用射频磁控溅射法在石英衬底上制备了ZnO∶Eu3+薄膜, 通过X射线衍射仪﹑扫描电子显微镜和荧光光谱仪测试了薄膜结构﹑形貌以及发光性能, 重点考察了溅射功率和退火工艺对其组织结构和发光性能的影响。结果表明: 样品均呈现ZnO的六角纤锌矿结构, 增大溅射功率有利于形成ZnO的c轴择优取向; 增大溅射功率以及高温退火会使晶粒尺寸增大; 观察到稀土元素内部4f壳层的电子跃迁以及从ZnO基质到Eu3+离子之间的能量传递现象, 增大溅射功率以及780 ℃退火能提高ZnO∶Eu3+薄膜的发光特性。

采用高温固相法合成了CaZn2(PO4)2∶Eu3+橙红色荧光粉, 研究了其发光特性。该荧光粉在350～410 nm处有一个宽带激发, 其激发主峰位于394 nm。在紫外激发下, 发射峰分别由Eu3+的5D0→7F1(585, 595 nm)、5D0→7F2(615、622 nm)、5D0→7F3(645 nm)及5D0→7F4(687, 700 nm)4组线状峰构成, 其中以595 nm发射峰最强。探讨了Eu3+的掺杂浓度对样品发光强度的影响以及Eu3+发射的橙/红光比值随浓度的变化关系, 确定Eu3+的最佳掺杂摩尔分数为10%。实验结果表明, 加入不同电荷补偿剂Li+, Na+, K+均能使发光强度得到提高, 其中以Li+最佳。

系统研究了纳米量级的多孔SiNx 插入层生长位置对高质量GaN外延薄膜性质的影响。高分辨X射线衍射测量结果表明: SiNx 插入层生长在GaN粗糙层上能够得到最好的晶体质量。利用测量结果分别计算出了螺位错和刃位错的密度。此外, GaN薄膜的光学、电学性质分别用Raman散射能谱、低温光致发光能谱和霍尔测量的方法进行了表征。实验发现:SiNx 插入层的生长位置对GaN薄膜的应变大小基本没有影响; 但插入层的位置改变了薄膜中的本征载流子浓度。

利用GaAs夹层掺杂的新方法, 采用金属有机化学气相沉积(MOVCD)技术, 通过控制生长温度, 在蓝宝石衬底上成功制备出As掺杂的p型ZnMgO薄膜。利用X射线衍射分析(XRD)、霍尔效应测试和光致发光(PL)谱等表征方法对薄膜的晶体结构、电学性能和光学特性进行分析。结果表明: 高温生长的ZnMgO薄膜具有良好的c轴取向性; 480~520 ℃时所制备的ZnMgO薄膜为p型导电, 500 ℃时所制备的样品电阻率最低, 为26.33 Ω·cm, 空穴浓度达1.638×1017 cm-3, 迁移率为1.45 cm2/(V·s); 室温PL谱显示, 制得的p型ZnMgO薄膜具有较大的紫外与可见发光峰强度比, 表明其具有良好的光学性能。

合成了新型质子给体的荧光探针化合物2,3-双(4-二甲胺基苯基)喹喔啉(QBDMA)。利用紫外-可见(UV-Vis)吸收、红外吸收和氢核磁共振等光谱手段对该化合物进行了分子结构表征, 同时分析其电化学性质和光致发光性质。研究了该化合物在不同条件下的光致发光光谱。最后在B3LYP1/6-31G*水平上优化其基态结构, 并对其UV-Vis吸收光谱进行了理论模拟。

