提出一种Er3+改进的电子俘获光存储材料SrS∶Eu0.002, Sm0.002, Erx, 其中, 0≤ x ≤0.006。通过水热反应, 研究了不同退火温度对荧光粉晶相形成的影响, 以及不同含量的Er3+对荧光粉的发光性质以及光存储特性的影响。结果表明, Er3+的引入导致荧光增强及光存储特性提高。当Er3+的摩尔分数x=0.003时, 荧光强度、光激励发光强度及光存储量出现最大值, 分别为不含Er3+时的1.9倍、2倍和3.5倍。同时, Er3+的掺入不改变样品的晶体结构和衰减特性。

采用简单的水热合成法, 以四异丙醇钛为钛源, 制备出整齐有序的二氧化钛纳米棒阵列。探索了钛源浓度、反应液酸度、反应时间、温度等实验条件对纳米棒的形貌和光电流密度的影响。实验结果表明: 钛源浓度和反应液酸度对纳米棒的生长有非常大的影响, 最佳反应液的组分为10 mL去离子水、10 mL盐酸和0.4 mL钛源。另外, 随着反应时间的增加, 纳米棒的长度会明显的增加, 但纳米棒的直径和光电流密度却变化不大。同时, 纳米棒的长度也随着反应温度的增高而增加, 其光电流密度随之呈现先增大后减小的趋势, 但其直径没有明显改变。

采用高温固相法制备了白色长余辉发光材料Y2O2S∶Tb3+, Eu3+, M2+(M=Mg, Ca, Sr, Ba), Zr4+, 利用X晶体衍射、发光光谱、余辉曲线和热释光曲线等对制备的材料进行表征。结果表明: 掺杂离子没有改变样品晶体结构和发射峰的位置, 但对其发光强度、余辉时间及陷阱深度有较大的影响。在263 nm紫外光的激发下, 469 nm和626 nm的发射分别对应于Eu3+的5D2→7F0、5D0→7F2跃迁, 544 nm的发射对应于Tb3+的5D4→7F5跃迁, 主要通过它们的混合产生白光。掺杂不同二价离子样品的余辉性能按Mg2+、Sr2+、Ca2+、Ba2+的顺序递减, 其中掺杂Mg2+的样品, 色度坐标为(0.29, 0.32), 陷阱深度为1.17 eV, 余辉时间长达320 s (≥1 mcd/m2), 表现出最佳的发光性能。

通过大分子反应将萘甲酸(NA)键合在聚苯乙烯(PS)侧链, 制得萘甲酸功能化的聚苯乙烯PSNA。 以PSNA为大分子配基, 以邻菲罗啉(Phen)为小分子配体, 与Eu(Ⅲ)离子配位, 分别制备了高分子-稀土二元发光配合物PS-(NA)3-Eu(Ⅲ)与高分子-稀土三元发光配合物PS-(NA)3-Eu(Ⅲ)-Phen。 采用红外光谱(FTIR)和紫外吸收光(UV)谱对配合物进行了表征, 深入研究了配合物的化学结构与发光性能的关系, 并应用Antenna效应理论, 从微观机理上进行了深入分析。 制备了配合物的固体薄膜, 考察了固体薄膜的荧光发射性能。 研究结果表明, 大分子配基PSNA与Eu(Ⅲ)离子所形成的二元或三元高分子-稀土配合物, 均能发射出很强的Eu(Ⅲ)离子的特征荧光, 即键合在PSNA侧链的配基NA能有效地敏化Eu(Ⅲ)离子的荧光发射。 大分子侧链的萘甲酸配基比苯甲酸配基对Eu(Ⅲ)离子荧光发射具有更强的敏化作用。 第二配体的协同配位效应导致三元配合物的荧光发射强度高于二元配合物。

