研究了不同Mn/Pb量比的Mn掺杂CsPbCl3 (Mn∶CsPbCl3)钙钛矿量子点的发光性质。Mn/Pb的量比增加引起的Mn2+发光峰的红移, 被认为是来源于高浓度Mn2+掺杂下的Mn2+-Mn2+对。进一步研究了Mn∶CsPbCl3量子点的发光效率与Mn/Pb的量比之间的关系, 发现随着量比达到5∶1时, 其发光效率明显下降。这种发光效率下降是由于Mn掺杂浓度引起的发光猝灭。Mn∶CsPbCl3量子点的变温发光光谱证实, 随着温度的升高, Mn离子发光峰蓝移, 线宽加宽, 但其发光强度明显增加。

采用顶部籽晶提拉法(TSSG)生长了钬铥双掺钨酸镱钾(KHo0.04Tm0.06Yb0.9(WO4)2)激光晶体。测试了该晶体的吸收及荧光光谱, 计算了其光谱参数。实验结果表明: 该晶体在890~1 000 nm范围吸收带较宽, 半峰宽为90 nm, 计算了主峰1 000 nm处吸收截面为16.92×10-20 cm2; Tm3+在1 690~1 812 nm范围存在较宽的吸收带, 半峰宽为118 nm, 易于实现Yb→Ho、Yb→Tm、Tm→Ho的能量传递。根据Judd-Ofelt理论, 计算了该晶体的光谱强度参数。根据Tm3+、Ho3+、Yb3+离子能级图, 讨论了产生1 750~2 200 nm荧光发射的3种能量传递方式。最后计算了主峰2 030 nm处受激发射截面为3.47×10-20 cm2, 表明该晶体可作为2 μm波段优异的激光增益介质。

设计合成了一种简单的酰腙类结构的增强型荧光探针HM, 实现了对锌离子(Zn2+)的高选择性识别。运用ESI-MS质谱、荧光光谱和紫外-可见光谱等手段研究了探针HM对Zn2+的识别过程。紫外光谱测试表明, 当向探针HM中加入Zn2+后, 386 nm处的吸收峰逐渐减弱, 在420 nm处出现了新的吸收峰, 并且强度逐渐增大, 直至达到平衡, 等吸收点为396 nm。荧光光谱分析表明, 探针HM能够高选择性地识别Zn2+。在发射波长510 nm处的荧光增强2.5倍, 最低检出限为1.0×10-5 mol/L、量子产率为0.02。该识别过程为PET(光诱导电子转移机理)和CHEF(螯合荧光增强机理)共同作用的结果。通过电喷雾质谱和Jobs plot 实验证明探针HM与Zn2+以1∶1配位, 平衡常数(K)达到4.05×106 L·mol-1。

报道了一种使用绿色CsPb(Br0.75I0.25)3无机钙钛矿量子点(PeQDs)和红色K2SiF6∶Mn4+(KSF)荧光粉作为荧光转换材料实现广色域白光LED的方法。合成了绿色CsPb(Br0.75I0.25)3量子点, 峰值波长为526 nm, 半高宽度为27 nm, 具有很好的单色性。采用蓝光LED芯片、红色KSF荧光粉和绿色CsPb(Br0.75I0.25)3 PeQDs组合能够覆盖CIE 1931颜色空间中很广的色域, 达到NTSC标准色域的107%。利用丝网印刷和紫外固化工艺制作了PeQDs薄膜、KSF薄膜和PeQDs-KSF混合薄膜, 与蓝光LED芯片组合得到了3种不同封装形式的白光LED器件。研究了不同封装形式对器件光学特性的影响, KSF薄膜在外侧的样品光效最高, 为102 lm/W, 色温为7 100 K。

