可见光通信(Visible light communication,VLC)作为无线通信领域中与无线射频通信互补的一种空间通信技术, 近年来吸引了众多研究人员的关注。除了通信链路的电路设计、调制模式之外, 调制带宽是照明光源能否实现高质量VLC的关键因素。区别于传统有机LED、聚合物LED及以GaN/InGaN为代表的无机LED等照明光源, 量子点LED(QLED)具备响应速度快、色纯度好、发光效率高、可同时用于光致发光和电致发光等优势, 是一种理想的用于可见光通信的固态光源器件。然而, 目前对QLED用于VLC的调制带宽机理研究较少, 尤其是针对多色QLED以及电致发光QLED。本文从量子点的光转换机制出发, 系统综述了不同QLED的调制机理, 并对光致发光和电致发光QLED调制带宽的限制因素进行了总结和分析, 为QLED在VLC中的应用提供了理论依据。

研究了不同驱动电流和光强分布条件下, 圆顶形、椭球形以及圆锥形远程荧光粉的发光性能。实验采用蓝光LED激发YAG: Ce3+荧光粉产生白光, 并通过恒流源和TEC控温热沉分别控制LED驱动电流和热沉温度, 通过对三种不同形状远程封装的荧光粉的光、色指数等进行对比, 发现椭球状样品的综合光学特性最佳, 光通量最高。同时, 三种远程荧光粉分别进行了不同电流下的Yellow-blue Ratio (YBR) 空间分布测试, 结果显示, 圆顶形样品的YBR空间分布均匀性最好, 且在不同电流下ACCTD及ACU值在三种样品中最优。相比大角度, 三种样品在0°附近测量的YBR的值都有不同程度的下降, 原因是芯片法线方向的荧光粉离光源较远, 且光通过荧光粉的光程较短, 因此激发效果与大角度出光时有差别。光源的封装形状以及荧光粉形状都成为影响光分布的重要因素, 因此通过改变远程荧光粉的封装方式, 优化出射光线路径, 可以起到改善远程荧光粉发光性能的重要作用, 对完善大功率白光LED光学特性的研究具有较好的参考价值。

通过研究大尺寸超长光纤预制棒的制造技术,攻克了大尺寸超长光棒的芯棒处理和套柱焊接等关键技术,研制出了200 mm,长度6 m的大尺寸光棒,并实现单根光棒不间断超高速(2 800 m/min)拉丝15 000 km以上。实际生产和质量评估表明:该技术生产的单模光纤在1 550 nm波长的衰减系数典型值为0.182 dB/km,在1 310 nm波长的衰减系数典型值为0.321 dB/km。由此可见,研发的大尺寸超长光棒生产技术稳定、成熟,与目前广泛使用的1.5 m,150 mm光棒拉丝相比,光棒利用率提高12.4%,单位时间光纤产出提升20.7%。首次实现了200 mm×6 m大尺寸超长光棒的高速拉丝。

根据高光谱数据的特点，提出了一种基于像元的分布式压缩采样模型来实现高光谱图像的有效压缩采样与重构。搭建了能实现该模型的压缩采样光谱成像系统，并研究了用于该系统成像的重构算法。在图像采集阶段，将高光谱数据分为参考像元和压缩感知像元; 地面像元的辐射能通过棱镜进行谱带分离，再利用数字微镜器件实现谱带的线性编码。对压缩感知像元进行低采样率的线性编码，对参考像元进行采样率为1的线性编码。压缩采样数据重构时，不再采用传统方法直接重构高光谱数据，而是利用线性混合模型将重构高光谱数据转换成端元提取和丰度估计，然后根据重构的端元和丰度恢复原数据。对比实验表明，在压缩采样数据为总数据的20%时，重构的平均信噪比提高了10 dB。所设计的成像系统应用压缩感知理论减少了采集的数据量，采样方式简单，可应用于星载或机载的高光谱压缩感知成像。

研究了高色温和低色温两种球冠状远程荧光粉白光LED在不同电流、不同热沉温度下的发光性能差异.结果表明：在大电流下，LED有源层内由于量子限制斯塔克效应使其峰值波长向短波方向移动，偏离了高色温荧光粉的最佳激发波长，更加接近低色温荧光粉的最佳激发波长.高色温LED的相关色温随电流增加呈上升趋势，低色温LED的相关色温随电流增加呈下降趋势，与它们的量子效率变化引起的色坐标漂移有很大关系.两种LED量子效率和发光效能随热沉温度的升高均呈略微增大的趋势；其中，高色温LED的量子效率和发光效能随电流的增大而减小，而低色温LED的量子效率和发光效能则随电流的增大而升高；高色温LED发光性质较低色温LED好，但色特性的稳定程度不如低色温LED.

研究了传统白光LED与蓝光激发的球冠形远程荧光粉白光LED在不同电流、不同热沉温度下的发光性能, 并对其机理差异展开了探讨。实验结果表明: 随热沉温度和驱动电流的上升, 传统白光LED的量子效率和电光转换效率急剧下降, 并导致其Y/B比(Yellow/Blue Ratio)下降, 相关色温上升。而在远程荧光粉白光LED中, 其量子效率、光转换效率和相关色温在相同实验条件下变化幅度都较小。由光强空间分布和Y/B比空间分布可知, 远程荧光粉白光LED的光强分布呈类似蝠翼分布, 且Y/B比空间均匀性远大于传统白光LED。

为尽可能反映荧光粉在实际工作条件下的发光性质, 准确测量荧光粉的发光性能, 提出了一种基于积分球的荧光粉发光性能测试系统。该系统采用蓝光 LED作为激发光源, 配置有 TEC控温系统对光源有效实施控温, 可提供持续稳定的激发荧光粉发光。采用出光筒控制光源方向和积分球收集光线, 能有效防止能量损失, 提高测试的精确性。通过实验得到了不同强度蓝光激发下的荧光粉光谱功率分布以及发光效能、量子效率、光转换效率等参数的变化规律。随着驱动电流的增大, 由于蓝光芯片内量子限制斯塔克效应, 从而导致蓝光峰值波长出现小幅度的蓝移。三种效率在小电流下基本呈线性下降趋势, 且在大电流下趋于平缓。实验结果表明, 该系统及方法可以有效地评价实际 LED芯片工作状态下的荧光粉发光性能。

棉花精准生产对于无损、 快速的植株氮含量监测技术有迫切需求。 研究棉花冠层光谱特征及其与植株氮含量间的定量关系, 可以实现棉株氮素的无损监测。 通过连续两年不同施氮量试验, 采集棉花冠层高光谱数据并同步测定冠层植株氮含量, 分析不同氮肥处理下棉花冠层高光谱特征及其与棉株氮含量间的关系。 结果表明: 不同时期棉株氮含量与光谱反射率在可见光波段(400～700 nm)显著负相关, 在近红外700～1 300 nm波段显著正相关, 而在短波红外1 300～1 800 nm波段的相关性较为复杂。 冠层尺度下, 在棉花整个生育阶段, 可见光波段均为棉株氮含量的敏感波段, 而近红外波段仅在盛铃期是棉株氮含量的敏感波段； 短波红外波段仅在盛蕾期是棉株氮含量的敏感波段。 利用不同时期棉株氮素敏感波段可以构建棉株氮素监测指标。