开发新型无机空穴传输层材料是钙钛矿电池实现商业应用的重要挑战之一。本文开展了二硫化钨纳米片制备及其钙钛矿太阳能电池空穴传输层应用研究。采用液相超声剥离法成功制备了WS2纳米片, 并将其引入钙钛矿太阳能电池中用作空穴传输层。结果表明, 当WS2纳米片溶液浓度为1 mg/mL时, 制备的WS2纳米片空穴传输层具有较合适的厚度, 并且后续在其上生长的钙钛矿活性层成膜质量高、结晶性能好, 电池取得6.3%的光电转换效率。结果证实WS2纳米片可作为新型无机空穴传输层材料用于钙钛矿太阳能电池。

采用溶液旋涂法在平面异质结型钙钛矿电池中引入氧化石墨烯（Graphene oxide, GO), 制备了GO、GO∶(PEDOT: PSS) 复合薄膜和GO/PEDOT∶PSS双层薄膜作为空穴传输层的电池, 其光电转换效率分别为1.86%、7.35%、7.69%, 基于PEDOT∶PSS空穴传输层的对照电池的效率为7.38%.主要原因是GO具有绝缘性, 作为阳极界面层时, 随着GO薄膜厚度增加, 器件的串联电阻增大, 从而降低了电池的短路电流和效率.为提高GO导电性, 并改善其功函数, 将GO氨化改性后与PEDOT: PSS组合构成双空穴传输层, 所得电池取得了7.69%的较高效率, 表明该方式是GO用于钙钛矿电池空穴传输层的有效途径.

基于多靶射频磁控溅射技术, 结合快速光热退火后处理制备了Sb掺杂Si3N4基Si量子点(Si-QDs)薄膜。采用透射电镜、掠入射X射线衍射、拉曼光谱和光致发光光谱等手段对薄膜的微结构和发光特性进行了研究, 分析了Sb掺杂对Si-QDs薄膜的微结构和发光特性的影响规律.结果表明, Sb掺杂表现出明显的诱导晶化作用.掺杂的Sb有助于Si原子在Si3N4基质中的扩散并形成Si-QDs.随着Sb掺杂量的增加, Si-QDs的尺寸逐渐增大, 薄膜的结晶率Xc有效提高, 其PL谱峰随之增强, 谱峰的半高峰宽逐渐变窄; 由于Si-QDs尺寸的增加还导致PL发光谱峰位产生红移.

在空间相干光通信应用中, 针对传统激光器线宽较宽、相位噪声大、易导致锁相环路失锁的问题, 研制了单频Nd:YAG非平面环形(NPRO)激光器, 其线宽小于1 kHz, 相对强度噪声(RIN)低于-150 dB/Hz, 具有窄线宽、低噪声的特点。搭建了光锁相环路, 在信号光功率-67 dBm的情况下实现了两台NPRO激光器的相位锁定。在此基础上开展了信号频率为10 MHz和1.25 GHz的模拟通信实验, 在信号光功率分别为-60 dBm和-53 dBm时可观测到较理想的眼图。在2.5 Gbps数字通信实验中, 接收灵敏度达到-50 dBm, 此时误码率为3.2×10-6。系统灵敏度可接近量子极限, 明显优于传统的IM/DD方式, 是一种适合长距离、大容量传输的空间通信方式。

近30年来，量子信息科技是令人激动的研究领域之一。其中，量子保密通信技术，已逐渐开始从实验研究迈向工程应用，有望率先实现商用化发展。面向量子保密通信系统的全面普及和推广，基于半导体激光器的增益开关效应和商品电子学芯片，设计和实现了皮秒脉冲激光器模块。其特点包括：工作波长位于光纤量子信道的低损窗口，即1.5 μm波段；输出光频的波动小于20 MHz；光脉冲的时域宽度为10个皮秒量级；输出光脉冲间不具有确定的相位关系。进一步地，结合“弱相干”单光子源在量子保密通信技术中的应用，对上述特点进行检验和讨论。

