硬水铝石是珠宝市场上流行的彩色宝石, 因其具有独特的变色效应（日光下呈现棕黄绿色, 白炽灯下呈现紫红色）而被广大消费者欢迎。 研究硬水铝石的变色成因对于宝石的切割加工、 优化处理以及价值评估有着重要意义。 目前硬水铝石的变色成因研究较少, 考虑到硬水铝石的化学成分和晶体结构与刚玉类似, 刚玉的颜色成因理论研究较为成熟, 因此, 为研究硬水铝石的变色成因, 本文选取与硬水铝石变色效应非常相近的变色刚玉, 从二者的微量元素、 紫外-可见光光谱与晶体结构等方面进行对比研究。 运用激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪测试了样品的微量元素, 根据测试结果, 硬水铝石样品中致色元素主要有Fe、 Cr、 V、 Ti, 刚玉样品中致色元素主要有Mg、 Ti、 Fe、 V、 Cr, 二者的微量元素种类相似, 但含量有差异。 运用紫外-可见光光谱与偏振紫外-可见光光谱表征了变色硬水铝石与变色刚玉在可见光区的吸收特征, 发现硬水铝石中存在位于387、 398、 438和448 nm处的吸收峰以及中心位于572 nm左右的宽缓吸收带, 正是这一宽缓吸收带导致了变色效应, 与之对应的, 变色刚玉中存在位于377、 388和450 nm处的吸收峰以及中心位于560 nm左右的宽缓吸收带。 二者在可见光区的吸收特征非常类似。 有差异的是, 变色刚玉的560 nm吸收带不存在明显的偏振性, 而硬水铝石的572 nm吸收带存在偏振性, 晶体中电荷转移导致的吸收特征往往具有偏振性。 通过二者晶体结构的对比分析与刚玉中的电荷补偿理论分析, 推测硬水铝石中398 nm吸收峰由Fe3+导致, 387、 438和448 nm吸收峰由Fe3+-Fe3+离子对导致, 572 nm处的宽缓吸收由Cr、 V、 Fe2+-Ti4+离子对产生。 硬水铝石的变色效应是在Cr、 V、 Fe2+-Ti4+离子对的综合作用下产生的。 本研究通过类比变色效应相近的刚玉, 研究了硬水铝石的变色成因, 为研究宝石中的类似问题提供了新思路。

变色石榴石是众多石榴石族矿物中的一种特殊品种, 通常为含微量Cr和V的镁铝—锰铝榴石。 国内少有人研究, 国外主要研究变色石榴石的紫外可见吸收光谱与颜色计算, 但未见具红色荧光变色石榴石的相关报道, 缺乏荧光光谱研究。 本次研究对象为一颗产自坦桑尼亚Umba地区的变色石榴石, 具明显的变色效应, 且在长波紫外荧光灯下发出红色荧光。 通过化学成分测试与光谱测试来详细探讨其变色效应及荧光机制。 采用激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪(LA-ICP-MS)确定该变色石榴石为镁铝榴石与锰铝榴石的类质同象替代中间产物, 含有Cr, V和Fe等微量元素, 其平均端元组分为Prp46.28Sps38.40Grs13.57Alm2.33Uvt0.35。 紫外-可见吸收光谱中蓝紫区409, 422, 430和486 nm处的强吸收尖峰为Mn2+的自旋禁阻跃迁造成, 459和503 nm的弱吸收峰则与Fe2+有关, 黄区以571 nm为中心的宽缓吸收带由Cr3+和V3+的自旋允许跃迁共同造成。 Cr和V是产生变色效应的主要原因。 蓝紫区和橙黄区的强吸收, 导致两个“透射窗”绿光区与红区的透过率相当, 从而使石榴石产生变色效应: 日光灯下为黄绿色, 白炽灯下呈紫红色。 3D荧光光谱中690 nm处的发射峰为Cr3+的多重禁阻跃迁2Eg→4A2g所致, 两侧的678和704.5 nm的荧光峰也为Cr3+所致。 可见光中用紫光(400～440 nm)和黄光(550～600 nm)最能激发出样品的红色荧光, 这与Cr3+的两个自旋允许跃迁(4A2g→4T1g和4A2g→4T2g)对应的吸收宽带有关。 当光源的能量正好能允许这两个吸收跃迁发生时, 电子吸收能量从基态跃迁至这两个激发态, 然后再从最低激发态2Eg回到基态发射荧光, 此时的荧光产额最强。 相比于前人研究中的变色石榴石, 本文样品中的Fe2+含量较低(<0.3 Wt%), Fe2+具有荧光猝灭的作用, 因而推测Cr高Fe低是本文变色石榴石能够被激发出红色荧光的主要原因。 目前国内还没有关于天然变色石榴石的荧光研究, 这为日后进一步研究石榴石的荧光提供了谱学依据与理论基础。

