采用分子束外延技术在(001)取向的InP衬底上外延生长了亚稳态的ZnxCd1-xSe/MgSe低维量子阱结构, 并通过光致发光和子带吸收方法, 分析其能带结构。在单量子阱样品制备过程中, 高能电子衍射强度振荡表明MgSe可以实现二维生长模式, 衍射图样证明其为亚稳态闪锌矿结构。通过引入厚的ZnxCd1-xSe空间层,抑制了MgSe垒层的相变,并能进一步提高样品的结晶质量, 得到高结晶质量的多量子阱结构。通过计算不同阱宽的能带与光致发光实验比较, 证明了ZnxCd1-xSe/MgSe的导带带阶为1.2 eV, 价带带阶为0.27 eV。 为了进一步验证其能带结构, 制备了电子掺杂的ZnxCd1-xSe/MgSe的多量子阱, 观测到半高宽很窄的中红外吸收。利用发光谱确定的带阶计算了量子阱中子带的吸收波长, 和实验结果非常吻合。设计了一种双量子阱结构, 计算结果显示, 通过利用量子阱中的耦合效应, 可以实现1.55 μm光通信波段的吸收。

采用二氯甲烷为溶剂, 无水碳酸钾为缚酸剂, 在25 ℃温和条件下, 以2-苯基-4-甲基喹啉铱(III)氯桥二聚体［(4m2pq)2Ir(μ-Cl)2Ir(4m2pq)2］和乙酰丙酮(Hacac)进行配位, 反应合成了新型铱(Ⅲ)配合物［(4m2pq)2Ir(acac)］。通过核磁共振氢谱(1H NMR)、碳谱(13C NMR)、X射线单晶衍射等确定分子结构, 利用紫外-可见吸收光谱、发射光谱对其光物理性质进行研究。结果表明: (4m2pq)2Ir(acac)的单晶结构属三斜晶系, 空间群为P1; (4m2pq)2Ir(acac)在二氯甲烷溶液中呈橙光发射, 发射峰为597 nm, 磷光寿命0.33 μs, 量子效率达50.4%。以(4m2pq)2Ir(acac)为客体掺杂在CBP中, 制备了结构为ITO/NPB(30 nm)/CBP∶(4m2pq)2Ir(acac) (质量分数6%和 8%, 20 nm)/BCP(10 nm)/Alq3(20 nm)/LiF(1 nm)/Al(150 nm)的橙色磷光有机电致发光器件, 器件的最大亮度达到39 667 cd/m2, 发射峰位于597 nm, 最大电流效率为14.2 cd/A, 最大功率效率为8.1 lm/W。

合成了NaYS2∶0.20Yb3+,0.03Er3+和NaYS2∶ 0.03Er3+粉末材料, 通过材料的Stocks和Anti-Stocks光谱, 研究了Er3+和Yb3+跃迁几率对激发方式的依赖特征, 以及局域环境对S2-Re3+(Re3+=Yb3+或Er3+)电荷迁移态的影响, 探讨了在共掺杂和单掺杂状态下Yb3+和Er3+间的能量传递和Er3+的Stocks和Anti-Stocks辐射跃迁机制。

采用水相合成法, 在氮气气氛下, 以3-巯基丙酸(MPA)为稳定剂制备了水溶性的CdTe量子点, 并通过荧光 (PL)光谱、紫外可见(UV-Vis)光谱、透射电子显微镜(TEM)和X射线粉末衍射(XRD)对样品进行了表征。XRD结果表明量子点为立方闪锌矿结构, TEM结果表明量子点分散性较好, 形状为球形, 平均粒径为2.0 nm。进一步考察了回流时间、反应温度和体系pH值对量子点性能的影响, 结果表明: 回流时间、反应温度和体系pH值对量子点的粒径大小、粒径分布及生长速度均有影响。基于量子点对金属离子具有荧光响应的特性, 以CdTe量子点为荧光探针实现了对水溶液中Ni2+的检测。

以Eu2O3(AR)、Sr(NO3)2(AR)、Mg(NO3)2·6H2O(AR)、Al(NO3)3·9H2O(AR)为原料, NH4HCO3为沉淀剂, 采用化学共沉淀法制备前驱物, 经一次煅烧制备出蓝色荧光粉SrMgAl10O17∶Eu2+。用X射线衍射仪、荧光分光光度计分别测试样品结构与发光性能。结果表明: 在1 200 ℃下煅烧即可生成六方结构的SrMgAl10O17∶Eu2+, 比高温固相法煅烧温度低300 ℃; 其发射光谱最强峰在470 nm, Eu2+的最佳掺杂摩尔分数为10％; 选用H3BO3为助熔剂, 可提高粉体发光强度, 其最佳质量分数为1.5％。