针对法布里-珀罗(FP)腔对更高稳定性的需求，提出了利用Pound-Drever-Hall (PDH)技术稳定FP 腔的方案。根据理论计算模型，详细分析了FP腔谐振光学系统的静态响应与动态响应特性。运用静态分析得到的误差信号可实现FP 腔的锁定，动态响应分析得到的频率响应有助于设计控制环路将FP 腔稳定在选择的工作点处。数值仿真结果表明，当光学增益为0.785 W/(°)，且误差信号为毫瓦量级时，FP 腔的长度稳定精度可达4 pm。通过对比FP 腔锁定前后反射光的光斑尺寸与形状，验证了该方案的有效性和可行性。

为了实现窄线宽非平面环形Nd∶YAG激光器的大范围压电和温度调谐, 采用对粘接在激光晶体上的薄压电陶瓷片施加高压驱动信号, 并大范围控制激光晶体温度的方法, 获得压电调谐范围达到210MHz, 调谐带宽大于90kHz, 压电调谐系数大于1MHz/V; 当控制激光晶体温度在10℃到47℃范围内变化时, 输出激光在8GHz范围内可连续调谐, 总的调谐范围达到61GHz。结果表明, 高频压电调谐时拍频展宽形状发生改变的主要原因是压电驱动信号失真。结合压电调谐和温度调谐的各自优点, 激光频率调谐实验取得了良好效果。

采用全量子理论对单块非平面环形腔Nd:YAG激光器的强度噪声特性进行了研究，通过理论分析和仿真发现，单块非平面环形腔激光器的弛豫振荡主要由真空起伏、偶极起伏和内腔损耗引起，抽运噪声和自发辐射对弛豫振荡的影响相对较小。同时，从理论上对强度噪声的光电负反馈抑制进行了分析和仿真，为实验上噪声抑制电路的设计提供了一定的理论基础。参考此理论电路，设计了可以获得较好的相位超前和低噪声宽带宽增益放大的噪声抑制电路，在实验上获得了良好的噪声抑制效果。当弛豫振荡峰为311 kHz时，弛豫振荡峰处的强度噪声被抑制了39 dB，在整个频谱范围内获得了低于-115 dB/Hz的噪声水平。

复合腔电光调Q微晶片激光器是一种集成化的固体激光器,具有体积小、基横模、单纵模、线偏振运转,输出脉冲重复频率高,脉宽窄的优点,是高重复频率、高光束质量的主振荡功率放大器(MOPA)激光系统的理想种子源。进行了低压驱动复合腔电光调Q微晶片激光器的实验与理论研究。根据理论分析,增加电光晶体长度和提高端面反射率可减小标准具透射谱半宽度,进而降低驱动电压。设计了两套激光器实验方案。实验中激光增益介质和电光晶体分别选用Nd:YVO4和LiTaO3,谐振腔尺寸小于3 mm×3 mm×2.5 mm。方案1主要研究增加电光晶体长度后的激光器输出特性,在抽运功率184 mW,240 V驱动电压下,可实现300 kHz激光脉冲输出,脉冲宽度10 ns,峰值功率9.4 W。在方案2中,通过进一步提高端面反射率,在短时间内可输出1 MHz脉冲。

基于液相外延工艺, 实现了一种结构新颖的单片式被动调Q微片激光器。采用了在激光介质Nd3+:YAG表面直接液相外延生长一层具有饱和吸收特性的Cr4+:YAG膜的微谐振腔的结构, 由于是同质外延生长过程, 能够确保饱和吸收体与增益介质间(Nd3+:YAG/Cr4+:YAG)良好的界面特性。采用光纤耦合激光二极管, 在激光二极管输出为1 W的抽运条件下, 实现了峰值功率近千瓦、稳定重复频率在4 kHz以上、脉宽1.8 ns、TEM00单横模式、波长1.064 μm的调Q脉冲序列输出。在对新型单片式微激光器的性能报道的基础上, 阐述了外延单片式结构及其相应工艺的潜在优势。