合成了两种双功能介孔磁/光纳米复合材料。磁性Fe3O4纳米粒子作为核被包覆于介孔二氧化硅纳米球中, 稀土铽和铒配合物分别通过硅烷化的配体PABA-Si和phen-Si共价嫁接于介孔球的网络中。研究了所制备的双功能纳米复合材料的结构、磁性、荧光发射性质, 结果表明, 双功能纳米复合材料具有介孔结构、超顺磁特性和相应稀土配合物的特征荧光发射性质。

利用次氯酸根(ClO- )的氧化性质和Cu+ 与Cu2 + 不同的配位性质,一种高效的可用于探测ClO- 的铜离子化合物CS1 被合成出来。通过吸收和发射光谱系统地研究了CS1 对ClO- 的传感性能。结果表明,在Cu+ 存在条件下,CS1 的光谱强烈受到OCl- 影响: 最大吸收峰从396 nm 红移到545 nm (驻姿=149 nm); 520nm 处的荧光强度降低近25 倍。以Cu+ 和ClO- 为输入信号,以470 nm 和396 nm 吸收峰比值(A470 / A396 )为输出信号,构建了一个基于CS1 的AND 逻辑门,并且可以用乙二胺四乙酸二钠盐(EDTA)对其进行简单重置。

采用高温固相法制备了红色荧光粉Ca4LaNb(W1-xMox)4O20∶Eu3+ 并研究了样品的发光性质。Ca4LaNbW4O20∶Eu3+的激发光谱中包含一个宽的激发带, 峰值位于275 nm, 归属于WO2-4基团的电荷迁移跃迁。随着Mo6+离子的掺入, Ca4LaNbW4O20∶Eu3+位于275 nm处的吸收带变宽, 其原因是O2- -Eu3+的电荷迁移跃迁增强。在Ca4LaNb(W1-xMox)4O20∶Eu3+的发射光谱中, 400～500 nm间较宽的发射带属于WO2-4基团的发射带, 而位于591 nm和616 nm的尖锐的发射峰分别属于Eu3+的5D0→7F1磁偶极跃迁和5D0→7F2电偶极跃迁发射。随着Mo6+离子浓度的增加, WO2-4基团的发射带强度下降, 从而提高了色纯度。

螺吡喃分子有两种同分异构体, 一种是无色闭环的螺吡喃结构, 另一种是有色开环的部化青结构。在螺吡喃分子上共轭桥连荧光素基团, 构成一种双官能团融合分子, 可以加强螺吡喃分子的荧光发射。这种分子可以形成很多构型构像, 而只有两者完全共轭连接的构型构像才能增加分子的荧光强度。为了证明这种完全共轭构型构像的存在, 本文利用时间分辨超快光谱技术来研究这种双官能团融合分子的性质。通过测试其瞬态吸收光谱以及稳态荧光的激发谱, 发现在这种融合分子中, 荧光素基团对螺吡喃的荧光起到了一定的增强作用, 说明在这种融合分子中存在这种双官能团完全共轭的构型构像。

用水热法以Zn(NO3)2·6H2O和NaOH为原料, 分别以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、十二烷基硫酸钠(SDS)、聚乙烯吡咯烷酮-K30(PVP-K30)、聚乙二醇400(PEG400)、乙二胺四乙酸(EDTA)为添加剂, 制备钼掺杂的纳米ZnO。扫描电镜(SEM)结果表明, 通过改变添加剂的种类可以合成不同形貌钼掺杂的ZnO; X射线衍射(XRD)结果表明, 掺杂的ZnO纳米粉体为六方纤锌矿结构, 随着钼掺杂浓度的增加, 衍射峰强度明显增大, 结晶质量得到明显改善; 室温下的光致发光(PL)图谱表明, 掺杂的样品在385 nm处有一紫光发射峰, 在约572 nm处有一绿发光射峰, Mo掺杂后明显提高了样品的发光强度。

