采用高温固相法在还原气氛下合成了Ca9(1-x-y)Al(PO4)7∶xCe3+,yDy3+荧光材料, 并对其发光特性进行了研究。XRD测试表明所合成样品为纯相Ca9Al(PO4)7晶体。在268 nm紫外光激发下, Ca9Al(PO4)7∶Ce3+呈现峰值位于363 nm的宽带发射。在350 nm近紫外光激发下, Ca9Al(PO4)7∶Dy3+发射光谱为窄带谱, 主峰分别位于483 nm和574 nm, 对应Dy3+的4F9/2→6H15/2和4F9/2→6H13/2特征跃迁, 呈黄白光发射。荧光光谱表明:Ce3+, Dy3+共掺之后, Ce3+不仅对Dy3+的特征发射有明显的敏化作用, 而且通过调节Ce3+和Dy3+的掺杂比例, 可实现从黄白光到白光的颜色变化。研究发现:Ca9(1-x-y)Al(PO4)7∶xCe3+,yDy3+样品中, 掺杂离子的最佳摩尔分数为x=0.02, y=0.02, 此时色坐标为(0.306, 0.313)。

采用共沉淀法制备了Er3+,Yb3+共掺Gd2WO6荧光粉, 通过对浓度猝灭曲线的分析表明Er3+间的相互作用类型为电偶极-电偶极相互作用。分析了样品荧光的温度效应并得到摩尔分数为5%和20%的Er3+掺杂样品的激活能ΔE分别为0.27和0.29 eV。利用Er3+的2H11/2和4S3/2能级跃迁至基态的荧光强度比随温度变化这一特性研究了两个不同Er3+掺杂浓度样品的下转换温度效应, 结果表明该材料体系具有良好的温度传感特性。

以聚苯乙烯(PS)微球作为模板剂, 采用溶胶-凝胶及煅烧处理等方法制备了三维有序大孔ZrO2材料。通过X射线衍射(XRD)以及扫描电镜(SEM)对其结构和形貌进行了表征。结果表明所制备的ZrO2材料为孔径约为180 nm的高度有序、堆叠紧密的三维有序大孔结构(3DOM)。对3DOM ZrO2的光谱分析表明: 在宽禁带的ZrO2材料中存在着本征缺陷发光(氧空位缺陷)和杂质缺陷(主要杂质为TiO2)发光, 掺杂浓度与基质的晶相结构对两种发光起到了至关重要的作用。对发光过程提出了简单的机理模型。

采用共结晶-高温煅烧法和共混合-高温煅烧法合成了Gd2-xO2SO4∶xEu3+系列荧光粉, 用XRD、SEM和荧光光谱分析技术对样品的晶体结构、表面形貌及发光性能进行表征。结果表明: 两种方法在950 ℃合成的Gd2-xO2SO4∶xEu3+系列荧光粉都具有单一物相, 在紫外波长激发下都发出618 nm红光。然而, 发光强度和粒子特性存在差异, 共结晶-高温煅烧法比共混合-高温煅烧法合成的样品显示出更强的红光和较好的粒子形貌。最佳的铕掺杂量x=0.10, 最佳煅烧温度为950 ℃。荧光粉的粒度在500 nm左右。

采用EDTA(乙二胺四乙酸)络合溶胶-凝胶法制备了Y2O2S∶Eu3+,Mg2+,Ti4+粉体。采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和荧光分光光度计对不同温度合成的样品性能进行测试与表征。结果表明:当硫化温度低于1 000 ℃时, 样品为Y2O3与Y2O2S的混合相; 当温度在1 050～1 100 ℃时, 样品为纯相的Y2O2S; 当温度升高到1 150 ℃时, 再次出现Y2O3的相。硫化温度在950～1 100 ℃时, 产物的粒径为50～300 nm。用波长为330 nm的紫外光激发样品时, 626 nm处的发射对应于Eu3+ 的5D0-7F2跃迁。硫化温度为1 100 ℃时, 样品的余辉时间最佳, 为95 min(≥1 mcd/m2)。相比于以乙酰丙酮为络合剂的溶胶-凝胶法, EDTA络合溶胶-凝胶法制备的样品的发光性能具有较大提高。

采用水热法制备了ZnS∶Mn量子点, 探讨了掺杂离子浓度对ZnS∶Mn量子点的晶体结构和发光性质的影响。 通过荧光光谱对样品进行表征。结果表明: 掺杂离子的摩尔分数达到2%时, ZnS∶Mn量子点在595 nm附近的发光最强; 继续增加掺杂浓度反而出现荧光猝灭的现象。本文还研究了表面修饰对量子点形貌和发光性质的影响。通过透射电子显微镜(TEM)观察样品的形貌, 发现经过3-巯基丙酸(MPA)修饰后的样品表面团聚现象得到改善, 并且尺寸单一、单分散性较好, 平均粒径约为5 nm。经过修饰后的样品减少了表面非辐射性缺陷中心, 使掺杂Mn2+所引起的595 nm附近的发射峰强度增大。 将MPA修饰后的ZnS∶Mn量子点与牛血清白蛋白(BSA)分子进行生物偶联, 并利用BCA法对偶联上的蛋白含量进行定量检测, 结果显示经过修饰后的量子点偶联蛋白的能力更强。

