水泥基材料脆性突出、易开裂是其工程应用亟须解决的关键难题。对水泥基材料各物相的微观脆性进行解析，并建立与其水泥基材料整体脆性之间的联系，是对水泥基材料进行增韧设计的基础和关键。采用微米划痕实验，获得断裂韧性-位移曲线，并联合高分辨扫描电子显微镜分析划痕区域所对应的物相，实现了水泥浆体及其微观物相断裂韧性的定量表征，从而建立了水泥浆体整体脆性与水化硅酸钙凝胶脆性之间的联系。

采用改进高温热分解法合成了Cd2+掺杂NaLuF4∶Yb, Er纳米晶体,研究了Cd2+对晶相形成和发光强度的影响,采用CASTEP计算不同掺杂浓度下β-NaLuF4∶Yb, Er的形成能。在掺杂浓度为6mol%时合成的纳米晶荧光强度最强,其相较于未掺杂时增加了2.6倍,此时平均尺寸为23 nm左右。随后通过控制添加合适比例和含量的分散剂,解决了晶体易团聚的问题,得到了平均尺寸为18 nm的结晶度高、分散性好的上转换纳米晶。通过二氧化硅壳层的包覆,降低了Cd2+泄露引起的毒性反应,表明在浓度较低时呈现出低毒性,满足了上转换纳米晶在医用材料领域应用的要求。

使用分子动力学方法计算了Mo、Si原子发生反射和再溅射的概率,以及原子的反射、再溅射角度和能量分布。考虑了四种碰撞:Mo原子与Mo基底碰撞、Mo原子与Si基底碰撞、Si原子与Si基底碰撞、Si原子与Mo基底碰撞。模拟发现,当沉积原子传递给基底的能量降低时,发生反射的概率增加,但是发生再溅射的概率降低。此外,入射角度对反射概率、再溅射概率的影响与沉积原子和基底原子的种类有关;然而,入射能量越高越容易发生反射、再溅射。最后,进行了磁控溅射实验,在具有不同倾斜角度的基底上制备了Mo/Si多层膜样片,实验结论验证了仿真结果。研究结果可以用于模拟磁控溅射镀膜过程,优化镀膜工艺。

Mo/Si多层膜镀膜工艺是极紫外光刻的关键技术之一,为了优化并提升Mo/Si多层膜的镀膜工艺,研究了气压、靶-基底间距这两个工艺参数对Mo/Si多层膜表面粗糙度的影响。根据磁控溅射物理过程,建立了一个原子沉积的物理模型,分析了原子沉积到基底时的入射角度和入射能量分布对气压、靶-基底间距的影响。此外,利用直流磁控溅射镀膜机,制备了Mo/Si多层膜样片,并测量了膜表面粗糙度和功率谱密度,研究了膜表面粗糙度和功率谱密度随气压和靶-基底间距的演化规律。理论和实验的结论一致,所提模型从理论上解释了实验测量结果。

基于透视模型原理,提出了固定翼无人机视觉着降引导的合作信标设计方法。通过信标成像对引导精度的敏感性进行分析,得到了信标特征点间最小距离的设计方法。在无人机由远及近接近信标的过程中,进行视场边界的迭代计算,给出了特征点布置范围的设计方法。搭建了OpenGL视景仿真系统,在国际民航组织规定的二级引导精度及多种无人机飞行位姿条件下,进行了图像敏感性及信标捕获情况分析。测量结果表明,所提方法可保证合作信标设计满足图像敏感性要求,且该信标始终可以被完整捕获。

采用金属有机物化学气相沉积设备生长InGaAs/AlGaAs应变多量子阱有源区和双氧化限制层的外延整体结构,利用断点监控电感耦合等离子体刻蚀技术、精确湿法氧化控制技术等芯片制造技术,实现了氧化孔径为7 μm、相邻单元间隔为250 μm的高速调制4×15 Gbit/s 850 nm垂直腔面发射激光器(VCSEL)列阵。测试得到了VCSEL列阵的静态特性和动态特性:阈值电流为0.7 mA,斜效率为0.8 W/A;在6 mA工作电流下,工作电压为2.3 V,光功率为4.5 mW。在15 Gbit/s调制速率下,眼图轮廓清晰,线迹很细,抖动较小且无明显串扰。对比列阵各单元在15 Gbit/s调制速率下眼图的上升时间、下降时间、信噪比、均方根抖动等相关参数,结果表明其动态性能的一致性良好。利用箱线图分析得出外延片上VCSEL器件性能的一致性能良好,能够满足批量生产的要求。

