提出了一个砷化镓基(GaAs/Al_0.04Ga_0.96As)太赫兹量子阱探测器，并对其光电流谱和背景噪声限制温度进行了表征，得到峰值响应频率为6.78 THz，背景噪声限制温度为16 K.理论上，首先，考虑多体效应对器件能带结构的影响，计算得峰值响应频率为6.64 THz，考虑到制备过程中的误差(THz器件较中红外器件，铝组分低，阱宽窄)，理论与实验吻合的较好，证实了多体效应在太赫兹量子阱探测器中的重要影响；然后，对器件的电流电压特性进行研究，计算得到背景噪声限制温度为17.5 K，与实验吻合. 太赫兹量子阱探测器较低的工作温度，极大限制了其应用，提出了两种实现高温探测的方法：(1)引入光学汇聚天线，提高器件背景限制温度，计算结果表明当引入增强系数为10⁶倍的天线时，其背景噪声限制温度达到97 K(远高于液氮温度77 K)；(2)太赫兹量子阱探测器与太赫兹量子级联激光器联用，可实现信号噪声限制模式，从而实现高温探测.计算表明，当激光器功率达到0.003 mW/μm²，器件的工作温度可达77K.

串音与焦平面阵列(FPA)的灵敏度和分辨率密切相关.用模拟的方法定量地计算了In_0.53Ga_0.47As/InP 探测器焦平面阵列的电串音随光波波长、入射方向和台面的刻蚀深度的变化情况.结果显示台面结构的器件的串音抑制性能比平面结构的要好.明显地发现短波长的光串音较小，正照射的串音比背照射要小，这是由材料吸收深度和异质结耗尽层宽度的影响造成的.另外，当台面的刻蚀深度穿透吸收层厚度时，其电串扰几乎完全被抑制.研究结果提出了相应的InGaAs FPA的低串音设计.

提出了一种新型的基于反射光栅干涉仪的低背景光谱仪,当使用工作在背景限制条件下的探测器时,降低背景噪声,有利于提高光谱仪系统的探测率,进而可提高光谱仪的信噪比.由于理想反射镜发射率为零,故其干涉仪组件无黑体辐射.因此,基于低温光源、低温探测器和光栅干涉仪的光谱仪,其探测到的背景辐射大幅降低.进而得到低背景下的探测率实现灵敏探测.理论分析表明随背景辐射的降低,背景限制条件下探测器的探测率可大幅提高.理想情况下,对工作在背景限制下的碲镉汞探测器,当由300 K的背景辐射降至77 K时,其探测率和相应光谱仪的信噪比可提高三个数量级.另外,与之前报导的低温迈克尔逊光谱仪相比,它结构紧凑且无需对干涉仪降温,易于搭建.该设计对红外灵敏探测有重要意义.

从提高p-GaAs同质结太赫兹探测器量子效率出发, 在考虑温度和偏压等参数的影响后, 优化了谐振腔增强的p-GaAs同质结太赫兹探测器的材料及结构参数, 使探测器的量子效率提高到了17%.并计算了探测器的响应率、探测率和偏压、温度、光谱频率的关系, 得到了最佳工作偏压(10~40mV)、最佳工作温度(<8K)和最大探测率(4.1×1010cm Hz1/2/W).而通过施加一对匹配的反射镜来构造谐振腔的设计, 所能获得的极限量子效率为26%, 极限探测率和响应率分别为5.7×1010cm Hz1/2/W、25.9A/W.

测量了AlInN薄膜(包括InN和AlN)的透射和反射光谱，结合四层透射和反射模型得到AlInN的一系列变温光学性质，包括吸收系数、能带带隙、乌尔巴赫带尾参数、折射率等等.采用一套经验公式，描述InN薄膜在本征吸收区和乌尔巴赫吸收区的吸收系数.发现带隙以下，AlN薄膜的折射率遵守Sellmeier经验公式.用基于态密度和载流子—声子相互作用的带尾态理论，很好地解释了AlInN薄膜中带尾态现象.通过测量显微拉曼光谱，研究了AlInN薄膜的晶格振动性质.运用详细的模型(考虑了晶格热膨胀、残余应力和多声子耦合)，阐释了AlInN声子频率的变温特性.了解AlInN薄膜的这些光学性质是相当重要的，不仅有利于透彻了解材料的基本性质还有利于相关光电子器件的开发.

本文主要对超声喷雾热解方法生长在本征Si衬底上的N－In共掺的p型ZnO薄膜的Raman光谱进行了研究。通过洛仑兹(Lorentz)模型和等离子激元与纵光学声子耦合模理论模型拟合不同浓度下的室温Raman光谱, 我们对样品的Raman峰进行了指认; 同时也得到了样品的空穴浓度和迁移率, 结果和霍耳测量得到的空穴浓度和迁移率符合的较好, 证明了霍耳测量p型ZnO薄膜得到的电学参数是可信的。随后我们又对不同浓度的p型ZnO薄膜的变温Raman光谱进行研究,运用一个详细的模型(考虑了晶格热膨胀、残余应力、和三声子、四声子衰变)描述不同浓度下各个样品Raman光谱中的等离子激元与纵光学声子耦合模随温度变化的情况。分析拟合参数, 可以清楚地了解随着浓度的增加耦合模参数随温度的衰变行为。

砷化镓(GaAs)是太赫兹波段半导体异质结构激光器的重要材料之一，为了获得p型GaAs材料在远红外波段的光学特性，采用气态源分子束外延(GSMBE)技术在半绝缘GaAs(100)衬底上生长了掺Be的p型GaAs薄膜材料，其载流子浓度从1.54×1015～1.85×1019 cm-3。用远红外变换傅里叶光谱仪测量了其远红外反射光谱，并对反射光谱进行了理论模拟和分析，计算得出了不同空穴浓度的p型GaAs在远红外波段的折射率、消光系数和吸收系数。发现在这一波段消光系数和吸收系数均随着载流子浓度的增加而增大，吸收系数最大值可达到4.0×104 cm-1。

在实验上研究了探测光的偏振方向对ZnTe晶体THz探测的影响.在一周360°范围内,测量出现两次零值,角度间隔为180°,在两个零值之间的90°处出现不为零的小值,45°处不为最大值.将ZnTe晶体在THz辐射电脉冲作用下产生的电光效应等效于瞬间任意波片,用琼斯矩阵法模拟实验过程,结果表明除在900处出现零值外其余模拟结果与实验结果相符.用THz光子与横光学声子相互作用模型对此进行了定性解释.

本文采用表面光伏谱方法,对不同组分及阱宽的InGaAs/GaAs应变量子阱进行了变温表面光伏谱测量.利用形变势模型理论计算,对样品的表面光伏谱进行指认,理论与实验符合得很好.

利用居地-奥非脱理论计算了Er3+离子在氟化钇锂(LiYF4简写为YLF)晶体中的辐射跃迁几率AJJ′，无辐射跃迁几率ωJJ′及激发态荧光寿命τJ，并根据荧光动力学方程计算出各激发态布居数NJ与掺杂浓度x的关系。对2.7 μm激光(4I11/2→4I13/2)来说，掺杂浓度要大于～3at.％，才能实现布居数反转，对波长为1.73 μm的4I13/2→4I15/2跃迁，存在荧光强度最大的掺杂浓度xop，在泵浦几率为103～105 s-1范围内，xop为1.8～3.0at.％。文中还计算了Er:YAG晶体的光谱特征参数，在相互比较的基础上论述了Er:YLF作为激光晶体的优越性。