近日，廈門大學材料學院解榮軍(jun) 教授帶領的光電功能材料與(yu) 器件課題組在《發光學報》發表了題為(wei) “光斑調控對激光熒光材料性能評價(jia) 的影響”的論文。
該工作以Y₃Al₅O₁₂:Ce³⁺-Al₂O₃（YAG:Ce-Al₂O₃）熒光薄膜為(wei) 例，通過對藍光激光激發熒光薄膜的光斑尺寸的調控，係統研究了激光熒光材料的最大輸出光通量、發光飽和閾值、色溫、色坐標、光均勻性等光學性能隨光斑麵積的變化情況，揭示了光斑大小對最大輸出光通量、發光飽和閾值以及光均勻性的顯著影響，對規範激光熒光材料的性能評價(jia) 提供了指導性思路。
為(wei) 使廣大同仁深入了解該篇論文的研究內(nei) 容，文章作者應編者邀請撰寫(xie) 了本篇報道。
新一代激光照明技術的崛起
激光光源相對於(yu) LED光源具有發光麵積小、功率密度高、光束發散角小且不存在“效率滾降”等優(you) 點，是實現高亮度照明與(yu) 顯示的理想激發光源。基於(yu) 藍光激光激發熒光材料的光轉換技術可以獲得亮度高、準直性好、光衰低的白光光源，在高亮度照明（如汽車大燈、探照燈、搜索燈）和超大型顯示（如巨幕電影、大尺寸電視和投影儀(yi) 、大型拚接牆）等應用領域具有巨大的應用價(jia) 值。

圖1：透射模式下激光驅動熒光微晶玻璃薄膜（原位燒結在鍍有光子晶體(ti) 的藍寶石基板上）獲得白光光源（圖源：ACS Appl Mater Inter, 2018, 10, 14930）

實現激光照明技術的關(guan) 鍵在於(yu) 研製耐高功率密度激光激發且光學性能優(you) 異的熒光材料，即激光熒光材料。近年來，廈門大學解榮軍(jun) 教授帶領的科研團隊率先開展相關(guan) 研究，自主搭建了完善的測試平台。
在材料體(ti) 係方麵，廈大團隊將材料體(ti) 係從(cong) 石榴石結構的氧化物體(ti) 係拓展至氮化物體(ti) 係（如CaAlSiN₃:Eu，La₃Si₆N₁₁:Ce，HP-CaSiN₂:Ce等），使發光顏色從(cong) 綠色、黃色向橙色和紅色發展，首次成功製備了致密的氮化物紅色熒光陶瓷，為(wei) 提高器件的色彩飽和度提供了關(guan) 鍵材料；在性能調控方麵，廈大團隊首次提出微區熱場和光場調控，製備了微孔熒光陶瓷，抑製了光斑麵積的擴大，提高了光源中心亮度，改善了光色均勻性；在產(chan) 業(ye) 化應用方麵，廈大團隊自2017年開始陸續與(yu) 激光照明與(yu) 顯示企業(ye) 開展合作，與(yu) 超視界激光科技（蘇州）有限公司合作開發激光大燈和航空搜索燈，光通量分別為(wei) 3 300 lm和20 000 lm。
盡管近年來領域內(nei) 掀起了激光熒光材料的研究熱潮，但是激光熒光材料的應用評價(jia) 並沒有突破現有LED熒光材料的框架，相關(guan) 評價(jia) 標準和規範尚未建立，導致材料的性能評價(jia) 不盡合理。本研究以光斑麵積為(wei) 例，展示其大小會(hui) 顯著影響光通量、光斑亮度、發光飽和閾值等參數的測量值，以引起領域內(nei) 研究人員對相關(guan) 問題的思考。
光斑調控如何影響激光熒光材料的性能評價(jia)
光斑麵積對正確評價(jia) 激光熒光材料的光學性能具有十分重要的影響。近日，來自廈門大學的研究團隊以熒光微晶玻璃薄膜（簡稱熒光薄膜）為(wei) 例，通過調控藍光激光激發熒光薄膜的光斑麵積，係統研究了激光熒光材料的最大輸出光通量、發光飽和閾值、色溫、色坐標、光均勻性等光學性能隨光斑麵積的變化情況，揭示了光斑麵積對最大輸出光通量、發光飽和閾值以及光均勻性的顯著影響，為(wei) 規範激光熒光材料的性能評價(jia) 提供了指導性思路。
在激光測試裝置中（圖2），利用透鏡元件對光路進行調控和聚焦。評價(jia) 熒光材料在激光激發下的光學性能時，應將其放置在入射激光光斑麵積最小處，即透鏡焦點處。為(wei) 了研究光斑麵積對熒光材料輸出光學性能的影響，對熒光薄膜距透鏡焦點的距離進行調控。

圖2：透射式激光測試裝置

將熒光薄膜分別置於(yu) 透鏡焦點處、距透鏡焦點0.2 mm和 0.4 mm處，相對應的光斑麵積分別為(wei) 0.5 mm²、1.11 mm²和2.99 mm²。
結果表明，當光斑麵積從(cong) 0.5 mm²增大到2.99 mm²，最大光通量從(cong) 926 lm增大到1 655 lm，發光飽和閾值從(cong) 14 W/mm²增大到24 W/mm²（圖3）。

圖3：熒光薄膜位於(yu) 離透鏡焦點不同距離時的性能評價(jia) ：(a)光通量；(b)亮度曲線；(c)色溫；(d)照度。

同時，光源亮度從(cong) 0.14 Mcd/m²減小到0.045 Mcd/m²，不同角度的色溫標準偏差相對值σ從(cong) 1增加到1.91。
由此可知，光斑麵積對激光熒光材料的光學性能評價(jia) 有顯著影響。光斑麵積增大，輸出光通量和飽和閾值高於(yu) 實際值，但光源中心亮度降低，色溫均勻性變差。從(cong) 獲得高亮度光源的初衷出發，應確保熒光材料位於(yu) 光斑麵積最小處。光斑調控是激光熒光材料性能評價(jia) 的關(guan) 鍵環節，也是獲得高亮度光源的核心所在。
本研究展示了光斑麵積對激光熒光材料各項參數評價(jia) 的重要影響。鑒於(yu) 此，研究者應對光斑調控以及光斑麵積進行詳細說明，否則將造成激光熒光材料的光學參數值無法比較。激光照明領域的光學性能評價(jia) 對於(yu) 激光照明技術的發展起著至關(guan) 重要的作用，相關(guan) 評價(jia) 標準的建立也勢在必行。
論文信息：
黑玲麗(li) , 李淑星, 程璿, 解榮軍(jun) . 光斑調控對激光熒光材料性能評價(jia) 的影響 [J]. 發光學報, 2021，42（10）:1646-1652. DOI：10. 37188/CJL. 20210132.
https://cjl.lightpublishing.cn/thesisDetails#10.37188/CJL.20210132