面向激光照明的液态量子点循环冷却系统设计与应用研究

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量子点独特的光电性能优异性在生物成像、医学治疗、传感、电池、显示与照明等领域有相关应用。量子点极易因温度升高而发生荧光淬灭现象,目前主要应用在小功率场合。量子点热稳定性差的难题制约了量子点大功率应用的发展。针对上述问题,本文设计了新型液态量子点循环冷却光转化器用于大功率激光照明。通过量子点外部压力驱动,内部相变驱动两种流动循环方式,对大功率激光激发状态下液态量子点进行温度控制,实现了液态量子点在大功率激光照明的稳定应用。针对激光照明系统光学、色度学以及温度等参数研究激光激发液态量子点流动循环系统的性能。主要研究内容如下:(1)激光激发液态量子点外部压力驱动循环系统性能影响:以蠕动泵驱动液态量子点溶液循环,半导体制冷片对循环管路内的液态量子点进行降温,搭建液态量子点外部压力驱动循环冷却系统。研究分析了溶液温度,流速,激光驱动功率等因素对激光激发液态量子点光学性能和热学性能的作用。探究外部压力驱动循环对激光激发液态量子点光热性能的影响。(2)激光激发液态量子点内部相变驱动循环系统性能研究:流动液态量子点可以有效抵御大功率激光引起的量子点热淬灭现象。优化液态量子点驱动循环方式,提出内部相变驱动循环散热机理,以激光激发量子点非辐射复合产生的热量自发驱动溶液循环达到散热的目的,设计用于液态量子点内部相变驱动循环的闭式汽-液循环石英玻璃管,并搭建液态量子点内部相变驱动循环激光照明系统。研究液态量子点内部相变驱动循环和静态密闭状态下的光热性能优异性。详细分析了激光高低驱动电流对内部相变驱动循环石英玻璃管性能的影响,为白光照明应用奠定基础。(3)基于液态量子点的激光照明系统性能研究:仿真探索了闭式汽-液循环石英玻璃管自由曲面形状对激光照明系统光色性能的影响,提出石英玻璃管自由曲面形状对激光量子点照明系统影响机理,基于仿真结果对闭式汽-液循环石英玻璃管进行优化,并设计用于白光照明的双通路方形闭式汽-液循环石英玻璃管和单通路方形闭式汽-液循环石英玻璃管。探究了分层以及混合型量子点封装方式对激光白光照明系统的光热影响。根据发光光谱、辐射通量、光效以及色度学指标进一步分析激光驱动电流对不同封装结构的性能差异,最终得出最优异的基于液态量子点内驱动循环白光照明的封装方式。
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