研究了聚合物poly (9,9-dioctylfluorene-co-benzothiadiazole) (F8BT)和poly (3-hexylthiophene) (P3HT)共混薄膜的放大自发辐射(ASE)现象, 对影响其阈值的两个因素——增益和损耗进行了详细的研究。结果显示, 共混聚合物的发光效率随着P3HT所占比例的增加有所降低。当P3HT比例低于20%时, 发光效率降低不多, 而其损耗则随着P3HT的增加显著减小。F8BT和P3HT混合后, 光损耗系数从7.8 cm-1下降到4 cm-1左右。这表明F8BT∶P3HT共混聚合物光波导的ASE阈值降低主要是由于其损耗的降低而导致的。ASE阈值的降低预示该材料体系容易实现电泵浦激光。

提出了以聚酰亚胺(PI)为感湿材料的三耦合点单微环新型湿度传感器。外界湿度变化使得聚酰亚胺SOI微环谐振特性发生变化, 最终通过谐振波长的漂移量确定湿度值。讨论了不同部位感湿时系统的传感特性, 并且选择了最佳湿敏元件。数值模拟结果表明: 与传统的单微环传感器相比, 新型传感器具有较高灵敏度和测量范围, Through端口的自由频谱范围可提高3倍。三耦合点单微环谐振器整体结构可作为最佳湿敏元件, 该传感器在10%RH~80%RH相对湿度范围内, 灵敏度可达到0.98 nm/%RH, 该结构为制备高灵敏度可集成微型湿度传感器件提供了一定的理论依据。

对牛血清白蛋白(BSA)与盐酸特拉唑嗪(THD)混合体系进行了荧光发射光谱和同步光谱实验研究。BSA溶液在340 nm处有明显荧光特征峰, 当加入THD后导致牛血清白蛋白发生内源荧光猝灭。据此建立了以BSA为探针的THD含量测定方法, 通过该方法所得的模型函数相关系数都高于0.99。对所得模型函数进行了实验验证, 其中发射光谱模型函数回收率为96.04%~103.16%, 同步光谱模型函数回收率为100.41%~105.58%, 相对标准偏差分别为3.70%和2.42%。荧光发射光谱和同步光谱方法的检出限分别为0.64×10-8 mol/L和0.66×10-8 mol/L, 定量限分别为0.21×10-7 mol/L和0.22×10-7 mol/L。

室温下观察了YAG∶Ce和YAG∶Ce,Yb材料在可见以及近红外区域的发光特性,并通过对Ce3+的5d能级辐射跃迁寿命以及Yb3+的2F5/2能级布居时间和辐射跃迁寿命的比较研究,提出了光诱导的电荷转移态以及电荷转移辐射跃迁的能量传递机制, 同时借助于能级图描述了从Ce3+到Yb3+的量子剪裁近红外发光过程。

采用熔体冷却法, 通过控制玻璃基质组成及稀土离子添加量, 制备了Tb、Eu单掺和Tb/Eu共掺的锌硼磷酸盐低熔点发光玻璃。测试了样品的红外光谱、吸收光谱、激发与发射光谱和荧光寿命, 并计算CIE色坐标, 研究了材料的微观结构及发光性能。结果表明: 样品中部分Eu3+被还原为Eu2+, 在380 nm波长激发下, Tb/Eu共掺发光玻璃同时出现Eu3+红光、Tb3+绿光和Eu2+蓝光的特征发射。增加基体中B2O3含量能强化玻璃网络结构, 并改变Eu2+/Eu3+比例。发射光谱和荧光寿命测试表明, 共掺的发光玻璃中存在Eu2+→Eu3+, Eu2+→Tb3+和Tb3+→Eu3+的能量传递。改变Tb、Eu的掺杂浓度能够有效改变发光玻璃的发光强度和颜色, 最终得到色坐标为(0.318 7, 0.286 1)、色温6 480 K的发光玻璃。

采用传统的高温固相反应法合成了Tm3+/Yb3+共掺杂Y2(MoO4)3系列荧光粉。XRD结果表明合成的样品为相纯度好的Y2(MoO4)3。在980 nm光激发下, 样品具有较强的位于487 nm和800 nm的蓝色和近红外发射, 同时伴有较弱的位于649 nm的红光发射。它们分别来自于Tm3+的1G4→3H6、3H4→3H6和1G4→3F4跃迁。根据功率相关的上转换发射和能级图分析了Tm3+的上转换发光机制。结果表明, 1G4和3H4能级的布居分别来自于三光子和两光子的能量传递上转换。此外, 随着Tm3+浓度的增加, 蓝色、红色和近红外发射带均呈先增加后降低的趋势, 即发生了浓度猝灭。同时, 蓝光发射和近红外发射的强度比随Tm3+掺杂浓度的增加而减小。