采用热化学气相沉积的方法在选择性液相外延方法制备的GaAs微尖上生长碳纳米管。利用扫描电子显微镜以及拉曼光谱对生长的碳纳米管进行表征。结果表明: GaAs微尖在高温下重新结晶成条状梯形GaAs阵列, 生长的碳纳米管连接在相邻的GaAs阵列之间, 形态规整, 具有较好的石墨微晶结构。在此基础上, 提出在微尖上生长纳米管的模型, 为实现微纳器件互联提供了一种新方法。

采用纳米沉淀法制备了半导体聚合物CN-PPV纳米粒子, 并用改进的Stber方法对纳米粒子进行包覆, 获得了发光稳定的SiO2/CN-PPV纳米粒子。用动态光散射(DLS)及透射电镜(TEM)方法对粒子尺寸进行了表征, 结果表明包覆前的CN-PPV纳米粒子平均粒径约为30 nm, 包覆获得SiO2/CN-PPV纳米粒子的平均粒径约为60 nm。通过紫外-可见吸收光谱及荧光光谱对包覆前后纳米粒子的发光性质进行了比较, 发现共轭聚合物CN-PPV包覆后的发射光谱与包覆前相比发生了小的蓝移, 表明共轭聚合物的分子构型可能发生了微小变化。SiO2包覆可以提高聚合物发光分子的光稳定性, 并且提供用于生物分子耦联的表面, 这类材料有望在生物医学成像中获得应用。

采用高温固相法制备了Er3+, Yb3+共掺杂的NaGd(MoO4)2荧光粉, 通过X射线衍射对样品的物相结构进行了分析, 采用荧光光谱手段对样品的下转换发光特性和上转换发光特性进行了研究。通过对激发、发射光谱的分析, 发现基质到Er3+存在有效的能量传递。通过对样品上转换发光光谱的分析, 发现在不同Yb3+掺杂浓度样品中, 红光和绿光上转换发光均为双光子过程, 并对样品上转换发光强度与LD泵浦电流和掺杂离子浓度的关系进行了讨论。

选取典型的助熔剂, 利用助熔剂法制备了节能灯用(Ce0.67,Tb0.33)MgAl11O19绿色荧光粉, 并对其发光性能进行了对比测试。研究了各单一或复合助熔剂对(Ce0.67,Tb0.33)MgAl11O19荧光粉的发光亮度及颗粒形貌的作用及影响, 并找到了最佳复合助熔剂组分为0.2%H3BO3+2.0%Li2CO3+2.0%AlF3(质量分数)。所制备的(Ce0.67,Tb0.33)MgAl11O19荧光粉样品具有较为规则的形貌, 且发光亮度与(Ce0.67,Tb0.33)MgAl11O19现有商用粉的比值为103∶100。

以C19H42BrN为表面活性剂, 采用水热法合成了ZnS∶Mn纳米晶, 分别利用XRD、TEM、荧光光谱仪对其物相、形貌及光学性能进行了研究。结果表明: ZnS∶Mn纳米晶为闪锌矿ZnS结构, 颗粒近似球形, 平均粒径为4～8 nm。荧光光谱显示, ZnS∶Mn纳米晶的荧光发射峰强度随着Mn2+掺杂浓度和表面活性剂含量的增加而逐渐增强。

采用溶胶-凝胶法制备了BaGd2ZnO5∶Yb3+,Ho3+的发光材料, 测量了样品在不同激发密度下的上转换光发射光谱。用方波调制的971 nm LD激光激发样品得到上转换绿光发射的上升和衰减变化曲线, 通过建立Ho3+ 离子5F4(5S2)和5I6能级及Yb3+离子2F5/2能级的速率方程, 并利用速率方程对绿光的上升和衰减过程进行拟合, 确定了Yb3+离子2F5/2能级寿命及Ho3+离子5F4(5S2)和5I6的能级寿命, 并证实在Ho3+离子能级粒子数布居趋于稳定时, Yb3+→Ho3+的能量传递是Ho3+离子5F4(5S2)能级粒子的主要布居途径,而激发态吸收对粒子布居数的贡献较小。

在c-plane面蓝宝石衬底上生长了ZnO/Zn0.85Mg0.15O非对称双量子阱, 其内量子效率相对于对称量子阱有了显著的提高。ZnO/Zn0.85Mg0.15O 的10周期对称量子阱和5周期非对称双量子阱都是利用等离子体辅助分子束外延技术制备的。ZnO/Zn0.85Mg0.15O非对称双量子阱的内量子效率提高至对称阱的1.56倍。时间分辨光谱和光致发光谱测试结果证实, 在ZnO/Zn0.85Mg0.15O非对称双量子阱中存在从窄阱到宽阱的激子隧穿过程, 这是内量子效率提高的主要原因。