采用高温熔融法制备了一种新型的Ce3+/Tb3+共掺BaYF5 微晶玻璃。测试了微晶玻璃的Ｘ射线衍射图(XRD)谱、激发光谱和发射光谱。研究发现: 660 ℃热处理2 h后的玻璃基质中析出BaYF5纳米晶相, 根据XRD结果用Scherrer 公式计算得到晶粒大小约为27 nm; 在近紫外光(338 nm)激发下, 观察到BaYF5 微晶玻璃宽带蓝光(425 nm)发光对应Ce3+的5d→2F5/2和5d→2F7/2能级跃迁, 蓝光(487 nm)、绿光(541 nm)、橙光(582 nm)和红光(620 nm)发光对应于Tb3+的5D4→7FJ(J=6,5,4,3)能级跃迁。通过调节Ce3+和Tb3+的掺杂浓度, 得到色坐标为(0.287,0.336)的白光发光微晶玻璃, 并系统分析了Ce3+和Tb3+离子的发光机理和能量传递过程。研究结果表明: Ce3+／Tb3+ 共掺的BaYF5微晶玻璃是制作白光LED的一种潜在基质材料。

将两个中心波长为808 nm, 输出功率为1 500 W的半导体激光叠阵, 经过快慢轴准直后, 利用半波片将其中一个叠阵的偏振方向旋转90°, 使用偏振分光平板的耦合功能, 将两个偏振方向相互垂直的激光耦合到一个光路。扩束后再通过焦距为100 mm的聚焦镜组聚焦, 提高激光器的亮度。在工作电流为75 A时, 输出功率达到了2 600 W, 电光转换效率为48%, 聚焦后的光斑尺寸为1 mm×2 mm, 功率密度为130 kW·cm-2, 可直接应用于熔覆、表面硬化等加工领域。

研究了宽带隙有机小分子材料DPVBi作为空穴阻挡层对OLED器件效率和亮度的优化作用。DPVBi的引入有效地改善了以PEDOT∶PSS做空穴注入层的OLED器件的空穴过剩问题。实验结果表明: 通过优化DPVBi的厚度, 插入30 nm厚的DPVBi空穴阻拦层可以有效地平衡OLED器件的电子和空穴浓度, 降低器件的工作电压, 优化器件的各项性能。该器件的效率和亮度分别是器件结构为ITO/PEDOT∶PSS/NPB/Alq3/LiF/Al参比器件的1.2倍和1.87倍。

对大功率GaN基白光LED在85 ℃下进行了高温加速老化实验。经6 500 h的老化, 样品光通量退化幅度为28%~33%。样品的I-V特性变化表明其串联电阻和反向漏电流不断增大, 原因可归结为芯片欧姆接触的退化及芯片材料中缺陷密度的提高。样品的热特性变化显示出各结构层热阻均明显增大, 这是由散热通道上各层材料的老化及焊料层出现大面积空洞引起的。分析表明, 高温老化过程中芯片和封装材料的退化共同导致了LED的缓变失效。

以AlGaInP-LED外延片为基片, 设计了分辨率为320×240、像素尺寸为100 μｍ×100 μｍ的微型LED阵列。针对目前LED阵列普遍存在的电流分布不均匀的问题, 建立了内部电流分布模型, 研究了电极结构、电极尺寸及电极间距等不同因素对LED电流分布造成的影响。在单条形电极结构的基础上进行优化, 综合考虑不透明电极的遮光效应等因素得到三条形电极结构为最优的电极结构, 该电极结构的LED有源层均匀发光面积比未经优化的单条形电极提高了65.02%, 比双条形电极提高25.63%, 有效提高了微型LED阵列的出光效率, 对改善LED芯片发光均匀性具有参考意义。

采用光激励与电激励的方式对AlGaInP与InGaN/GaN基LED的电学特性进行了表征, 并重点比较分析了两种激励方式的下理想因子这一重要参数的差异。探讨了影响LED理想因子的因素, 确定理想因子的适宜注入强度范围。研究结果表明: 结温与注入强度是影响LED理想因子的重要因素; 对于特定类型的发光二极管, 空间电荷区起主导作用时对应的注入强度范围内能够获得反映器件性能的LED理想因子。LED的理想因子与光激励或者电激励方式无关, 因而光激励能够代替电激励对LED电学特性及理想因子进行非接触检测。