采用自蔓延燃烧法制备了不同Sm3+掺杂浓度的12CaO·7Al2O3(C12A7∶x%Sm3+)荧光粉。在404 nm近紫外光激发下, 观察到了位于565, 599, 648 nm附近的3个光发射峰, 分别归属于Sm3+的4G5/2→6HJ/2(J=5,7,9)能级跃迁。随着Sm3+掺杂浓度增加, 红光发射强度呈现了先增大后减小的规律, 优化的Sm3+掺杂摩尔分数为1.5%, 发光的浓度猝灭效应可归因于Sm3+之间发生了交叉弛豫过程。采取混相策略, 通过降低初始粉体的煅烧温度至900 ℃获得了12CaO·7Al2O3/5CaO·3Al2O3:1.5%Sm3+(C12A7/C5A3∶Sm3+)混相荧光粉, 进一步提高了红光发射强度。利用变温光致发光谱计算得到混相样品的热激活能约为200 meV, 结果表明该混相荧光粉具有良好的热稳定性。

在玻璃基片表面制作了Coumarin 500、Coumarin 540和Rhodamine 6G 3种染料掺杂的聚合物薄膜, 并以市售LED灯和氙灯为光源, 实验研究了单一染料掺杂和混合染料掺杂的聚合物薄膜的吸收光谱、荧光光谱及其光谱下转换的特征。研究结果表明: 这种多染料掺杂的聚合物薄膜能够吸收350～550 nm波长范围内的光子并将其转换至波长为580 nm左右的光子。在一定的浓度范围内, 较高的染料浓度能够获得较高的下转换光子输出。由于Nd3+/Yb3+共掺玻璃中Nd3+离子在 580 nm 附近有一个较强的吸收峰, 这种染料掺杂聚合物薄膜的光谱下转换有助于提高Nd3+/Yb3+共掺玻璃对太阳光中蓝绿光的吸收并通过共振能量转移激发Yb3+离子的近红外发光, 对提高单晶硅太阳能电池的综合光伏转换效率有潜在的应用价值。

采用金属有机物化学气相沉积方法生长了立方相Mg0.56Zn0.44O∶Ga薄膜, Ga在MgZnO中的摩尔分数为2.8%～4.5%。低掺杂水平的MgZnO可以保持其良好的结晶特性。随着Ga元素的摩尔分数升高至3.1%、3.3%与4.5%, 立方相MgZnO中分别出现了Ga2O3、ZnO与ZnGa2O4分相。其中, Ga2O3与ZnGa2O4相的出现是由于Ga的掺杂使这两相在MgZnO基质中饱和析出, 而ZnO分相被归因于Ga的引入部分破坏了立方MgZnO的亚稳态结构状态, 使组分原本就处于分相区的立方MgZnO出现相分离。

合成了一系列蓝光锆(Ⅳ)配合物［Zr(NN)(DBM)3］Cl(DBM=二苯甲酰基甲烷, NN=1,10-邻菲罗啉　1; 2, 9-二甲基-1,10-邻菲罗啉　2; 4,4′-二甲基-2,2′-联吡啶　3; 1-乙基-2-(1-萘基)-1H-咪唑-4,5-f-1,10-邻菲罗啉　4), 以波长为355 nm的紫外光激发, 4个配合物的最大发射峰均位于445 nm左右, 半峰宽只有36～45 nm。在相同的测试条件下, 配合物1的蓝光发射强度最大, 量子效率最高, 其原因是结构刚性强, 能够有效地减少非辐射跃迁造成的能量损失。而且, 配合物1～3的热稳定性很好, 分解温度均在200 ℃以上, 可以用于制作有机发光器件, 不会在器件的制作过程中发生分解。

采用固相反应法制备Ca0.88TiO3∶0.12Eu3+(CTE)红色荧光粉, 研究了CTE荧光粉的结构与发光性能。XRD结果表明, 不同退火温度下的CTE荧光粉皆为钙钛矿结构, 其晶粒尺寸随退火温度的升高而增大, 1 300 ℃退火时晶相最佳, 与SEM观察的结果相一致。CTE荧光粉的激发光谱由350～500 nm范围内的一系列窄带吸收峰组成, 其中的最强峰位于398 nm 附近; 发射谱主要包含595 nm和616 nm两个峰, 属于Eu3+离子跃迁发光。616 nm发射峰明显强于595 nm发射峰, 说明Eu3+是处在无反演对称中心的格位。CTE 荧光粉的发光随着退火温度的升高而增强, 1 300 ℃时达到最大值, 这可归因于其结晶状况的改善。另外, CTE荧光粉还具有色纯度高与热稳定性好等优点, 这些将使CTE成为一种潜在的用于近紫外激发的白光LED红色荧光粉材料。