研究了在多次回流下Au80Sn20焊层的微观演变机制及对半导体激光性能的影响, 为采用自动化精密校准机械设备, 多次回流实现激光叠阵自动化高精度封装提供技术支持。实验中, 采用扫描电镜对不同回流次数下Au80Sn20焊层金属化合物(IMC)的SEM形貌特征进行了观察, 并做EDS能谱组分分析。同时, 对多次回流过程中各阶段进行光电性能测试, 分析Au80Sn20焊料在多次回流焊接下的微观演变, 以及对激光光电性能的影响。实验结果表明：对于相同芯片, 同一封装形式, 同批次的器件, 在340 ℃, 30 s的回流焊接条件下, 多次回流加热2～6次, 即340 ℃间歇循环作用180 s以内, Au80Sn20焊层演变主要在于微观相形态的变化, 对激光光电性能影响不大; 在加热到8～10次时, 即340 ℃间歇循环作用300 s左右, Au80Sn20焊层与芯片边界处出现柯肯达尔空洞; 12～20次后, 即340 ℃间歇循环作用至600 s, 柯肯达尔空洞融合变大, 数量增多, 致使半导体激光光电性能明显下降。

针对锥形半导体激光器中的脊形波导区宽度较小的问题, 对半导体激光芯片制造中的刻蚀标记及刻蚀方法进行了研究。提出对于锥形半导体刻蚀中的脊型区域和锥形区域, 采用不同精度的双标记刻蚀方法, 细化对脊形波导和锥形波导的刻蚀中的对准问题, 并使光刻标在不同的光刻版上相错位排列, 在相应光刻版中相互遮挡, 反复刻蚀中保证相应的光刻标清晰、完整。刻蚀后的芯片在电流为7 A时获得了中心波长963 nm、连续功率4.026 W、慢轴方向和快轴方向激光光束参数乘积分别为1.593 mm·mrad和0.668 mm·mrad的激光输出。

为了避免高功率光纤激光器中光纤端面出现热效应问题, 依据多点级联结构的耦合器, 对分布式抽运的光纤激光器进行了研究。首先, 介绍了实验室自主研制的级联耦合器。然后, 分析了耦合器插入对光纤激光器的影响。最后, 选用自制的耦合器搭建了分布式抽运的光纤激光器。实验结果表明: 对耦合器插入损耗的研究, 能够促进高功率级联耦合器的实现。在光纤激光器结构中, 975 nm泵浦功率注入1.1 kW时, 1 080 nm激光功率输出为770 W, 光-光转换效率为77%。在主控振荡功率放大结构中, 激光功率输出为635 W, 放大级的光-光转换效率为78%。分布式抽运方式可以使泵浦光多点注入, 避免了热量的集中, 能够获得千瓦级的激光功率输出。

为了研究不同量子阱周期数下GaInAs/GaAsP多量子阱太阳能电池性能的变化规律, 利用金属有机化学气相沉积技术(MOCVD)制备了不同周期数的双结多量子阱太阳能电池样品以及无量子阱双结结构的参考样品, 利用高分辨率X射线衍射仪(HXRD)和高分辨率透射电镜(TEM)测试了样品的晶体质量, 同时在AM0(1×)光谱条件下测试了样品的I-V特性曲线和相应子电池的外量子效率。最终得到了高晶体质量、吸收截止波长在954 nm的Ga0.89In0.11As/GaAs0.92P0.08多量子阱结构, 扩展波段的外量子效率最高达到75.18%, 电池光电转换效率相对于无量子阱结构提升2.77%。通过对比测试结果发现, 随着量子阱结构周期数的增加, 太阳能电池在扩展波段(890~954 nm)的外量子效率不断提高, 常规波段的短波响应(300~700 nm)会出现下降, 长波响应(700~890 nm)会出现上升, 短路电流和转换效率相应提升并趋于饱和。