合成了一种新颖的锌离子荧光探针N′(2-羟基苄基)-4-(2-羟基苯亚甲基胺)-苯甲酰肼(HHB),该探针本身的荧光较弱,但当它与Zn2+配位时荧光增强,在475 nm处产生一较宽的发射光谱,量子产率f=0.59 (λex=370 nm)。该化合物对Zn2+具有良好的选择性能,环境生物体系中大量存在的碱金属和碱土金属离子K+,Na+,Mg2+和Ca2+以及过渡金属离子Mn2+,Co2+,Ni2+ 和 Cu2+ 等对Zn2+的检测没有明显影响。在生命体系的pH值范围(6.8~7.7),配合物HHB显示出对Zn2+检测较高的灵敏度。作为比较文中还研究了HHB水解的主要产物4-氨基苄腙-水杨醛(HB)对Zn2+的识别与传感性能。

我们用变分方法研究了外电场下量子阱中的杂质态结合能,计算中既考虑了电子同体纵光学声子和界面光学声子的相互作用又考虑了杂质中心同体纵光学声子和界面光学声子的相互作用。我们以GaAs/Al0.3Ga0.7As量子阱为例,讨论了结合能随杂质位置、阱宽和电场强度的变化规律。得到了电子-声子相互作用对杂质态结合能和斯塔克效应的修正是相当明显的。

由于量子环特殊的结构,我们尝试过不少方法,发现一般传统方法很难求解薛定谔方程,故很难求出它的波函数和能级。国内外很多学者从事这方面的研究,但发表的文献非常少。有必要寻找一些新的方法从事这方面的研究工作,本文中采用了B样条函数近似拟合波函数的方法,计算了一个在谐振子束缚势和磁场作用下含有杂质的二维量子环中的电子能级。研究了电子能级随磁场强度、束缚势的变化关系以及电子能级与量子环半径的关系。我们发现电子能级随磁场强度、束缚势强度的增强而增强;每一个能级都有一个最小值在特定的量子环半径上,并且随着能级的增加,最小值的位置向半径大的方向偏移。

光谱椭偏仪被用来研究用脉冲激光沉积方法在Si(100)基片上,温度分别为400,500,600,700 ℃制备的ZnO薄膜的特性。利用三层Cauchy散射模型拟合椭偏参数,计算了每个温度下制备的ZnO薄膜在400~800 nm波长范围内的折射率(n)和消光系数(k)。发现基片温度对光学常数有很大的影响。通过分析XRD表征的晶体结构和 AFM表征的薄膜表面形貌,发现折射率的变化归因于薄膜堆积密度的变化。为了获得具有较好的光学和薄膜质量的ZnO薄膜,相比与其他沉积温度600 ℃或许是最佳的沉积温度。

利用高温固相法制备了Tm3+/Yb3+共掺杂的氟氧化物玻璃和玻璃陶瓷材料,在980 nm的激光激发下,样品发射出明亮的蓝色上转换荧光。通过对玻璃和玻璃陶瓷样品的对比,发现Tm3+离子和Yb3+离子之间存在着Tm3+(3H4)→Yb3+(2F5/2)的反向能量传输通道,并且与晶场有较强的依赖关系。分析了在玻璃和玻璃陶瓷中蓝色上转换发光过程,随着敏化剂Yb3+浓度的增加,在玻璃中正向和反向能量传递的竞争作用使得Tm3+离子在Yb3+离子的最佳浓度时上转换发光最强;而在玻璃陶瓷中, Tm3+离子的上转换发光始终随着Yb3+离子的浓度增加而增强。

采用低压金属有机化学气相沉积(LP-MOCVD)技术,在掺Fe的半绝缘InP衬底上制备了InAs0.157P0.843外延层。利用变温光致发光研究了InAs0.157P0.843外延层在13~300 K温度范围内的发光特性,通过理论分析与计算,证实了在应力作用下InAs0.157P0.843外延层价带顶的轻重空穴带发生了劈裂,并研究了导带底与价带顶轻空穴带之间形成的复合发光峰在应力作用下随温度的变化规律。

基于密度泛函理论(DFT)框架下的第一性原理的平面波超软赝势方法(USPP),对Zn,Cd掺杂AlN的32原子超原胞体系进行了几何结构优化,从理论上给出了掺杂和非掺杂体系的晶体结构参数。计算了掺杂AlN晶体的结合能、电子态密度、差分电荷密度,并对计算结果进行了细致的分析。计算结果表明,Cd、Zn都可以提供很多的空穴态,是良好的p型掺杂剂,但是相对于Cd, Zn原子在AlN晶体中的溶解度更大,并且可以提供更多的空穴,有利于形成更好的p型电导。

