T C， LI F， et al. Transparent Ce∶Y3Al5O12 ceramic phosphors for white light-emitting diodes ［J］. Appl. Phys. Lett.， 2012， 101（6）： 061902. doi: 10.1063/1.4742896http://dx.doi.org/10.1063/1.4742896

胡盼，丁慧，刘永福，等. YAG∶Ce3+在激光照明应用中的研究进展［J］. 发光学报， 2020， 41（12）： 1504-1528. doi: 10.37188/cjl.20200249http://dx.doi.org/10.37188/cjl.20200249

HU P， DING H， LIU Y F， et al. Recent progress of YAG∶Ce3+ for white laser diode lighting application ［J］. Chin. J. Lumin.， 2020， 41（12）： 1504-1528. （in Chinese）. doi: 10.37188/cjl.20200249http://dx.doi.org/10.37188/cjl.20200249

丁慧，胡盼，刘永福，等. LuAG∶Ce3+在激光照明应用中的研究进展［J］. 发光学报， 2021， 42（10）： 1531-1548. doi: 10.37188/cjl.20210110http://dx.doi.org/10.37188/cjl.20210110

DING H， HU P， LIU Y F， et al. Recent progress of LuAG∶Ce3+ for white laser diode lighting application ［J］. Chin. J. Lumin.， 2021， 42（10）： 1531-1548. （in Chinese）. doi: 10.37188/cjl.20210110http://dx.doi.org/10.37188/cjl.20210110

PARK K W， LIM S G， DERESSA G， et al. High power and temperature luminescence of Y3Al5O12∶Ce3+ bulky and pulverized single crystal phosphors by a floating-zone method ［J］. J. Lumin.， 2015， 168： 334-338. doi: 10.1016/j.jlumin.2015.08.045http://dx.doi.org/10.1016/j.jlumin.2015.08.045

ZHANG Y Q， LIU J M， ZHANG Y J， et al. Robust YAG∶Ce single crystal for ultra-high efficiency laser lighting ［J］. J. Rare Earths， 2022， 40（5）： 717-724. doi: 10.1016/j.jre.2021.03.006http://dx.doi.org/10.1016/j.jre.2021.03.006

李江，李万圆，刘欣，等. 固态照明/显示用荧光陶瓷研究进展［J］. 发光学报， 2021， 42（5）： 580-604. doi: 10.37188/CJL.20200402http://dx.doi.org/10.37188/CJL.20200402

LI J， LI W Y， LIU X， et al. Research progress on phosphor ceramics for solid-state lighting/display ［J］. Chin. J. Lumin.， 2021， 42（5）： 580-604 （in Chinese）. doi: 10.37188/CJL.20200402http://dx.doi.org/10.37188/CJL.20200402

YAO Q， HU P， SUN P， et al. YAG∶Ce3+ transparent ceramic phosphors brighten the next-generation laser-driven lighting ［J］. Adv. Mater.， 2020， 32（19）： 1907888. doi: 10.1002/adma.201907888http://dx.doi.org/10.1002/adma.201907888

ABALLEA P， SUGANUMA A， DRUON F， et al. Laser performance of diode-pumped Yb∶CaF2 optical ceramics synthesized using an energy-efficient process ［J］. Optica， 2015， 2（4）： 288-291. doi: 10.1364/optica.2.000288http://dx.doi.org/10.1364/optica.2.000288

XIAO Z H， YU S J， LI Y M， et al. Materials development and potential applications of transparent ceramics： A review ［J］. Mater. Sci. Eng. R Rep.， 2020， 139： 100518. doi: 10.1016/j.mser.2019.100518http://dx.doi.org/10.1016/j.mser.2019.100518

司帅晨，黄霖，王静. K2SiF6∶Mn4+荧光玻璃陶瓷及其在激光照明中的应用［J］. 发光学报， 2021， 42（10）： 1549-1558. doi: 10.37188/CJL.20210176http://dx.doi.org/10.37188/CJL.20210176