采用三角势近似界面导带弯曲, 研究了有限高势垒GaN/Ga1-xAlxN球形量子点中束缚极化子的结合能及其压力效应。数值计算了杂质态与声子之间相互作用对结合能的影响, 同时与方形势垒进行了比较。结果表明, 随着电子面密度的增加, 导带弯曲效应增强, 束缚极化子结合能逐渐下降。当电子面密度ns=(6.0,8.0)×1011/cm2且量子点半径R＞10 nm时, 束缚极化子的结合能趋近于一个相同且较小的值。结合能的极化效应主要来自杂质与光学声子相互作用的贡献。

利用基于密度泛函理论框架下的平面波赝势法和广义梯度近似, 计算分析了ZnTe结构本体、掺入杂质Cu(Zn0.875Cu0.125Te)及Zn空位(Zn0.875Te)体系的晶格常数及缺陷形成能, 得到了不同体系的态密度、能带结构、集居数、介电函数、损失函数、吸收光谱、光电导率、复折射率及反射率。结果表明, 掺杂Cu和Zn空位对ZnTe的晶胞参数、能带结构以及光学性质都产生了一定程度的影响。由于空位及杂质能级的引入, 缺陷体系体积减小, 晶胞参数也产生了一定的改变, 同时缺陷体系禁带宽度减小并给受主能级价带顶提供n型电导性; 此外, 缺陷体系吸收光谱产生红移, 电子在可见光区的跃迁明显增强并出现介电峰, 改善了ZnTe的光学性质。

设计合成了一种新型安替比林-席夫碱衍生物M(4-氨基安替比林缩5-硝基水杨醛席夫碱), 用IR、1H NMR及元素分析对其结构进行了表征。通过紫外光谱和荧光光谱研究了M对Cu2+的选择性识别作用。结果表明:M 与Cu2+能够以1∶1的化学计量比形成配合物, 结合常数为6.5 ×104 L·mol-1; M和Cu2+的结合导致M在 496 nm 处的荧光猝灭, 紫外可见吸收光谱红移, 且M 对Cu2+有较高的选择性, 受常见离子的干扰较小。

用分子束外延设备在c面蓝宝石衬底上生长得到高质量MgxZn1-xO薄膜。X射线衍射显示, 当Mg摩尔分数在0～32.7%范围内时, 薄膜保持六方结构, (002)衍射峰半高宽为0.08°～0.12°, 薄膜结晶质量与现有报道的最高水平相当。随着薄膜中Mg含量的增加,紫外发光峰由378 nm蓝移至303 nm。对Mg0.108Zn0.892O薄膜变温光致发光光谱的研究发现, 束缚激子发光随温度变化存在两个不同的猝灭过程。对不同Mg含量薄膜共振拉曼光谱的研究发现, A1(LO)声子模频移与Mg含量在一定范围内呈线性关系, 这为确定MgxZn1-xO薄膜中的Mg含量提供了一种简单高效的方法。通过拉曼光谱与X射线衍射对比研究发现, 拉曼光谱在确定MgZnO材料相变时具有更高的灵敏度。最后, 研究了Mg0.057Zn0.943O薄膜的变温共振拉曼光谱, 对A1(LO)和A1(2LO)声子模随温度而变化的现象给出了一定的理论解释。

采用水热法制备了空心半球形SrWO4及Tb3+、Eu3+掺杂的SrWO4球形颗粒, 利用XRD、SEM、荧光光谱等研究其物相、形貌及发光性能。未掺杂的SrWO4具有空心半球形形貌, 属四方晶系。SrWO4∶Tb3+及SrWO4∶Eu3+为球形颗粒, 其相结构与未掺杂样品类似, 形貌从空心半球形转变为球形颗粒。随着Tb3+掺杂浓度的增加, SrWO4∶Tb3+的形貌从球状变成由纳米棒构成的花状; 随着Eu3+掺杂浓度的增加, 样品中出现了单斜相的Eu2WO6, 其形貌也发生了明显的变化。在紫外光激发下, SrWO4∶Tb3+及SrWO4∶Eu3+的发射光谱由钨酸根的宽带发射和掺杂离子的特征发射组成, 分别表现出绿光和红光发射。Tb3+的最佳掺杂摩尔分数为3%, Eu3+的最佳掺杂摩尔分数为25%。

