为满足实际工程、生产应用中专业及非专业人员对故障光纤激光器快速修理、修复的需要, 研究了一种能够实现快速故障模式及故障原因分析系统。首先, 采集实际使用与实验中损坏激光器的故障模式与故障原因记录为数据样本。接着, 利用故障树与故障模式影响及危害性分析模型建立光纤激光器扩展故障树, 即构建起故障模式与故障原因的对应关系。然后, 利用贝叶斯网络分析并得出各故障模式与故障原因的先验概率与后验概率计算方法, 再使用Python语言编写交互式窗口, 并完成对数据库数据的调用与相应概率计算。最后, 通过交互式界面输出当前故障对应的可能故障原因及发生概率, 从而实现对光纤激光器故障的快速分析。程序模拟耗时小于1 s, 模拟结果与统计结果相吻合, 基本满足指导相关人员对故障快速排查并修理的要求。

针对光生物效应重要性及复杂性问题, 提出一种生物节律因子的调光计算方法。给定三通道LED工作在额定条件下的光谱分布就能够实现任意比例的混合光源的照度、相关色温、节律因子的便捷计算。实验选用三种色温白光LED组成三通道光源, 基于脉冲宽度调制(PWM)原理进行三通道分时调光。在某一照明测试空间距离下, 先测得单通道独立工作时的光谱分布, 并通过调光计算方法得到三通道在任意比例下混合光源的理论照度、相关色温、节律因子; 再测得三通道光源在不同混合比例下的实际照度、相关色温与节律因子。然后将理论与实际计算所得的照度、相关色温、节律因子进行比较, 并分析误差。实验结果表明,照度、相关色温、节律因子的多条拟合直线与调光计算式所描述直线的斜率差异分别在6%、2%、3%以下, 截距差异分别在2%、5%、3%以下。用显著性差异检验来检验实际节律因子与理论计算所得节律因子的正态分布特性, 结果显示并无明显差异, 表明在给定各LED光源光谱分布的情况下, 调光计算方法不用通过测量混合光源光谱分布, 便能快速有效地计算出混合光源照度、相关色温、节律因子。

可见/近红外光谱技术是土壤成分检测的有效工具。波长筛选对可见/近红外模型土壤属性的预测精度有重要影响。以宁夏吴忠地区75个水稻土样为研究对象, 利用可见/近红外光谱技术采集土壤样品光谱, 采用SPXY(Sample set partitioning based on joint X-Y distance)方法选取了校正集和预测集样本, 比较了分别采用 Savitzky Golay平滑(SG smoothing)、多元散射校正(Multiple scatter correction,MSC)、标准正态变量变换(Standard normal variate,SNV) 3种预处理方法对光谱数据处理后建立土壤碱解氮偏最小二乘法模型和原始光谱数据建模的效果。在此基础上, 分别采用遗传算法(Genetic gorithms,GA)、连续投影算法(Successive projections algorithm,SPA)、竞争性自适应重加权算法(Competitive adaptive reweighted Sampling, CARS)、随机蛙跳(Random frog, RF)进行波长筛选, 最后应用偏最小二乘法建立基于不同波长筛选方法的土壤碱解氮含量预测模型。研究表明, 由于仪器性能稳定, 样品的颗粒度比较小和均匀, 本次实验原始光谱数据建模效果最好; 各种波长筛选方法均可有效减少参与建模的波长数, 且连续投影算法优于全谱建模, 所选波长数仅为全谱波长数的1%, 其预测决定系数(R2)、预测均方根误差和相对分析误差值分别为0.726, 3.616, 1.906。这表明连续投影算法可以有效筛选水稻土碱解氮敏感波段, 为土壤碱解氮传感器开发提供技术支持。

以巯基丙酸为稳定剂制备了水溶性CdSe/ZnS量子点, 并采用滴涂法制备了CdSe/ZnS修饰的金电极(CdSe/ZnS/GE), 研究其电化学发光(ECL)性质, 考察了pH、CdSe/ZnS浓度、扫描速度、静置时间等实验条件对ECL强度的影响。结果表明, 在碱性溶液中, 去甲肾上腺素(NE)在鲁米诺溶液中对CdSe/ZnS的电化学发光信号有明显的增敏作用, 由此建立了一种检测去甲肾上腺素的新方法。当去甲肾上腺素的浓度(CNE)在2.3×10-5 ~ 1.0×10-8 mol/L范围内时, 去甲肾上腺素的浓度与相对电化学发光强度呈现良好的线性关系。线性回归方程为ΔIECL=118.788CNE－15.333(R=0.994 4), 最低检测限(S/N=3)为0.33×10-8 mol/L。

