采用水热合成法制备合金半导体材料Mo_1-XW_XS₂(X为浓度),并应用扫描式电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和拉曼光谱仪(Raman)对其形貌和晶体结构进行表征。实验结果表明,由SEM形貌测试发现,随着掺杂浓度的增加,Mo_1-XW_XS₂片状合金材料表面逐渐粗糙;由XRD晶体结构表征发现,随着掺杂浓度的增加,Mo_1-XW_XS₂的晶格常数逐渐增大;在合金材料的拉曼频移中,随着掺杂浓度的增加,Mo_1-XW_XS₂中A_1g振动模发生蓝移,而 E2g1振动模发生红移。通过晶格结构和拉曼频移的检测和分析,证实水热合成法可制备不同浓度的Mo_1-XW_XS₂合金半导体材料。本方法可进一步拓展为二硫族化物合金半导体材料的批量制备方法,为合金半导体器件的制作和设计提供依据。

SiGeSn三元合金由于具有较二元合金更大的晶格和能带性质调控范围, 是当前用于制作硅基激光器的热点材料。为全面且精确地研究其晶格结构、电子结构和光学性质, 本文采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理方法, 并结合准随机近似和杂化泛函带隙修正, 首先研究SiGeSn晶格常数及其弯曲系数的变化规律, 并给出了解决GeSn二元晶格失配和压应变问题的方案。其次比较研究了SiGeSn与GeSn合金的能带结构, 并通过态密度计算分析了Si的引入对合金带隙变化的物理机制。最后比较研究了SiGeSn与GeSn合金的介电函数谱、吸收系数、消光系数、反射率、折射率和发射率等光学性质。结果表明, SiGeSn晶格常数弯曲系数的变化与合金电负性差值的变化规律一致, Si-p电子态是SiGeSn合金带隙变化的最主要贡献。相比于同Sn浓度的GeSn合金, SiGeSn能保持直接带隙特征, 且其带隙值和光吸收波长呈现更宽的变化范围。因此在拓宽硅基高效光源和光电探测器应用波段方面, SiGeSn相较于GeSn合金具有更大的应用潜力和优势。

提出一种在非线性光子晶体中实现非线性衍射高阶次谐波的方案。基于观察到的多个锥形四次谐波,理论分析了实现五次谐波和六次谐波的可行性。当仅有一种激光光束入射到非线性光子晶体中时,可观察到红、绿和蓝锥形光的同时输出,这可为环形三基色、连续环形谐波以及环形白色光源的实现提供参考。其中,蓝色锥形光波可能源于有倒易矢量参与的级联五次非线性衍射谐波过程。同一基频波长下非线性切伦科夫五次谐波的辐射锥角均大于低阶次谐波的辐射角,且不同基频波长下的非线性切伦科夫五次谐波存在最小的辐射锥角。当入射基频波长为3319.5 nm时,五次谐波中e光的形成过程为非线性布拉格衍射,这可为六次非线性衍射谐波的产生提供有利条件。

采用传统的固相法成功合成了一系列α-Ba3Y(BO3)3∶Dy3+荧光粉, 使用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、荧光光谱(FL)和寿命衰减曲线等对样品进行表征。结果表明: 在近紫外/蓝光激发下, 样品的发射光谱主要包含黄(577 nm)、蓝(488 nm)两个发射峰组成, 分别对应电子跃迁4F9/2 →6H13/2和4F9/2→6H15/2。最佳合成温度为1 100 ℃, 该条件下合成的样品具有纯相、最大结晶度和最大发光强度。研究了荧光粉的浓度猝灭效应, 猝灭机理主要是dipole-dipole interaction, 同时exchange interaction无法忽略, 临界摩尔分数为0.07。样品的寿命衰减曲线为二次指数型, 这与Ba3Y(BO3)3特有的晶格结构有直接关系。α-Ba3Y(BO3)3∶Dy3+荧光粉有应用于荧光转换型白光LED照明的潜力。

基于碰撞离化理论研究设计了In0.53Ga0.47As/In0.52Al0.48As电子倍增超晶格结构雪崩光电二极管，使用MOCVD外延得到实验片，经过工艺流片后进行封装测试。测试结果显示，具有超晶格雪崩区的电子倍增型APD器件，其暗电流可以控制在纳安级，光电流增益达到140，证明具有超晶格雪崩区的电子倍增型雪崩光电二极管具有很好的光电探测性能。

根据超晶格结构的激光衍射图, 提出了一种定量确定倒易矢量分布的实验方法.首先, 将正方形周期超晶格结构作为参考光栅, 得到其衍射图.根据傅里叶光学理论, 计算出基本倒易矢量的大小, 与衍射图上的几何长度建立标尺关系.通过引入矩形超晶格结构, 证明了该方法在周期超晶格结构中的可行性.其次, 将H型和谢尔宾斯基分形超晶格结构作为光栅, 获得的衍射图与正方形结构衍射图进行对比.由衍射点间的几何长度比值, 推算出分形衍射图中的倒易矢量分布.根据倒易矢量和准相位匹配谐频的基频波长之间的定量关系, 理论计算出能够进行的谐频波长.最后, 实验制备分形结构LiNbO3非线性光子晶体, 探测准相位匹配倍频, 所实现的倍频波长与理论计算值相吻合.谢尔宾斯基分形结构光栅在理论与实验上均可实现1.352 μm的有效倍频输出.

采用高温固相法合成了一系列MPO4∶Eu3+,Bi3+ (M=La,Gd,Y)及 MPO4∶Tb3+ (M=La,Gd,Y)荧光粉材料, 用X射线衍射(XRD)仪对样品结构进行了表征。所合成的LaPO4和GdPO4属单斜晶系, 而YPO4属体心立方晶系。用Diamond软件对结构进行分析并绘出了晶胞结构。对样品发光性质的研究结果表明, 虽然MPO4(M=La,Gd,Y)均属于正磷酸盐, 但由于晶格结构不同, 其发光性质也不同。立方晶系的YPO4更有利于掺入其中的稀土离子的发光, Bi3+离子的引入能够明显改善样品的发光性能。

基于中波红外(峰值响应波长4.5μm)量子阱红外探测器QWIP进行了大应变In0.34Ga0.66As/ GaAs/Al0.35Ga0.65As微带超晶格结构的MOCVD外延生长研究。通过对生长温度、生长速率、Ⅴ/Ⅲ比以及界面生长中断时间等生长参数的系统优化, 获得了高质量的外延材料。

采用溶胶-凝胶法在玻璃衬底上成功制备出Y3+掺杂的透明ZnO薄膜。通过X射线衍射仪（XRD）、扫描电镜（SEM）和紫外分光光度计分析了掺杂Y3+对ZnO薄膜结构和性能的影响。结果表明： Y3+成功掺入氧化锌的晶格内；随着掺杂浓度的提高，薄膜的透光率并未表现出一定的规律性；随着退火温度升高，薄膜的透光率明显得到提高；在530℃退火时，薄膜的表面形貌形成网状结构且透光率达到70%左右。