将银膜和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)及高增益的钙钛矿CsPbBr3集成一个平面光波导, 通过对体系的物理机理和光学特性研究,探索等离子体结构新应用的可能。实验结果表明, 随着体系结构的改变, 特别是对PMMA厚度的调制, 发现局域在银膜和钙钛矿CsPbBr3界面电磁场增强, 使得CsPbBr3激子的发光和辐射速率(Γ=τ-1)增强。我们用双指数衰减和描述系综衰减的延展模型分别进行了讨论, 发现二者有较大的差别。采用双指数衰减拟合求寿命没考虑系综的限域效应和银/CsPbBr3界面上传播表面等离极化激元(SPPs)引起的局域场增强, 所以在自由空间拟合得到的平均荧光寿命τavg在30~25 ns范围, 与先前报道结果接近。而用系综衰减的延展模型得到τavg在12~9 ns范围, 荧光寿命显著变小即辐射速率增强。上述研究对开发表面等离激元发光显示器件和光物理基础研究提供了依据。

利用原位还原法成功制备了尺寸均一、超薄完整金壳包覆的NaYF4∶Yb,Er@SiO2@Au(NSA)纳米结构, 其XRD、TEM、EDX、HRTEM-HAADF、Mapping及吸收光谱表征结果表明, SiO2壳及纳米金壳的平均厚度分别约为5 nm和2 nm。在980 nm连续激光激发下, 系统研究了核壳结构的上转换荧光强度与氯金酸浓度的依赖关系。稳态光谱结果显示, NSA与仅SiO2包覆样品(NS)相比Er3+的红绿荧光强度均增强了～2.8倍。通过分析上转换荧光动力学过程及利用FDTD方法模拟, 讨论了表面等离激元增强上转换荧光的机制。

研究了半导体纳米粒子(SNPs)-金属纳米颗粒(MNPs)耦合导致的SNPs的发光强度猝灭和荧光寿命增强潜在的物理机制, 并用传统Fster共振能量传递(FRET)理论描述和分析实验结果。光致发光光谱(PL)和时间分辨光谱观测表明, SNPs的PL强度发生了明显的猝灭, 荧光寿命从17.7 ns到30.8 ns延长了近2倍。这种杂化纳米结构表现出不同于杂化前各独立组分的新的协同相互作用光学性质。胶体化学使杂化SNPS-MNP纳米结构中SNPS和MNP构成一个新的单元称为等离激子激元(Plexciton)或激子等离子激元(Excimon), 这已在一系列杂化结构中被确认。基于泵浦-探测技术的飞秒瞬态吸收(TA)的实验结果证实了这种从激子-等离激元到等离激子的转换。实验结果分析表明, 传统Fster共振能量传递理论不能很好地描述实验结果, 在金属存在的情况下, 还需要对该理论进一步调整和改进。

石英增强光声光谱(QEPAS)是近年来发展起来的一种痕量气体探测技术, 具有系统体积小、 价格低廉、 探测灵敏度高等优点。 乙炔(C2H2)是一种化学性质活泼的有毒气体, 对它进行高灵敏度检测在变压器故障诊断、 环境监测等领域有着重要的意义, 基于此, 采用QEPAS技术对C2H2微量气体展开高灵敏度检测研究。 采用输出波长为1.53 μm的连续波分布反馈半导体激光器作为激发光源。 为了提高信噪比和简化数据处理过程, QEPAS传感器系统采用波长调制和2次谐波探测技术。 为了提高QEPAS系统信号幅值, 相比于常见的共振频率为32.768 kHz的石英音叉, 采用了共振频率较低的30.72 kHz石英音叉作为声波传导器, 同时还优化了石英音叉与激光束的空间位置、 激光波长调制深度, 并添加了声波微共振腔, 选择的微共振腔长度为4 mm、 内径为0.5 mm, 最终获得了2.7 ppm的优异检测极限, 归一化噪声等效吸收系数为1.3×10-8 cm-1·W·Hz-1/2。