SI S C， HUANG L， WANG J. K2SiF6∶Mn4+ luminescent glass ceramics applicable to laser lighting ［J］. Chin. J. Lumin.， 2021， 42（10）： 1549-1558. （in Chinese）. doi: 10.37188/CJL.20210176http://dx.doi.org/10.37188/CJL.20210176

孟遥，邾强强，黄敏航，等. 激光照明应用钇铝石榴石荧光玻璃显色性能优化［J］. 发光学报， 2021， 42（10）： 1619-1626. doi: 10.37188/cjl.20210166http://dx.doi.org/10.37188/cjl.20210166

MENG Y， ZHU Q Q， HUANG M H， et al. Yttrium aluminum garnet phosphor-in-glass with improved color-rendering for laser lighting ［J］. Chin. J. Lumin.， 2021， 42（10）： 1619-1626. （in Chinese）. doi: 10.37188/cjl.20210166http://dx.doi.org/10.37188/cjl.20210166

ZHENG P， LI S X， WANG L， et al. Unique color converter architecture enabling phosphor-in-glass （PiG） films suitable for high-power and high-luminance laser-driven white lighting ［J］. ACS Appl. Mater. Interfaces， 2018， 10（17）： 14930-14940. doi: 10.1021/acsami.8b03168http://dx.doi.org/10.1021/acsami.8b03168

吕清洋，薛秉国，王婷婷，等. 白光照明用YAG∶Ce荧光薄膜研究进展［J］. 发光学报， 2020， 41（11）： 1323-1334. doi: 10.37188/CJL.20200231http://dx.doi.org/10.37188/CJL.20200231

LV Q Y， XUE B G， WANG T T， et al. Research progress of YAG∶Ce fluorescent films for white lighting ［J］. Chin. J. Lumin.， 2020， 41（11）： 1323-1334. （in Chinese）. doi: 10.37188/CJL.20200231http://dx.doi.org/10.37188/CJL.20200231

袁瑞，郭钒，李慧慧，等. 高显指白光PiG荧光薄膜制备与激光照明应用［J］. 发光学报， 2021， 42（10）： 1627-1636. doi: 10.37188/cjl.20210138http://dx.doi.org/10.37188/cjl.20210138

YUAN R， GUO F， LI H H， et al. Preparation and laser-driven lighting application of high-CRI white light PiG film ［J］. Chin. J. Lumin.， 2021， 42（10）： 1627-1636. （in Chinese）. doi: 10.37188/cjl.20210138http://dx.doi.org/10.37188/cjl.20210138

XU J， WANG L J， GU W， et al. Emitting area limitation via scattering control in phosphor film realizing high-luminance laser lighting ［J］. J. Eur. Ceram. Soc.， 2022， 42（2）： 608-615. doi: 10.1016/j.jeurceramsoc.2021.10.035http://dx.doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2021.10.035

徐坚，江志，徐鹏，等. 激光照明用荧光材料的散射调控策略——Mini综述［J］. 发光学报， 2021， 42（10）： 1637-1645. doi: 10.37188/cjl.20210153http://dx.doi.org/10.37188/cjl.20210153

XU J， JIANG Z， XU P， et al. Scattering control strategies in phosphors for laser lighting application—mini review ［J］. Chin. J. Lumin.， 2021， 42（10）： 1637-1645. （in Chinese）. doi: 10.37188/cjl.20210153http://dx.doi.org/10.37188/cjl.20210153

LEE D H， JOO J Y， LEE S K. Modeling of reflection-type laser-driven white lighting considering phosphor particles and surface topography ［J］. Opt. Express， 2015， 23（15）： 18872-18887. doi: 10.1364/oe.23.018872http://dx.doi.org/10.1364/oe.23.018872

CHO J， PARK J H， KIM J K， et al. White light-emitting diodes： History， progress， and future ［J］. Laser Photon. Rev.， 2017， 11（2）： 1600147. doi: 10.1002/lpor.201600147http://dx.doi.org/10.1002/lpor.201600147

NAIR G B， SWART H C， DHOBLE S J. A review on the advancements in phosphor-converted light emitting diodes （pc-LEDs）： Phosphor synthesis， device fabrication and characterization ［J］. Prog. Mater. Sci.， 2020， 109： 100622. doi: 10.1016/j.pmatsci.2019.100622http://dx.doi.org/10.1016/j.pmatsci.2019.100622