基于拉普拉斯变换的电流密度卷积技术(LTJEC), 构造了时变磁化等离子体的新型时域有限差分方法(LTJEC-FDTD)。借助于高斯脉冲在磁化等离子体中的传播实例, 验证了LTJEC-FDTD算法的准确性及高效性。进一步, 研究了Whistler波在一维时变磁化等离子体中的具体传播特性。结果表明, 当离子体频率随时间指数衰减后, 输出波的频率上升、极化方式不变, 而电场增强、磁场减弱。同时, 通过优化磁化等离子体参数, 可进一步提高Whistler波的输出频率, 获得了频率为300 GHz的圆极化太赫兹波。研究结果可为利用磁化等离子体产生太赫兹波源提供相关的技术支持。

基于三维光子晶体空间完全带隙的特性, 本文在实验上构建了一种由非共面的两个波导和一个立体微腔组成的四端口通道下载滤波器。讨论了球体、正方体、长方体微腔滤波器的选频特性, 以及连续旋转长方体微腔时, 其输出频率的变化。研究结果表明, 无论是对称型还是非对称型微腔, 都可以较好地实现选频。提高微腔的不对称性, 共振输出频率随之发生移动, 说明改变微腔的对称性, 可以有效调节滤波器的选频特性。连续旋转非对称型长方体微腔, 输出频率会随之发生明显的移动,如果引入有效调节机制, 可以产生连续调节输出频率的效果。该研究结果给多端口选择性输出空间滤波器的设计提供了新的思路, 为光学器件集成化的设计提供了重要的理论参考。

采用自蔓延燃烧法制备了不同镨掺杂浓度的12CaO·7Al2O3∶Pr3+(C12A7∶Pr3+)X射线影像存储荧光粉。在232 nm激发下, 发现Pr3+掺杂摩尔分数为0.3%的荧光粉位于486 nm的蓝光发射峰呈现最大的发光强度。对C12A7∶0.3%Pr3+样品进行真空热处理后, C12A7笼中的O2-基团数量减少, 同时类F+色心的空笼子的数量增多, 导致陷阱数目增加和光激励发光强度增大。热释发光实验表明: C12A7∶0.3%Pr3+样品中存在两个深陷阱, 陷阱深度分别约为0.69 eV和0.80 eV; 经过真空热处理后的C12A7∶0.3%Pr3+荧光粉, 陷阱深度变深, 陷阱数目增多, 光存储性能变好。当吸收的X射线剂量为5.2 Gy时, 可以实现分辨率较高的X射线成像。实验结果表明, 镨掺杂C12A7荧光粉在计算机X射线摄影领域有潜在的应用前景。

制备了一系列Na1-xKxErF4@NaLuF4的核壳纳米结构, 核中K+掺杂摩尔分数变化范围为0%～8%。XRD分析结果揭示这些具有不同K掺杂浓度的纳米粒子均为β-相纳米结构。研究结果表明: 随着K+浓度的增加, 纳米结构中Er3+～650 nm处的红带发光强度呈现先增强后减弱的规律, 当K+摩尔分数为4%时, Na0.96K0.04ErF4@NaLuF4纳米晶的发光强度达到最大, 为未掺杂K+的NaErF4@NaLuF4纳米晶发光强度的3.7倍。其发光增强的原因在于K+的掺杂降低了Er3+微环境晶场宇称对称性, 提高了Er3+离子4F9/2→ 4I5/2能级辐射跃迁几率, 进而增强了Er3+的650 nm红带的上转换发光强度。

采用溶胶-凝胶法制备Li1.0Nb0.6Ti0.5O3∶Eu3+红色荧光粉, 讨论了煅烧温度、煅烧时间以及Eu3+掺杂浓度对样品发光性能的影响。通过XRD、荧光光谱分别对样品的性能进行表征, 结果表明: 样品的晶相结构为“M-相(M-phase)”。在466 nm蓝光激发下, 合成的荧光粉具有橙光(593 nm)和红光(612 nm)发射。发光强度随着煅烧温度的升高先增大后减小, 最佳的煅烧温度为850 ℃。同时, 随着煅烧时间的增加, 发光强度先增大后减小, 最佳煅烧时间为6 h。当Eu2O3掺入质量分数为2.5%时, 样品的发光强度达到最大。Li1.0Nb0.6-Ti0.5O3∶Eu3+红色荧光粉在白光LED的应用中具有潜力。

