提出了一种光泵浦太赫兹探测技术的改进方案, 使用双色飞秒激光场电离空气诱导等离子体辐射的超短宽带太赫兹脉冲作为探测脉冲, 表征了硅的光激发动力学, 通过表征过程验证了基于所提改进方案的光泵浦太赫兹探测系统的性能。硅的泵浦深度随泵浦功率的增加而提高, 400nm泵浦光的泵浦深度大于800nm泵浦光。使用400nm泵浦光, p掺杂硅的泵浦深度最大, 本征硅次之, n掺杂硅最小; 而使用800nm泵浦光, p掺杂硅的泵浦深度最大, n掺杂硅次之, 本征硅最小。此外, 基于探测脉冲的超宽带宽和超短脉宽, 还观测到了p掺杂硅中的亚皮秒激发态声子波包振荡。

InGaN半导体材料具有带隙宽度通过改变In组分可调的特点, 被广泛应用在新一代光电子器件中, 但绿光LED依然存在“绿隙(green gap)”问题有待解决。 本文深入研究载流子复合机制, 为解决“绿隙”提供新思路。 利用光致荧光光谱(PL)和时间分辨光谱(TRPL)研究了不同温度下对应不同光子能量的InGaN量子点(QDs)发光二极管器件的载流子复合动力学过程, 得到了InGaN QDs的瞬态光致发光特性和辐射/非辐射复合的瞬态寿命。 稳态光致发光谱在15～300 K的温度范围内, 峰值出现先蓝移再红移(S-shaped)的偏移现象, 发射峰值蓝移约4.2 meV, 在60 K时达到最大值, 随后发射峰红移, 形成随温度呈S形的变化。 这种变化说明QDs结构中载流子局域化行为, 激子复合是InGaN量子点绿光发射的主要原因。 通过拟合不同温度下的归一化PL积分强度, 获得激活能Eact约为204.07 meV, 激活能较高, 证明了InGaN量子点具有较强的载流子限制作用, 可以更好抑制载流子向非辐射复合中心迁移, 内量子效率(internal quantum efficiency)为35.1%。 InGaN QDs中自由载流子复合的平均复合寿命τrad=73.85ns。 能量边界值Eme=2.34 eV远高于局域深度E0=62.55 meV, 可见能级完全低于迁移率边缘, 因此InGaN QDs寿命衰减归因于载流子局域态复合。 通过使用改进的光谱数据分析手段对基于内嵌量子点新结构的荧光器件进行研究, 得到了有意义的结论, 为进一步了解InGaN量子点内部发光机理和研制新一代照明器件提供借鉴, 说明引入InGaN量子点对光电器件的发展具有很好的推动作用。

鉴于长余辉材料免实时激发特性可有效消除激发光源及复杂样品自体荧光的干扰, 近红外长余辉材料在生物成像领域受到了广泛关注。但其在荧光传感应用方面的报道相对较少, 尤其是利用长余辉纳米粒子来检测金属阳离子鲜有报道。本文采用水热法制备了Sn4+共掺的近红外长余辉纳米材料ZnGa2O4∶Cr3+,Sn4+ (ZGSC), 再以包硅处理得到在水溶液中分散性良好的荧光探针ZnGa2O4∶Cr3+,Sn4+@SiO2(ZGSC@SiO2)。基于Fe3+对长余辉材料ZGSC@SiO2的荧光猝灭效应, 构建了一种选择性好、无背景干扰的近红外长余辉荧光探针ZGSC@SiO2, 用于Fe3+的定量检测。采用时间分辨光谱可有效地消除背景干扰, 实现了高信噪比检测, 其线性范围为50~800 μmol/L, 检出限为25.12 μmol/L。选取了3种补铁口服液作为实际样品, 对其总铁含量以及Fe3+的含量进行检测, 并进行了加标实验。实验结果表明, 测定结果中总铁含量与标示值吻合; 3种样品中总铁含量的加标回收率为99.00%~99.79%, 相对标准偏差(RSD)为2.416%~3.808%; Fe3+含量的加标回收率为99.90%~102.69%, RSD为3.263%~4.296%, 满足测定要求。根据样品中总铁含量和Fe3+含量, 可计算得出Fe2+含量, 因此该荧光传感体系具有可同时检测Fe3+与Fe2+的优点, 可以用于补铁口服液中有效价态Fe2+的质量控制检测。