以2-(苯磺酰基)苯乙酮衍生物为辅助配体、2-苯基吡啶衍生物为主配体, 合成得到(dfppy)2-Ir(PSAP)、(tfmppy)2Ir(PSAP)、(ftfmppy)2Ir(PSAP)、(dfppy)2Ir(TSAP)、(tfmppy)2Ir(TSAP)、(ftfmppy)2-Ir(TSAP)6个铱配合物。6种配合物在CH2Cl2中的液体最大发射峰在450~502 nm之间, 固体最大发射峰在482~503 nm之间, 量子效率分别为13.2%~51.1%。将配合物的固体粉用于制备以蓝光InGaN为基底的发光二极管, 其最大发射波长在507~543 nm之间, 由色坐标得到其发光在蓝绿光和黄绿光区域。其中发光效率最高为基于(ftfmppy)2Ir(TSAP)的LED, 达到5.6 lm·W-1, 而基于(dfppy)2Ir(PSAP)的LED色坐标为(0.316,0.431), 发光区域最接近白光。

采用高温固相法合成Ca0.8Zn0.2TiO3∶0.2%Pr3+,Si4+和Ca0.8Zn0.2TiO3∶0.2%Pr3+,Si4+,Lu3+荧光粉。通过X射线衍射仪、电子顺磁共振光谱仪、显微拉曼光谱仪和荧光光谱仪等表征了该系列荧光粉的物相组成、微观结构和发光性质。结果表明, 以β-Si3N4为硅源制备的荧光粉具有最佳的光学性能。加入ZnO后, 荧光粉由CaTiO3、Zn2TiO4和Ca2Zn4Ti16O38三相组成, 其中CaTiO3为主相。电子顺磁共振谱证实了Pr4+存在, Lu3+的添加使［Pr4+Ti3+O3］+簇显著增加, 电子顺磁共振谱和拉曼光谱均证实Si4+、Lu3+的掺杂使局部TiO6簇对称性提高, 有利于Pr3+发光中心的能量传递。在336 nm激发下, 荧光粉展示了很强的位于612 nm的红光发射(归属于Pr3+的 1D2 →3H4跃迁)及理想的红光色坐标(x=0.670, y=0.330)。Si4+和Lu3+的添加显著增强了370 nm激发下红光发射, Ca0.8Zn0.2TiO3∶0.2%Pr3+,3.2%Si4+荧光粉的余辉寿命最长。

为实现对高速碰撞诱发的闪光辐射温度进行实验测量及误差分析, 建立了二级轻气炮加载系统及闪光辐射温度测量系统。采用聚碳酸酯弹丸分别以6 km/s、3.9 km/s的速度垂直撞击2A12铝靶, 利用瞬态光纤高温计采集闪光信号, 通过比色法计算不同碰撞条件下的闪光辐射强度及辐射温度。依据普朗克辐射定律计算了不同波长及温度条件下的闪光辐射强度理论值, 与实验测量结果相比较并进行了误差分析; 分别采用双色测温法的不同波长组合及四色测温法计算了闪光辐射温度及其平均温度, 通过计算标准差分析了波长的选取对闪光辐射温度的影响。结果表明: 与理论计算结果相比较, 实验测量得到的闪光辐射强度值偏低, 采用双色测温法计算闪光辐射温度时波长的选取对计算结果影响很大, 波长间隔越大计算结果误差越小(误差最小值实验No.1为68.25 K, 实验No.2为30.67 K); 四色测温法计算得到的闪光辐射温度与平均温度相近(误差实验No.1为72.88 K, 实验No.2为63.66 K), 因此采用比色法计算闪光辐射温度时应尽量选取大间隔波长或多个波长参与计算以降低误差。

设计了具有e指数内建电场的透射式GaAs负电子亲和势阴极, 利用数值计算方法研究了它的时间响应特性和量子效率特性。结果表明, 当吸收区厚度L~0.2~1.5 μm时, 阴极的响应时间和量子效率均随L的增大而增大; 尤其当L~1.1 μm时响应时间达到10 ps, 量子效率达到12.5%~20%, 迄今为止, 与其他GaAs光电阴极相比, 在相同光谱响应条件下, 该响应速度是最高的。另外,在不同L下, 获得了平均时间衰减常数τ′的函数分布和能够获得最短响应时间的最优系数因子β分布, 为新型高速响应GaAs光电阴极的时间响应和量子效率优化提供了必要的理论基础和数据支持。

