The modern society relies heavily on mankind’s ability to produce light to lengthen the day. Throughout the evolution of artificial lighting lots of light sources were discovered / invented, i.e. burning wood, oil, candles, using incandescent bulbs and fluorescent lamps and, finally, white LEDs. LEDs are superior to other light sources due to their high efficiency. Replacement of conventional light sources by white LEDs what would allow saving huge amounts of electricity consumed for lighting purposes. The main goal of this dissertation was development and investigation of various new materials that could be used in solid state light sources based on near-UV and blue LEDs. One silicate, one molybdate and three garnet structure compounds were selected. Several synthesis methods, i.e. solid state, sol-gel, and sol-gel combustion, were applied in preparation of selected host materials. The host materials were activated by Eu2+, Eu3+, and Ce3+ ions. The phase purity of synthesized samples was evaluated by recording powder XRD patterns. Luminescent properties of the activator ions were investigated by recording reflectance, excitation, emission spectra and decay curves at room temperature. The temperature dependent decay curves and emission spectra were recorded in the range of 77-500 K. Moreover, quantum yields, luminous efficacies and colour points were calculated from the obtained data. / Žmonija jau nuo senų senovės stengiasi prailginti dieną dirbtiniais šviesos šaltiniais. Šviesos šaltiniai vystėsi pamažu – iš pradžių buvo deginama mediena, žibalas ir žvakės, vėliau buvo išrasta kaitrinė lemputė, o dar po kurio laiko fluorescencinė lempa. Jauniausi iš dirbtinių šviesos šaltinių yra šviestukai, kurie yra pranašesni už prieš tai minėtus šaltinius savo dideliu efektyvumu. Pakeitus dabartinius šviesos šaltinius šviestukais, būtų galima sutaupyti milžinišką elektros energijos kiekį, suvartojamą apšvietimui. Pagrindinis disertacijos tikslas buvo buvo naujų liuminescencinių medžiagų, kurios gali būti sužadinamos ultravioletinę arba mėlyną spinduliuotę emituojančiais šviestukais, paieška. Iš viso pasirinktos penkios sistemos – vienas silikatas, vienas molibdatas ir trys granato struktūros junginiai. Medžiagos buvo susintetintos kietafazių reakcijų, zolių-gelių arba zolių-gelių užsiliepsnojimo metodais. Junginiai buvo legiruoti Eu2+, Eu3+ arba Ce3+ jonais. Fazinis junginių grynumas buvo patvirtintas Rentgeno spindulių difrakcijos analize. Junginių optinės savybės buvo įvertintos išmatavus atspindžio, sužadinimo ir emisijos spektrus bei liuminescencijos gesimo trukmes kambario temperatūroje. Taip pat buvo įvertinta junginių liuminescencijos gesimo trukmių ir emisijos spektrų priklausomybė nuo temperatūros, bei apskaičiuoti kvantiniai našumai ir spalviniai taškai.

Žmonija jau nuo senų senovės stengiasi prailginti dieną dirbtiniais šviesos šaltiniais. Šviesos šaltiniai vystėsi pamažu – iš pradžių buvo deginama mediena, žibalas ir žvakės, vėliau buvo išrasta kaitrinė lemputė, o dar po kurio laiko fluorescencinė lempa. Jauniausi iš dirbtinių šviesos šaltinių yra šviestukai, kurie yra pranašesni už prieš tai minėtus šaltinius savo dideliu efektyvumu. Pakeitus dabartinius šviesos šaltinius šviestukais, būtų galima sutaupyti milžinišką elektros energijos kiekį, suvartojamą apšvietimui. Pagrindinis disertacijos tikslas buvo buvo naujų liuminescencinių medžiagų, kurios gali būti sužadinamos ultravioletinę arba mėlyną spinduliuotę emituojančiais šviestukais, paieška. Iš viso pasirinktos penkios sistemos – vienas silikatas, vienas molibdatas ir trys granato struktūros junginiai. Medžiagos buvo susintetintos kietafazių reakcijų, zolių-gelių arba zolių-gelių užsiliepsnojimo metodais. Junginiai buvo legiruoti Eu2+, Eu3+ arba Ce3+ jonais. Fazinis junginių grynumas buvo patvirtintas Rentgeno spindulių difrakcijos analize. Junginių optinės savybės buvo įvertintos išmatavus atspindžio, sužadinimo ir emisijos spektrus bei liuminescencijos gesimo trukmes kambario temperatūroje. Taip pat buvo įvertinta junginių liuminescencijos gesimo trukmių ir emisijos spektrų priklausomybė