以激光二极管（LD）端面泵浦方形YAG/Yb∶YAG复合晶体为研究对象，采用有限元分析方法，并根据热传导理论以及连续LD端面泵浦方形YAG/Yb∶YAG的工作特点，系统分析了泵浦功率、YAG晶体厚度及截面尺寸对激光晶体温度、热应力及热形变的影响。计算过程中经光学耦合系统准直聚焦的泵浦光斑半径为400 μm。研究结果表明：当Yb∶YAG晶体尺寸为4 mm×4 mm×1 mm，YAG晶体厚度为0.1 mm时，随着泵浦功率由60 W增加为80 W，YAG/Yb∶YAG方片晶体内最高温升明显增大，由37.19 ℃变为82.92 ℃；当YAG晶体厚度由0 mm增加为0.5 mm时，薄片晶体内最大热应力由26.93 MPa变为10.438 MPa，最高温升也随之降低了18.18 ℃，但由热应力产生的热形变基本保持不变。利用方片YAG/Yb∶YAG复合晶体能够有效降低激光晶体内最大热应力及最高温升，对全固态Yb∶YAG激光器的设计及高功率输出具有指导意义。

为了解决LD端面泵浦晶体引起的热效应问题，根据脉冲LD端面泵浦复合晶体工作特点，利用热传导理论建立了脉冲激光二极管泵浦YAG/Nd∶YAG 复合晶体的有限元热模型。定量分析了泵浦功率、未掺杂晶体厚度、脉冲宽度对复合晶体温度场及热形变量的影响。结果表明，当掺杂晶体厚度为8 mm，未掺杂晶体厚度为3 mm，脉冲宽度为3 ms，经光学耦合系统准直聚焦的泵浦光斑半径为300 μm，重复频率为100 Hz时，使用泵浦功率为80 W的脉冲LD端面泵浦复合晶体YAG/Nd∶YAG，泵浦端面中心的最高温度及最大热形变量分别66.84 ℃和0.12 μm。可见，复合晶体能有效缓解晶体的温升和晶体端面的热形变。该研究为实现Nd∶YAG激光器高功率输出目标提供了理论指导。

为了解决激光二极管端面泵浦圆盘晶体引起的热效应问题，根据连续LD端面泵浦圆盘形YAG/Yb∶YAG的工作特点，基于热传导理论建立了复合晶体有限元分析模型。通过设定LD泵浦参数，定量分析了泵浦功率、复合晶体厚度与截面大小对温度场的影响。研究结果表明，当复合晶体几何结构一定时，随泵浦功率增大，晶体温度升高。当泵浦功率为70 W，经光学耦合系统准直聚焦的泵浦光斑半径为400 μm时，Yb∶YAG晶体厚度为3 mm，当键合的YAG晶体厚度从0 mm变为0.7 mm时，复合晶体内最高径向温升降低了39.7 ℃，最高轴向温升降低了238.3 ℃。在相同泵浦条件下，取YAG晶体厚度为0.5 mm，当复合晶体截面半径由8 mm增加至13 mm时，晶体内沿径向的最高温升降低了32.8 ℃，沿轴向最高温升降低了171.7 ℃。利用复合晶体能够降低激光晶体内部热效应，对实现全固态Yb∶YAG激光器高功率输出具有指导意义。

稀土掺杂上转换(upconversion, UC)发光材料是一种把两个或多个长波长、 低能量的近红外光子转换成一个短波长、 高能量的可见或紫外光子的发光材料。 由于其锐线发射、 长寿命和无背底荧光等特性, 在生物成像、 检测与治疗、 太阳能电池、 药物输送和光催化等诸多领域具有极大的应用价值。 目前, NaYF4∶Yb3+/Er3+微/纳晶体是公认的最重要的上转换发光材料之一, 其相关的上转换发光机理、 制备方法、 光谱调制以及实际应用方面均已被科学家们进行了大量的研究。 然而, 荧光效率低这一严重问题一直制约着上转换发光材料实际应用的进程。 另外, 关于单颗粒上转换NaYF4∶Yb3+/Er3+微/纳晶体中荧光的产生、 输运和耦合特性还不清楚。 一维微/纳材料作为一种二维受限体系, 为研究电子和光子的输运特性提供了一个理想模型。 通过柠檬酸钠辅助的水热法合成了长径比可控的一维NaYF4∶Yb3+/Er3+微米棒和一维NaYF4∶Yb3+/Er3+@NaYF4∶Yb3+/Tm3+核-壳棒结构。 采用激光共聚焦激发系统, 在单颗粒一维NaYF4∶Yb3+/Er3+微米棒中, 通过控制棒的长径比、 激发方式和制备特殊的核-壳结构等方式, 研究了荧光的产生和同步荧光图案, 揭示了在一维棒结构中荧光光线的输运模式为: 垂直于棒轴方向的荧光沿棒横截面的戒指形谐振腔趋肤传播和近似沿棒轴方向的荧光在棒介质中反复全反射以波导方式输运至棒端后靶向输出; 在NaYF4∶Yb3+/Er3+@NaYF4∶Yb3+/Tm3+核-壳一维棒结构中, 在单一波长激发下, 获得了源自单颗粒的Tm3+的蓝色和Er3+绿色特征发射。 采用点激发方式激发一维核-壳微米棒样品一端时, 呈强烈蓝色荧光空间不对称的哑铃状分布, 且中间出现了微弱绿色荧光, 构筑出单颗粒单一波长激发下的局域色彩调制发射, 并为微量稀土发光中心局域掺杂的检测提供了一种途径。 在波导激发和点激发方式下, 在对单颗粒一维NaYF4∶Yb3+/Er3+和NaYF4∶Yb3+/Er3+@NaYF4∶Yb3+/Tm3+核-壳微米棒的荧光产生和输运的调制中, 实现了对离子荧光发射颜色的控制, 并揭示了荧光在一维棒中传输耦合过程中, 沿棒长模式荧光比沿径向模式荧光更容易传输耦合。 该研究的一维棒荧光的输运和耦合特性, 暗示了其在光子耦合器件、 上转换波导激光以及荧光成像方面的潜在应用。