石英增强光声光谱(QEPAS)技术是一种新颖的气体探测技术, 具有体积小、灵敏度高等优点, 是痕量气体检测技术的研究热点。本文对QEPAS技术的基本原理、发展历史及发展现状进行了综述, 并对多种不同结构的QEPAS系统发展情况进行了介绍, 最后对该技术的发展前景进行了展望。

对苯基、萘基和蒽基在中位取代的氟硼二吡咯(BODIPY)衍生物薄膜的放大自发辐射(ASE)性能进行了研究, 探讨了影响材料ASE稳定性的因素。首先,将3种BODIPY衍生物材料PhBOD、NaBOD和EnBOD掺入聚苯乙烯经溶液旋涂法制备成薄膜, 接下来测试了吸收光谱和荧光光谱, 然后在光泵浦条件下测量了3种样品的ASE性能, 获得了材料的ASE阈值。进一步通过长时间泵浦、环境中长时间放置和高温环境下泵浦等方法研究了材料的光稳定性、ASE环境稳定性和热稳定性。最后使用Gaussian 09计算了分子基态性质。实验结果表明, PhBOD、NaBOD和EnBOD薄膜的初始阈值分别为12.4, 4.55, 3.4 kW/cm2,其中PhBOD有较强的ASE稳定性。ASE稳定性差异可能与分子结构的共轭程度和化学稳定性相关。分子中各个基团的共轭程度较大、Mulliken电荷分布对称性较好的材料具有较好的ASE稳定性。

采用水热法制备了Mn2+/Fe3+共掺杂的NaYF4上转换纳米晶, 通过改变掺杂浓度来调控晶相、晶粒尺寸以及上转换荧光发射强度。以Fe3+共掺杂的上转换纳米晶为晶核, 通过改变反应时间来调控SiO2壳厚度, 观察到上转换荧光发射强度在反应4 h的条件下出现最大值。Mn2+/Fe3+共掺杂的上转换纳米晶样品整体上转换荧光强度分别提高到3.7倍和4.5倍, 同时Fe3+共掺样品的红色上转换荧光增强近7倍。基于近红外980 nm激光激发下的稳态光谱研究, 提出Yb3+-过渡族离子和Er3+之间的能量传递以及晶场对称性的改变引起了这种增强效应, 随着过渡族离子掺杂浓度的增加, 过渡族离子之间的交换相互作用导致上转换荧光的猝灭。

在不同功率密度的电子束泵浦条件下, 对ZnO/Zn0.85Mg0.15O非对称双量子阱的荧光光谱进行了研究, 并采用蒙特卡罗仿真模拟对测试结果进行了分析。模拟的结果和实验结果高度吻合。观测到了不随穿透深度变化的阱区发光峰红移, 证明表面电荷积累引起了量子限域斯塔克效应。

在c-plane面蓝宝石衬底上生长了ZnO/Zn0.85Mg0.15O非对称双量子阱, 其内量子效率相对于对称量子阱有了显著的提高。ZnO/Zn0.85Mg0.15O 的10周期对称量子阱和5周期非对称双量子阱都是利用等离子体辅助分子束外延技术制备的。ZnO/Zn0.85Mg0.15O非对称双量子阱的内量子效率提高至对称阱的1.56倍。时间分辨光谱和光致发光谱测试结果证实, 在ZnO/Zn0.85Mg0.15O非对称双量子阱中存在从窄阱到宽阱的激子隧穿过程, 这是内量子效率提高的主要原因。

对不同加速电压电子束泵浦下的ZnO/Zn0.85Mg0.15O量子阱的荧光光谱进行了研究。样品利用分子束外延技术在蓝宝石衬底上生长。激子隧穿使非对称双量子阱的激发效率相对于对称阱有了明显提高。非对称阱的结构设计使最佳激发电压从对称阱的7 kV降低到了更适合器件小型化的5 kV。