nuo temperatūros, bei apskaičiuoti kvantiniai našumai ir spalviniai taškai. / The modern society relies heavily on mankind’s ability to produce light to lengthen the day. Throughout the evolution of artificial lighting lots of light sources were discovered / invented, i.e. burning wood, oil, candles, using incandescent bulbs and fluorescent lamps and, finally, white LEDs. LEDs are superior to other light sources due to their high efficiency. Replacement of conventional light sources by white LEDs what would allow saving huge amounts of electricity consumed for lighting purposes. The main goal of this dissertation was development and investigation of various new materials that could be used in solid state light sources based on near-UV and blue LEDs. One silicate, one molybdate and three garnet structure compounds were selected. Several synthesis methods, i.e. solid state, sol-gel, and sol-gel combustion, were applied in preparation of selected host materials. The host materials were activated by Eu2+, Eu3+, and Ce3+ ions. The phase purity of synthesized samples was evaluated by recording powder XRD patterns. Luminescent properties of the activator ions were investigated by recording reflectance, excitation, emission spectra and decay curves at room temperature. The temperature dependent decay curves and emission spectra were recorded in the range of 77-500 K. Moreover, quantum yields, luminous efficacies and colour points were calculated from the obtained data.

Parametrinė fluorescencija (PF) – nekoherentinė šviesos sklaida – yra vienas pagrindinių susietųjų fotonų šaltinių taikomų kvantinės optikos eksperimentuose. Nuo pat pirmųjų PF eksperimentinių tyrimų 1968 metais įsigalėjo tradicija šį reiškinį žadinti išimtinai lazerine spinduliuote. Šios disertacijos tikslas – eksperimentiškai ištirti galimybę generuoti PF tiek laikiškai, tiek ir erdviškai nekoherentine spinduliuote – didelės galios šviesos diodu. Atliekant tyrimus didelio jautrio CCD kamera buvo registruojami silpni PF signalai, pavienių fotonų skaitliukais buvo registruojami fotonų sutapimai,. Lygiagrečiai eksperimentiniams tyrimams buvo atliekami teoriniai skaičiavimai. Šiuo tikslu buvo parašytas matematinio modeliavimo programinis kodas, skirtas įvertinti PF erdvinį galios pasiskirstymą bei modeliuoti fotonų sutapimų eksperimentą, keičiant kaupinimo pluošto ir detekcijos sistemos savybes. Šio darbo rezultatai atskleidžia, kad nekoherentiniai šaltiniai gali būti puiki alternatyva lazerinėms sistemoms siekiant žadinti vidutinės kokybės dvyninius laukus, ypatingai tokiose tyrimų srityse, kuriose mažas dvyninio lauko koherentiškumas būtų didžiulis privalumas. Pagrindiniai nekoherentinių šaltinių pranašumai prieš lazerines sistemas: maža kaina, paprasta gamybos technologija ir didžiulė komercinė skirtingo bangos ilgio šaltinių įvairovė. / Spontaneous parametric down conversion (SPDC) – incoherent light scattering – is one of the main entangled photons source applied in quantum optics experiments. The tradition to pump SPDC by laser radiation was established from the very first SPDC experiments in 1968. The aim of this thesis was experimentally to investigate the ability to generate an SPDC pumping by both temporal and spatially incoherent radiation - a high-power blue LED. Weak SPDC signals were registered with high sensitivity CCD cameras, photons coincidences were detected with photon counters. The theoretical simulations were performed in parallel with experiments. Therefore, mathematical simulation code was written in order to estimate the SPDC power distribution and simulate photon coincidence experiment changing the properties of pump beam and detection system. Experimental results reveal that incoherent light sources can be good alternative for the laser systems in order to generate average quality biphoton fields especially in those experiments in which low biphoton field coherency would be advantage. The main advantages of the incoherent sources over laser systems are low cost, simple production technology and the huge commercial variety of different wavelength sources.

