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      2021 年 第 42 卷 第 10 期

        特邀报告

      • 郑鹏,丁国真,解荣军
        2021, 42(10): 1447-1457. DOI: 10.37188/CJL.20210173
        摘要：Ce3+和Eu2+掺杂荧光材料具有吸收率高、发射宽、荧光寿命短、光谱可调等优点，是激光照明与显示应用的理想荧光材料。然而，Ce3+和Eu2+掺杂荧光材料在激光激发下的发光猝灭严重限制了激光荧光光源的光效和光亮度。传统观点认为发光猝灭主要由热猝灭效应引起，然而近些年的研究结果显示，即使热猝灭效应被有效控制，高强度的激发光本身也会导致荧光材料发射效率显著下降，这种非热效应的发光猝灭可以被简称为光猝灭。本文简要概述了目前已知的四种光猝灭效应，即基态耗尽、激发态吸收、能量传递上转换和光释光效应的研究进展，并对光猝灭的未来研究方向进行了展望。  
        关键词：激光照明与显示;荧光材料;光猝灭;光饱和   
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        发布时间：2021-10-17
      • 张曦月,张乐,孙炳恒,马跃龙,康健,侯晨,姜本学,刘永福,陈浩
        2021, 42(10): 1458-1481. DOI: 10.37188/CJL.20210202
        摘要：荧光转换材料普遍存在的发光强度随温度升高而降低的热猝灭现象严重影响了器件的性能，限制了其在高功率发光二极管(LED)/激光二极管(LD)照明中的应用。然而，部分荧光材料却会出现随着温度升高发光强度增大的现象，即反常热猝灭效应。反常热猝灭作为提升发光材料及其器件应用性能的有效途径得到了广泛研究。本文总结了目前反常热猝灭效应在发光领域的研究现状及应用，阐述了发光反常热猝灭的机理，并对其未来发展趋势进行了展望，以期开发出具有更优反常热猝灭特性的新型发光材料，满足高效高功率LED/LD照明器件的应用需求。  
        关键词：高功率密度;LED/LD照明;热猝灭现象;反常热猝灭效应   
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        发布时间：2021-10-17
      • 黄敏航,邾强强,孟遥,胡翔宇,张宏,王乐
        2021, 42(10): 1482-1492. DOI: 10.37188/CJL.20210076
        摘要：高性能荧光转换材料的开发是激光照明技术发展的关键，由于荧光材料会受到高功率激光的激发，因此必须具有高导热性能及优良的高温稳定性。荧光玻璃薄膜材料由于其优异的综合性能，在激光照明显示领域表现出了良好的应用前景。传统Y3Al5O12∶Ce3+(YAG∶Ce3+)荧光玻璃薄膜由于显色性能较差，难以满足高品质激光照明应用的需求。氮化物荧光材料La3Si6N11∶Ce3+由于结构的特性，表现出比YAG∶Ce3+更宽的发光光谱和更好的热猝灭性能。本工作针对高显色激光照明的应用需求，在镀有光学薄膜(蓝光透过)的高导热蓝宝石基板上制备了La3Si6N11∶Ce3+(LSN∶Ce3+)荧光玻璃薄膜，并研究了合成温度、荧光粉与玻璃粉的比例(PtG比)、薄膜厚度以及蓝光透过光学薄膜对最终样品发光性能的影响。通过工艺优化，在800 ℃条件下获得了综合性能优异的LSN∶Ce3+荧光玻璃薄膜(PtG比为1∶1，厚度为50 μm)，样品可承受最大功率密度为12.73 W/mm2蓝色激光的激发，发光效率可以达到157.6 lm/W。此外，LSN∶Ce3+荧光玻璃薄膜显色指数Ra相比YAG∶Ce3+提高了9%左右，达到了74.9，在高显色、高功率激光照明领域表现出良好的应用前景。  
        关键词：荧光玻璃薄膜;激光照明;蓝光透过膜;蓝宝石基板   
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        发布时间：2021-10-17
      • 王鹏飞,隋萍,林世盛,林航,王元生
        2021, 42(10): 1493-1501. DOI: 10.37188/CJL.20210152
        摘要：“激光+荧光转换材料”产生强白光的方案已成为当下照明领域的研究热点之一。本文基于低温共烧技术制备了一种镶嵌Lu2SrAl4SiO12∶Ce3+(LSAS∶Ce3+)荧光粉的玻璃陶瓷膜-蓝宝石复合材料。研究表明，共烧时LSAS∶C3+荧光粉受到的热侵蚀较少，共烧前后量子效率(~90%)未发生显著变化；并且该材料具有十分优异的抗热猝灭性能，~300 ℃时荧光积分强度仍保持了室温下的~70%，远优于YAG∶Ce3+商用荧光粉。当蓝光激光功率密度达到3.0 W/mm2时，材料产生发光饱和，此时光通量为100.49 lm，满足室内照明需求。我们推测，热致饱和与光致饱和是发光亮度无法进一步提升的原因所在。相信通过材料组分、制备工艺的优化和光场调控手段的引入，可进一步提高发光亮度，使之适用于户外照明。  
