为提高粒子操控的灵活性和精度,一种基于拉盖尔高斯光束的可控螺旋干涉模式被提出。通过理论分析两束拉盖尔高斯光束同轴叠加光场,给出了不同参数的变化对干涉光场强度分布的影响。通过仿真模拟,研究参数变化对场强结构的调控作用。结果表明,通过改变两束拉盖尔高斯光束的拓扑电荷数可以实现干涉模式光场强度极大值的数量和分布的动态调整,增加了对粒子操控的灵活性和可控性,为提高光束微粒操控的精度的提升提供了可能。

介绍了变分图像分解图像处理方法的基本原理、常用的函数空间及变分图像分解模型。回顾了近几年变分图像分解图像处理方法在电子散斑干涉(ESPI)信息提取技术中的应用成果, 包括应用变分图像分解图像处理方法实现ESPI条纹图的滤波处理、ESPI条纹图方向和密度的计算和ESPI条纹图骨架线的提取。介绍了这些方法相较于传统方法的优势, 并进一步展望了变分图像分解图像处理方法在光测技术中的发展趋势。

基于共焦法测量透镜中心厚度的装置中, 需要光进入透镜内部发生折射和反射, 但这会影响测量精度。为了解决这一问题, 在共焦法原理的基础上, 采用双面光学共焦的测量方法, 设计了一套透镜中心厚度的测量装置, 并进行了理论分析、误差分析和试验验证。结果表明, 该装置测量范围能达到30mm, 测量精度为2μm。该装置实现了对透镜中心厚度的高速非接触测量, 完全能达到实际测量的需要。

利用MgO和低温ZnO的缓冲层技术，在c面蓝宝石衬底上用等离子体辅助分子束外延（P-MBE）的方法生长了高质量的ZnO单晶薄膜。通过XRD测试，ZnO薄膜样品具有c轴方向的择优取向，其（002）方向摇摆曲线的半高宽（FWHM）仅为68.4 arcsec，（102）方向摇摆曲线的半高宽（FWHM）为1 150 arcsec，显示了外延薄膜极高的晶体质量。另外从扫描电子显微测试结果和原子力显微测试结果来看，ZnO薄膜具有极为平整的表面，3 μm×3 μm面积内的均方根粗糙度仅为0.842 nm，接近原子级的平整。拉曼光谱（Raman）和荧光光谱（PL）测试结果显示，ZnO薄膜样品内部的应力基本释放，而且具有极低的点缺陷密度。高质量ZnO单晶薄膜的实现为ZnO基的光电器件的制备提供了坚实的基础。

Ⅱ-Ⅵ族直接带隙化合物半导体氧化锌(ZnO)的禁带宽度为3.37 eV, 室温下激子束缚能高达60 meV, 远高于室温热离化能(26 meV), 是制造高效率短波长探测、发光和激光器件的理想材料。历经10年的发展, ZnO基半导体的研究在薄膜生长、杂质调控和器件应用等方面的研究获得了巨大的进展。本文主要介绍了以国家“973”项目(2011CB302000)研究团队为主体, 在上述方面所取得的研究进展, 同时概述国际相关研究, 主要包括衬底级ZnO单晶的生长, ZnO薄膜的同质、异质外延, 表面/界面工程, 异质结电子输运性质、合金能带工程, p型掺杂薄膜的杂质调控, 以及基于上述结果的探测、发光和激光器件等的研究进展。迄今为止, 该团队已经实现了薄膜同质外延的二维生长、硅衬底上高质量异质外延、基于MgZnO合金薄膜的日盲紫外探测器、可重复的p型掺杂、可连续工作数十小时的同质结紫外发光管以及模式可控的异质结微纳紫外激光器件等重大成果。本文针对这些研究内容中存在的问题和困难加以剖析并探索新的研究途径, 期望能对ZnO材料在未来的实际应用起到一定的促进作用。

采用分子束外延设备在不同晶面蓝宝石衬底上(c面, a面, r面)生长BeZnO薄膜。使用复合缓冲层生长得到了高质量的BeZnO薄膜, X射线衍射半高宽达到600 arcsec。在c面与a面蓝宝石衬底上生长得到了极性BeZnO薄膜, 在r面蓝宝石上生长得到了非极性BeZnO薄膜。共振拉曼光谱测试结果表明薄膜中的Be含量在同一水平。相对于c面与a面蓝宝石上的极性BeZnO薄膜, 生长在r面蓝宝石衬底上的非极性BeZnO薄膜具有较大的表面粗糙度以及较大的半高宽, 但是其光致发光谱中的紫外发光峰远远强于极性BeZnO薄膜, 并且黄绿光发光峰弱于极性BeZnO薄膜。

用分子束外延设备在c面蓝宝石衬底上生长得到高质量MgxZn1-xO薄膜。X射线衍射显示, 当Mg摩尔分数在0～32.7%范围内时, 薄膜保持六方结构, (002)衍射峰半高宽为0.08°～0.12°, 薄膜结晶质量与现有报道的最高水平相当。随着薄膜中Mg含量的增加,紫外发光峰由378 nm蓝移至303 nm。对Mg0.108Zn0.892O薄膜变温光致发光光谱的研究发现, 束缚激子发光随温度变化存在两个不同的猝灭过程。对不同Mg含量薄膜共振拉曼光谱的研究发现, A1(LO)声子模频移与Mg含量在一定范围内呈线性关系, 这为确定MgxZn1-xO薄膜中的Mg含量提供了一种简单高效的方法。通过拉曼光谱与X射线衍射对比研究发现, 拉曼光谱在确定MgZnO材料相变时具有更高的灵敏度。最后, 研究了Mg0.057Zn0.943O薄膜的变温共振拉曼光谱, 对A1(LO)和A1(2LO)声子模随温度而变化的现象给出了一定的理论解释。

用分子束外延设备插入缓冲层在c面蓝宝石上生长得到高质量ZnO和BeZnO薄膜。XRD测试显示薄膜具有六方结构和c轴取向, 并具有良好的晶体质量, 其中ZnO薄膜的半高宽仅为108 arcsec, BexZn1-xO薄膜的半高宽小于600 arcsec。对ZnO和BeZnO薄膜的拉曼光谱进行对比研究发现, 随着Be元素的掺入, A1(LO)、A1(2LO)声子模频率往大波数方向移动, 并且首次发现了与Be元素掺杂有关的局域振动模。利用变温光致发光光谱研究了薄膜的发光性质, 结果显示ZnO薄膜室温光致发光只出现一个紫外发发光峰（378 nm）, 而低温光谱（80 K）则出现了很强的自由激子发光峰。随着温度的升高, 束缚激子发光逐渐湮灭向自由激子发光转变, 并且峰值位置红移。相对于ZnO薄膜, BeZnO薄膜的紫外发光主峰位置蓝移, 并且由于Be元素的掺入导致薄膜晶体质量下降, 在低温（80 K）光致发光光谱中没有出现强的自由激子发光峰。另外, 在低温光致发光及拉曼光谱中, 主峰位置在100～200 K之间有局部最大值, 推测为由于合金晶格热膨胀系数失配而引起的应力效应。