高功率激光装置中的片状放大器普遍采用高功率脉冲氙灯作为抽运源, 氙灯的辐射光谱与片状放大器的增益性能密切相关。基于暗室中搭建的时间分辨率为2 μs的氙灯光谱测试系统, 测试氙灯在不同放电时刻的辐射光谱。结果表明: 相同电流密度对应的上升沿、下降沿时刻的氙灯辐射光谱存在显著差别, 上升沿光谱的分立谱明显; 当电流密度为0.866 kA·cm-2时, 如果不施加预电离, 上升沿的辐射光谱能量比下降沿低48%, 施加预电离后这种差距缩小至24%; 预电离可以有效提高上升沿时刻的光谱强度, 是提高氙灯辐射效率的有效途径之一; 对氙灯辐射光谱的原模型进行修正, 可使其与测试光谱数据更吻合。

系统介绍了几种基于瞬态光克尔效应的超快光学快门技术, 包括传统的光克尔双折射快门技术, 瞬态光栅快门技术, 以及利用瞬态克尔透镜效应的光学快门技术。这些技术都是在泵浦-探测的实验配置基础上, 利用门控光对克尔介质折射率的瞬态调制导致的信号光的相位(偏振态)、传播方向或光束发散角等光学特性的改变实现对信号光的超快时间分辨测量。对比讨论了这些超快快门技术的工作原理和实验配置, 结果表明瞬态光束偏折快门技术相比其他快门技术具有无偏振配置要求、无相位匹配条件、超宽带光谱响应范围的特点, 在光与物质相互作用的超快动力学研究中具有更为广阔的应用前景。

研究了热退火对飞秒激光脉冲在空气中微构造的黑硅材料的光致发光(PL)时间分辨光谱和发光强度衰减性质的影响，分析了退火后黑硅材料内光生载流子的运动和缺陷的性质。通过应用双指数函数拟合PL的强度衰减曲线，得到退火导致黑硅材料光谱变化的可能机理。采用热扩散理论说明退火造成氧缺陷的增加和非平衡载流子辐射复合率的增大，导致退火黑硅的PL强度随着退火温度的升高而增大。退火后时间常数增大且慢衰减过程比重增大，说明退火消除并修复了微构造表面及内部的一些缺陷，增加表面束缚态，减小非辐射复合中心的密度，从而增大了辐射复合所占的比重，导致退火黑硅的PL谱强度增大。黑硅发光的最佳退火条件是800 ℃真空退火30 min。

采用等离子体增强化学气相沉积技术，通过改变CO2流量制备了不同氧含量的非晶氧化硅薄膜。利用紫外可见吸收谱、傅里叶红外吸收谱和稳态/瞬态光致发光谱等技术研究了薄膜的微观结构和光学特性。实验结果表明，随着氧含量的增加，薄膜的带隙增大，光致发光强度增加、峰值朝高能方向移动、光谱半峰全宽展宽。时间分辨光谱显示薄膜发光峰值处的衰减时间随氧含量的增加从6.2 ns单调增加到21 ns，而同一样品的发光寿命随发射波长能量增加而减小。综合分析光学吸收、发射及发光衰减特性表明，薄膜的发光机制主要归结为非晶材料带尾态之间的辐射复合。

采用稳态发光光谱、瞬态发光动力学测量等手段，对两种钌配合物［Ru(bpy)3］(ClO4)2和［Ru(bpy)2HPIP］(ClO4)2的发光性质进行了研究。稳态发光光谱表明［Ru(bpy)2HPIP］(ClO4)2发光明显偏弱；皮秒瞬态发光动力学测量显示［Ru(bpy)2HPIP］(ClO4)2的激发态弛豫过程存在皮秒量级的快过程，可能与由于HPIP配体的存在,使电荷转移态和溶剂分子产生氢键作用有关。纳秒瞬态发光动力学测量的结果则显示了所有样品共同具有的瞬态发光衰减过程，实验结果符合能隙定律，推断其来自没有和溶剂分子形成氢键结合的配合物的激发态弛豫过程。

利用太赫兹时域光谱系统(THz-TDS)对Sierpinski分形结构太赫兹透射特性进行了研究，结果表明：太赫兹脉冲通过Sierpinski分形结构会产生多个透射通带与禁带，透射通带与禁带的位置对样品结构存在一定的尺度依赖性。随着结构阵列的增加，透射峰与禁带都有加强的趋势。通过对缺级样品的分析，进而得出：透射峰与禁带的产生主要是由于方孔对太赫兹波的耦合作用，且不同的透射峰与禁带是由不同阶孔对太赫兹波的耦合作用产生的：低频区的透射峰与禁带主要是由低级分形方孔对太赫兹波的耦合引起的，高频区的透射峰与禁带主要是由高级分形方孔对太赫兹波的耦合作用引起的。