利用XRD、VUV及UV光谱等方法对Ce3+、Tb3+离子掺杂以及Ce3+、Tb3+离子共掺的3种BaCa2(BO3)2荧光粉的相纯度、发光性质、浓度猝灭现象进行研究。结果表明: 3种荧光粉在VUV波段有较好的吸收, 基质吸收带位于140～190 nm范围。Ce3+在BaCa2(BO3)2的最低4f5d跃迁带位置在360 nm附近, 其5d→2FJ(J=5/2, 7/2)发射峰分别位于393, 424 nm。Tb3+掺杂的样品在172 nm激发下的发射光谱由4个窄带组成, 分别对应5D4→7FJ(J=3, 4, 5, 6)的跃迁, 其中占主导位置的是5D4→7F5的跃迁, 大约位于543 nm处, 主要为绿光发射。在Ce3+, Tb3+离子共掺杂的BaCa2(BO3)2光谱中, 观察到Ce3+-Tb3+离子间有能量传递。

选用硅酸盐、硼酸盐以及磷酸盐3种常用的玻璃体系, 与β-NaYF4∶Yb3+, Er3+/Tm3+粉体均匀混合压片后在不同的温度(400~700 ℃)下进行热处理。采用X射线衍射技术和荧光光谱技术等测试手段研究不同玻璃形成体以及碱金属离子对β-NaYF4∶Yb3+, Er3+/Tm3+粉体的侵蚀情况以及对发光性能的影响。研究结果表明, 在硼酸盐玻璃体系与β-NaYF4∶Yb3+, Er3+/Tm3+粉体复合热处理过程中, Li+和K+离子会取代β-NaYF4晶体中Na原子的位置。在相同热处理温度下, 不同玻璃体系与β-NaYF4晶体反应剧烈程度: 磷酸盐>硼酸盐>硅酸盐。

采用固相反应法成功合成了一系列Mn-Mg 共掺的Al23O27N5荧光粉。结果显示煅烧条件和Mn的掺杂浓度对Mn-Mg共掺的AlON荧光粉的制备和发光性质都有重要影响。获得纯相AlON的温度从未掺杂的1 900 ℃下降到10% Mn和10% Mg(摩尔分数)共掺杂的1 800 ℃。晶格参数随着Mn掺杂浓度升高而增加, 说明Mn进入了AlON晶格中。未掺杂和Mg单掺以及10% Mn和10% Mg共掺杂样品的发射光谱都含有一个350~600 nm之间的宽带发射。绿光发射归属于Mn的3d电子之间的传输。蓝光发射可能与杂质或Al空位相关。

利用高温固相法制备了Ba9Y2(SiO4)6∶Ce3+, Mn2+(BYS∶Ce3+, Mn2+)荧光粉, 并通过X射线衍射(XRD)谱、激发和发射光谱及荧光寿命的测试对材料的结构、发光特性和能量传递进行了研究。在327 nm激发下, BYS∶Ce3+, Mn2+发射光谱中包含2个发射峰, 分别为位于407 nm的Ce3+的蓝紫光发射和位于597 nm的Mn2+的红光发射。在该体系中, 发现了Ce3+向Mn2+的有效能量传递, 使得Mn2+在597 nm处的红光发射显著提高, 当x(Mn2+)=0.25时, BYS∶Ce3+, xMn2+的能量传递效率可达39%。实验表明, 该荧光粉可为紫外基白光LED提供良好的红光光源。

采用高温熔融法制备了Eu单掺和Ce-Tb-Eu共掺的钙硼硅酸盐发光玻璃。使用荧光分光光度计测量了样品的发射与激发光谱, 并通过激发、发射光谱和CIE色度坐标对其发光特性进行了研究。结果表明: 改变玻璃基质提高其光学碱度, 可以大幅度增加Eu3+/Eu2+比例, 增强Eu3+的红光发射。在378 nm单色光激发下, Ce-Tb-Eu共掺发光玻璃的发射光谱中同时观测到了蓝光、绿光和较强的红光特征峰。通过调节Tb、Eu的比例, 可以使样品发射光谱的色坐标在白光区域内变化, 实现白光调控。

