针对亚波长光栅的共振特性，设计了一种基于法诺共振的亚波长光栅并研究了其共振特性。利用光学模拟软件FDTD Solutions对该光栅结构进行数值模拟，在可见光波段，对影响光栅性能的周期、折射率、占空比等光栅参数进行了研究，从而得到了一种共振强度高、谱线精细、共振峰位置可控的法诺共振谱线。该研究成果可用来研制1 nm精度的光谱滤波器。

声致发光现象是指当液体受到强大声波作用时，液体中会产生一种 “声空化 ”现象。即在液体中产生气泡，气泡瞬间缩小到一个非常小的体积，在此过程中会发出瞬间闪光并伴随释放大量的热量。声致发光作为声学和光学的交叉学科引起了很多人的兴趣。本文对声致发光这种奇特的现象进行系统评述，讨论声致发光的几种机理，介绍单泡声致发光和多泡声致发光的研究进展以及各领域最新研究成果，并对声致发光未来的发展及应用前景作出展望。

针对较厚的组织,普遍采用的自适应光学技术由于其单次校正视场范围有限,空间光调制器或可变形镜的刷新率有限,难以满足大视场范围波前畸变的快速校正,进而难以满足大视场高速成像的需求。结合共轭型自适应光学系统和相干光自适应校正技术,提出了一种并行的波前畸变校正算法,该算法可以在不增加空间光调制器等刷新次数的前提下,通过并行测量多个导引星的波前畸变,实现大视场范围内像差的一次性校正,为生物组织深处的高速、高分辨成像提供一种可行的参考方案。仿真结果表明:在采用9个导引星时,针对5层随机相位屏构成的薄散射介质,该算法单次校正的有效视场约为传统算法的4.7倍;对于120 μm厚的小鼠大脑组织切片样本,单次校正的有效视场约为传统算法的4.6倍。所提算法可以通过增加导引星的数量来进一步增大一次校正的视场范围,并且不会显著增加校正时间,在活体生物样本的大视场成像中具有广阔的应用前景。

有效提高薄膜硅太阳能电池光转换效率是清洁能源利用领域的一个重要问题。设计了一种以三角形一维衍射光栅为基础的薄膜硅太阳能电池的背部反射器结构,用以有效提高硅太阳能电池的光转换效率。利用时域有限差分(FDTD)法,从光栅结构形状、倾斜角度、光栅周期以及光栅间隔等4个方面分别研究了薄膜硅太阳能电池下表面的光反射率。结果表明,由等腰直角三角形组成的一维光栅结构的背反射能力最强,合理增大光栅周期也将有助于提高硅太阳能电池的背面光反射率。此外,研究还发现,对于间隔型一维衍射光栅结构,平面波入射光会在和光栅周期对应的波长处发生共振现象。利用该特性,一维衍射光栅结构还可作为一种波长选择器。

为了实现对生物分子间相互作用过程的实时、灵敏、快速监测, 获得生物分子的有无、浓度与相互作用的动力学参数信息, 本文设计了基于光纤生物传感器的生物亲和性检测方法。首先, 针对光干涉生物亲和性传感检测系统的光学传输系统“Y”型分叉光纤与光纤探针之间的耦合问题, 提出了自聚焦透镜与石英光纤耦合结构, 该耦合结构偏心公差能够达到002 mm, 倾斜公差能够达到01°; 针对干涉光谱信号的高频噪声问题, 采用一种改进的经验模态分解干涉光谱信号处理方法, 有效避免了干涉光谱曲线滤波处理后极值点位置的偏移; 同时采用局部拟合极值点计算生物分子膜层厚度的方法, 将生物分子膜层厚度的分辨率提高到50 pm。利用所搭建的光干涉生物亲和性检测系统, 建立了HER3-IgG1抗体药物利用金纳米粒子进行信号放大, 实现对其浓度进行定量检测的新方法, 检测过程中无需清洗, 不产生交叉污染。实验结果表明: 系统检测限能达到0082 6 μg/mL, 该系统具有检测时间短, 测量准确、精度高、成本低廉等特点, 能够应用于药代动力学研究中。

研究了碳量子点负载的TiO2纳米棒阵列光阳极的光电化学过程和光催化行为。实验发现碳量子点的引入使TiO2纳米棒阵列在可见光区域的吸收强度增强,对可见光的响应电流提高3倍,光照下的开路电位增加了2.5%,光生载流子的转移和传输能力得到相应提高。光阳极对亚甲基蓝的降解特性显示,碳量子点的引入使TiO2纳米棒在可见光照射下的催化效率由25%提高到33%。利用电化学交流阻抗谱(EIS)、Mott-Schottky曲线讨论了光影响下的电荷运动过程,表明TiO2纳米棒阵列负载碳量子点后的电荷转移电阻减小,电子寿命增加; 碳量子点的负载使TiO2纳米棒的平带电位负移,导带位置提高,电子的还原能力增强。

制备了一种具有多级存储效应的密集ZnO纳米棒阵列阻变存储器件, 借助I-V曲线和荧光光谱分析了器件的电流传导机制和阻变机制, 发现器件在不同的电阻态下分别属于欧姆传导和空间电荷限制电流(SCLC)传导机制。正向电场作用使纳米棒表面耗尽区的氧空位V++密度增大, 完善了电子传输的导电细丝通道, 器件实现了由高阻态向低阻态的转变; 在反向电压作用下, 导电通道断裂, 器件恢复到高阻态。

采用微波水热法一步合成了核壳结构的CdSe/CdS纳米晶, 讨论了巯基丙酸中S2-的释放过程对纳米晶生长的影响。XRD和Raman光谱结果表明, 140 ℃合成温度下获得了CdSe/CdS核壳结构的纳米晶。FTIR光谱结果表明, 巯基丙酸随时间的分解有助于CdS壳层的形成。PL光谱呈现出CdSe纳米晶的带间发射和缺陷发射, 随着核壳结构的形成, CdSe纳米晶的表面缺陷被抑制, 相关的荧光发射减弱。