屈巧，张文睿，贺璐璐，等. Mn4+激活氟氧化物强零声子线发射红光荧光粉［J］. 发光学报， 2023， 44（5）： 786-800. doi: 10.37188/cjl.20220405http://dx.doi.org/10.37188/cjl.20220405

QU Q， ZHANG W R， HE L L， et al. Mn4+-doped red-emitting oxyfluoride phosphors with intense zero phonon line ［J］. Chin. J. Lumin.， 2023， 44（5）： 786-800. （in Chinese）. doi: 10.37188/cjl.20220405http://dx.doi.org/10.37188/cjl.20220405

李林，黄一帆. 应用光学［M］. 第5版. 北京：北京理工大学出版社， 2017. doi: 10.1364/ao.56.003411http://dx.doi.org/10.1364/ao.56.003411

LI L， HUANG Y F. Applied Optics ［M］. 5th ed. Beijing： Beijing Institute of Technology Press， 2017. （in Chinese）. doi: 10.1364/ao.56.003411http://dx.doi.org/10.1364/ao.56.003411

KINGSLAKE R. Applied Optics and Optical Engineering： V6. ［M］. New York： Academic Press， 1980.

BUKSHTAB M. Photometry， Radiometry， and Measurements of Optical Losses ［M］. Singapore： Springer， 2019. doi: 10.1007/978-981-10-7745-6http://dx.doi.org/10.1007/978-981-10-7745-6

车念曾，阎达远. 辐射度学和光度学［M］. 北京：北京理工大学出版社， 1990.

CHE N Z， YAN D Y. Radiometry and Photometry ［M］. Beijing： Beijing Institute of Technology Press， 1990. （in Chinese）

WALD G. Human vision and the spectrum ［J］. Science， 1945， 101（2635）： 653-658. doi: 10.1126/science.101.2635.653http://dx.doi.org/10.1126/science.101.2635.653

全国照明电器标准化技术委员会. GB/T 26178-2010 光通量的测量方法［S］. 北京：中国标准出版社， 2011.

Lighting. GB/T 26178-2010 The measurement of luminous flux ［S］. Beijing： Standards Press of China， 2011. （in Chinese）

DONNELLY J F， MASSA D N. LIGHT： Introduction to Optics and Photonics， Second Edition ［M］. US： Photonics Media Press， 2018.

YANG C C， ZHANG X Y， KANG J， et al. Recent progress on garnet phosphor ceramics for high power solid-state lighting ［J］. J. Mater. Sci. Technol.， 2023， 166： 1-20. doi: 10.1016/j.jmst.2023.04.038http://dx.doi.org/10.1016/j.jmst.2023.04.038

庞蕴凡. 视觉与照明［M］. 北京：中国铁道出版社， 1993.

PANG Y F. Shijue Yu Zhaoming ［M］. Beijing： China Railway Publishing House， 1993. （in Chinese）

全国照明电器标准化技术委员会. GB/T 10681-2009家庭和类似场合普通照明用钨丝灯性能要求［S］. 北京：中国标准出版社， 2010.

Lighting. GB/T 10681-2009 Tungsten filament lamps for domestic and similar general lighting purposes—Performance requirements ［S］. Beijing： Standards Press of China， 2010. （in Chinese）

建设部. GBJ 133⁃1990 民用建筑照明设计标准［M］. 北京：中国计划出版社， 1991.

Construction. GBJ 133⁃1990 Design of Illuminating System for Civil Buildings ［M］. Beijing： Beijing China Planning Publishing House， 1991. （in Chinese）

中华人民共和国卫生部. GB 7793⁃2010 中小学校教室采光和照明卫生标准［S］. 北京：中国标准出版社， 2011.