制备了具有低红暴优势的850 nm大功率高亮度锥形半导体激光器, 获得了近衍射极限的激光输出。当连续输出功率为200 mW时, 光束质量因子M2仅为1.7, 亮度高达16.3 MW·cm-2·sr-1; 当功率提高到1 W时, M2因子和亮度仍分别达到2.8和9.9 MW·cm-2·sr-1。此外, 研究了锥形激光器的功率、光谱、远场分布等特性, 并分析了不同脊形波导长度对锥形激光器自聚焦现象的影响。

利用金属有机化学气相沉积(MOCVD)法在Si衬底上生长了一系列具有不同p层厚度d的InGaN/GaN蓝光LED薄膜并制备成垂直结构发光二极管(VLEDs), 研究了p层厚度即p面金属反射镜与量子阱层的间距对LED出光效率的影响, 并采用F-P干涉模型进行了理论分析。结果显示, 光提取效率受d影响很大, 随d的增加呈现类似阻尼振动的变化趋势, 分别在0.73λn处和 1.01λn处取得第一个极大值和极小值, 且前者是后者两倍多。因此优化p层厚度可以有效提高LED的出光效率。

采用溴钨灯和恒流驱动的LED混合作为积分球内部光源, 提出了模拟退火算法作为光谱匹配算法, 研究了光谱分布可调谐积分球光源的光谱匹配技术。仿真实验表明, 该混合光源完全能够定量地模拟CIE-D65和等能光谱分布, 且在辐射功率优于LED模拟结果的前提下, LED的数量分别减少79.8%和82.9%, 平均相对误差分别减小10%和40.5%。给出了380~900 nm波段最大输出辐亮度不低于50 W/(m2·sr)的直径为0.5 m的光谱分布可调谐积分球光源的混光方案。实验表明, 模拟退火算法和恒流驱动方案可应用于光谱分布可调谐积分球光源的工程实践。

利用直接正交信号校正(DOSC)-小波包变换(WPT)-偏最小二乘法(PLS)(DOSC-WPT-PLS)新方法对荧光光谱严重重叠的维生素B１、B２和B６三组分混合体系进行了同时测定。设计了PDOSCWPTPLS程序执行相关计算, 并将三种化学计量学方法(DOSC-WPT-PLS、WPT-PLS和PLS)进行了比较。三种维生素B的总体相对预测标准偏差分别为2.29%、4.23%和5.36%。结果表明DOSC-WPT-PLS法是成功的且优于WPT-PLS法和PLS法。将该法用于测定自来水中的维生素B１、B２和B６的含量其回收率分别为93.4%～109.2%、91.0%～105.2%、94.7%～107.7%, 获得了满意的结果。

利用激光光镊拉曼光谱系统, 测定了健康者红细胞和心肌梗死患者的红细胞拉曼光谱, 研究其拉曼光谱之间存在的差异性, 探讨其红细胞内容物的改变情况及其变化机理, 为疾病的诊断提供一种新的、快速简便的光谱分析手段, 为临床诊断提供有力的实验依据。

MgZnO合金具有可覆盖日盲紫外波段的禁带宽度和晶格匹配的单晶衬底, 是理想的日盲紫外探测材料。由于MgO和ZnO分属立方相和六角相, 分相问题使高质量单一相MgZnO难以获得。热处理是提高薄膜结晶质量的有效手段。利用MOCVD方法制备了单一立方相Mg0.57Zn0.43O合金薄膜, 研究了薄膜的退火行为对薄膜结构和光学性能的影响。研究发现, 450 ℃的原生样品经过550,650,750,850 ℃氧气氛退火后, 薄膜的结晶特性和表面形貌得到明显的改善。随着退火温度的增加, 薄膜吸收截止边逐渐蓝移, 带隙展宽。X光电子能谱分析发现, 随着退火温度增加, Zn含量逐渐减小, 这种现象被归结为组分蒸汽压的差异。在退火温度达到950 ℃时, 样品发生了分相, 出现了低Mg含量的六角相MgZnO。

