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>>推光子:超颖表面的设计方法可以使LED灯的行为更象激光器

抽象:
加州大学圣塔芭芭拉分校的研究人员继续推动LED的边界进一步的设计有点用,可以铺向更高效,多功能的LED显示和照明技术的方式的新方法。

推光子:超颖的设计方法可以使LED灯的行为更像激光器

加利福尼亚州圣巴巴拉|发表于2020年6月3日

In a paper published in Nature Photonics, UCSB electrical and computer engineering professor Jonathan Schuller and collaborators describe this new approach, which could allow a wide variety of LED devices � from virtual reality headsets to automotive lighting � to become more sophisticated and sleeker at the same time.

�What we showed is a new kind of photonic architecture that not only allows you to extract more photons, but also to direct them where you want,� said Schuller. This improved performance, he explained, is achieved without the external packaging components that are often used to manipulate the light emitted by LEDs.

Light in LEDs is generated in the semiconductor material when excited, negatively charged electrons traveling along the semiconductor�s crystal lattice meet positively-charged holes (an absence of electrons) and transition to a lower state of energy, releasing a photon along the way. Over the course of their measurements, the researchers found that a significant amount of these photons were being generated but were not making it out of the LED.

�We realized that if you looked at the angular distribution of the emitted photon before patterning, it tended to peak at a certain direction that would normally be trapped within the LED structure,� Schuller said. �And so we realized that you could design around that normally trapped light using traditional metasurface concepts.�

它们在解决了设计包括1.45微米的氮化物长氮化镓(GaN)纳米棒在蓝宝石衬底上的阵列组成。的铟镓氮(InGaN)量子阱嵌入在纳米棒,以限制电子和空穴,从而发光。In addition to allowing more light to leave the semiconductor structure, the design polarizes the light, which co-lead author Prasad Iyer said, �is critical for a lot of applications.�

纳米触角

The idea for the project came to Iyer a couple of years ago as he was completing his doctorate in Schuller�s lab, where the research is focused on photonics technology and optical phenomena at subwavelength scales. Metasurfaces � engineered surfaces with nanoscale features that interact with light � were the focus of his research.

�A metasurface is essentially a subwavelength array of antennas,� said Iyer, who previously was researching how to steer laser beams with metasurfaces. He understood that typical metasurfaces rely on the highly directional properties of the incoming laser beam to produce a highly directed outgoing beam.

LEDs, on the other hand, emit spontaneous light, as opposed to the laser�s stimulated, coherent light.

�Spontaneous emission samples all the possible ways the photon is allowed to go,� Schuller explained, so the light appears as a spray of photons traveling in all possible directions. The question was could they, through careful nanoscale design and fabrication of the semiconductor surface, herd the generated photons in a desired direction?

�People have done patterning of LEDs previously,� Iyer said, but those efforts invariably split the into multiple directions, with low efficiency. �Nobody had engineered a way to control the emission of light from an LED into a single direction.�

正确的地点正确的时间

这是一个不会找到一个解决办法,艾耶说,没有一个专家团队合作者的帮助下一个难题。氮化镓是非常困难的工作和需要专门的流程,使高品质的晶体。只有在世界上少数几个地方有专业知识,制作在这样严格的设计材料。

幸运的是,加州大学圣巴巴拉分校,家里的固态照明与节能电子中心(SSLEEC),是那些地方之一。With the expertise at SSLEEC and the campus�s world-class nanofabrication facility, the researchers designed and patterned the semiconductor surface to adapt the metasurface concept for spontaneous light emission.

�We were very fortunate to collaborate with the world experts in making these things,� Schuller said.

研究这个项目也被瑞安A.变小(共同第一作者),叶海亚Mohtashami,纪尧姆Lhereux,尼基塔Butakov,阿卜杜拉Alhassan,克劳德WEISBUCH,中村修二和史蒂芬P.丹巴尔斯提出申请,全部来自加州大学圣巴巴拉分校进行。

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(805)893-4765

雪莉Leachman
(805)893-8726

加州版权所有©大学圣巴巴拉分校

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