制备了结构为ITO/MoO3(50 nm)/NPB(40 nm)/TCTA(10 nm)/CBP∶14%GIr1(30 nm)/TCTA(x)/CBP∶2%R-4B(10 nm)/BCP(10 nm)/Alq3(40 nm)/LiF(1 nm)/Al(100 nm)的红绿磷光有机电致发光器件, GIr1和R-4B分别为红、绿磷光染料。通过在红绿间插入较薄间隔层TCTA的方法, 调节载流子、激子在红绿发光层中的分布, 并结合TCTA和BCP对发光层内载流子和激子的有效阻挡作用, 研究了载流子调控层TCTA在不同厚度下对器件发光性能的影响。结果表明, TCTA为1 nm时, 器件的发光性能得到了很好的提升。电压为6 V时, TCTA为1 nm器件的电流密度、亮度、最大电流效率分别为0.509 mA/cm2、69.91 cd/m2和13.72 cd/A, 而TCTA为0 nm器件的电流密度、亮度、最大电流效率分别为1.848 mA/cm2、215.7 cd/m2和11.67 cd/A。

在周边环绕玻璃薄片介电体的作用下, 绳束状碳纳米管宏观体的场发射电流发生异常跃迁, 同时伴随有场发射电子光斑的横向扩展, 导致跃迁后的场发射电流明显高于正常情况。 所有观察到的现象均与介电体存在下的电场重新分布和电子轨迹偏离有关。理论分析及随后的场发射测试检验了介电体几何尺寸、间距、介电常数等因素对场发射I-V性能的影响。研究结果提供了一种控制Spindt型场发射体电子发射性能的新的可行途径。

以PEDOT∶PSS作为空穴注入层, 聚合物PVK作为空穴传输层, 制备了结构为ITO/PEDOT∶PSS/PVK/8-羟基喹啉钕(Ndq3)/Al的近红外OLED, 研究了PVK与PEDOT∶PSS功能层对器件I-V特性和EL光谱的影响。结果显示, 在EL光谱中的905, 1 064, 1 340 nm处均观察到了荧光发射, 分别对应于Nd3+的4F3/2→4I9/2、 4F3/2→4I11/2和4F3/2→4I13/2能级跃迁。与参考器件对比分析认为, PEDOT∶PSS高的导电性降低了器件的串联电阻, 增大了器件的工作电流; PVK与PEDOT∶PSS共同降低了空穴的注入势垒, 实现了Ndq3发光层区域的载流子的注入平衡并改善了器件的发射强度。此外, PVK有效降低了ITO电极表面粗糙度, 也是器件性能提高的原因之一。

采用油相法合成了CdSe/CdS/ZnS量子点, 相对于CdSe量子点, 其吸收光谱、发射光谱均发生了红移。利用COMSOL Multiphysics软件模拟CdSe/CdS/ZnS量子点光纤和甲苯光纤的电场分布, 结果表明CdSe/CdS/ZnS量子点光纤的电场强度高于甲苯光纤。采用中心波长为532 nm的稳态半导体激光器作为光源, 对甲苯光纤、CdSe/ZnS量子点光纤、CdSe/CdS/ZnS量子点光纤进行电压信号测试, 发现CdSe/ZnS量子点光纤和CdSe/CdS/ZnS量子点光纤的电压信号值相对于甲苯光纤电压信号值分别增强了6.28 mV和18.43 mV, 表明双壳型量子点光纤的增益高于单壳型量子点。

全固态被动调Q激光技术在产生皮秒脉冲方面有较快发展。与锁模激光器相比, 被动调Q皮秒激光器成本低、结构简单、易于校准光路, 避免了锁模激光器结构复杂、机械敏感度高、光路校准困难等缺点, 并且同样能够输出单脉冲能量可观、重频合适的皮秒量级短脉冲, 因此拥有较高的实用价值。本文讨论了全固态被动调Q皮秒激光技术领域的两种典型技术路线以及对调Q皮秒脉冲输出的后续处理技术, 包括非线性技术和激光放大技术等, 并介绍了国内外相关研究团队在该领域所做的工作及其突破性进展。