Ministry of Health of the People's Republic of China. GB 7793⁃2010 Hygienic standard for day lighting and artificial lighting for middle and elementary school ［S］. Beijing： Standards Press of China， 2011. （in Chinese）

KATABARO J M， YAN Y H. Effects of lighting quality on working efficiency of workers in office building in Tanzania ［J］. J. Environ. Public Health， 2019， 2019： 3476490. doi: 10.1155/2019/3476490http://dx.doi.org/10.1155/2019/3476490

艾伦，薛鹏，何智. 投影机“亮度”简易测量［J］. 中国教育技术装备， 2010（17）： 45-46.

AI L， XUE P， HE Z. Projector “Luminance” for easy measurement ［J］. China Educ. Technol. Equip.， 2010（17）： 45-46. （in Chinese）

邓妍. 拒绝“做水鱼” 了解投影机里的不同亮度标称含义［J］. 家庭影院技术， 2019（9）： 72-73.

DENG Y. Refuse to “be a water fish” Understand the different brightness nominal meanings in the projector ［J］. Home Theater Tech.， 2019（9）： 72-73. （in Chinese）

吴劲珉. CVIA亮度：不得低于产品标称光输出值80% ［N］. 政府采购信息报， 2023-05-15（14）.

WU J M. CVIA brightness： not less than 80% of the nominal light output value of the product ［N］. China Releases Full Text of Government Work Report， 2023-05-15（14）. （in Chinese）

段海涛，王敬，王凤展，等. 高等学校多媒体教室投影机有效亮度的研究［J］. 现代教育技术， 2012， 22（8）： 51-54. doi: 10.3969/j.issn.1009-8097.2012.08.011http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1009-8097.2012.08.011

DUAN H T， WANG J， WANG F Z， et al. Research on effective brightness of projector in multimedia classroom of universities ［J］. Modern Educational Technology， 2012， 22（8）： 51-54. （in Chinese）. doi: 10.3969/j.issn.1009-8097.2012.08.011http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1009-8097.2012.08.011

XU J， THORSETH A， XU C， et al. Investigation of laser-induced luminescence saturation in a single-crystal YAG∶Ce phosphor： Towards unique architecture， high saturation threshold， and high-brightness laser-driven white lighting ［J］. J. Lumin.， 2019， 212： 279-285. doi: 10.1016/j.jlumin.2019.04.027http://dx.doi.org/10.1016/j.jlumin.2019.04.027

MA Y P， WANG M， LUO X B. A comparative study of reflective and transmissive phosphor-converted laser-based white lighting ［C］. 2018 17th IEEE Intersociety Conference on Thermal and Thermomechanical Phenomena in Electronic Systems （ITherm）， San Diego， CA， USA， 2018： 773-777. doi: 10.1109/itherm.2018.8419613http://dx.doi.org/10.1109/itherm.2018.8419613

陈鑫溶，刘丙国，徐坚. 面向器件化的激光照明用荧光材料设计——简评与展望［J］. 发光学报， 2023， 44（5）： 759-770. doi: 10.37188/cjl.20220382http://dx.doi.org/10.37188/cjl.20220382

CHEN X R， LIU B G， XU J. Application-oriented design of phosphors for laser lighting——mini review and outlook ［J］. Chin. J. Lumin.， 2023， 44（5）： 759-770. （in Chinese）. doi: 10.37188/cjl.20220382http://dx.doi.org/10.37188/cjl.20220382

ZHU Q Q， WANG X J， WANG L， et al. β-Sialon∶Eu phosphor-in-glass： a robust green color converter for high power blue laser lighting ［J］. J. Mater. Chem. C， 2015， 3（41）： 10761-10766. doi: 10.1039/C5TC02236Chttp://dx.doi.org/10.1039/C5TC02236C

KRASNOSHCHOKA A， HANSEN A K， THORSETH A， et al. Phosphor material dependent spot size limitations in laser lighting ［J］. Opt. Express， 2020， 28（4）： 5758-5767. doi: 10.1364/oe.383866http://dx.doi.org/10.1364/oe.383866

浏览量

454

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

面向器件化的激光照明用荧光材料设计

激光照明应用MgO-La₃Si₆N₁₁∶Ce³⁺复合荧光玻璃的制备及性能优化

光斑调控对激光荧光材料性能评价的影响