采用高温固相法和筛分法合成了YAG∶Ce3+系列黄色荧光粉。采用X射线衍射仪(XRD)、电子扫描显微镜(SEM)、激光粒度分布仪及荧光分光光度计对所制备样品进行了表征。结果表明: 所得3种样品形貌规则成球形, 粒度分布集中, 其中心粒径(D50)分别为29.59, 17.40, 9.56 μm, 粒径分布离散度分别为0.85, 0.80和0.87。通过Reitveld精修拟合发现, 随着荧光粉粒径大小的变化, 基质的晶格常数并未发生明显变化。随着中心粒径(D50)逐渐变小, 其荧光发射强度逐渐降低, 且发生明显的蓝移, 同时对蓝光的吸收逐渐减弱。通过对荧光粉与蓝光芯片配合所得白光LED的发光效率、显色指数及色温进行测试发现, 当使用相同粉胶比浓度、相同点胶量时, 随着荧光粉粒径的减小, 所得白光LED的流明效率从109.95 lm/W降低到了99.85 lm/W, 而显色指数和色温同时升高。

采用聚乙二醇200辅助的共沉淀法制备了ZnAl2O4∶Tb3+绿色荧光粉。通过X射线衍射(XRD)、热重-差热(TG-DTA)和荧光光谱(FL)对合成的ZnAl2O4∶Tb3+荧光粉进行了表征。XRD结果显示: 合成产物为立方晶系的ZnAl2O4∶Tb3+, 形成良好晶体的最佳煅烧温度为700 ℃, 与TG-DTA的数据显示一致。ZnAl2O4∶Tb3+的激发光谱由260～310 nm的宽带峰和一系列的锐线峰。发射光谱的主发射峰位于544 nm, 对应于D4-F5的能级跃迁。研究发现Tb3+的掺杂浓度对样品发射峰的组成强度有着很重要的影响, 在Tb3+的摩尔分数为5.8％时达到最大, 继续增加Tb3+的浓度, 出现浓度猝灭现象。

采用还原气氛下的高温固相法制备了Sr3SiO5∶Eu2+橙色荧光粉, 利用X射线衍射、扫描电子显微镜和荧光分光光度计考察了Ba2+与Sr2+替换和助熔剂对Sr3SiO5∶Eu2+晶体结构和发光性能的影响。结果表明: Ba2+取代Sr2+会使配位多面体膨胀, 导致附近Eu2+占据的配位多面体压缩, 晶体场强度增大。随着Ba2+取代量的增加, Eu2+逐渐占据Ba2+取代后的多面体中心, 晶体场强度减弱, 发射光谱峰值整体先由575 nm红移至592 nm后又蓝移回583 nm。Sr2+与Ba2+的量比n(Sr)∶n(Ba)=4时, 发射光谱红移效果最佳。助熔剂H3BO3的掺入会使Sr3SiO5∶Eu2+的发光强度急剧下降。而NH4F和NH4Cl掺入都能使Sr3SiO5∶Eu2+的发射光谱强度增大, NH4F和NH4Cl单掺质量分数分别为2%和0.3%时增强效果最好, 且NH4Cl的增强效果比NH4F要好很多。

采用高温熔融法和热处理工艺制备出一种Tb3+掺杂的PbF2基玻璃和微晶玻璃。经XRD分析发现, 微晶玻璃内析出了PbF2颗粒, 微晶团聚体平均尺寸约为15～75 μm。在378 nm紫外光和X射线激发下, 掺Tb3+的微晶玻璃与未经热处理的玻璃样品比较, 微晶玻璃的发光强度增加了数倍, 因而提出PbF2微晶的析出是微晶玻璃发光增强的主要原因。

采用紫外预电离的横向放电方式和稳定光学谐振腔, 使用无毒无腐蚀性的六氟化硫(SF6)和氘气(D2)作为工作物质, 研究了工作气体配比、总气压对放电引发非链式脉冲氟化氘(DF)激光器输出能量的影响。实验发现SF6与D2的最佳比例为10∶1, 最佳总气压为10.5 kPa。使用DF激光谱线分析仪对激光输出谱线进行了测量, 得到了17条P支跃迁谱线, 激光能量集中在3.876 μm附近的几条谱线。利用烧蚀光斑的方法测得输出激光束水平方向、垂直方向的发散角均为1 mrad。在最佳工作条件下, 充电电压为39 kV时, 激光单脉冲输出能量达到最大值3.58 J, 此时激光脉冲宽度为215 ns, 峰值功率为16.65 MW, 电光转换效率为2.08%。