多重激子效应是指在纳米半导体晶体中,量子点吸收一个高能光子而产生多个电子-空穴对的过程, 该效应可以提高单结太阳电池能量转换效率。利用碰撞电离机制和费米统计模型计算了工作温度300 K的单结硅BC8量子点太阳能电池在AM1.5G太阳光谱下的能量转换效率。对于波长在280~580 nm的入射光, 多重激子效应可以大幅增强硅BC8量子点直径d>5.0 nm的量子点太阳电池的能量转换效率。硅纳米量子点的直径d=6.3~6.4 nm时, 最大能量转换效率为51.6%。

采用实验与理论模拟相结合的方法, 研究了氮化镓基绿光发光二极管(LED)中V坑对空穴电流分布的影响。首先, 实验获得了V坑面积占比不同的3种样品; 然后, 建立数值模型, 使得理论计算的外量子效率(EQE)及电压与实验测试的变化趋势相匹配, 从而确立了所用数值模型的可信性。计算结果显示: V坑改变了空穴电流的分布, 空穴电流密度在V坑处显著增加, 在平台处明显减小。进一步的分析表明: V坑面积占比在0~10%范围内, V坑空穴电流占比与V坑面积占比之间呈近线性增长(斜率为2.06), 但V坑空穴注入在整个空穴注入的过程中仍未占主导。

制备了NaYF4∶Er3+,Yb3+纳米晶, 表征了纳米晶的形貌, 通过物理掺杂的方式将纳米粒子掺杂到SU-8中作为光波导放大器的芯层材料, 优化了波导放大器的尺寸, 利用旋涂、刻蚀等工艺, 在二氧化硅衬底上制备了光波导放大器。实验中用光漂白法和湿法刻蚀两种方法制备光波导放大器, 分别给出了两种方法制备的器件的结构、工艺流程、光场模拟结果, 并对两种方法制备的器件的放大特性进行了测试。测试结果表明, 当980 nm波长的泵浦光功率为241 mW且1 550 nm波长的信号光功率为0.1 mW时, 使用湿法刻蚀法制备的放大器得到2.7 dB的相对增益。当980 nm波长的泵浦光功率为235 mW且1 550 nm波长的信号光功率为0.1 mW时, 使用光漂白法制备的放大器得到4.5 dB的相对增益。根据以上测试结果, 分析了两种工艺对器件性能的影响。

用分子束外延技术将高灵敏度的InAs/AlSb量子阱结构的Hall器件赝配生长在GaAs衬底上。设计了由双δ掺杂构成的Hall器件的新结构, 有效地提高了器件的面电子浓度。与传统的没有掺杂的InAs/AlSb量子阱结构的Hall器件相比, 室温下器件电子迁移率从15 000 cm2·V-1·s-1 提高到16 000 cm2·V-1·s-1。AFM测试表明材料有好的表面形态和结晶质量。从77 K 到300 K对Hall器件进行霍尔测试, 结果显示器件不同温度范围有不同散射机构。双δ掺杂结构形成高灵敏度、高二维电子气(2DEG)浓度的InAs/AlSb异质结Hall器件具有广阔的应用前景。