介绍了一种氩、氢混合等离子体清洗GaAs基片的实验工艺, 深入研究了氩、氢等离子体清洗GaAs表面污染物和氧化层, 并活化表面性能的基本原理, 同时讨论了气体流量、溅射功率和清洗时间等不同溅射参数对等离子体清洗效果的影响。结果表明, 在氩气和氢气流量分别为10 cm3/min和30 cm3/min, 溅射功率为20 W, 清洗时间为15 min的条件下, GaAs样品的光致发光强度提高达139.12%, 样品表面的As—O键和Ga—O键基本消失。

随着功率型LED(HP-LED)对散热的要求越来越高, 传统导电银胶越来越难以满足LED的高散热要求。虽然共晶互连工艺是微电子领域中的一种有效的散热互连方法, 但是由于LED的特殊性, 该工艺在LED互连封装中的性能改善研究还比较少。本文对金锡共晶互连、锡膏互连和银胶互连的3种LED器件分别进行了光学、热学以及剪切力等方面的测试分析研究, 结果表明: 底部与顶部同时加热的金锡共晶工艺互连的LED器件可以有效地改善仅底部加热共晶互连层中的空洞缺陷, 在1 000 mA电流条件下, 相对于锡膏、银胶互连的LED器件具有较低的热阻、较稳定的峰值波长偏移、较强的互连层剪切力等性能。金锡共晶互连工艺是一种可以有效改善大功率LED散热及互连强度的方法。

为了提高锗基底的透过率和环境适应性, 镀制了增透保护膜。应用电子枪蒸发加霍尔离子源辅助的方法沉积了碳化锗(Ge1-xCx)薄膜。通过固定霍尔离子源参数, 控制沉积速率的工艺得到了不同光学常数的碳化锗薄膜。X射线衍射(XRD)测试表明, 所制备的碳化锗薄膜在不同的沉积速率下均为无定形结构。采用傅立叶变换红外(FTIR)光谱仪测量了试片的透过率, 使用包络法获得了相应工艺条件下的光学常数。在锗基底上双面镀制碳化锗增透膜后, 长波红外7.5～11.5 μm波段的平均透过率Tave＞85%。经过环境实验之后的碳化锗膜层完好, 证明碳化锗增透膜具有良好的环境适应性。

在室温下采用直流磁控溅射以SiO2/Si为衬底制备了不同沟道层厚度的底栅式In2O3薄膜晶体管, 讨论了沟道层厚度对底栅In2O3薄膜晶体管的电学性能的影响。实验结果表明:器件的特性与沟道层厚度有关, 最优沟道层厚度的In2O3薄膜晶体管为增强型, 其阈值电压为2.5 V, 开关电流比约为106, 场效应迁移率为6.2 cm2·V-1·s-1。

设计了4种不同介质镜结构的全介质镜λ微腔, 并模拟研究了腔内有机发光层的发光特性。结果表明, DBR结构的不同会导致腔镜反射相移的变化, 从而最终改变了器件的透射光谱、腔内驻波电场分布、PL光谱峰值位置和强度等参数。只有合理的器件结构设计才能使腔内的发光得到有效的增强。对称偶数层DBR构成的λ腔可以使谐振峰位置的PL光谱峰值强度增加59倍。

针对激光加工在金属材料焊接、熔覆、表面硬化等工业领域的应用, 考虑到半导体激光器体积和重量小、效率高、免维护、成本低以及波长较短等特点, 设计了功率达2 kW的半导体激光加工光源。在大通道工业水冷条件下, 采用48只出射波长分别为808, 880, 938, 976 nm的传导冷却半导体激光阵列作为发光单元, 最终研制出了2 218 W高亮度光纤耦合模块。此高亮度模块可以实现柔性加工, 直接应用于金属材料焊接、熔覆、表面合金化等工业领域, 对于半导体激光器在工业领域的应用具有重要意义。