The thesis is devoted to the frequency-resolved investigation of the relaxation processes in optoelectronic materials and devices. Conventional fluorescence decay time measurement technique in the frequency domain was adapted for the use with light-emitting diode (LED) excitation and signal registration by a lock-in amplifier. Inorganic phosphors synthesized by aqueous sol-gel combustion method for using as wavelength converters in white LEDs as well as advanced organic semiconducting materials were investigated by photoluminescence decay time and quantum yield measurement techniques. The photoluminescence decay time measurement technique with extremely low quasi-continuous UV LED excitation was applied for the carrier dynamics research in GaN epitaxial layers. The investigation under such a low excitation conditions revealed the contribution of donor-acceptor recombination in the yellow luminescence of GaN. The techniques for in-situ thermal characterization of encapsulated LEDs, including the measurements of phosphors converter temperature and heat relaxation time constants inside a LED, were developed and demonstrated for the investigation of commercial low- and high- power LEDs. / Disertacija yra skirta relaksacijos procesų, vykstančių optoelektronikos medžiagose ir prietaisuose, tyrimui dažninės skyros metodu. Įprastas fluorescencijos gesimo trukmės tyrimo metodas, veikiantis harmoniškai moduliuoto žadinimo režimu, buvo adaptuotas žadinimui puslaidininkiniais šviestukais ir signalų registravimui radijo dažnių faziniu detektoriumi. Neorganiniai vandeniniu zolių-gelių metodu susintetinti fosforai, skirti baltų puslaidininkinių šviestukų gamybai, ir modernios organinės optoelektronikos medžiagos buvo ištirtos fotoliuminescencijos gesimo dėsnio ir kvantinės išeigos matavimo metodikomis, siekiant nustatyti krūvininkų rekombinacijos savybes ir optimizuoti sintezės parametrus. Realizuotas GaN epitaksinių sluoksnių liuminescencijos kinetikos tyrimas labai žemo kvazitolydinio sužadinimo atveju patvirtino rekombinacijos per priemaišas svarbą šio tipo medžiagose. Buvo sukurtos naujos prekinių šviestukų šiluminių savybių in-situ tyrimo metodikos, veikiančios dažninės skyros režimu. Bangos ilgio keitiklių temperatūra baltuose šviestukuose ir šilumos relaksacijos konstantos įvairaus tipo šviestukų konstrukciniuose elementuose buvo išmatuotos esant vardiniam šviestukų veikimo režimui.

Disertacija yra skirta relaksacijos procesų, vykstančių optoelektronikos medžiagose ir prietaisuose, tyrimui dažninės skyros metodu. Įprastas fluorescencijos gesimo trukmės tyrimo metodas, veikiantis harmoniškai moduliuoto žadinimo režimu, buvo adaptuotas žadinimui puslaidininkiniais šviestukais ir signalų registravimui radijo dažnių faziniu detektoriumi. Neorganiniai vandeniniu zolių-gelių metodu susintetinti fosforai, skirti baltų puslaidininkinių šviestukų gamybai, ir modernios organinės optoelektronikos medžiagos buvo ištirtos fotoliuminescencijos gesimo dėsnio ir kvantinės išeigos matavimo metodikomis, siekiant nustatyti krūvininkų rekombinacijos savybes ir optimizuoti sintezės parametrus. Realizuotas GaN epitaksinių sluoksnių liuminescencijos kinetikos tyrimas labai žemo kvazitolydinio sužadinimo atveju patvirtino rekombinacijos per priemaišas svarbą šio tipo medžiagose. Buvo sukurtos naujos prekinių šviestukų šiluminių savybių in-situ tyrimo metodikos, veikiančios dažninės skyros režimu. Bangos ilgio keitiklių temperatūra baltuose šviestukuose ir šilumos relaksacijos konstantos įvairaus tipo šviestukų konstrukciniuose elementuose buvo išmatuotos esant vardiniam šviestukų veikimo režimui. / The thesis is devoted to the frequency-resolved investigation of the relaxation processes in optoelectronic materials and devices. Conventional fluorescence decay time measurement technique in the frequency domain was adapted for the use with light-emitting diode (LED) excitation and signal registration by a lock-in amplifier. Inorganic phosphors synthesized by aqueous sol-gel combustion method for using as wavelength converters in white LEDs as well as advanced organic semiconducting materials were investigated by photoluminescence decay time and quantum yield measurement techniques. The photoluminescence decay time measurement technique with extremely low quasi-continuous UV LED excitation was applied for the carrier dynamics research in GaN epitaxial layers. The investigation under such a low excitation conditions revealed the contribution of donor-acceptor recombination in the yellow luminescence of GaN. The techniques for in-situ thermal characterization of encapsulated LEDs, including the measurements of phosphors converter temperature and heat relaxation time constants inside a LED, were developed and demonstrated for the investigation of commercial low- and high- power LEDs.