1.55 μm波段是光通讯的一个重要波段,而且对人眼安全,有高的大气透过率,因此可以广泛应用于通讯和遥感测距等领域。由于Er3+离子对商品化的InGaAs激光二极管的抽运波长不能有效吸收,因此一般通过在基质中共掺杂Yb3+和Er3+离子来获得1.55 μm波段激光输出。采用助熔剂法生长了不同Yb3+和Er3+掺杂浓度的YAl3(BO3)4(YAB)晶体。运用速率方程模型研究了晶体中Yb3+到Er3+能量传递过程,得到了根据Yb3+离子的荧光寿命计算能量传递系数的简单计算公式。计算了不同掺杂离子浓度的YAB晶体中的能量传递系数等相关参数。结果表明,在YAB晶体中,Yb3+到Er3+能量传递非常有效,YAB晶体可以作为一种能获得1.55 μm激光输出的良好介质材料。

以硝酸镁、钨酸钠为原料,氢氧化钠和硝酸作为pH调节剂,在180～230 ℃水热条件制备纯相的MgWO4。探讨了水热反应温度对MgWO4纯相形成以及煅烧温度对其晶型、发光性质的影响。分别用粉末X射线衍射、荧光光谱、扫描电子显微镜和综合热分析等手段对样品进行表征。结果表明,水热法可以直接制得不含结晶水MgWO4晶体,属于四方晶系,形貌呈片状,厚度约为几个纳米。样品热重分析和高温煅烧的结果表明,水热法所得MgWO4晶体在850 ℃附近出现晶型转化,由四方晶系转变为单斜晶系,并导致发光性质的明显变化。SEM显示煅烧前的样品形貌为片状,不同温度煅烧后由片状逐渐向棒状转变。

为了提高掺杂型有机电致发光器件(OLED)中主体发光材料与客体荧光染料间能量传递的效率,2-对联苯-8-羟基喹啉锌(Zn［2-(p-biPh)-8-Q-O］2)作为NPB∶DCJTB掺杂体系的能量助传递剂,制备了结构如：ITO/NPB/NPB∶DCJTB/Zn［2-(p-biPh)-8-Q-O］2/BCP/Al的有机电致发光器件。助传递剂Zn［2-(p-biPh)-8-Q-O］2的加入,能够两次利用Frster能量转移,实现NPB向DCJTB级联式的能量传递过程,提高低浓度时掺杂染料DCJTB红光发射的纯度;此外,还探讨了三者间能量传递的有效距离,即当助传递剂与掺杂体系的距离在小于10 nm的范围内,其参与能量传递的效率随着距离的增加而逐渐下降。

设计了结构为上反射镜/有机层/下反射镜/柔性基板的可弯曲式有机电致发光器件(FOLED)。利用几何光学模型计算了器件在不同弯曲情况下,其发光光谱随观测角和曲率的影响,并与平整器件的光谱作了比较。结果表明：1)基板向内弯曲时,随着观测角的增大,器件的发光光谱峰值出现蓝移,且蓝移的程度相对平整器件要大;随着曲率的增大,器件的发光光谱峰值出现蓝移。2)基板向外弯曲时,随着观测角的增大,器件的发光光谱峰值出现红移,但红移的程度不大;随着曲率的增大,器件的发光光谱峰值出现红移,且与基板向内弯曲时蓝移的程度相当。

用PLD法成功制备了一系列高质量的MgZnO薄膜。实验中发现高脉冲能量沉积薄膜的结构和发光特性随基片温度的变化规律与低脉冲能量下的结果不一样：基片在室温时高脉冲能量制备薄膜的XRD峰的半峰全宽比高基片温度时的结果相对更小;AFM显示其颗粒变大,柱状生长突出;PL谱紫峰与绿峰强度比最大,结晶质量反而提高。另一方面,与低脉冲能量时相反,增大氧气压强后高脉冲能量沉积的薄膜XRD半峰全宽变窄。结合实验现象和表征,合理解释了高脉冲能量沉积的机理。室温制备高质量MgZnO薄膜的PLD沉积机理对于以后在柔性衬底上沉积薄膜的研究有重要的参考价值。

