248 nm的KrF准分子激光器在光刻、科研等领域有重要的应用。研制了一台用于刻写光纤布拉格光栅的准分子激光器，设计并完善激光器的机械结构，分析了激光器的均匀放电、预电离等关键技术。通过研究充电电压、工作气体配比和总的工作气体压力对输出激光能量和效率的影响，优化激光器的性能；并对光斑均匀性、光束发散角和能量稳定性进行了测试和计算。该准分子激光器的重复频率为1～50 Hz，最高输出效率达2.0%，单脉冲输出能量最高达360 mJ，当工作电压不低于24 kV时，激光输出能量不稳定度小于1.8%。用该激光器作为光源采用静态相位掩模法在光纤内刻写布拉格光栅，并对刻写结果进行分析和讨论。

为提升GaN基高压LED芯片的出光性能,优化了芯片发光单元之间隔离沟槽的宽度.当隔离沟槽宽度为20 μm时,芯片的电学性能和光学性能最优.当注入电流为20 mA时,正向电压为50.72 V,输出光功率为373.64 mW,电光转换效率为36.83%.采用镜面铝基板和陶瓷基板进行了4颗芯片串联形式的COB封装.镜面铝基板的热导率和反射率均高于陶瓷基板,可提升HV-LED器件在大注入电流和高温时的发光性能.当注入电流为20 mA且基板温度为20 ℃时,镜面铝基板封装的HV-LED器件的正向电压是198.9 V,发光效率达122.2 lm/W.

全息波导显示系统中输出光栅的衍射效率、位置和长度对整个显示系统的光强输出均匀性及能量利用率有重要的影响.通常输出光强均匀性由输出光栅的衍射效率决定, 能量利用率受多重光栅的位置和长度影响.本文以中心视场光束的输出光强均匀为目的, 对相应输出光栅衍射效率的位置分布进行优化与曲线拟合, 得到输出光栅衍射效率随输出位置连续递增的分布曲线, 并应用到所有视场光束.计算结果表明, 相比于传统阶梯状衍射效率分布输出光栅, 全息波导显示系统中采用具有连续衍射效率分布输出光栅时的光强输出均匀性得到明显提升.针对部分衍射光束未能进入出瞳的现象, 提出错位优化法, 按照出瞳大小和使用距离优化各重输出光栅的位置和尺寸, 减小了光栅的无效衍射区域, 提高了出瞳范围内的能量利用率.

使用现有生产线上工艺成熟且成本低廉的技术实现ITO粗化以提高GaN基LED蓝光芯片的出光效率是产业界重要的研究课题。本文通过普通光刻技术和湿法腐蚀技术, 实现ITO表面粗化, 有效地提高了LED芯片的输出光功率。输入电流为20 mA时, ITO层制备密集分布的三角周期圆孔阵列后, 芯片输出光功率提升11.4%, 但正向电压升高0.178 V; 微结构优化设计后, 芯片输出光功率提升8.2%, 正向电压仅升高0.044 V。小电流注入时, 密集分布的三角周期圆孔阵列有利于获得较高的输出光功率。大电流注入时, 这种结构将导致电流拥挤, 芯片的电光转化效率衰减严重。经过优化设计后的微结构阵列器件, 具有较高的电注入效率, 因此芯片的出光效率较高且随输入电流的增加而衰减的趋势较慢, 因此更适合大电流下工作。

LED微阵列器件具有体积小、分辨率高、寿命长及耗能低等突出特点。出光效率是该器件的一项重要参数,文中对以AlGaInP外延片为基片的LED微阵列器件的出光效率进行了理论及实验研究。器件的像素周期设计为100 μm×100 μm, 发光单元间的上隔离沟槽宽度为20 μm、深度为25 μm,将在600~650 nm波段具有高反射率的均匀掺单晶硅纳米颗粒的聚酰亚胺作为复合材料来填充上隔离沟槽,将侧面出射的光反射到上表面,实现了相邻两个发光单元之间的光学和电学隔离。分析计算表明,通过填充硅纳米颗粒/聚酰亚胺复合膜材料,使每个发光单元侧面出射光的16.695%反射回窗口层,提高了出光效率。这项研究将有助于提高LED微阵列器件的出光效率。

根据同轴相对论返波管的特点建立了物理模型, 采用时域有限差分法研究了同轴相对论返波管中波束作用过程。研究表明:同轴相对论返波管中波束作用的输出效率与两端反射系数密切相关, 而且其内部场分布特点对于提高输出效率非常有利。经过优化设计, 利用 500 keV, 4.0 kA 电子束流, 微波起振时间为7 ns, 输出效率大于38%, 与以往数值模拟和实验结果符合较好。根据计算结果进一步分析得到, 与空心相对论返波管相比, 同轴相对论返波管中空间电荷效应的影响较小。

248 nm放电抽运KrF准分子激光器在微电子学和医学等领域有重要的应用价值。在大多数应用中，激光器的最大输出效率和能量都是十分重要的参数。为了提高激光器输出效率和能量，实现KrF准分子激光器的稳定放电，采用新型开关电源和结构紧凑的张氏电极，并通过优化储能/放电电容比例和工作气体配比等方法，研制出了一台小型高效率放电抽运KrF准分子激光器。研究了开关电源对充放电特性的影响，以及气体配比对激光输出效率和能量的影响。该激光器的各项参数相比以往的产品有了较大改善，可重复频率为1~80 Hz，输出效率最高达2.5%，最大单脉冲输出能量380 mJ；当工作电压高于25 kV时，激光输出能量不稳定度约为1.8%。

提出一种用于有机电致发光器件(OLED)的双面对称矩形金属光栅电极, 采用时域有限差分方法(FDTD)模拟研究了OLED中表面等离子体激元的激发和耦合传输的物理规律和物理机制, 详细计算和分析了该光栅结构的周期、槽宽、光栅高度、槽底厚度、入射光的入射角与电极透射效率的关系, 并由此优化了结构的几何参数, 使金属电极的光导出效率相对于通常的金属银层电极增强了1.77倍, 为基于表面等离子体激元的高效光导出器件的优化设计提供了理论依据。

利用禁带理论、等效介质理论分析了增透机理,研究了一种参数设计方法。采用FDTD方法计算了表面覆盖ITO层的六角排列圆形光子晶体出光效率。计算该结构参数的光子晶体的LED出光效率,结果表明加入ITO层的光子晶体能提高GaN基蓝光LED出光效率2倍,该参数设计思路也为光子晶体设计提供了参考依据。