        关键词：激光照明;荧光粉;荧光玻璃陶瓷;石榴石结构   
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        发布时间：2021-10-17
      • 彭星淋,李淑星,杜傲宸,程梓秋,姚秀敏,黄政仁,解荣军,刘学建
        2021, 42(10): 1502-1509. DOI: 10.37188/CJL.20210146
        摘要：目前报道的高热导AlN-CaAlSiN3∶Eu红色复相荧光陶瓷由于放电等离子体烧结(SPS)产生的碳污染问题导致发光性能难以提高。本研究工作提出了一种减少氮化物荧光陶瓷碳污染的有效方法，即采用热等静压(HIP)在N2气氛中处理SPS烧结的样品。实验表明，经过HIP处理后样品的发光强度和量子效率最高均提高了一倍左右，光通量提高了51%，发光饱和阈值提高了15%以上。其中，性能最佳的样品在入射激光功率高达15 W时依然保持完好且未发生发光饱和，光通量高达197 lm。本研究工作利用HIP处理制备出具有优异发光性能和极高发光饱和阈值的红色荧光陶瓷，促进了大功率激光照明领域的发展。  
        关键词：激光照明;氮化物;荧光陶瓷;热等静压烧结;发光饱和   
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        发布时间：2021-10-17
      • 冯少尉,张英,郭永昶,李建强
        2021, 42(10): 1510-1519. DOI: 10.37188/CJL.20210167
        摘要：蓝光激光二极管激发荧光材料获得高亮度光源技术逐渐成为大功率照明和显示领域的重要发展方向。激光照明与显示的研究涉及发光材料、光学工程、机械结构和电路设计等多学科领域，其中光学设计和荧光转换材料与器件属于核心技术，由于较高的研发和生产成本，限制了其广泛应用。本文采用无容器凝固技术快速、低成本制备Ce3+∶Y3Al5O12-Al2O3(Ce3+∶AY26)基荧光纳米陶瓷，通过调控Ce3+掺杂浓度优化其发光性能，0.5%Ce3+∶AY26获得了高内量子效率(87.4%)；过量的Al2O3做为第二相能够起到散射中心作用，提高激光激发的转换效率和光束均匀性，并且Al2O3具有高热导率，制备的Ce3+∶AY26基荧光纳米陶瓷的内量子效率在温度升到200 ℃时，仍保持室温下的95%。通过透射式激光照明测试系统，对比研究了厚度为1.5 mm荧光纳米陶瓷片和半径为1.5 mm半球形荧光纳米陶瓷在高功率密度蓝光激光辐照下的光色性能，实现了174 lm·W-1的流明效率。利用无容器凝固技术制备半球形荧光纳米陶瓷，有望从材料制备方法的角度简化透射式激光照明模组的光学结构设计，未来具有巨大的应用潜力。  
        关键词：无容器凝固;Ce3+∶Y3Al5O12-Al2O3;荧光纳米陶瓷;激光照明   
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        发布时间：2021-10-17
      • 刘强,李万圆,刘欣,朱雨轩,邓陶丽,李晓英,陈鹏辉,田丰,谢腾飞,李淑星,邹军,李江
        2021, 42(10): 1520-1530. DOI: 10.37188/CJL.20210116
        摘要：通过固相反应结合真空烧结制备了(CexLu1-x)3Al5O12(Ce∶LuAG,x=0.0005,0.001,0.002,0.003,0.004)透明陶瓷. 厚度为1.0 mm的Ce∶LuAG陶瓷在500~800 nm波长范围内的直线透过率大于75%. 研究了不同浓度Ce∶LuAG陶瓷在454 nm蓝光LED激发下的吸收和发射特性，获得了可调的相关色温(5 653~7 433 K). 所制备的Ce∶LuAG陶瓷具有优异的热性能和发光性能，在225 ℃下的PL强度较室温仅下降7%,0.1%Ce∶LuAG陶瓷在蓝光LED激发下的发光效率达到179 lm/W. 进一步研究了不同厚度Ce∶LuAG陶瓷的发光饱和性能，1 mm厚的0.1%Ce∶LuAG陶瓷在功率密度为24.6 W/mm2的蓝光LD激发下获得了3 646 lm的高光通量，同时没有出现发光饱和现象. 研究结果表明，Ce∶LuAG透明陶瓷具有高发光效率和热稳定性，适合用于大功率固态照明.  
