针对光导开关高重复频率运行时产生丝电流加热, 使光导开关温度迅速超过材料最高允许使用温度, 造成开关失效或损伤的难题, 本文结合微通道散热技术和射流冷却技术的优点, 设计了射流微通道耦合高效散热器。通过实验测试, 对不同运行工况下射流微通道耦合高效散热器的传热特性进行了研究, 并与美国进口的蜂窝型微通道散热器进行散热性能对比。实验结果表明: 体积流量为 3 L/min的情况下, 射流微通道耦合高效散热器的换热系数超过 35 000 W/(K·m2), 散热量高达 1 000 W, 相比蜂窝型微通道散热器散热量提升了 45%。在测试流量下, 随着体积流量的增加, 射流微通道耦合高效散热器的平均换热系数接近线性增加, 而蜂窝型微通道散热器的平均换热系数在大流量下却增加缓慢。此外, 采用射流微通道耦合高效散热器冷却的热源面温度均匀性明显优于采用蜂窝型微通道散热器冷却的热源面温度均匀性, 采用射流微通道耦合高效散热器的热源面温度波动能降低 58%, 更有利于降低光导开关热应力。

透明半导体铟锡氧化物(ITO)作为电极能够降低光导开关电极边缘电流集聚效应和提高脉冲激光的利用率。本文通过在ITO与GaN界面之间分别插入10 nm的Ti与TiN, 研究Ti、TiN对ITO与GaN欧姆接触性能的影响。I-V测试结果表明, 随着退火温度升高, 插入TiN的光导开关一直保持欧姆接触特性, 而插入Ti的光导开关由欧姆接触转变为肖特基接触。通过TEM测试发现, 当以Ti作为插入层时, ITO通过插入层向插入层与GaN的界面扩散, 在接触界面形成Ti的氧化物及空洞。透射光谱显示, 不同退火温度下插入Ti层的透过率均低于38.3%, 而以TiN作为插入层时透过率为38.8%~55.0%。因此含有TiN的光导开关具有更稳定的电学性能和更高的透过率, 这为GaN光导开关在高温高功率领域的应用提供了参考。

传统光催化是光照射半导体催化剂时经表面光电耦合产生的载流子对有机污染物降解。这种外通光光催化模式使得光的利用率低、催化剂易失效、回收利用困难、难以实现连续水处理，制约了其在环保中的应用。本研究提出利用光的波导传输与界面耦合原理，通过在非晶光导纤维表面组装四氧化三锡纳米片，实现光的收集、传输及向纳米晶中注入，和内通光模式的光催化，从根本上解决上述问题。实验证明了四氧化三锡/光导纤维具有增强的光催化性能。这一研究首次提出光催化为目的非相干光波导传输和内通光光催化，拓宽了光波导理论并提出新的光催化反应机制，具有重要理论价值和巨大的工业应用前景。

为了提高光导开关的光生载流子密度，延长器件的使用寿命，降低对光源的能量需求，实现设备的小型化，基于半绝缘4H-SiC材料建立了全内反射式光导开关数学模型，并分析了全内反射发生的条件及影响光导开关吸收效率和均匀度的因素。采用ZEMAX非序列模式建立了全内反射光导开关模型，并利用光线追迹方法进行分析。设计了一种高效率全内反射光导开关光学系统，结果表明，该光学系统能在获得高吸收效率的同时保证高均匀度，吸收效率可达90.78%，吸收均匀度达到74.56%。