利用脉冲激光沉积技术在非晶石英衬底上制备立方结构MgZnO薄膜, 并研究MgZnO薄膜结晶特性、光学带隙随生长温度的变化情况。当生长温度从150 ℃升高到700 ℃时, MgZnO薄膜的生长取向由(200)向(111)转变。在600 ℃以下, MgZnO薄膜光学带隙的变化规律与晶格中Mg和Zn原子比例的变化趋势是一致的; 而当温度升至700 ℃时, 虽然MgZnO晶格中Mg和Zn原子比例降低, 但由于平均晶粒尺寸变大, 薄膜的光学带隙反而上升。在300 ℃和700 ℃晶格匹配的情况下, 获得了单一(200)和(111)取向的立方MgZnO薄膜。

采用高温固相法制备出Ca1.97-xSrxNb2O7∶3%Eu3+(x=0.10, 0.50, 1.0, 1.5, 1.97)红色荧光粉, 研究了Ca1.97-xSrxNb2O7∶3%Eu3+的发光特性及Sr2+的浓度对该荧光粉发光性质的影响。随着Sr2+浓度的改变, Ca2-xSrxNb2O7∶Eu3+的XRD呈现不同的相。Ca1.97Nb2O7∶ 3%Eu3+(x=0)的激发光谱中, 302 nm附近的强宽带来自于O2-→Eu3+电荷转移跃迁, 272 nm附近的肩峰来自于NbO7-6基团的电荷转移跃迁, 350~600 nm范围内的锐锋属于Eu3+的特征4f-4f组内跃迁。在398 nm激发下, 发射光谱的最强峰位于616 nm, 属于Eu3+的5D0→7F2电偶极跃迁, 发射出强烈的红光。当Ca2+逐渐被Sr2+取代时, Ca2-xSrxNb2O7∶Eu3+的各激发峰的强度先提高后降低, 且O2-→Eu3+电荷转移跃迁发生明显红移。少量Sr2+的掺杂可以有效提高Ca2-xSrxNb2O7∶Eu3+的红光发射强度, 当x=0.01时该荧光粉的红光发射达到最强, 可以被紫外LED芯片激发。

采用微波水热法一步合成了核壳结构的CdSe/CdS纳米晶, 讨论了巯基丙酸中S2-的释放过程对纳米晶生长的影响。XRD和Raman光谱结果表明, 140 ℃合成温度下获得了CdSe/CdS核壳结构的纳米晶。FTIR光谱结果表明, 巯基丙酸随时间的分解有助于CdS壳层的形成。PL光谱呈现出CdSe纳米晶的带间发射和缺陷发射, 随着核壳结构的形成, CdSe纳米晶的表面缺陷被抑制, 相关的荧光发射减弱。

采用水热-焙烧法制备了Ce掺杂的可见光响应的Bi2O3光催化剂(Ce-Bi2O3)。利用 XRD、FT-IR、XPS和 UV-Vis对不同Ce-Bi2O3样品进行了表征分析, 并以光催化降解金橙Ⅱ溶液为探针反应, 考察了Ce-Bi2O3的可见光催化性能。结果表明, Ce掺杂可以减小催化剂的禁带宽度, 使光谱响应范围向可见光拓展。掺杂的Ce可取代Bi2O3晶格中部分Bi, 形成Bi—O—Ce键, 并生成了少量铈铋复合氧化物(Bi7.38Ce0.62O12.31), 它们的存在有效地抑制了光生电子-空穴对的复合, 有助于提高Bi2O3的可见光催化活性。但焙烧时间过长将导致Ce-Bi2O3催化剂的表面发生烧结现象, 致使其催化活性降低。可见光照射下的金橙Ⅱ光催化降解实验表明, 经2 h焙烧后得到的Ce/Bi的量比为0.5 的Ce-Bi2O3催化剂具有最佳的光催化活性。

在低压直流溅射沉积的纳米Au薄膜表面喷涂有机固体晶体2,5-二苯基恶唑(DPO), 制成具有(Au+DPO)单元结构的多层纳米薄膜。利用XRD表征多层纳米薄膜的晶体结构, 通过SEM表征各层薄膜的表面形貌, 并测试了多层纳米薄膜的紫外荧光特性。与纯DPO薄膜相比, 多层纳米薄膜的紫外荧光峰出现了5 nm的蓝移, 而且DPO荧光峰形貌发生改变。在多层膜中, DPO薄膜的荧光强度与薄膜层数成反比关系, 而纳米Au膜的荧光强度与薄膜层数成正比关系。SEM与XRD测试结果表明, 多层薄膜中的DPO薄膜随着薄膜层数的增加逐渐成为无定型结构。DPO薄膜与纳米Au膜相互作用, 导致其晶体结构异于单层薄膜, 进而改变了其荧光特性。

