长春光机所研制出激光照明用青绿荧光透明陶瓷填补国际空白

2023-10-12 09:38

长春光机所发光学及应用国家重点实验室张家骅研究员主持的国家自然科学基金联合基金（吉林省）项目“面向激光照明的硅酸盐石榴石多色荧光透明陶瓷”（U22A20139）取得突破性进展，研制出青绿荧光透明陶瓷，填补国际空白，为全色激光照明奠定了关键荧光材料基础，研究结果以“Cyan－green－emitting Ca₃Sc₂Si₃O₁₂：Ce^3＋ transparent ceramic： a promising color converter for high－brightness laser lighting”为题，发表在国际陶瓷领域顶级刊物《Journal of Advanced Ceramics》（2023， 12（9）： 1731–1741）

激光驱动荧光透明陶瓷是获得高亮度激光照明光源的优选方案，在汽车、影视、搜救照明中具有迫切需求。目前，激光照明可用的荧光透明陶瓷仅限于黄色YAG：Ce和绿色LuAG：Ce两种铝酸盐石榴石，造成光源颜色不全，色彩还原差的问题，缺少青色是导致上述问题的根源，被称为“青色空洞”（cyan cavity）。

为解决上述问题，项目组选择高效青绿荧光Ca₃Sc₂Si₃O₁₂：Ce^3＋（CSS：Ce）硅酸盐石榴石，开展陶瓷化研究，针对硅离子扩散系数小导致的陶瓷致密化难的瓶颈，提出基于烧结动力学原理的两步烧结策略，成功获得了高品质青绿荧光透明陶瓷。陶瓷适合蓝光激发，在发光波长处的透过率达71％、内量子效率为91％、荧光猝灭温度高达838 K、抗辐照密度达到45．6 W／mm²，此激发密度下正向流明效率为162 lm／W。上述优良性能可与目前商用YAG：Ce、LuAG：Ce荧光透明陶瓷相媲美，充分表明，CSS：Ce硅酸盐石榴石荧光透明陶瓷是激光照明用理想的青绿荧光转换体，将在填充“青色空洞”实现全色激光照明中发挥不可替代作用，具有广阔的应用前景。