硅光电倍增器(SiPM)是近年来迅速发展起来的新型固态弱光探测器, 有望取代传统的光电倍增器(PMT)用于拉曼检测中。为了解决拉曼检测中的荧光干扰以及SiPM的高暗计数率的缺陷, 建立了基于SiPM为光探测器的时间分辨拉曼光谱测量系统。以三硝基甲苯(TNT)为样品, 重点研究了其拉曼峰的峰本比(PBR)随选通时间的变化规律。结果表明: 随着选通时间增大, 拉曼峰的PBR 呈现先增大后减小的趋势, 最后变化缓慢。当选通时间为400 ps时, 该方法所测得拉曼峰的PBR要优于商业拉曼谱仪和参考文献[12]采用的门控方法的结果, 并且此时系统所记录的SiPM暗计数水平与PMT相当。该方法在很大程度上实现了对样品荧光和SiPM高暗计数率的抑制, 显著提高了拉曼谱的PBR。

离子液体可以有效地萃取水相中的喹诺酮类药物, 为了探讨其萃取机理, 通过荧光、 紫外和红外光谱法等手段研究了离子液体1-己基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐(［C6mim］PF6)与喹诺酮药物氟罗沙星(fleroxacin, FLX)间的相互作用。 由荧光发射谱图可知, 随［C6mim］PF6加入量的增大, FLX体系的荧光强度发生有规律的猝灭。 Stern-Volmer猝灭常数随温度的升高而降低。 另外, 相同条件时FLX的紫外吸收光谱随着［C6mim］PF6的加入逐渐降低并发生红移, 表明两者在基态时形成了不发射荧光的复合物, 确定猝灭类型为静态猝灭。 15, 25和35 ℃时, ［C6mim］PF6与FLX相互作用的表观结合常数Ka分别为130.0, 198.3和170.6 L·mol-1。 计算热力学参数, ΔG<0, 表明萃取是自发过程, 而ΔS和ΔH均大于零, 推测萃取的主要驱动力可能为疏水作用。 ［C6mim］PF6在水中可较为有序地排布, 亲水性咪唑环指向外部水相, 疏水性的烷基链一起构成疏水内腔。 在疏水内腔中, 咪唑环中的—CH与电负性大的N原子相邻, C更强烈地吸引H原子上的电子, 使H成为潜在的氢键供体。 而FLX上的π电子比较密集, 使得其整体电负性较大, 可作为氢键的受体, 咪唑环中的—CH与FLX上的π电子形成 —CH…π键, FLX可进入疏水内腔, 从而被包接萃取。 另外, 红外谱图分析表明, FLX分子中的—COOH基团可能取代了原本与PF-6结合的水分子而发生了氢键缔合的疏水相互作用。

研究了热退火对飞秒激光脉冲在空气中微构造的黑硅材料的光致发光(PL)时间分辨光谱和发光强度衰减性质的影响，分析了退火后黑硅材料内光生载流子的运动和缺陷的性质。通过应用双指数函数拟合PL的强度衰减曲线，得到退火导致黑硅材料光谱变化的可能机理。采用热扩散理论说明退火造成氧缺陷的增加和非平衡载流子辐射复合率的增大，导致退火黑硅的PL强度随着退火温度的升高而增大。退火后时间常数增大且慢衰减过程比重增大，说明退火消除并修复了微构造表面及内部的一些缺陷，增加表面束缚态，减小非辐射复合中心的密度，从而增大了辐射复合所占的比重，导致退火黑硅的PL谱强度增大。黑硅发光的最佳退火条件是800 ℃真空退火30 min。

近年来对作为典型的硝基苯环类炸药的三硝基甲苯(TNT)的痕量检测受到越来越多的关注。 将银胶纳米颗粒作为表面增强拉曼散射（SERS）基底， 研究了10－6mol·L-1的TNT的表面增强拉曼光谱的优化实验条件， 重点研究了氯化钠溶液（NaCl）的含量以及碱性水解对TNT的表面增强拉曼光谱的影响。 实验发现SERS样品中如果没有加入NaCl溶液， 将观察不到TNT的SERS谱。 加入的NaCl的含量必须在某一个范围之内才能观察到TNT的SERS谱， 而且在这个范围之内， 随着NaCl含量的增加， TNT的1 392 cm-1处的拉曼峰出现先增大后减小的现象。 对NaCl在TNT的SERS中的作用给予了理论解释。 研究还发现TNT分子经过碱性水解后， 与银纳米颗粒之间的吸附作用增强， 其SERS谱的强度明显优于未经碱性水解的SERS结果。

基于衍射理论和非线性小尺度自聚焦的纹波理论，推导了不同频率下的纹波经过非线性介质传输后的解析式．通过解析分析，得到了不同空间频率波前畸变的非线性增长特性．结合驱动器装置对打靶焦斑的要求，研究了波前空间频率的划分方法，并根据国内装置的特点划分了波前空间频率高中低频分界点．