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光子晶体结构优化对提高LED光提取效率研究
LED作为一种高效、环保、寿命长的照明源，其应用范围越来越广泛。然而，LED的光提取效率仍然较低，这直接影响了LED的亮度和使用寿命。针对这一问题，研究人员提出了很多解决方案之一就是利用光子晶体结构优化来提高LED的光提取效率。
1.光提取效率的影响因素
LED发光时，由于折射率不匹配、全反射、反射和吸收等因素的影响，光释放到外界的比例非常低。因此，提高LED的光提取效率成为在LED照明领域中的一个非常重要的命题，而光子晶体相当于是在LED灯具外部进行的一种优化。
目前，提高LED光提取效率的方法主要有以下几种：
1）金属化：利用金属反射器将未被发射出来的光反射回LED芯片中，但会造成消耗电功耗和散热问题。
2）表面处理：例如制备微球列阵、纳米骨架、纳米棒列等结构，以增加表面积来增强光的反射和透射。
3）填充材料：将低折射率的材料填充到LED芯片侧面，来降低总反射率以增强光释放的机会。
4）光子晶体结构优化：通过在LED封装中使用光子晶体结构来改变LED的出光方向和光场分布，实现提高LED光提取效率的目的。
2.光子晶体结构原理
光子晶体结构是一种由周期性微结构构成的材料，因其具有较宽波段的光子禁带（光子带隙）和局域的光子态而得名。光子晶体结构利用周期性微结构使得光的传输和分布在空间中出现周期性的变化，从而影响光的通量和传输，减小光的散射和反射。
光子晶体结构的优化可以有效提高LED的光提取效率，主要借助于反射、漫反射和透射等机制。在光子晶体中，光传输的模式和传输方向能够被调制，从而可以控制光的出射角度和强度，减少光的散射和反射，从而提高光提取效率。
3.光子晶体结构优化的研究进展
随着科学技术不断进步，研究人员已经在LED封装和光子晶体结构方面做了大量工作，以提高LED的光提取效率。其中一些典型的例子包括以下三种：
1）布朗大学超材料实验室的研究人员（Y.Guo等）设计的全方位光子晶体结构。该结构具有一致的前方光弧和后方光环角度，可将内部的光分布更均匀地分散到外界，可以大大提高LED灯的亮度。
2）普林斯顿大学的研究人员（Y.Song等）研究了控制光子晶体通孔的数目和位置来实现针对LED封装的光子晶体设计。他们的工作表明，在光子晶体结构中，通孔位置和数量的改变可以显著影响光提取效率。
3）北京大学的研究人员（X.Zhang等）采用了“拟谐振结构法”来制造光子晶体结构来优化LED灯的光提取效率。这种方法结合了材料的频率域、时间域和组成的新颖表达方式，具有优秀的计算效率和处理能力。
4.结论
光子晶体结构优化是提高LED光提取效率的一种有效方法。由于光子晶体结构能够改变光的传播方向和模式，从而可以减小光的反射和散射，增强光的出射方向，减少光的损失，从而提高LED的光提取效率。未来需要更深入地研究和实验验证以找到更有效的方法进一步提高LED的光提取效率，而光子晶体结构优化定将在优化LED灯具中占据重要地位。