        关键词：发光饱和;Ce∶LuAG陶瓷;颜色转换器;高亮度   
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        发布时间：2021-10-17
      • 丁慧,胡盼,刘永福,孙鹏,刘泽华,罗朝华,蒋俊
        2021, 42(10): 1531-1548. DOI: 10.37188/CJL.20210110
        摘要：激光二极管(LDs)结合荧光转换材料实现白光被认为是下一代照明光源，其中的荧光转换材料对于整体光源的光度/色度参数、发光效率、长期工作稳定性至关重要。近年来，人们在LD照明中采用多种绿/黄/红荧光材料来丰富光谱成分，获得高质量的白光。其中，采用Lu3Al5O12∶Ce3+ (LuAG∶Ce3+)绿色荧光材料作为主体成分，结合光谱展宽、红光补足等方案可将LD照明白光的显色指数大幅度提升。LuAG∶Ce3+被认为是综合性能最优的绿色转换材料之一，在大功率LD的辐照下具有很高的热稳定性和饱和阈值。本文主要对基于LuAG∶Ce3+的荧光晶体、荧光陶瓷、荧光玻璃、荧光薄膜等形态材料的制备方法及其在LD照明中的应用性能研究进行了总结，并且对其未来发展方向提出了展望。  
        关键词：LuAG∶Ce3+;荧光陶瓷;荧光玻璃;荧光薄膜;激光照明   
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        发布时间：2021-10-17
      • 司帅晨,黄霖,王静
        2021, 42(10): 1549-1558. DOI: 10.37188/CJL.20210176
        摘要：面对市场对高功率高质量照明的强烈需求，开发兼具优良发光性能和稳定性的红色荧光玻璃陶瓷来提高白光显色指数(CRI)显得尤为重要。本文采用低温共烧结法制备了一种镶嵌K2SiF6∶Mn4+(KSF)商用红色荧光粉的新型荧光玻璃陶瓷。研究结果表明，共烧结时前驱玻璃熔体对KSF荧光粉的热侵蚀作用较小，荧光粉的发光特性基本得到保持；相比于初始荧光粉，玻璃陶瓷的热猝灭性能得到大幅的改善；构建的激光照明光源在55.56 W/cm2蓝光功率密度激发下，光通量为32.77 lm，色温为5073 K,CRI为74.86，色坐标为(0.341,0.321)。经过系统的热管理优化，KSF荧光玻璃陶瓷可望应用于高功率室内照明领域。  
        关键词：K2SiF6∶Mn4+玻璃陶瓷;低熔点玻璃;激光照明   
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        发布时间：2021-10-17
      • 周亚运,明红,赵逸飞,王媛婧,宋恩海,夏志国,张勤远
        2021, 42(10): 1559-1568. DOI: 10.37188/CJL.20210151
        摘要：激光照明是下一代大功率固体照明重要的发展方向之一。目前，主流白光激光器件所采用的黄光/绿光陶瓷或晶体的发射光谱中红光组分不足，使得采用这类单一材料的激光照明器件色温偏高、显色指数较低。本文报道了液相法制备的高效率高稳定的Rb2SiF6∶Mn4+ (RSFM)红光单晶，该材料具有宽带蓝光吸收(~450 nm)和窄带红光发射(~630 nm)特征，外量子效率达55.8%。利用该材料组装的暖白光激光照明器件在7 W/mm2功率密度激发下，光效达104.3 lm/W、色温为2 633 K、显色指数为78.3。研究表明，高性能Mn4+激活氟化物红光单晶有望促进暖白光激光照明应用。  
        关键词：Mn4+掺杂;氟化物;红光单晶;激光照明   
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        发布时间：2021-10-17
      • 王连军,刘喆,耿镕镕,金美贞,刘昱辰,王建成,周蓓莹,江莞
        2021, 42(10): 1569-1584. DOI: 10.37188/CJL.20210164
        摘要：全无机钙钛矿纳米晶具有发光效率高、发光波段可调等优点，是光电领域的研究热点之一，但是稳定性差一直阻碍着其实际应用。钙钛矿纳米晶玻璃既保留了纳米晶优异的发光性能，又具有优异的物化稳定性，备受研究者们的关注。本文概述了钙钛矿纳米晶复合玻璃制备方法的国内外研究进展，并进一步阐述了复合玻璃的应用领域，最后对其存在的问题及未来的发展方向进行了总结和展望。  
        关键词：全无机钙钛矿;纳米晶;发光玻璃;制备方法   
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        发布时间：2021-10-17
      • 孙炳恒,姜本学,范金太,张龙
        2021, 42(10): 1585-1618. DOI: 10.37188/CJL.20210104