金属纳米孔阵列作为彩色滤波器件在OLED中有很好的应用前景。本文提出利用胶体晶体刻蚀与真空沉积技术制作大面积金属纳米孔阵列滤波器, 并用FDTD模拟优化所需要加工的金属孔阵列的结构参数, 分析了其滤波效果及其物理规律和机制。研究表明: 在选择粒径为720 nm的PS球、刻蚀剩余粒径为240 nm、金属膜厚度为120 nm的条件下, 满足CIE红光显示标准的共振波长为704.06 nm, 强度透射率为52%, 透射谱带宽为24.8 nm。模拟结果为用PS球刻蚀技术制备金属纳米孔阵列的实验提供了理论支持。

通过器件模拟的方法研究了载流子迁移率对有机太阳能电池性能的影响。研究发现载流子迁移率同时影响光生电子-空穴对的解离和载流子的输运过程, 电子和空穴的迁移率都有一个最佳值。大于最佳值会导致短路电流的微小上升和开路电压的大幅下降; 小于最佳值会降低光生电子-空穴对的解离效率, 进而使短路电流和填充因子明显下降。

在Aixtron 3×2近耦合喷淋式金属有机化学气相沉积反应室中, 调节喷淋头与基座之间的距离, 制备了7, 13, 18, 25 mm间距的4个InGaN/GaN量子阱样品。利用原子力显微镜(AFM)、X射线衍射(XRD)对样品表面形貌及界面质量进行了表征。研究表明: 随着高度的增加, 量子阱的表面粗糙度减少, 垒/阱界面陡峭度逐步变差, 垒层和阱层厚度及阱层In组分含量减少; 增加高度至一定值后, 量子阱厚度及In组分趋于稳定。此外, 对比垒层和阱层的厚度变化, 垒层厚度的变化幅度较阱层更为明显。

在对光栅外腔量子点激光器进行理论研究的基础上, 分析了外腔反馈对Littrow型光栅外腔量子点激光器输出功率、调谐范围等输出特性的影响, 发现器件参数的选择对外腔激光器的性能影响很大。对外腔激光器的输出功率和调谐范围进行了理论计算, 并与实验结果进行了对比。计算得到的外腔激光器的输出功率与实验结果符合得很好, 忽略了非线性增益相关的增益抑制的单模调谐范围理论计算值稍小于实验结果。

电流阻挡层(CBL)可以改善发光二极管(LED)的发光效率和输出光功率, 其形状对电流的阻挡作用有影响。本文通过等离子体增强化学气相沉积设备(PECVD)在InGaN/GaN多量子阱外延片上制备了SiO2薄膜, 并腐蚀出不同结构作为电流阻挡层: A组形状与P电极形状相同, B组为Y形CBL, C组为点状CBL。通过对这3组芯片与常规芯片的对比, 发现加入CBL对小功率LED的电压特性影响比较小, 并且电流阻挡层形状与金属电极形状相同时对光效的提高最大, 可以提高14.6％。

制备了以TCTA和CBP为空穴传输层、Eu(DBM)3Bath为发光层、TPBI为电子传输层的有机多层薄膜微腔电致发光器件。通过光学微腔来改变Eu(DBM)3Bath不同能级之间的跃迁速率, 从而实现了Eu3+的5D0→7F0(580 nm)、5D0→7F2(612 nm)以及5D0→7F3(652 nm)的多色电致发光。其中, 发光主峰在5D0→7F2(612 nm)的微腔OLED最大电流效率超过20 cd/A, 最大亮度超过1 300 cd/m2。

以抗生素药物头孢匹胺钠(CPMS)为例, 在模拟人体生理条件下, 研究了不同温度下牛血清白蛋白(BSA)与CPMS的相互作用。由该反应的结合常数及结合位点数建立了预测该药物血浆蛋白结合率的理论模型, 由实验数据分析了CPMS浓度与BSA浓度动态变化时药物蛋白结合率的全程规律。研究结果表明, 药物与蛋白结合率随蛋白质与药物浓度的改变处于动态变化中。根据文献报道的药物与蛋白反应的结合常数及结合位点数预测了药物血浆蛋白结合率, 并与文献数据进行了比较, 结果满意。