采用高温固相法在还原气氛下合成了Sr5-x(PO4)2SiO4∶xEu2+磷灰石型荧光粉。通过XRD、PL、SEM对样品的晶体结构、激发和发射光谱以及形貌进行了表征。在Eu2+浓度较低时, Eu2+占据不同的晶体格位而形成两个发光中心, 发射光谱具有双发射峰; 随着掺杂浓度的增加, Eu2+之间的能量传递使黄光区域的发射峰强度逐步增强, 并在x＝0.075时达到最大值。发射光谱红移可能是Eu2+受晶场强度和能量传递共同作用的结果。考察了该材料在白光LED中的封装应用性能, 其双发射峰有助于提升白光LED光源的显色性。

利用射频磁控溅射方法在玻璃衬底上室温沉积了一系列不同Mn掺杂的ZnO∶Mn薄膜。结合Raman光谱, XRD谱和SEM分析了ZnO∶Mn薄膜的结构特性。 Raman拟合结果显示, 在Mn摩尔分数从0增加到5.6%的过程中, ZnO∶Mn薄膜始终保持着六角纤锌矿结构; 随着Mn掺杂浓度的增大, 437 cm-1和527 cm-1位置上的Raman散射峰出现红移现象, 说明Mn掺杂量的增加导致晶格更加无序, 缺陷增多; 当Mn摩尔分数达到15.8%时, 647 cm-1处的Raman散射峰出现, 暗示了MnO的产生, 同时薄膜结晶质量变差。这一结论也得到了XRD和SEM结果的支持。

采用高温固相法合成了Tb3+、Yb3+共掺杂的BaGd2ZnO5荧光粉。XRD测量数据表明合成的样品为纯相。在Tb3+特征激发(297 nm)下得到了Yb3+的特征发射(977 nm), 并且对Tb3+与Yb3+能级图进行分析, 证明Tb3+到Yb3+为合作能量传递。测量了不同Yb3+浓度下Tb3+的5D4能级(544 nm)的发光寿命曲线, 计算得到Tb3+与Yb3+的能量传递效率和量子效率, 最高量子效率为125.5%。Yb3+的发射与硅太阳能电池的吸收匹配, 该材料有可能应用于硅太阳能电池以提高其转换效率。

用CTAB辅助水热法合成了四方相的SrWO4∶Eu3+纳米晶体。通过X射线衍射仪和扫描电子显微镜等测试手段对样品进行了表征。SrWO4∶Eu3+纳米晶粒尺寸随着反应溶液中Eu3+离子和CTAB含量的增加而减小。在393 nm光激发下, 观察到5D0 →7FJ (J=1,2,3,4)和5D1→7F0跃迁, 并且5D0→7F2 跃迁的发射最强, 表明Eu3+在SrWO4基质中占据了非对称中心的格位。发射峰的位置与激发波长无关。

采用水热法制备CdWO4 ∶Yb3+ ,Ho3+纳米晶, 运用X射线衍射、扫描电镜和光谱分析对制备样品的结构和发光性能进行了表征。结果表明: CdWO4 ∶Yb3+ ,Ho3+为单斜晶系, 平均晶粒尺寸约为29.782 7 nm。用980 nm激光激发样品获得了发射光谱, 位于552 nm和659 nm的发射峰分别对应于Ho3+离子的5F45S2→5I8和5F5→5I8的跃迁。根据泵浦功率和发光强度之间的双对数关系可知, 552 nm和659 nm的发射均属于双光子过程。稀土离子的浓度对样品的发光强度的影响较大, 结果表明:当Yb3+∶Ho3+离子的量比为5∶1且Ho3+摩尔分数为1.5%时, CdWO4 ∶Yb3+ , Ho3+纳米晶的上转换发光强度最大。