        摘要：基于荧光陶瓷、荧光玻璃以及荧光晶体等远程荧光转换材料的新一代激光固态光源具有热稳定性高、热承载能力强、荧光特性稳定等特点，在汽车大灯、投影显示以及航天航海照明等领域具有广阔的应用前景。但其目前面临的瓶颈之一是难以实现可见光宽光谱发射，照明品质较低。本综述重点总结了近年来可应用于高显指、低色温激光白光光源的各类远程荧光转换材料的研究进展，分析了高流明密度激发下，激光光源光色品质下降的原因。阐述了现有单色和多色荧光体的光谱调控方案以及封装光源的显色指数、色温的提升效果。针对荧光转换材料需要重点解决的几个重要问题展开讨论，包括效能提升、高温猝灭和评判标准等三个方面。最后对宽光谱发射的远程荧光转换材料在固态照明与显示领域的应用前景进行了展望。  
        关键词：激光照明;宽光谱发射;光色品质;固溶/掺杂;多色复合   
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        发布时间：2021-10-17
      • 孟遥,邾强强,黄敏航,胡翔宇,张宏,王乐
        2021, 42(10): 1619-1626. DOI: 10.37188/CJL.20210166
        摘要：Y3Al5O12∶Ce3+(YAG∶Ce3+)荧光玻璃由于光谱中缺少红绿光成分，难以满足高显色激光照明的应用需求。本研究工作基于钇铝石榴石结构荧光材料宽光谱、高光效及高稳定的特性，选用绿色发光Y3(Ga,Al)5O12∶Ce3+(YAGG∶Ce3+)和橙色发光(Y,Gd)3Al5O12∶Ce3+(GdYAG∶Ce3+)荧光材料作为荧光玻璃中的荧光组分，获得了具有较高显色性能的荧光玻璃材料。详细研究了制备温度、荧光粉和玻璃粉的比例、YAGG∶Ce3+ 和GdYAG∶Ce3+ 荧光粉的比例以及样品厚度对其性能的影响。通过制备工艺及材料组分的优化，YAGG∶Ce3+/GdYAG∶Ce3+ 荧光玻璃样品在蓝色激光激发下的显色指数(Ra)可以达到79.7，相比YAG∶Ce3+ 荧光玻璃提升了13.7%左右。具有最优Ra的荧光玻璃样品的发光饱和阈值为1.63 W/mm2，此时样品的发光效率可以达到163.14 lm/W，可应用于激光照明领域实现白光照明品质的提升。  
        关键词：激光照明;钇铝石榴石;荧光玻璃;高显色   
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      • 袁瑞,郭钒,李慧慧,佟佳,李乾利,赵景泰,张志军
        2021, 42(10): 1627-1636. DOI: 10.37188/CJL.20210138
        摘要：通过将玻璃粉体与发射波长为535~550 nm的黄绿色和660 nm的红色荧光粉混合制备出浆料，采用丝网印刷方法将其印刷在高热导蓝宝石片上，在较低烧结温度下成功制备出具有高显指白光的PiG荧光薄膜(Phosphors in glass flim,PiGF)，并系统地研究了玻璃/荧光粉比例及荧光粉配比对PiGF在色温(CCT)、显色指数(CRI)、发光效率(LE)等方面的影响规律。在12.5 W电功率的蓝光激光(455 nm)激发下，当荧光粉/玻璃质量比例为1∶4、535 nm/660 nm荧光粉质量比为9∶1时，可产生色温为5 500 K、显色指数达92的高显指白光PiGF。该结果表明PiGF在高显指、白光激光照明领域具有极大的应用价值。  
        关键词：荧光薄膜;激光照明;高显色指数;PiG荧光薄膜   
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      • 徐坚,江志,徐鹏,刘丙国,杜保立
        2021, 42(10): 1637-1645. DOI: 10.37188/CJL.20210153
        摘要：基于半导体激光器激发荧光材料的白光激光照明(wLD)技术在超高亮度照明和显示领域具有重要的应用价值。兼具“高光通量”和“可控发光面积”是wLD实现高亮度的前提条件。因此，荧光材料如何在具备高饱和阈值的前提下，有效地限定发光光斑尺寸，成为该领域的一个热点问题。基于荧光材料微结构设计的散射调控技术为解决该问题提供了可能。本文首先对荧光材料中通过散射设计实现可控发光面积的研究进行了总结；其次探讨了散射系数对材料发光特性的影响；然后介绍了相关研究中的两个关键技术:发光光斑尺寸的测量方法和基于数值模拟的光斑尺寸预测方法；最后展望了相关研究的发展趋势。  
        关键词：激光照明;荧光材料;散射系数;光斑尺寸;高亮度   
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      • 黑玲丽,李淑星,程璇,解荣军
        2021, 42(10): 1646-1652. DOI: 10.37188/CJL.20210132
        摘要：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。  
        关键词：激光照明;激光荧光材料;光斑调控;光学性能   
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