设计了几种在较宽的通信区域色散平坦的准光子晶体光纤(PQF), 借助于全矢量有限元法, 分别研究了基于双包层结构的2种准晶格光子晶体光纤的色散特性。数值模拟结果指出: 对于PQF1, 通过合理选择结构的参数, 在光通信窗口1.45~1.65 μm的范围内准光子晶体光纤的色散数值可以控制在-2.41±0.28 ps/(km·nm)。小幅度增大孔间距, 可在1.350~1.736 μm的较宽波长范围内得到一条近零平坦色散曲线, 其色散值|D|可以控制在1 ps/(km·nm)左右, 达到-0.45~0.57 ps/(km·nm)。对于PQF2, 在1.45~1.68 μm的范围内其色散值可以控制在4.795±0.355 ps/(km·nm)。

数值求解了光子晶体光纤中的去极化型声波导布里渊散射色散方程, 研究了光子晶体光纤中的布里渊频移随泵浦波长及空气孔填充率的变化关系, 以及去极化型声波导布里渊散射频移随温度、应变、声波导模式、纤芯直径及空气孔层数的关系。结果表明: 布里渊频移随着波长的增大而线性减小。对于相同的波长点, 增大光子晶体光纤空气孔填充率时, 声波横向速度将会减小。去极化型声波导布里渊散射频移随温度及应变的增大而线性增加。同一温度条件下, 高阶TR2m模式的去极化型声波导布里渊散射频移对温度的变化更为敏感; 而在同一应变条件下, 低阶TR2m模式的去极化型声波导布里渊散射频移对应变的变化更为敏感。去极化型声波导布里渊散射频移随纤芯直径的增加而增大, 随空气孔层数的增加而减小。

提出了一种适于成像谱段数相对较少的多光谱TDICCD图像的无损压缩系统。所提出的压缩系统主要分为两步: 第一步采用SPE架构的5/3提升整数小波变换去除空间冗余; 第二步根据小波系数统计依赖性模型对小波系数进行预测, 来消除残余空间冗余和小波系数的谱段冗余。然后将其与预测值做差进而得到预测残差, 同时将预测残差进行熵编码得到最终的压缩码流。最后, 使用地检检测设备对多光谱TDICCD图像无损压缩系统进行了试验验证。结果表明, 压缩系统能快速、可靠稳定地工作, 无损压缩比达到1.544 bits/pixel, 比现有压缩系统压缩比提高了0.336 bits/pixel。相机工作在不同的侧摆下, 压缩系统可以稳定正常地工作, 压缩一帧图像最大耗时仅为26.446 ms。本文所提出的压缩系统有效地解决了多光谱TDICCD图像无损压缩比低和压缩算法整体硬件实现困难的问题。

针对一款阵列型大功率LED投光灯的散热特点, 建立了关键散热结构的物理模型, 并基于等效热路法选用能正确表达其热传导和热对流性能的数学模型, 进而遵循本文设计的计算流程能快速计算出自然对流边界条件下的散热性能。通过与红外热像仪的实测温度进行比较, 发现二者数据吻合性好, 误差仅为+1.08%。随后经散热器关键结构参数对散热性能的影响趋势分析可以看出: 肋片间距对投光灯模型存在明显的最优选择, 宜采用5 mm的肋片间距; 增加肋片高度和减薄肋片厚度均能提升模型的散热性能, 但建议须同时考虑减重、成本和可加工性, 以获取更适宜的肋片高度(24 mm)和厚度(1~2 mm)。等效热路法可作为同类型LED灯具结构散热性能分析与优化的一种便捷而有效的研究方法。

现代光谱仪器强大的多维光谱数据产生能力使得多维光谱数据定量分析方法成为迫切需要研究的课题。针对多维光谱定量分析中的多维光谱数据以张量模式表达的特点, 研究了基于支持张量机的多维光谱定量分析方法。该方法保留了多维光谱数据所固有的结构信息及数据的内在相关性, 减少了模型中的待定模型参数, 也克服了平行因子法、多维偏最小二乘等方法中需要预估组分数的缺点。对水体中化学耗氧量和总有机碳的检测进行了实验检验。实验结果表明: 与现有的多维光谱定量分析方法比较, 本方法提高了校正模型性能, 并且模型对需预先确定的参数C和ε的变化不敏感。

针对色域映射过程中快速并精确地计算出任意映射线与色域边界交点坐标的问题, 提出一种基于改进的CORDIC算法的迭代逼近求解方法。该方法利用CIE LUV 颜色空间的特性可沿映射线逼近边缘交点。无需边界搜索和插值计算过程, 可大量节省存储器资源和计算时间, 并具有较高的计算精度和广泛的适用性。文章详细分析了算法的计算原理、精度和速度, 并以LED显示屏为例, 在D65标准光源下进行边界拟合并做出误差分析。实验结果表明: 12次迭代运算后, 拟合边界非常光滑, 最大色差值仅为0.16, 计算500个映射线交点的总计算时间约为1 s。与插值类计算方法相比, 最大色差值降低了2.15, 计算时间从10 s降低到1 s, 速度提高了近10倍。