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美國高校將利用超材料設計法實現更高效照明

2020-07-06    

中國照明網報道

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導語: 據外媒近日報道,美國加州大學圣芭芭拉分校(UC Santa Barbara,UCSB)的研究人員將利用一種新方法,突破LED設計的邊界,可能會為更高效、功能更多的LED顯示屏和照明技術鋪平道路。

  據外媒近日報道,美國加州大學圣芭芭拉分校(UC Santa Barbara,UCSB)的研究人員將利用一種新方法,突破LED設計的邊界,可能會為更高效、功能更多的LED顯示屏和照明技術鋪平道路。

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(圖片來源:加州大學圣芭芭拉分校)

  UCSB電子和計算機工程系教授Jonathan Schuller及其合作者描述了該種新方法,能夠讓虛擬現實(VR)頭顯、汽車照明等各種LED設備變得既更加精致又更加時尚。

  Schuller表示:“我們展示的是一種新型光子結構,不僅能夠提取到更多光子,還能夠將光子引向理想的地方?!彼€解釋表示,不使用通常用于控制LED發出的光的外部封裝組件就改進了此種性能。

  LED中的光線是半導體材料被激發時產生的,當沿半導體晶格運動的帶負電荷的電子遇到帶正電荷的空穴(沒有電子),并轉變為能量較低的狀態時,在此過程中會釋放一個光子。在測量該過程時,研究人員發現,有相當數量的光子在產生,但是并沒有從LED中產生。

  Schuller表示:“我們意識到,如果在形成圖形之前,觀察發射出的光子的角度分布,往往會發現,光子在一個特定方向達到峰值,而該方向通常困在LED結構中。因此,我們意識到可以采用傳統的超表面概念,來設計通常會被困住的光線?!?/p>

  研究人員所確定的設計包括在一個藍寶石基底上,設置一組1.45微米長的氮化鎵(GaN)納米棒。由氮化銦鎵(InGaN))制成的量子阱被嵌入至該納米棒中,以限制電子和空穴,從而發出光線。除了讓更多的光線離開半導體結構,該設計還可實現偏振光,這一點對于很多應用而言都至關重要。

  Iyer幾年前在Schuller實驗室完成博士學位時就產生了該項目的想法,該實驗室的研究重點是亞波長范圍內的光子學技術和光子現象。超表面是一種具有納米級特征、并能與光線相互作用的工程表面,也是Iyer的研究重點。

  Iyer之前一直在研究如何用超表面引導激光束,他表示:“從本質上看,超表面就是亞波長天線陣列?!彼擦私獾?,典型的超表面都依賴入射激光束的高度定向特性,以產生高度定向的輸出光束。

  另一方面,LED會發射自發光,不同于激光的受激相干光。

  Schuller解釋表示:“自發發射對所有光子可能的運動方式進行了采樣,所以,光線看起來像一束能夠向所有可能的方向運動的光子。問題是,能否通過仔細的納米級設計和半導體表面制造,將產生的光子引導到期望的方向?”

  Iyer表示:“以前有人設計過LED,但是總是將LED光線分成多個方向,效率很低。還未曾設計出方法,以控制LED的光線朝一個方向發射?!?/p>

編輯:嚴志祥

來源:蓋世汽車網

標簽:美國  高校  LED光線  激光  超材料設計法  汽車照明  

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