利用亚波长矩形金属光栅的偏振特性, 在垂直腔面发射激光器的有源区引入各向异性增益从而达到控制其偏振的目的。光栅参数设计基于均匀介质理论和抗反射理论, 光栅设计周期为186 nm, 占空比为0.5, 并且光栅制作于GaAs盖层来对TE偏振光提供额外的反射率。经过设计分析对p-DBRs的对数进行了缩减, 并且将光栅条之间的盖层区域刻蚀掉, 刻蚀深度为1 μm左右。盖层刻蚀的结果使电流注入的方向严格沿着光栅条线性注入的有源区, 从而增加了非均匀增益并提高了偏振比。通过多物理场有限元分析软件对器件进行了模拟分析, 结果基本上符合设计要求。通过优化工艺步骤, 最终得到了550 μm孔径器件的输出功率为780 mW, 并且偏振比达到4.8的结果。

设计了一种新型的铒、镱共掺高增益光纤材料, 分析了各种组分对氟磷酸盐体系发光性能的影响, 制备出热稳定性和机械性能较好(ΔT=141 ℃)、无析晶、透过率较高的光纤材料。光谱测试结果表明:所制备的光纤芯材料具有较高的吸收截面(2.075 pm2)、较高的发射截面(1.11 pm2)、较长的荧光寿命(7.30 ms)和高的增益品质系数(74.099×103 pm3), 是优良的高增益、宽带宽的光纤放大器增益材料。

在SiC衬底上生长了碳硅共掺杂p型AlN晶体, 通过X射线衍射、X射线光电子能谱(XPS)、光致发光(PL)光谱、霍尔测试对碳硅共掺杂p型AlN晶体的结构、光学及电学性能进行了综合研究。通过XPS测试分析(尤其是对样品中Si 2p和C 1s的XPS谱分析)发现, 样品中C替代N成为受主, 而Si替代Al成为施主。样品的PL谱主要包括两个特征发射峰, 分别来自于C、Si在AlN中形成的复合物VN-CN 和CN-SiAl。

制备了一个可测量ｎ型GaN材料电阻的白光LED样品, 测量了从室温到170 ℃下的LED芯片的n-GaN材料的电阻, 发现n-GaN材料的电阻随温度的升高而增大, 且两者呈一定的指数关系。利用这一特性, 通过测量LED工作状态下内部所用GaN材料的电阻, 可以实现对LED结温的测量。通过改变积分球底板温度使LED样品处于不同的结温下, 测量了白光LED的光谱及色度学参数, 结果表明: 白光LED的峰值波长、显色指数、色温、光通量均与结温成一定的线性关系。

随着半导体激光器光源在激光加工领域的应用不断拓展, 研制高耦合效率的半导体激光器光纤耦合模块变得十分重要。为了进一步提高光纤耦合激光二极管模块的输出功率, 本文应用ZEMAX光学设计软件进行仿真模拟, 将12只波长为808 nm、输出功率为10 W的单管半导体激光器通过合束方法高效率耦合进光纤。耦合光纤芯径为150 μm、数值孔径为0.22, 光纤输出功率为116.2 W, 耦合效率为96.8％。

针对AlGaInP DH-LED的pn结特性进行了理论分析, 得出电流密度J与电压V的关系。通过Matlab进行模拟分析, 结果表明: 当温度(300 K)一定时, 在电压较小的情况下, 电流密度成直线形式增大; 当电压增大到一定值时, 电流密度成对数形式增大; 当电压过大时, 电流密度几乎不增大。随着电压的升高, 器件产生焦耳热增多, 影响器件的工作特性, 最终缩短LED的寿命。综合考虑, 最后得出理论上的最佳发光驱动电压范围为2～2.33 V。

从速率方程出发, 理论分析了泵浦功率、输出镜反射率、Cr4+∶YAG的初始透过率和长度、Yb3+∶YAG的长度对调Q激光器的重复频率、脉冲宽度、平均输出功率、峰值功率、输出脉冲能量和单脉冲能量利用率的影响。依据理论结果设计了一个窄脉冲宽度、高峰值功率和脉冲能量的被动调Q-Yb3+∶YAG微晶片激光器。该激光器的脉冲宽度Δt=199 ps, 峰值功率Pm=1.04 MW, 输出脉冲能量E=0.21 mJ。

