激光照明：微晶玻璃复合膜

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　　Lu₂SrAl₄SiO₁₂:Ce³⁺荧光微晶玻璃膜-蓝宝石复合质料及其激光照明行使

　　该职责基于高温固相反映法和低温共烧法制备了一种镶嵌Lu₂SrAl₄SiO₁₂: Ce³⁺荧光粉的新型微晶玻璃膜-蓝宝石复合荧光转换质料，其机能优异，希望行使于激光照明周围。

　　为使宏壮发光同仁分解该课题组近年来正在这一周围展开的相干职责，课题组应编者邀请撰写了本篇报道。

　　近年来，高端车前大灯、工矿灯、广场/机场/口岸高杆灯、探索灯、投影仪等超高光通量（＞1 000 lm）照明光源的商场需求越来越重大，对高功率密度白光固态照明技艺提出了新哀求。

　　正遍及应用的白光发光二极管（LED）已然不是上述行使园地的最佳选取——LED蓝光芯片正在大驱动电流下不行避免地会发作由电子-空穴俄歇复合所主导的“效能骤降”情景；为升高亮度，不得不采用芯片集成模块化或灯具集成模组化式样，势必带来“光效消浸、不乱性劣化、打算繁复”等一系列技艺题目。

　　比拟之下，激光二极管（LD）具有明显上风：单元面积发光亮度高，不存正在“效能骤降”题目（单颗LD功率密度高达25 kW/cm²时仍可庇护高电光转换效能），准直性好，希罕实用于光学扩展量小的定向光源。

　　然而，高能量密度蓝色激光会使荧光转换体发作重要热蚁集，导致荧光热猝灭，发作发光热饱和；同时，高光子通量强辐射会惹起由激活离子基态漂白或非线性上转换进程主导的发光光饱和。怎么从质料/器件组织打算上入手制服上述题目，是修建超高亮度激光驱动白光光源的枢纽。

　　为此，中科院福筑物质组织商量所王元生、林航商量员团队展开了系列职责，聚焦于本钱低廉、工艺门道纯洁、打算弹性大、光谱“宽幅”可调的荧光微晶玻璃系统，体系商量了玻璃组分、共烧工艺对质料微观组织的影响，发端探明该复相系统中热致饱和与光致饱和机理，通过引入热传导/光散射介质，告竣微区热场/光场调控，研制出系列高发光饱和阈值的石榴石组织/氮（氧）化物荧光微晶玻璃块体/薄膜，并修建了相应的高品格激光照明与显示光源。

　　打算新型低熔点玻璃系统SiO₂-B₂O₃-Al₂O₃-Na₂O-MgO-ZnO-CaO-BaO，低温共烧合成高效发光Y₃Al₅O₁₂:Ce³⁺、La₃Si₆N₁₁:Ce³⁺荧光微晶玻璃块体（内量子效能可达94%）。通过修建“荧光色轮”，经转动加快与气氛间热传导、告竣“脉冲式胀舞”，从而大大消浸微区光斑温度，升高了发光饱和阈值。基于反射式光道，Y₃Al₅O₁₂:Ce³⁺微晶玻璃的光通量可达2580 ²。

　　为了进一步升高质料发光品格，告竣暖白光输出，提出采用图案化迭层组织打算，将CaAlSiN₃:Eu²⁺血色荧光微晶玻璃以膜层大局与Y₃Al₅O₁₂:Ce³⁺微晶玻璃块体复合，造成一体化复合质料（图1）。

　　图案化组织打算有用强迫了两种荧光微晶间的光子重摄取效应。修建的激光照明原型光源同时兼具高亮度（1 000 lm）与较高显指（~70）。片面结果已发布（《发光学报》, 2020, 41（12）：1529-1537）。

　　鉴于玻璃基质自身热导率偏低（~1 W/（m·K）），寻求将荧光微晶玻璃以薄膜大局与高导热蓝宝石基板（~30 W/（m·K））复合，进一步减轻激光辐照惹起的热饱和与光饱和效应，升高发光饱和阈值与光源亮度。为此，制备了具有窄带发射性子的β-SiAlON:Eu²⁺微晶玻璃膜-蓝宝石复合质料，其具有较高的内量子效能、高热导率（可媲美优质透后荧光陶瓷）和高抗热猝灭机能。

　　商量微区激光-微晶互相效力的结果注脚，发光饱和情景紧要由热猝灭裁夺，但由非线性上转换进程所主导的强度猝灭的影响仍禁止看轻。进一步寻求了两种光源封装大局，即“蓝光LD+图案化红/绿色荧光微晶玻璃”以及“蓝光LD+绿色荧光微晶玻璃+红光LD”（图2）。基于后一计划，修建了高亮度（光通量1 310 lm，对应880 Mcd/m²)、低光学扩展量（~1.5 mm²），宽色域（~112.5%NTSC）的激光投影原型显示光源（Laser & Photonics Reviews, 2021, DOI: 10.1002/lpor.10.1002/lpor.202100317）。

　　图2β-SiAlON:Eu²⁺/CaAlSiN₃:Eu²⁺微晶玻璃膜-蓝宝石复合质料的图案化样品照片及对应原型光源电致光谱、CIE色坐标图。

　　除此除外，采用“原位析晶”+“低温共烧”新技艺门道，得到了一种新型的钙钛矿纳米晶发光微晶玻璃膜-蓝宝石复合质料（图3）。

　　图3：CsPbX₃纳米晶发光微晶玻璃膜-蓝宝石复合质料正在自然光和紫外胀舞光下的样品照片及对应原型激光显示体系修建示妄念

　　受益于玻璃基质的鲁棒性以及高热导率蓝宝石基板优异的散热性，该复合质料具有优秀的抗热抨击性、抗湿性、耐激光辐照性。通过修建“荧光轮”，使热失控效应（Thermal-runaway effect）大幅减轻，质料的发光饱和阈值以是得以提拔至7 W/mm²。修建的激光投影原型光源具有低光学拓展量（0.41 mm²）、宽色域（128.4% NTSC，即96.2% Rec.2020）和适中的光通量（174 lm），希望行使于微型投影仪（Laser & Photonics Reviews, 2021, DOI: 10.1002/lpor.202100044）。

　　目前，激光照明/显示用荧光微晶玻璃膜复合质料商量已博得肯定开展，但正在基质玻璃组分打算、微晶-玻璃界面组织优化与缺陷负责、复相介质热场/光场调控（如引入热传导介质/光散射核心/光子晶体膜）等方面仍存正在很众亏折；

　　需核心研制高发光饱和阈值的青光、红光荧光微晶玻璃系统，告竣高品格全光谱激光照明光源；

　　另外，激光照明测试结果受光斑尺寸、光道、积分球/探测器聪明度等诸众身分影响，紧迫须要楷模测试法式，告竣差别课题组测试结果的横向较量。

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