利用苯乙烯与3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570)化学反应合成共聚前驱物, 再采用凝胶-溶胶法,与四乙氧基硅烷在一定的条件下共同水解与缩合,合成了近红外染料［(环戊二烯)钴(Ⅰ)三(二乙基亚磷酸基)］［5,10,15,20-四(p-甲氧基苯基)-卟啉］合镱(Ⅲ)掺杂的聚苯乙烯/二氧化硅复合纳米粒子。这种制备染料掺杂复合纳米粒子的方法既克服了传统物理包埋方法染料容易泄漏的问题,又不受到化学键合方法对近红外染料分子性质的限制。用扫描电子显微镜表征该复合纳米粒子呈球形,大小均匀,直径约100 nm。所制得的纳米粒子荧光性质稳定,受外界环境的影响小,具潜在生物亲和性,是一种新型的近红外荧光标记物。

利用两路平行的刻有长周期光栅(LPWG)波导间耦合的理论模型,研究了LPWG波导光滤波器,利用弱耦合实现高耦合效率和窄带滤波的方法,设计了一个窄带光滤波器。仿真结果表明,在1 530～1 560 nm范围,能实现单一的带通、带阻互补滤波输出,3 dB带宽为1 nm,耦合效率高达98%。

对Tb3+掺杂的硅酸盐闪烁玻璃进行了研究。对玻璃基质、敏化剂、发光激活剂组分进行了优化,改进了熔制温度、保温时间、气氛等工艺条件。根据氟化物具有较好的稀土可溶性,具有相对较低的声子能量,调整了闪烁玻璃中的氟化物含量。讨论了Tb3+离子和Gd3+,Dy3+离子对闪烁玻璃发光性能的影响。闪烁玻璃样品的激发和发射光谱、光衰减时间谱等结果显示：闪烁玻璃基质中由Gd3+和Dy3+离子向发光中心Tb3+离子的无辐射能量共振转移以及在一定浓度范围内Tb3+离子之间的交叉弛豫过程对玻璃的发光性能有重要影响。Tb3+离子在一定浓度范围内具有自敏化效应,随着Tb3+离子浓度的增加,绿色荧光得到增强,蓝紫色荧光减弱,Tb3+掺杂硅酸盐闪烁玻璃的发光性能有明显的提高。

在低温常压条件下,以ITO玻璃为衬底,采用电化学法与湿化学法结合的两步化学沉积法制备了团簇状ZnO薄膜。利用XRD,SEM分析了薄膜结构和表面形貌,并采用二极管结构在高真空条件下对薄膜进行了场发射性能测试。稳定发射后,开启电场为3.0 V/μm。当电场为5.8 V/μm时,电流密度为583.3 μA/cm2。研究表明：两步化学沉积法低温制备ZnO薄膜是可行的,且该薄膜具有良好的场发射性能。

具有特殊形貌及构型的表面(如金属薄膜)能够使位于其邻近的荧光分子的荧光信号得到增强, 这种现象被称之为表面增强荧光(Surface Enhanced Fluorescence, SEF)。有关表面增强荧光效应的研究探讨已有许多报道,并先后提出了多种增强机理以试图理解和解释观测到的实验现象。本文将在总结归纳已有机理研究的基础上,从物理学的角度出发分析理解局域场增强、能量转移以及辐射衰减速率增加等理论模型,并对衬底表面与荧光分子之间的间距变化对增强效果的影响进行探讨。

封装并测量了瓦级大功率InGaN蓝色发光二极管(LED)在不同正向电流IF驱动下的光通量、电功率、发光效率、发射光谱和色品坐标等参数的变化。研究表明, 光通量与电功率随IF的增大呈亚线性增加,而发光效率η则下降。当IF从50 mA一直增大到450 mA左右时,发射光谱的峰值波长λp随IF的增加发生蓝移,蓝移现象可能与InGaN蓝光LED芯片在较大电流时能带被拉平以及In成分的作用有关。当IF大于500 mA或800 mA后,λp又发生红移,红移现象可能与大电流注入下InGaN蓝光LED芯片产生的热效应以及电子-空穴对辐射复合有关。此外,光谱的半峰全宽(FWHM)产生宽化现象,色坐标x和y值也发生变化。

采用溶胶-凝胶法在玻璃衬底上制备ZnO/SiO2复合薄膜,分别用XRD、TEM、SEM对样品的结构和形貌进行表征,并研究了不同ZnO含量对复合薄膜透过率及荧光特性的影响。结果表明,样品经500 ℃退火处理生成了SiO2和ZnO,其晶粒尺寸为18.7 nm,薄膜具有双层结构。复合薄膜的透过率随着其中ZnO含量的增加而降低,禁带宽度减小,光学吸收边红移。样品在355 nm波长激发下产生了384 nm的紫外发射峰和440 nm的蓝光发射带,并随ZnO含量的增加而增强,它们分别来自ZnO的电子-空穴复合发光和缺陷发光,及ZnO/SiO2复合薄膜双层结构的缺陷发光。