通过氮气等离子体辅助脉冲激光沉积(PLD)技术制备了氮掺杂氧化锌(ZnO∶N)薄膜。经过低温快速热退火(RTA)处理后, ZnO∶N薄膜呈现p型导电特性。利用X射线光电子能谱(XPS)、光致发光(PL)和霍尔测量对ZnO∶N薄膜中N的化学状态及其光学和电学性质进行了系列的研究。结果表明: 所制得的p型ZnO∶N薄膜为高度补偿半导体; RTA工艺不仅可以激活薄膜中更多的N受主, 还可以弱化由薄膜中的施主缺陷造成的自补偿效应。在低温PL光谱中观察到了3种与氮受主相关的光发射, 并且通过自由电子-受主(FA)辐射复合光发射确定了薄膜中N受主的离化能(128 meV)。随着退火温度的升高, 施主-受主对发射峰呈现了略微的红移现象, 这可以通过势能波动模型加以理解。

采用高温固相法合成了可用于白光LED的Sr3B2O6∶Eu3+, Na+ 荧光粉。研究了煅烧时间、稀土Eu3+ 掺杂量等条件对材料发光性能的影响。结果表明: 适量掺入Eu3+、Na+ 之后, 基质的晶格结构未发生变化; 稀土Eu3+ 掺杂摩尔分数为6%, 煅烧时间为3 h时最佳; 作为电荷补偿剂的Na+ 的引入, 较大地提高了荧光粉发光强度。该荧光粉可被394 nm近紫外光激发, 在615 nm处红光发射最强, 是一种潜在的近紫外白光LED用荧光材料。

制备了一种Eu2+掺杂的新型Ca3SiO4Br2蓝色发光材料, 详细研究了其晶体结构组成。采用助熔剂法生长出Ca3SiO4Br2片状单晶, 解析并证实该晶体为Ca3SiO4Br2, 其结构基元中存在交替排列的Ca2SiO4和CaBr2层。荧光光谱测试表明: Ca3SiO4Br2∶Eu2+材料可被近紫外光(300~430 nm)有效激发, 产生较强的蓝光发射, 发射主峰位于470 nm左右, 样品的紫外-可见(UV-Vis)光谱进一步证实了其有效吸收近紫外光的特征。研究表明, 卤硅酸盐基质的Ca3SiO4Br2∶Eu2+材料是一种优良白光LED用蓝色荧光粉。

以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为表面活性剂, 利用溶剂热法合成了NaYF4∶20%Yb3+, 3%Er3+(摩尔分数)的上转换发光纳米粒子。利用扫描电子显微镜对粒子的形貌进行了表征, 结果表明纳米颗粒的尺寸在30～40 nm, 分布比较均匀。在980 nm红外光的激发下, 样品能够发出肉眼可见的明亮的黄色上转换荧光。样品可以较好地分散在水溶液中形成透明澄清的溶液。利用MTT实验测量了不同给药浓度下NaYF4纳米粒子是否对HeLa细胞具有生物毒性。结果表明: PVP修饰的NaYF4∶Yb3+/Er3+上转换发光纳米粒子具有较好的生物兼容性, 对HeLa细胞无生物毒性, 在生物荧光标记领域具有潜在的应用价值。

将本征态聚苯胺的N-甲基吡咯烷酮溶液浇铸在玻璃基板上, 烘干脱去基板后得到自支持本征态聚苯胺薄膜, 用HCl气体对薄膜进行掺杂, 通过控制掺杂时间来控制掺杂浓度。红外反射率测试结果表明: 在大气窗口内, 掺杂浓度较低时, 薄膜的红外反射率随着掺杂浓度的提高而增加; 到达一定掺杂浓度后, 反射率会随着掺杂浓度的提高有所降低, 最终趋于稳定。其中, 3～5 μm波段的最高反射率为53.1%, 8～14 μm波段的最高反射率为57.6%, 两个波段内达到最大反射率时的掺杂程度不相同。膜厚引起的干涉作用对红外反射性能也有一定影响。在所研究的掺杂范围内, 聚苯胺薄膜对微波的透射性能良好, 在某些波段对微波还有一定的吸收作用。