通过水热法合成了系列具有高荧光量子产率(42.9%)辛基化壳聚糖基两亲性聚合物碳点荧光材料。利用红外光谱、紫外吸收光谱、光电子能谱、透射电镜、X射线衍射及荧光光谱对聚合物碳点进行了表征。以阿霉素为模型药物, 研究了聚合物碳点对阿霉素的载药性能。当辛基取代度为76.42%时, 其最大载药量和包封率分别为49.6%与47.4%。在磷酸盐缓冲液中, 载药纳米胶束呈前期快速释放, 后期缓慢释放的双相特征。将载药纳米胶束与鼻咽癌细胞作用, 发现其存活率随着载药纳米胶束加入量的增加而降低, 说明该纳米胶束对鼻咽癌细胞有一定的抑制作用。总之, 该聚合物碳点材料在药物载体与荧光示踪方面有潜在的应用价值。

H-PAF(Micro-porous aluminum fluoride)是一种比表面积为20～200 m2/g 的多孔性氟化物, 具有熔点低、活性高等特性。在Eu2+∶(Sr, Ca)AlSiN3烧成工艺中作为助熔剂使用, 与传统的氟化物、硼酸等助熔剂相比, 可以有效增加Eu2+∶(Sr, Ca)AlSiN3荧光粉在合成过程中总的反应活性, 降低反应温度50 ℃以上, 并改善荧光粉的发光性能。本文以H-PAF多孔性氟化物为助熔剂, 合成了Eu2+∶(Sr,Ca)AlSiN3荧光粉, 合成温度从1 800 ℃降低到1 750 ℃, 而且XRD衍射峰更尖锐, 说明H-PAF的添加使晶体结晶性更好。测试了Eu2+∶(Sr,Ca)AlSiN3荧光粉搭配Ga-YAG绿色荧光粉制成器件后的光效。发现添加PAF后, Eu2+∶(Sr,Ca)AlSiN3荧光粉用粉量降低约5%, 器件光通量提高2%以上。

为了实现在GaSb衬底上获得低应力的SiO2薄膜, 研究了等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)在晶格失配较大的GaSb衬底上沉积SiO2薄膜的应力情况。通过改变薄膜沉积时的工艺条件, 如反应温度、射频功率、反应压强、气体流量比, 并基于曲率法模型, 对镀膜前后的曲率半径进行了实验测量, 利用Stoney公式计算相关应力值并绘制应力变化曲线。详细讨论了PECVD工艺条件的改变对SiO2薄膜应力所产生的影响。同时通过在Si衬底上沉积SiO2薄膜, 对比分析了导致薄膜应力产生的因素及变化过程。实验结果表明, 在沉积温度为300 ℃、射频功率为20 W、腔体压强为90 Pa、气体流量比SiH4/N2O为125/70 cm3·min-1的工艺参数下, PECVD法在GaSb衬底上沉积的SiO2薄膜应力相对较小。

为了给VO2薄膜在定向红外对抗系统防护方面的应用提供理论依据, 我们用透过率调制深度表征VO2薄膜在中红外波段的相变特性。本实验利用分子束外延法(MBE)制备VO2外延单晶薄膜, 经XRD、AFM表征, 发现其具有(020)择优取向、纯度较高, 薄膜表面平整、均匀且致密。经VU-Vis-IR测量发现其近红外透过率相变特性显著, 但在紫外和可见光范围内透过率相变特性较不明显。然后我们对制备时间为30 min、40 min的两组薄膜分别进行25~70 ℃的升温和降温实验, 观察其对波长为3 459 nm、脉宽50 ns、重频50 kHz、功率密度0.14 W/cm2的中红外激光的透过率变化, 并比较两组薄膜的温滞曲线特性。实验发现它们对中红外透过率的调制深度均可达60%以上, 前者比后者对中红外的调制深度高出约4%。这说明利用分子束外延法制备的VO2单晶薄膜具有良好的中红外调制特性, 且调制深度和膜厚有关。进一步表明了利用VO2薄膜实现中红外激光防护具有一定的可行性。

采用高温固相法合成了系列Ca2MgSi2O7∶Dy3+,Tm3+发光材料。对样品进行了XRD结构表征, 测量了激发光谱、发射光谱、色温和荧光寿命。研究结果表明, Ca2MgSi2O7∶Tm3+在355 nm激发下显示出蓝色发光, 在CIE1931中的色坐标为x=0.165 9, y=0.082 2, 色纯度为89%。通过Dy3+和Tm3+的叠加激发谱带激发, 即在349, 353, 365 nm激发下, Ca2MgSi2O7∶Dy3+,Tm3+显示出青白、冷白和暖白光, 相关色温值分别为5 193, 9 672, 4 685 K。300~500 nm区域间可以有效地激发Ca2MgSi2O7∶Dy3+,Tm3+, 并在400~600 nm之间产生蓝光和黄光复合产生的白光, 表明该体系可用作白光LED的发光材料。

基于ITO/MoO3/NPB/TCTA/FIrpic∶TCTA/FIrpic∶X/Y/LiF/Al结构, 研究了主体材料的能级和三线态激子, 以及电子传输材料的能级对器件性能的影响。研究发现, X与Y分别为TmPyPb与TPBI的双发光层蓝光器件的性能最优, 最大发光效率达到了23.78 cd/A。研究表明, 电子主体材料可以调节激子分布, 影响能量转移。