根据已经建立的紫外准分子激光损伤典型光学材料的理论模型, 研究了准分子激光对透明光学材料(石英玻璃)和非透明光学材料(K9玻璃)的损伤特性, 并结合实验结果证实了理论模型的有效性。研究表明: 在准分子激光对非透明光学材料辐照下, 激光光斑半径越大, 产生的热应力和温度越小; 脉宽越小, 产生的热应力越大; 随着脉冲数的增加, 温度和热应力都逐渐增大。值得注意的是, 当重频增加至45 Hz以上时, 熔融损伤阈值开始低于应力损伤阈值, 这说明当重频增加到一定程度时, 非透明光学材料将首先产生熔融损伤, 而不再是应力损伤。在准分子激光对透明光学材料辐照下, 杂质微粒的半径和掩埋深度对光学材料温度场分布有着重要影响。但当杂质半径和掩埋深度超过一定的数值时, 杂质粒子的存在与表面温度并无联系。理论模型能够较好地解释石英玻璃前/后表面相同的初始损伤形貌特征。

应用LED芯片的照度公式以及大型LED矩形阵列照度分布的对称性, 建立了研究大型LED矩形阵列照度均匀度的物理模型, 推导出计算大型LED矩形阵列照度均匀度的公式。利用该公式研究了大型LED矩形阵列照度均匀度随目标距离、长宽比以及m值的变化规律。得出: 照度均匀度随目标距离的增加而非线性地减小; 照度均匀度随长宽比的增加而非线性地增大; 照度均匀度随m值的增加而近似成线性地增大。这些规律为提高大型LED矩形阵列的照度均匀性提供了理论依据, 也为大型LED矩形阵列的照度均匀性设计提供了研究方向和计算方法。弥补了之前研究LED阵列照度均匀性方法上的不足。

强激光与气体的长距离相互作用能产生许多新奇的物理效应, 而自由空间光束的自聚焦、衍射、散射等问题限制了该科技领域的发展。本文提出了一种新型多孔芯光子晶体光纤, 纤芯亚波长、低折射率空气孔可以传光, 具有宽带、低损耗、单模传输特性。利用倏逝波耦合效应, 研究了纤芯亚波长空气孔束缚光的原理。根据光波传输的电磁场理论, 分析了低折射率空气孔中的光强增大效应。强光在空气孔中长距离传输, 为光与物质的相互作用提供了新条件, 可以用于气体传感、非线性光学、高集成光子技术、原子操控等。由于纤芯空气孔可以传光, 改变空气孔的大小, 直接影响模场分布, 进而可以获得很高的结构双折射。通过光纤结构参数的合理设计, 分别获得了B=4×10-2的高双折射、纤芯直径5 μm的大模场高双折射、大模面积单偏振单模特性, 在光纤偏振器、光纤滤波器、光开关及光纤传感等领域有广泛的应用前景, 为新型光场调控提供了新方法。

为建立使用视频荧光光谱图像技术检验不同品牌、型号复印纸的分析方法, 实现对复印纸的检验和鉴别, 收集了不同品牌和型号的静电复印纸20种, 利用VSC6000视频光谱比较仪对其进行检验, 获得样本的荧光图像, 结合图像处理技术对荧光形态、荧光强度等进行可视化和量化分析。依据紫外光、强光源工作条件下纸张样品的视频荧光现象的形态学特征可对纸张进行初步鉴别; 通过绘制视频荧光图像的等高线分布图可实现对纸张样品的可视化分析; 计算荧光图像亮度值L可对纸张样品进行量化检验。研究结果表明, 视频荧光光谱图像技术能够对复印纸进行准确、有效的检验, 该方法适用于文件物质材料检验, 为纸张的鉴别、比对和同一认定提供了一种实用方法。

为得到博物馆照明光源对中国传统淡彩绘画的色彩影响规律, 并确定不同类型中国传统淡彩绘画的最低损害光源, 以3种博物馆典型照明光源作为实验光源, 分组照射中国传统淡彩绘画模型试件, 对模型试件的CIE LAB色度数据进行周期性测量。基于实验数据计算不同周期色差变化值, 并绘制色差随曝光量的周期性衰变曲线。进而对色差值变化数据进行回归分析, 拟合得到不同光源对4种淡彩绘画颜料的相对影响函数公式, 提出不同光源对各类型淡彩绘画的相对影响系数。结果表明: 3种照明光源对工笔淡彩绘画的影响系数为K金卤灯∶K卤钨灯∶KWLED=1.00∶0.92∶0.84; 对小青绿淡彩绘画的影响系数为K金卤灯∶K卤钨灯∶KWLED=2.05∶1.71∶1.65; 对水墨淡彩绘画的影响系数为K金卤灯∶K卤钨灯∶KWLED=1.17∶0.94∶0.91。在淡彩绘画照明保护性照明光源选择时, 应选择RYGB型WLED光源。

