本文采用自主设计开发的大尺寸导模(EFG)炉成功制备了尺寸为485 mm×985 mm×12 mm的蓝宝石单晶板材，将其切割、研磨后与玻璃、聚碳酸酯复合为透明装甲样品，其中尺寸为352 mm×341 mm×33 mm样品面密度为79.27 kg/m2，尺寸为351 mm×342 mm×33 mm的样品面密度为79.38 kg/m2。分别采用直径为7.62 mm和12.7 mm的穿甲燃烧弹对其进行打靶测试，实验结果显示，蓝宝石基透明装甲在100 m 0°法线角射击中，具有优异的抗冲击性能。

氧化镓晶体材料由于其优异的性能以及可以用熔体法生长的优势，在功率器件、光电领域有着巨大的潜力。近年来，国内外众多专家也随之开展对氧化镓单晶材料的研究工作，高质量低缺陷的氧化镓单晶材料对后续的外延、器件的制备极其重要。目前，国际上主流的生长方法是导模法，导模法具有生长周期短、尺寸大及生长稳定等优点，然而在晶体缺陷控制方面还有很大的进步空间。本文围绕氧化镓单晶的腐蚀坑形貌，对导模法生长的氧化镓单晶进行加工制样，进行了不同酸碱条件下的腐蚀实验。详细介绍了观察到的不同腐蚀坑形貌，分析了晶体缺陷对腐蚀坑形貌的影响，对今后氧化镓单晶生长机理和晶体缺陷的研究具有重要意义。

本文使用导模(EFG)法生长了Ni掺杂β-Ga2O3单晶，并通过粉末X射线衍射(PXRD)和劳厄衍射(Laue diffraction)分别验证了其晶体结构和晶体质量。进一步通过紫外-可见-近红外透过光谱及红外透过光谱研究了Ni2+掺杂对β-Ga2O3光学特性的影响，发现其(100)面的紫外截止边为252.9 nm，对应的光学带隙为4.74 eV。此外，阴极荧光(CL)光谱测试结果显示，Ni2+掺杂β-Ga2O3单晶在600~800 nm具有宽带近红外发光特性，有望拓宽β-Ga2O3单晶材料在宽带近红外方面的应用。

蓝宝石单晶具有优良的力学性能和光学性能, 是目前透明装甲的优选材料。导模法能够制备出形状和尺寸都接近目标要求的晶体, 可以大幅度降低晶体的生产成本。我们通过自主设计的晶体生长设备, 优化晶体生长工艺和热场, 成功制备了尺寸为480 mm×1 200 mm×12 mm的蓝宝石单晶板材, 晶坯形状规则, 加工去掉表面气泡层后在20 mW He-Ne激光照射下检测, 整体无散射。

β-Ga2O3作为最具发展潜力的超宽禁带半导体材料，其晶体缺陷方面还缺乏深入且全面的研究。面缺陷小角晶界主要存在于β-Ga2O3 (100)晶面，会破坏晶体结构完整性，降低晶体质量。采用化学刻蚀法和透射电子显微镜技术对导模法生长β-Ga2O3晶体中的小角晶界进行宏观分析和微观结构表征。研究表明：小角晶界两侧的刻蚀坑形状和朝向相同，晶界两侧的晶粒取向差约为3°，除此之外，小角晶界会使摇摆曲线出现肩峰及展宽，通过对β-Ga2O3晶体中小角晶界缺陷的微观结构进行表征，填补了小角晶界缺陷的研究空白。

利用原子层沉积技术在具有二维结构的石英玻璃上制备出二氧化钛（TiO₂）薄膜，并在不同的温度下进行退火处理。对样品的晶体结构、表面形貌、表面粗糙度以及光谱特性进行研究，结果表明：当热处理温度为200~400 ℃时，所制备的二氧化钛薄膜具有较好的锐钛矿结构，无其他杂相存在。随着热处理温度的增加，薄膜晶粒尺寸逐渐增大，薄膜折射率变大，但表面粗糙度均小于0.4 nm。研究了由单层二维结构光栅和光波导层（二氧化钛薄膜）组成的导模共振滤波器，采用严格耦合波理论分析了该装置在不同条件下的光谱特性。结果表明，通过改变光波导层二氧化钛薄膜的折射率，可以控制该装置共振波长的位置，并保持窄线宽特性。该装置的波长控制范围为946.9~967.9 nm，半峰全宽小于0.8 nm。

采用导模法（Edge?defined film?fed growth technique，EFG）制备了无掺杂及Dy³⁺掺杂的Lu₂O₃晶体，无掺杂及掺杂晶体在空气中退火后分别变为无色和淡黄色。采用高分辨X射线衍射、拉曼光谱以及吸收光谱等方法对晶体进行了表征。结果表明，晶体X射线衍射摇摆曲线的半峰宽分别为98.4"、170.4"、193.9"，最大声子能量分别为609.0，611.4，612.6 cm^-1；无掺杂晶体在260~3 000 nm波段没有明显的吸收，而掺杂晶体具有350，742，798，884，1 063，1 258，1 681，2 774 nm Dy³⁺的特征吸收峰。采用1 258 nm激光进行激发，得到2.7~3.0 μm的荧光光谱，计算了Dy³⁺的⁶H_13/2能级寿命分别为17.9 μs和16.3 μs。采用Judd‐Ofelt（以下简写为J‐O）理论计算了相关光学参量，结果表明Dy³⁺∶Lu₂O₃晶体具有实现3 μm波段激光输出的潜力。

本文使用导模法(EFG)制备了4英寸氧化镓(β-Ga2O3)单晶, 并对晶体物相、结晶质量、缺陷、光学及电学特性进行了研究。晶体不同方向劳厄(Laue)衍射斑点清晰一致, 符合β-Ga2O3衍射特征。晶体(400)面摇摆曲线半峰全宽(FWHM)为57.57″, 通过化学腐蚀获得其腐蚀坑位错密度为1.06×104 cm-2。晶体在紫外截止边为262.1 nm, 对应光学带隙为4.67 eV。通过C-V测试分析获得非故意掺杂晶体中的电子浓度为7.77×1016 cm-3。

提出了一种基于样品连续旋转的高阶导模干涉刻写多层亚波长圆光栅的方法。利用有限元法模拟导模干涉场，以及坐标旋转矩阵和数值模拟方法研究对样品实施连续旋转曝光后的总光场。选取442 nm波长激光作为激发光，以TE₅和TM₅₁为例，研究了高阶导模干涉刻写制备多层亚波长圆光栅的光场分布。通过光场分布分析了多层亚波长圆光栅在X-Y平面的周期以及Z轴的周期和层数，这些参数可通过改变光刻胶厚度和干涉曝光的导波模式来调节。同一厚度光刻胶条件下存在着多种高阶导模，且同阶导模对应的激发角可以通过改变光刻胶的厚度进行有效调控。因此，通过选择不同厚度的光刻胶，选取曝光所用的高阶导模，可以刻写各种不同参数的多层亚波长圆光栅。该方法是制备多层亚波长圆光栅的一种简单而有效的方法，在微纳光学领域具有一定的应用前景。