运用全光学方法研究了具有较弱磁晶各向异性的FePt薄膜中的超快磁化进动行为。利用飞秒激光脉冲诱导产生磁化进动，基于时间分辨磁光克尔光谱方法测量其动力学过程，并通过拟合分析获得了进动频率与Gilbert阻尼因子的外场及激发能量依赖关系。基于微磁学理论和实验条件推导的磁化进动频率表达式能够很好地解释进动频率的非线性外场依赖关系，而频率随激发能量缓慢增大源于更高的平衡温度。分析表明本征磁阻尼因子比文献报道的L10-FePt薄膜的磁阻尼小得多，而有效磁阻尼随外场增大迅速减小源于磁不均匀性。实验还发现提高激发脉冲能量可以减缓一致性磁化进动的能量耗散。

在有效质量近似下, 从理论上研究了非对称双三角量子阱的拉曼散射。推导了导带子带间电子跃迁的微分散射截面表达式, 以GaAs/AlxGa1-xAs材料为例进行了数值计算。结果表明, 散射光谱不仅与掺杂浓度有关, 而且与双量子阱的不对称性有关, 随着量子阱不对称性的增加或掺杂浓度的减少, 散射峰发生了红移。本工作对设计新型微电子和光电子器件有一定的指导意义。

研究了球型半导体量子点中的电子拉曼散射.讨论了初态为导带全满,价带全空时的电子跃迁过程,给出了电子拉曼散射的跃迁选择定则。通过计算GaAs和CdS材料球型量子点中电子及空穴参与拉曼散射的微分散射截面,分别比较了电子和空穴的不同影响,发现电子对拉曼散射的贡献要远大于空穴的贡献;当选取不同量子点半径时,拉曼散射微分散射截面变化也非常明显;量子点尺寸不变的条件下，改变入射光子能量,可以发现,微分散射截面随入射光子能量增大而减小。

鉴于圆形和矩形Helmholtz线圈在使用中所存在的问题和缺点,进行了长方形Helmholtz线圈的研究和设计.推导得出了长方形Helmholtz线圈的间距和线圈边长之间的关系式,给出了空间任意一点的磁场计算公式,并研究了磁场均匀性的分析方法.所得结果对长方形Helmholtz线圈的设计和应用具有重要意义.

利用量子力学的密度矩阵理论,在有效质量近似下,采用有限深势阱模型,导出了柱形量子点的三阶非线性极化率的解析表达式.通过数值计算,分析了GaAs/AlβGa1-βAs柱形量子点的三阶非线性极化率与量子点尺寸、掺杂浓度、入射光的频率和偏振方向等参量的关系.结果表明,三阶极化率峰值位置与这些参量密切相关,并且对于确定频率和偏振方向的入射光以及材料的掺杂浓度,存在与之相匹配的量子点尺寸,使三阶极化率达到极大,比体材料的相应值高出2个数量级以上.

提出了一种起源于光场与振子(boson元激发)之间非线性耦合的激光模型。详细地论证了该激光器的阂阈行为,它和光场与二能级原子耦合的激光一样,具有典型的二级相交特征。