华中科技大学研发高亮度激光照明新型荧光转换膜

高亮度激光照明技术正迅速崛起，成为下一代通用照明、投影显示、远距离探照灯、汽车前大灯及其他大功率照明应用的核心方向。与传统的发光二极管相比，激光二极管具备更高的亮度、更好的方向性以及卓越的光束准直性能。然而，这些优势也带来了严峻挑战：高度聚焦的蓝光激光束会在荧光转换膜上产生强烈的辐照和热负荷，极易引发光致发光饱和、效率衰减、色温不稳定，甚至导致器件热失效。

玻璃基荧光体薄膜（PiGF）因其薄膜结构、制备工艺简单、成本低廉以及与导热衬底良好的兼容性，近年来受到广泛关注。在典型的白光激光照明系统中，蓝光激光激发荧光层产生黄光发射，剩余蓝光与黄光混合形成白光。尽管如此，传统PiGF转换器仍存在蓝光吸收不足及膜-衬底界面光学损耗大的问题。大量蓝光光子可能穿透荧光层而未发生有效转换，这不制了发光效率，还加剧了不必要的热量积聚。

为突破这一瓶颈，华中科技大学彭杨教授团队开发了一种新型嵌入二氧化锆（ZrO2）微球反射器的蓝宝石基PiGF荧光转换膜，命名为PiGF@ZS。其核心创新在于在PiGF层与蓝宝石衬底之间引入了一种微结构的玻璃基ZrO2反射界面。该界面能将未被吸收的蓝光光子重新导向荧光层，延长其光程，从而增加氮化钇铝（YAG）荧光颗粒的吸收概率。结果是更多的蓝光被转化为有用的黄光发射，同时减少了废热的产生。

该团队于2026年5月25日在国际学术期刊《先进陶瓷》（Journal of Advanced Ceramics）上发表了这一研究成果。彭杨教授指出：“这项工作的关键创新并非简单添加反射层，而是构建了一种低成本微结构界面，同时提升了蓝光利用率和热管理能力。这为开发用于高功率激光照明的高效荧光转换器提供了一条切实可行的路径。”

实验结果证实了这种光热设计的有效性。在5毫米光斑直径、25瓦激光激发条件下，优化后的PiGF@ZS转换器实现了240.5流明/瓦的高发光效率，Zui大光通量达到3782流明，展现出卓越的抗光致发光饱和能力。而在1毫米小光斑、3瓦激发条件下，PiGF@ZS的光通量是传统PiGF蓝宝石转换器的1.2倍，凸显了在高度聚焦激光辐照下蓝光回收的优势。

热测量进一步展示了PiGF@ZS改进的热管理性能。随着激光光斑直径从1毫米增加到5毫米，热负荷分布在更大的激发区域上，显著降低了局部热量积聚。在3瓦激发、5毫米光斑条件下，PiGF@ZS的表面温度降至54.6℃，低于传统PiGF蓝宝石转换器的61℃。这种降低的工作温度对于在高功率运行下保持稳定的光学输出和延长器件寿命至关重要。

团队还将PiGF@ZS转换器组装成白光激光二极管模块，并在室内和室外测试中展示了其实际照明性能。 resulting 的激光照明系统表现出强大的光束准直性和远距离照明能力，表明其在高亮度场地照明、投影系统、汽车照明及特种照明领域具有广阔的应用潜力。

彭杨教授是华中科技大学副教授、博士生导师，IEEE会员，入选湖北省青年人才、武汉市人才计划及市级创新创业人才。他的研究聚焦于先进电子制造与半导体芯片封装集成，包括发光玻璃陶瓷材料与器件封装、航空电子设备与微系统集成、功率器件及热管理。近年来，他主持了国家自然科学基金、国家重点研发计划子课题等多项科研项目，在《Advanced Materials》等期刊发表70余篇论文，拥有31的H指数。

该研究得到了国家自然科学基金（52475594）、湖北省自然科学基金（2026AFC0612）、武汉市重点研发项目（2025050102030007）及武汉市自然科学基金（2026040101030010）的支持。作者感谢华中科技大学分析测试中心在光致发光、扫描电子显微镜、衰减及差示扫描量热法测量方面提供的支持。