采用MOCVD技术在图形化硅衬底上生长了InGaN/GaN多量子阱黄光LED外延材料, 研究了不同的量子阱生长气压对黄光LED光电性能的影响。使用高分辨率X射线衍射仪(HRXRD)和荧光显微镜(FL)对晶体质量进行了表征, 使用电致发光系统积分球测试对光电性能进行了表征。结果表明: 随着气压升高, In的并入量略有降低且均匀性更好, 量子阱中的点缺陷数目降低, 但是阱垒间界面质量有所下降。在实验选取的4个气压4, 6.65, 10, 13.3 kPa下, 外量子效率最大值随着量子阱生长气压的上升而显著升高, 分别为16.60%、23.07%、26.40%、27.66%, 但是13.3 kPa下生长的样品在大电流下EQE随电流droop效应有所加剧, 在20 A·cm-2的工作电流下, 样品A、B、C、D的EQE分别为16.60%、19.77%、20.03%、19.45%, 10 kPa下生长的量子阱的整体光电性能最好。

研究了柔性非晶硅掺杂氧化锡(SiSnO,STO)薄膜晶体管的电学特性及其在弯曲状态下的电学特性。通过射频磁控溅射在聚酰亚胺(Polyimide,PI)衬底上制备出了柔性非晶硅掺杂氧化锡薄膜晶体管。通过对比不同退火温度的器件性能, 发现在300 ℃能获得最佳器件性能, 其饱和迁移率达到2.71 cm2·V-1·s-1, 开关比高于106, 亚阈值摆幅为1.95 V·dec-1, 阈值电压为2.42 V。对器件在不同曲率半径(5, 10, 20, 30 mm)状态下进行输出特性和转移特性测试, 发现其在弯曲状态下仍具有良好的电学性能。

聚光系统的聚光效率和能量均匀性直接影响单位模组的发电效率。本文研究设计出高倍聚光模组系统, 该系统主要包括菲涅耳透镜和球冠平顶微棱镜。采用中心波长修正法进行菲涅耳透镜的设计, 并通过Zemax仿真模拟设计出球冠平顶微棱镜。最后通过Zemax模拟, 决定选取两侧面夹角α的角度为117°, 平顶到球面的间隔g为0.2 mm, 球冠平顶微棱镜的曲率半径R为10 mm。聚光系统整体的聚光效率达99.8%, 能量均匀度为0.812, 并进行实验验证, 得出实际聚光效率为83.1%。

在半导体激光器芯片与热沉的焊接过程中不可避免地会在焊料层产生一些空洞,而空洞会在铟的电迁移以及电热迁移作用下慢慢变大,使芯片局部温度迅速上升, 进而影响半导体激光器的性能。针对10 W的808 nm单管焊装半导体激光器建立三维有限元模型, 分别模拟计算了空洞面积、空洞厚度和空洞位置与结温的关系。芯片出光面边缘的有源区区域形成的空洞对芯片的结温影响更为显著, 最后得到空洞面积与器件结温的关系, 并表明对空洞率控制的重要性。

报道了一种实现高能量输出的激光二极管(LD)泵浦无水冷全固态Nd∶YAG双程放大器结构。 整个放大系统采用了泵浦与晶体棒集成的模块以及半导体制冷器(TEC), 从而实现了激光系统的小型化。总腔长为730 mm。在10 Hz重复频率下, 主振荡器得到了最大脉冲能量为350 mJ的激光输出。脉宽为9.7 ns, 光束质量M2在两个方向分别为7.7和12.3。并进行了双程放大的研究, 双程放大后得到了740 mJ、10 ns的激光输出。

在r面蓝宝石衬底上, 采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)法高温生长了未掺杂非极性AlGaN半导体薄膜, 在此基础上制备了金属-半导体-金属(MSM)结构的紫外探测器。系统研究了在AlGaN半导体薄膜表面分别磁控溅射SiO2纳米颗粒与SiO2钝化层两种钝化手段对非极性AlGaN-MSM结构的紫外探测器性能的影响。实验结果表明: 磁控溅射SiO2纳米颗粒钝化或SiO2钝化层两种手段都能提升AlGaN-MSM结构紫外探测器性能。暗电流测试表明, SiO2纳米颗粒和SiO2钝化层可使器件暗电流下降1~2个数量级, 达到nA量级。光谱响应测试发现, 在5 V偏压下, 探测器在300 nm处具有陡峭的截止边, 这表明其具有很好的深紫外特性, 光谱响应提高了103倍, 紫外可见抑制比高达105。