以LED为扩展光源, 提出一种基于照度分布分割与反馈的方法为LED设计非常紧凑的光学自由曲面透镜, 进而设计实现了大距高比(DHR)的直下式背光源。与子光学面联接构成光学面的过程相对应, 总照度分布被分割为子照度分布。通过修正子光学面来调整子照度分布, 使得总照度分布足够接近于目标照度分布, 所需光学面就被构建出来了。该设计过程不依赖于仿真, 简便易行, 适用广泛。作为实例, 一个非常紧凑(透镜的中心高度与LED尺寸相等)的自由曲面透镜被设计出来, 作为直下式背光源的配光透镜。仿真结果表明, 背光源照度分布的均匀度达到了0.91, 相对标准差(RSD)低至0.0202, 总的光能利用率达到了85.5%。

LED 光源自身物理模型的准确测量和建模对光学设计和计算机软件仿真模拟结果至关重要。分析了常用光源模型的特性，对白光LED 与理想点光源的偏差和原因进行了研究，比较分析了在直下式背光源透镜光学系统中由于LED 实际光源特性偏离理想点光源和简单面光源而造成的设计偏差，并以白光LED 光源近场测量的光线文件为基础，采用反馈修正逐次逼近的方法，优化设计了背光系统距高为5.5 的内外折射曲面光学透镜，在实际发光面积为1.7 mm×1.7 mm 的条件下，光斑均匀性为0.83。

对于道路照明，人眼观察到的是路面的亮度而并非路面照度。理想的路面照明应能达到照度和亮度的双重均匀性。从发光二极管(LED)道路照明中路面亮度与照度的关系出发，提出了一种基于路面反射特性同时实现路面照度与亮度均匀性的设计方法。首先根据国际照明委员会(CIE)标准给出的简化亮度系数表计算路面上所有点的亮度系数；然后利用最小二乘法对路面照度和亮度同时进行分析，得到路面最优照度分布；最后采用分离变量与最小能量块迭代结合的方法对光源以及接收面进行网格划分，根据目标照度分布进行三维自由曲面光学系统设计，得到实现路面照度均匀与亮度均匀的光学透镜。将此设计应用于双车道的C1路面，实现了路面93.47%的照度均匀度，各车道观察到的路面总亮度均匀度为86.94%和89.26%。

提出了一种新型的LED道路照明中实现任意照度分布的自由光学曲面设计方法。旨在实现单盏路灯在路面长度和宽度方向上的照度分布均呈特定分布，以满足道路照明对路面照度、亮度均匀性以及环境比的要求。采用分离变量与最小能量块迭代结合的方法对光源以及接收面进行网格划分，保证光源和接收面的对应单元内具有相同的能量大小。最后根据边缘光线理论、斯涅耳定律以及误差控制方法构建透镜表面。同时考虑路灯安放位置以及倾斜角的问题，透镜对应路面宽度方向上非对称。以给定路面长度方向照度呈余弦分布、宽度方向照度呈梯形分布为例，采用此种方法设计出聚碳酸酯非连续自由曲面路灯透镜。结果表明，路面长度方向上照度接近余弦分布，误差小于6%，路面总照度均匀度达到0.93，道路环境比达0.55。

外延晶格失配等引入的非辐射复合缺陷是影响GaN基LED性能的重要因素。对不同LED样品老化1600h前后的IV特性、理想因子以及量子效率、发光特性进行了测量研究，并结合非辐射复合缺陷的定量测量，分析验证了非辐射复合缺陷对LED老化性能的影响。结果表明，非辐射复合缺陷是造成GaN基LED老化过程中隧穿电流增大、IV特性偏离理想模型、理想因子增大以及光输出非线性化等现象的根本因素。在此基础上建立了非辐射复合缺陷浓度与LED老化性能之间的关系模型，提出了一种基于非辐射复合缺陷浓度及其恶化系数的GaN基LED老化性能评测方法。

介绍了合成全息图拍摄过程中图像的滤波处理过程, 并分析了利用透镜对图像信息进行会聚时光场的不均匀性问题。为改善会聚光场的均匀性, 通常需在透镜前设置弱散射片, 从理论上分析了相位散射片改善光场均匀性的原理, 基于该原理利用傅里叶迭代算法(G-S算法)对相位散射片的相位分布进行了设计, 并将所设计的相位片应用于实际图像进行了仿真分析。结果表明, 通过精确设计相位片的相位分布能极大地改善光场的均匀性, 且能在一定范围调整光斑尺寸的大小。最后针对相位片实际制作中相位的量化问题分析了量化误差的影响, 仿真结果表明, 当量化阶数达到8阶时量化误差的影响可以忽略。

荧光粉的吸收散射特性、粒径分布及荧光粉涂层的形状对白光LED色温角空间分布具有直接影响。通过Mie散射理论对不同形状的荧光粉涂层进行了光学计算仿真, 研究了荧光粉涂层形状对白光LED空间色温分布的影响规律, 以及不同形状的荧光粉涂层效率, 并从中找出色温均匀性最佳的荧光粉涂层形状。根据仿真结果, 采用具有精确控制喷胶量和喷涂位置功能的高速喷胶技术对1mm2大功率芯片的荧光粉涂层的涂敷工艺进行实验制作, 控制器件的平均色温在5000K, 获得荧光粉涂层形状对白光LED色温角空间分布影响的测量结果与计算仿真结果相吻合。通过该方法制作的荧光粉涂层使白光LED的最小色温差异达到537K, 远优于目前一般采用的荧光粉涂敷技术。

合成全息图利用多视差图像实现立体显示，并可通过分区曝光实现大面积制作。介绍了数字合成全息的原理及其实验系统，针对其制作过程中的两种图像采样方式，研究了图像的分割和重组原则。通过对单元全息图合成拍摄中图像重叠投影的分析，基于非成像光学理论设计制作了能实现这一功能的透镜，并借助光学软件对其进行了仿真。最后利用所设计的透镜进行了合成全息实验，结果表明，利用所设计的重叠投影透镜和适当的图像处理方法，能合成出轮廓清晰、立体感强的全息立体图。

可靠性是影响发光二极管应用的一个重要因素。对1W大功率发光二极管分批在不同电流及不同结温下进行试验，分析了电流和结温对功率型发光二极管寿命的影响，应用应力加速模型推测在不同电流或结温条件下发光二极管的寿命，同时研究了试验过程中发光二极管的光电性能的变化，探索其失效机理，为功率型发光二极管的应用提供参考。

热阻网络法在传统热阻定义的基础上，简化了系统的计算模型。文章在分析半导体照明系统内部各器件热阻的基础上，提出了一种计算各点温度的热阻网络模型。利用一维热阻网络拓朴关系进行了热场的计算和分析，并与有限元仿真结果进行了对比。通过验证表明，采用该方法得到的结点温度与有限元仿真的结果相差不超过5％，模拟结果与热阻网络模型预测的结果吻合得很好，显示该模型具有较高的精确度。这种热阻网络拓朴分析技术可在某种程度上应用于发光二极管(LED)组件甚至复杂的照明系统的热学分析。