利用低压MOCVD系统在弯曲度值不同的蓝宝石衬底上生长了GaN基LED外延结构并制作芯片。测量了芯片的主要电学和光学参数, 并分析了衬底弯曲度值对芯片性能的影响。分析结果表明: 存在弯曲度的衬底预先弛豫了外延层中的部分应力, 改善了外延层的质量, 从而提高了LED芯片的性能。随着衬底弯曲度值的逐渐增加, 下层GaN对有源层中InGaN材料的压应力作用不断减小, 导致芯片的主波长逐渐发生蓝移。

分别对3种不种电子阻挡层的蓝光AlGaN LED进行数值模拟研究。3种阻挡层结构分别为传统AlGaN电子阻挡层, AlGaN-GaN-AlGaN电子阻挡层和Al组分渐变的AlGaN-GaN-AlGaN电子阻挡层。此外对这对三种器件的活性区的载流子浓度、能带图、静电场和内量子效率进行比较和分析。研究结果表明, 相较于传统AlGaN和AlGaN-GaN-AlGaN两种电子阻挡层的LED, 具有Al组分渐变的AlGaN-GaN-AlGaN电子阻挡层结构的LED具有较高的空穴注入效率、较低的电子外溢现象和较小的静电场(活性区)。同时, 具有Al组分渐变的AlGaN-GaN-AlGaN电子阻挡层结构的LED的efficiency droop现象也得到一定的缓解。

利用金属有机化合物气相沉积(MOCVD)在蓝宝石衬底上生长了高阻GaN薄膜。对GaN成核层生长的反应室压力、生长时间和载气类型对GaN缓冲层电学特性的影响进行了分析。实验结果表明, 延长GaN成核层的生长时间, 降低成核层生长时的反应室压力, 载气由H2换为N2都会得到高阻的GaN缓冲层。样品的方块电阻Rs最高为2.49×1011 Ω/□。以高阻GaN样品为衬底制备了AlGaN/AlN/GaN 结构HEMT器件, 迁移率最高达1 230 cm2/(V·s)。

利用物理气相沉积设备制备了Al/ZnO∶Al薄膜样品, 研究了该薄膜结构的发光特性。结果表明, 在ZnO∶Al薄膜表面镀一层Al岛薄膜可以增强其带边荧光, 同时在475 nm附近产生蓝光峰。通过在Al岛薄膜和ZnO∶Al薄膜之间引入一层5 nm的Ta2O5绝缘层可以使ZnO∶Al薄膜的带边荧光和蓝光显著增强, 并随着Ta2O5绝缘层厚度的增大而减弱。通过对Al/ZnO∶Al样品进行退火处理可以使带边荧光和蓝光峰分别增强9倍和83倍。基于局域表面等离子体共振理论, 计算了Al/ZnO∶Al纳米结构的光学散射和吸收截面曲线。实验结果与理论计算相一致。

基于硫碱基(thio-base)的易烷基化、易氧化、强紫外长波(UVA)吸收等独特的性质, 以及核苷类化合物的抗肿瘤活性, 设计合成了一种新化合物4-硫-5-碘尿苷, 通过NMR、 IR、 UV、 MS对其结构进行了表征。在模拟生理条件下, 利用荧光光谱法、紫外-可见吸收光谱法以及圆二色谱法研究了4-硫-5-碘尿苷与人血清白蛋白(HSA)的相互作用。结果表明, 4-硫-5-碘尿苷对HSA荧光具有静态猝灭作用。运用Stern-Volmer方程计算了体系的猝灭常数, 利用Lineweaver-Burk方程计算了二者的结合常数, 并且确定了4-硫-5-碘尿苷与HSA之间的主要作用力类型为疏水作用力, 根据能量转移理论求得4-硫-5-碘尿苷与HSA的结合距离及能量转移率。此外, 通过圆二色谱法考察了4-硫-5-碘尿苷对HSA作用前后的构型结构的影响。