运用软件模拟和理论计算的方法分析了量子阱宽度的变化对量子阱束缚态能级与光电性能产生的影响, 建立了束缚态分裂能级理论模型。分析结果表明: 当量子阱宽较窄时, 极化效应导致的能带弯曲是光谱红移的主要原因, 而电子泄漏是导致效率下降的主要原因; 当阱宽较大时, 能级填充是导致光谱红移的主要原因, 俄歇复合与载流子离域是导致效率下降的主要原因。由本文得出, 当量子阱宽为2.5~3.5 nm时, InGaN/GaN发光二极管获得最大内量子效率与发光效率。

研究对比了InGaN/GaN多量子阱发光二极管中p电极下的不同SiO2电流阻挡层的光电特性。 6种样品被分为3组: 普通表面、表面粗化、表面粗化+边墙腐蚀。每组都有两种结构, 一种具有电流阻挡层, 另一种没有电流阻挡层。每组中, 具有电流阻挡层的LED在20 mA下的正向电压分别为3.156, 3.282, 3.284 V, 略高于不含电流阻挡层的样品(Vf=3.105, 3.205, 3.210 V). 但是, 具有电流阻挡层的LED的光效和光功率要优于无电流阻挡层的器件, 在20 mA下的光功率分别提高了10.20%、12.19%和11.49%。这些性能的提升都要归功于电流阻挡层良好的电流扩展效应, 同时电流阻挡层还可以减小p电极下的寄生光吸收。

为了快速计算出LED显示屏的色域边界, 提出一种迭代求解映射线与色域边界交点进而拟合每个色相面内色域边界的算法。首先根据LED显示的色度学原理给出了颜色是否在LED显示屏色域内的判断方法。然后在CIELAB均匀颜色空间中, 分析了迭代算法的原理,确定了迭代计算初始值,并进行了计算精度和速度分析。最后以D65为参照, 在等色相面内进行了LED显示屏色域边界的拟合实验及色差分析。实验结果表明: 11次迭代运算后, 拟合色域边界已非常光滑, 每条映射线上的色域边界点真实值和计算值最大色差仅为0.23。与插值类计算方法相比, 最大色差值和计算速度分别降低和提高了一个数量级。本文算法在计算精度和速度上能够满足对LED显示屏进行色域分析和与其他显示设备进行色域映射的要求。

在pH=7.40 的Tris-HCl缓冲溶液中, 牛血清白蛋白(BSA)与格列吡嗪(Glipizide)的相互作用会使BSA荧光有规律地发生猝灭, 据此建立了以BSA为探针的Glipizide含量测定方法。Glipizide浓度在0.25~20 μmol/L范围内与荧光强度呈现良好的线性关系, 方法的检出限为0.071 μmol/L。对于片剂中Glipizide含量的测定, 平行6次测定的相对标准偏差为1.29%~2.80%, 回收率为86.79%~96.43%。

利用纳米压印结合溅射和反应离子刻蚀工艺制备了周期为1 μm、占空比为0.2的亚波长金属光栅, 利用紫外-可见-近红外光谱仪测量了光栅的0级反射光谱。在严格耦合波分析的基础上, 把光栅区域电磁场的空间谐波通过勒让德多项式展开, 使用多项式展开的谱分析法求解常微分方程, 计算了该亚波长金属光栅的反射光谱及磁场分布。实验测量结果同矢量衍射理论计算结果都显示, 该光栅在近红外、中红外波段具有表面等离子体共振现象。数值计算结果还表明, 对于此类亚波长金属光栅, 当光栅的深宽比增加时, 其反射光谱中会出现更多的反射谷。

为了将椭圆高斯光束整形为圆形平顶光束, 设计了一种无中心遮拦反射式两镜整形系统。根据能量守恒思想, 选择匀化洛伦兹函数作为出射光束平顶分布函数, 建立了入射面和出射面之间的坐标变换关系; 采用光程守恒原理和矢量形式的反射定律, 推导了积分形式的整形系统两反射镜面形方程。利用数值解法计算出两反射镜的面形数据, 经过光学设计软件仿真与系统参数分析, 得到的圆形平顶光束在目标区域的照度均匀性大于95%。结果表明, 这种整形系统可以明显提高椭圆高斯光束的平顶性, 具有现实可行性。

基于表面等离子体共振理论, 将SU-8作为波导芯层材料, 以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为下包层材料, 设计了一款聚合物波导型SPR传感器。理论计算了波导芯层折射率、被测物折射率、不同金属薄膜及其厚度等因素对表面等离子体共振曲线的影响。分析结果表明, 在可测试范围内, 被测物折射率越大, 灵敏度越高; 波导芯层折射率减小, 共振峰向长波方向移动, 被测物检测范围整体向折射率小的方向偏移, 波导芯层折射率增大则相反。