设计并制备了基于双边非1/4波长布拉格反射波导的边发射半导体激光器, 中心腔采用低折射率材料, 在垂直方向利用布拉格反射进行光限制, 实现了超大光斑尺寸且稳定单横模工作。10 μm条宽、未镀膜的脊型激光器在准连续和连续工作方式下的总的输出功率分别超过了170 mW和80 mW, 且最高功率受热扰动限制。激光器远场图案在垂直方向为双瓣状, 单瓣垂直方向和水平方向发散角分别低至7.85° 和6.7°。激射谱半高全宽仅为0.052 nm, 光谱包络存在周期性调制现象, 模式间隔约为3.3 nm。电流增加到300 mA以上时, 激光器出现模式跳变。

运用软件模拟和理论计算的方法分析了In含量对发光二极管光电性能的影响, 研究了In含量与光谱功率密度、量子阱中载流子的浓度、辐射速率、发光功率等之间的关系。分析结果表明: 电子泄漏与能带填充是影响光电性能的主要原因。当In含量较低时, 随着电流密度增大(＜8 kA/cm2), 光谱发生蓝移程度相对较小, 但电流密度太大(＞8 kA/cm2)会造成电子泄漏, 发光功率降低; 而当In含量较高时, 随着电流密度增大, 光谱发生蓝移程度相对较大, 但在电流密度较大时, 会获得较高的发光功率。因此, 为了使InGaN/GaN发光二极管获得最大量子效率与发光效率, 应该根据电流密度的大小(8 kA/cm2)来选择In含量的高低。

非晶铟镓锌氧化物薄膜晶体管(a-IGZO TFT)有望在有源矩阵有机发光显示(AMOLED)像素电路中得到实际应用, 但其电压偏置效应仍会引起电路特性的不稳定。本文利用实验室制备的a-IGZO TFT器件进行参数提取并建立了SPICE仿真模型, 通过拟合得到了它的阈值电压随时间变化的方程。在此基础上, 采用SPICE软件对基于a-IGZO TFT的2T1C和3T1C两种AMOLED 像素电路的稳定性进行了比较研究, 证明3T1C电路对阈值电压偏移确实存在一定的补偿效果。最后讨论了进一步改善AMOLED像素电路稳定特性的方法和实际效果。

为了提高聚合物太阳能电池的能量转换效率, 选择水溶性V2O5作为阳极缓冲层制备了结构为ITO/TiO2/P3HT∶PCBM/V2O5/Ag的电池器件。V2O5纳米线采用水热法制成。研究了V2O5浓度和退火温度对有机太阳能电池器件性能的影响。实验结果表明: V2O5质量浓度为300 μg/mL的器件的效率最高, 达到了2.35%, 远大于无阳极缓冲层器件的效率0.14%; 80 ℃是V2O5退火的最佳温度。与热沉积方法相比, 可溶液处理的V2O5作为阳极缓冲层具有工艺简单且可大面积制备的优点, 电池的效率得到了较大幅度的提高。

目前广泛应用的可调谐光滤波器通过调节干涉腔长度来实现波段的调谐。它需要制备高反射悬浮膜, 而悬浮膜在驱动电压的影响下其运动会受到限制, 且较窄的透射峰与较大的调谐范围二者不可兼得。为此, 本文将光子晶体中的其中一种介质以超导材料取而代之。基于超导理论, 利用传输矩阵法对一维超导-介质型Fibonacci光子晶体的透射谱进行了计算, 讨论了厚度、折射率以及温度对透射谱的影响。结果表明, 受光子带隙的影响, 超导体的频率禁带中会出现一系列的通带; Fibonacci等级的增加会导致第一透射峰更加尖锐; 介质层光学厚度增大、超导层厚度减小、温度升高均能使透射峰向长波方向移动。最后, 在透射谱分析的基础上给出了结构为S11(S5)n的滤波特性, 兼顾透射峰半高宽与可调谐范围, 确定了滤波器的可调谐波段, 在无需调整任何几何参数的条件下实现了温控调谐。