为得到量子级联激光器特有的光噪声特性,通过在速率方程中引入Langevin噪声源以及自发辐射因子的方法,在单模与线性增益的情况下讨论了自发辐射因子及与偏置电流等参数与光噪声的强度及带宽等特性之间的关系,计算结果表明,增大自发辐射因子能降低光噪声的强度,增宽光噪声的3-dB截止频率,进一步的研究也表明,自发辐射因子对光噪声的影响与激光器的偏置电流有密切关系,这种影响在偏置电流较小时比较明显,但当偏置电流很大时自发辐射因子对光噪声的影响将变得很弱。

针对光子晶体(AB)m(CD)n(BA)m模型,选择适当的结构参数,通过传输矩阵法对其透射谱进行计算模拟发现,在归一化中心频率0.5(ωa/2πc)处,当光子晶体(CD)n的导带处于光子晶体(AB)m(BA)m的禁带中,且两者均以中心频率处为对称中心时,构成镜像对称的光子晶体量子阱结构。在光量子阱透射谱的中心频率处及对称的两侧,分布着具有规律的奇数局域共振峰,出现明显的量子化效应,透射峰数目和位置都可以通过光子晶体(CD)n的重复周期数n来调节,这一现象可用于设计可调性奇数通道滤波器。

采用高温固相法在1 350 ℃弱还原气氛下制备了Sr1-xBaxAl2O4∶Eu2+,Dy3+ (x=0,0.2,0.4,0.6,0.8,1.0)长余辉材料,并对其微观结构和发光特性进行了分析。X射线衍射结果表明,当钡的掺杂摩尔分数x＜0.4时,样品晶体结构为SrAl2O4单斜晶系结构;当x≥0.4时,样品晶体结构为BaAl2O4六角晶系结构;而且随着钡对锶的取代,两种晶体结构的晶格常数都发生了一定程度的膨胀。光致发光测试结果表明,当x从0增大到1.0时,样品发射波长峰值也相应由515 nm逐渐蓝移到494 nm。通过热释光谱测试表明, SrAl2O4结构的样品的热释光峰所对应的温度比BaAl2O4 结构的要高,且对应SrAl2O4结构的样品的余辉时间更长,初始亮度更高。

固相法制备了碱土金属铝酸盐荧光粉CaAl12O19∶Eu,Mn,测试了样品的XRD及激发与发射光谱,对样品的结构及其发光性能进行了分析,并且考察了灼烧温度及Eu3+的浓度对样品发光性能的影响,对Eu3+的作用机理进行了探讨。 该荧光粉能被波长短于550 nm的蓝绿光以及紫外和近紫外光激发,其发射光谱峰值在590,615,645,657 nm,其中前两个为Eu3+的特征发射,后两个为Mn4+的2E-4A2跃迁发射。该荧光粉的最佳烧结温度与时间分别为1 550 ℃和4 h,Eu3+的最佳掺杂摩尔分数为0.11%左右。

应用Mie散射理论对紫外光下TiO2微粒光散射特性进行了理论分析与数值计算,得到了散射强度分布、偏振度与散射角、散射强度与参数X以及光学截面与粒子半径的关系。结果表明,前向散射强度随着粒子半径的增大而增强;当粒子半径为50 nm左右,散射截面和吸收截面达到最大值。

采用高品质因子低损耗的光学微腔结构研制了电泵浦脉冲方式工作的有机激光器件。增益介质为Alq3∶DCJTI薄膜,透明导电IVO薄膜和Al薄膜分别作为阳极和阴极。面发射的激光从阴极侧发出,峰值波长为622 nm,阈值电流密度为860 mA/cm2。讨论了电泵浦有机微腔激光器研制过程中的关键技术。

通过电子束蒸发方法以及高温退火处理,得到nc-Si/SiO2超晶格。将样品分别注入剂量为2.0×1014 cm-2和2.0×1015 cm-2的Ce3+,再对其进行二次退火处理,获得多组样品。通过对样品光致发光光谱的分析发现,样品发光强度的变化不仅受到Ce3+注入剂量的影响,而且也受到nc-Si颗粒大小的影响。在相同注入计量和相同的二次退火处理温度下,nc-Si颗粒较大的样品经Ce3+注入后其发光强度增强较为明显。