在碱性条件下, 芦丁和维生素C对鲁米诺-铁氰化钾化学发光体系具有显著的抑制作用, 但两者峰值出现的时间存在明显差异。基于这一特点, 本文将偏最小二乘法与流动注射化学发光法结合, 建立了偏最小二乘法-流动注射化学发光同时检测芦丁和维生素C的新方法。在优化实验条件下, 发光强度ΔI与芦丁浓度和维生素C质量浓度在0.02～0.6 mg·L-1和0.1～20 mg·L-1范围内呈线性关系, 检出限分别为4.5 μg·mL-1和8.9 ng·mL-1(信噪比为3)。经实际测定复方芦丁片和人体尿液中芦丁和维生素C的含量表明, 该方法具有灵敏度高、分析速度快及操作简便等优点, 适合用于药品及生物样品等复杂样品中芦丁和维生素C的测定。

鉴于波导定向耦合器在集成光路以及光电集成方面的广泛应用, 提出了一种基于光子晶体波导间高效耦合的光子晶体定向耦合器。通过主波导和耦合波导间的耦合, 可以实现对波长为1 490 nm和1 550 nm电磁波的高效分光。在将器件长度控制在30 μm左右的同时, 其总效率高达93.05%。另外, 发现主波导和耦合波导间介质柱结构参数对电磁波的耦合周期有着极大的影响。并通过将介质柱沿z方向拉伸0.1a(a为晶格周期), 设计了工作波长为1 530 nm和1 540 nm的光子晶体定向耦合器, 器件长度仅为60 μm。通过拉伸介质柱的纵向长度, 可以大幅减小耦合周期, 这对缩小器件体积以及实现更为密集的波分复用有着重要的意义。

采用柠檬酸三钠还原氯金酸和离子交换法制备金纳米粒子掺杂DNA-CTMA材料, 利用钯催化反应合成9, 9-二乙基-2, 7-二-(4-吡啶)芴荧光染料(DPFP), 将DPFP与DNA-CTMA混合后, 旋凃制备金纳米粒子掺杂的DNA-CTMA-DPFP薄膜样品。通过吸收光谱、荧光光谱和拉曼光谱的测量, 研究了薄膜样品的光学特性和表面增强拉曼散射(SERS)特性。实验结果表明, 薄膜样品在300～360 nm的吸收主要来自DPFP, 在500～700 nm的吸收来自样品中金纳米粒子的局域表面等离子共振; 样品在370, 386, 408 nm处的荧光峰分别对应DPFP的S10-S00、S10-S01和S10-S02能级的电子振动跃迁; 在785 nm激光激发下, 薄膜样品的拉曼散射主要来自DPFP分子, 随着金纳米粒子掺杂比的增大, DPFP分子的拉曼散射峰强度逐渐增强。因此, 金纳米粒子掺杂DNA-CTMA薄膜适合作为多种染料分子的SERS基底。

为促进高功率TEA CO2激光器的工程化应用, 对主机结构进行了小型化轻量化研究。设计了一种新型环形流道式主机结构, 取代原来的圆筒式结构。采用计算机有限元分析方法对壳体结构的应力和变形进行模拟计算, 通过对2种结构在刚度、稳定性和重量方面的对比分析, 以有筋板的盒式壳体取代纯盒式壳体结构, 壳体设计壁厚由7 mm下降到4 mm, 最大变形减小了近1个数量级, 由1.11 mm减小到0.126 mm。研制出的壳体实测变形与模拟计算结果最大误差仅为1.58%。经测量, 新型的环形流道式主机比圆筒式主机体积减小约30%, 重量减少约40%, 放电区气流速度由84.8 m/s提高到97 m/s。在相同的工作参数下进行出光实验, 新型主机与圆筒式主机相比, 激光重复频率由400 Hz提高到了470 Hz, 激光输出平均功率由6 800 W提高到7 900 W。