为了提供高品质、更安全和智能的照明光源, 基于冷暖白光LED建立了线性调光混合照明系统及其优化调光调色方法。混合照明光源以色温和明度等级分别设定光色度和光强度, 更加符合人性化需求。在系统智能优化配光过程中, 设定色温转换为CIE u′v′均匀色品坐标, 明度转换为亮度, 使优化计算更加精确。系统采用的线性调光避免了闪烁潜在的安全风险, 同时配合优化算法解决了线性调光色度漂移大的问题。实验结果表明, 系统混合光的色度稳定性可以保持在1阶CIE u′v′圆内, 相应色度设定下的整个光强度调节范围内无可察觉的色差。理论研究和实验结果表明该混光照明系统简单可行, 具有较高的实用价值。

利用共线双脉冲激光诱导击穿光谱(LIBS)技术对溶液中的倍硫磷含量进行定量检测研究。采用石墨对倍硫磷溶液进行富集, 利用双通道高精度光谱仪获取样品的LIBS光谱。以碳元素谱线(CⅠ247.856 nm)为内标对210~260 nm波段谱线进行校正, 然后利用竞争性自适应重加权算法(CARS)筛选与倍硫磷相关的重要波长变量, 最后应用最小二乘支持向量机(LSSVM)建立倍硫磷含量的定标模型, 并与基本定标法及内标法建立的单变量定标模型进行比较。研究结果表明, 共线双脉冲LIBS技术可以用于溶液中的倍硫磷含量检测。基本定标法建立的最优定标模型的拟合度R2为0.935 04, 预测集样品的平均预测相对误差(PRE)为41.50%; 内标法建立的最优单变量定标模型的拟合度R2为0.993 61, 预测集样品的平均PRE为14.91%; 内标-CARS-LSSVM定标模型的拟合度R2为0.998 6, 预测集样品的平均PRE为8.06%。对比上述3类定标模型, 内标-CARS-LSSVM定标模型性能最优, 内标法建立的定标模型次之, 而基本定标法建立的定标模型最差。由此可知, CARS方法可以有效筛选倍硫磷相关的重要变量, 内标法结合CARS及LSSVM方法可以改善定标模型性能, 提高预测精度。

针对LED的非线性特征, 提出一种计算OOK调制可见光通信系统的非线性噪声的方法, 进而求出传输信噪比以及误码率。运用Matlab仿真分析得出LED直流偏置点和误码率的关系曲线, 并通过可见光通信系统图像传输实验验证了该曲线的正确性。该曲线对于LED的型号和最佳偏置点的选取具有很好的指导意义。

由于芯片之间存在的热耦合效应, 多芯片LED器件内部存在复杂热学规律。本文通过多芯片LED热学模型描述多芯片LED器件系统内部热阻支路路径, 进而通过有限体积数值计算多芯片LED器件结温。通过本文试验验证, 单颗芯片、2颗芯片、3颗芯片以及4颗芯片在负载不同电功率(0.3~1.2 W)情况下,结温的测试值和计算值的最小误差值为0.8%, 最大误差值为6.8%, 平均误差值为3.4%, 计算结果与测试结果基本保持一致, 因此有利论证了多芯片LED热学模型可为评价多芯片LED器件热学性能提供重要的参考作用, 有助于更全面分析多芯片LED热阻内部芯片之间的热耦合效应。该实验结果为准确预测多芯片LED器件内部结温提供了重要理论依据。