利用Ansys有限元分析软件模拟了宽条形激光器腔面在不同生热率条件下对有源区温度的影响, 并对带有腔面非注入区的激光器结构进行了热分析, 比较了不同长度的非注入区结构的器件的温度特性。腔面的温升对器件可靠性影响极大, 计算结果表明随着非注入区宽度的增加, 芯片前腔面有源区的温度明显降低。结果为采用非注入区结构提高COD阈值功率提供了设计参考。

采用溶胶-凝胶法制备了TiO2/Sm3+下转换薄膜, 利用其下转换特性将紫外光转换为可见光, 提高了可见光光照强度。利用X射线衍射和荧光光谱对TiO2/Sm3+粉体进行了表征, 并对TiO2/Sm3+下转换薄膜进行了荧光光谱测试和紫外-可见分光光度计测试。荧光光谱显示, TiO2/Sm3+薄膜在受到395 nm紫外光照射时可发射出540～600 nm连续波长的可见光, 具有下转换特性。二层TiO2/Sm3+下转换薄膜的可见光透过率与单纯的TiO2薄膜基本相同, 利用其下转换特性使电池短路电流提高了13.2%, 光电转换率提高了16.2%。

在图形化蓝宝石衬底生长低温缓冲层之前, 通入少量三甲基镓(TMGa)和大量氨气进行短时间的高温预生长, 通过改变TMGa流量制备了4个蓝光LED样品。MOCVD外延生长时使用激光干涉仪实时监测薄膜反射率, 外延片使用高分辨率X射线衍射(002)面和(102)面摇摆曲线估算位错密度, 并使用光致发光谱表征发光性能, 制备成芯片后测试了正向电压和输出光功率。结果表明, 高温预生长可促进薄膜的横向外延, 使得三维岛状GaN晶粒在较小的薄膜厚度内实现岛间合并, 有利于降低位错密度, 提高外延薄膜质量, LED芯片的输出光功率的增强幅度达29.1%, 而电学性能无恶化迹象; 但高温预生长工艺中TMGa的流量应适当控制, 过量的TMGa导致GaN晶粒过大, 将延长岛间合并时间, 降低晶体质量。

使用分子束外延生长设备, 在GaAs (100)衬底上生长了量子阱宽度为3 nm的GaAs/AlAs多量子阱样品, 并在量子阱层中央进行了Be受主的δ-掺杂。根据量子限制受主从束缚态到非束缚态之间的跃迁, 设计并制备了δ-掺杂Be受主GaAs/AlAs多量子阱太赫兹光探测器原型器件。在4.2 K温度下, 分别对器件进行了太赫兹光电流谱和暗电流-电压曲线的测量。在6 V直流偏压下, 空穴载流子沿量子阱层方向输运。当正入射激光频率为6.8 THz时, 器件响应率为2×10-4 V/W(2 μA/W)。通过器件的暗电流-电压曲线计算了器件全散粒噪声电流,在4.2 K、6 V直流偏压下, 全散粒噪声电流为5.03 fA·Hz-1/2。

将一步法合成的具有梯度合金结构的红光、绿光CdSe@ZnS量子点与硅胶均匀混合后,作为光转换层涂覆到蓝色InGaN LED芯片上, 制备了不含荧光材料的三波段白光LED器件。研究了峰值为650 nm和550 nm的高效率红、绿量子点在硅胶中的含量及配比对白光LED色坐标以及效率的影响。结果表明, 当红、绿量子点配比为2∶3时, 可得到发射纯正白光的QDs-LED器件, 色坐标为(0.322 8,0.335 9)、色温为5 725 K, 功率效率为26.61 lm/W, 显色指数为72.7。光谱中红、蓝、绿三色发光峰的半高宽分别为30, 25, 38 nm, 表明器件具有很好的单色性和高色纯度。

通过利用阳极氧化铝的方法制备高度有序的光子晶体结构作为纳米压印模板, 将大面积光子晶体图案转移到了样品表面, 解决了国际上小尺寸光子晶体制备困难的问题。采用纳米压印的方法在AlGaN基样品表面上制备了290 nm的周期光子晶体结构, 并将表面具有光子晶体结构的AlGaN基样品正面出光强度提高121%。偏振特性的实验结果表明六角排列的孔状光子晶体将原来朝向样品侧面传播的TE偏振光偏折转向正面, 从而增加光抽取效率, 改变出光偏振度。指出远场角分辨图案的变化归因于光子晶体对出光的衍射和Bragg散射效果。实验中采用的创新性工艺可以用来制备具有高出光效率的深紫外发光二极管。