在过去三十年中, 对多种纳米结构和薄膜材料进行了拉曼布里渊散射的研究.得到一些特征量的变化,如半高宽,峰位的改变;由此可得系列微结构参量.由于纳米(含薄膜)结构的基本特征:小,大,多,断和(相)移; 即小的尺度,大的体表比,多的界面,断裂的波矢和相位的偏移的特证,在非弹性光散射谱中得到明显的展示:多种无序结构特征; 三叉晶界特征;波矢断裂引发的折迭,由此形成的频隙;光学声子的带隙;相位偏移或失配在谱中的表现为过阻尼特征等.此外, 本文还给出了该领域中非弹性光散射的某些概念.

传统Beer定律只有在入射功率密度小于几个kW时才能准确描述介质内部的光吸收, 而对于较大入射功率密度情形,由于存在受激发射和自发发发过程, 使得该定律不再适用。目前已有的能够分析含有吸收、受激发射和自发发射三种过程的模型都没有得出关于吸收定律的解析表达式。为此, 本文在二能级系统模型中, 利用Lambert W函数解速率方程, 推导出了吸收定律的广义解析表达式, 并分析得出该广义定律的应用判据。在入射功率密度较低的情况下, 该广义吸收定律可转化为传统Beer定律。通过实验测量与数值计算的对比分析, 表明该广义定律能够快速准确地描述复杂介质内部的光吸收。

利用低相干动态光散射法测量不同浓度悬浮液中的颗粒粒径分布。由低相干光源和迈克尔逊干涉仪, 结合传统的动态光散射技术组成低相干动态光散射装置, 通过检测单次背散射光的能谱分布, 利用CONTIN算法得到不同浓度悬浮液中颗粒的粒径分布。结果表明, 对于1%～10%体积浓度范围内的单分散悬浮液羊品测量得到的颗粒粒径精确度在4%以内。

从有机太阳能电池的工作机理出发, 给出了有机P-I-N型有机太阳电池的理论模型, 并对模型的激子产生率和载流子浓度分布进行了数值模拟, 分析了光强和载流子迁移率对电池效率的影响, 为高效率的此类电池的设计提供了理论依据。

根据2 μm掺铥光纤激光泵浦中红外硫化玻璃光纤拉曼激光器的模型, 采用非线性耦合方程组对激光器的性能进行了研究与分析。同时, 对激光器各参数包括光纤长度、输出耦合器反射率、光纤散射损耗对激光器性能的影响进行了分析并给出了优化结果。数值仿真结果表明, 在一定条件下, 2 μm泵浦硫化玻璃光纤产生拉曼激光的斜率效率可以超过85%。另外, 光纤长度和输出耦合器反射率不仅对输出激光功率的影响很大, 而且是相互影响的, 必须同时进行优化。结果也表明, 输出激光的功率随光纤散射损耗增加急剧线性下降。以上的结果可以用于硫化玻璃光纤级联拉曼激光器的实验指导和优化设计。

利用全量子理论, 建立了由多个“原子-腔场相互作用”构成的联合物理模型, 研究了依赖于强度耦合的多光子相互作用过程, 结果表明: 如果适当控制原子穿越腔场的速度, 就可实现量子纠缠信息在原子与腔场之间的交换传递, 而且在某些条件下, 信息能够完全转换, 另外, 利用计算纠缠度的方法所得结果与其完全一致。

四波混频作为一种噪声广泛存在于各种光放大器中, 论文将对TDM泵浦方式的拉曼放大器的四波混频噪声进行分析和仿真, 最后提出改善四波混频噪声的方法。

本文利用电磁场数值模拟方法研究了分布矩形孔阵列的“金属-电介质-金属”三明治渔网电磁超介质在其左手通带发生的超常透射现象和不同模式激发下的电场增强效应。结果证实左手通带紧邻的超常光学传输峰源于波导共振模式, 利用超常传输效应可以有效降低电磁超介质的损耗, 提高左手性能；波导共振模和左手通带对应的反对称磁模能够分别在孔洞和金属夹层区域激发超过11倍的增强电场, 因此渔网电磁超介质结构在表面增强光谱和传感等方面也具有潜在应用价值。

针对近地面来袭的激光威胁源, 建立基于米氏散射理论的散射探测模型。利用matlab软件对散射光光强随激光探测方向、大气能见度的变化进行了数值分析, 结果表明, 探测散射光最强的方向是平行于主轴传输方向, 大气能见度和散射光强成非线性关系。在分析散射光强受气象条件变化的基础上, 得到了不同激光威胁源情况下, 激光告警的最大散射截获距离。

电解法制备了自组装纳米银膜。用紫外可见分光光度计和透射电镜对电解出的银胶进行了观测, 并且用扫描电镜对制备好的银膜进行了表征, 发现银膜上的纳米银颗粒是银胶中颗粒的二聚体和三聚体。我们得到了孔雀石绿的SERS谱, 发现自组装纳米银膜对于用SERS检测孔雀石绿具有很好的增强效果, 检测的下限是10-10 M。另外, 我们对所测不同浓度的孔雀石绿的指纹峰面积进行了分析, 发现峰面积随浓度的变化有很好的线性关系, 这对以后进行定量分析打下了基础。本实验说明用电解法制备的自组装纳米银膜对于检测孔雀石绿具有很好的应用前景。

以硅纳米孔柱阵列(Si-NPA)为衬底, 采用浸渍法制备出一种具有规则表面形貌特征的银/硅纳米孔柱阵列(Ag/Si-NPA), 并以R6G为探测目标材料, 对其表面增强拉曼(SERS)效应进行了研究。结果表明, 对于R6G浓度低至10-15 M, Ag/Si-NPA均能表现出清晰的特征SERS峰。随着浓度的降低, R6G的荧光淬灭, 所测拉曼光谱的基线降低, 但特征峰峰位基本保持不变。在低浓度10-15 M时得到的SERS光谱, 理论上证明为单分子光谱。此外, Ag/Si-NPA活性基底具有较好的稳定性, 在长达28天的自然老化过程中, Ag/Si-NPA能够保持对R6G较高的探测水平, 光谱具有较好的信噪比和分辨率。Ag/Si-NPA是一种理想的SERS活性基底。

在不同pH介质中, 缓蚀试剂4-甲基-4H-3-巯基-1,2,4-三氮唑(4-MTTL)都能在银基底上形成自组装膜。SERS光谱表明: 当pH=3时, 4-MTTL分子是以硫醇式, 通过两个氮原子为吸附位点, 以较平躺方式在银表面构筑自组装膜；当 介质为pH =7和pH =11时, 4-MTTL以硫醇式, 通过氮和硫原子为吸附位点倾斜或垂直方式作用于银表面。由于后者的吸附方式比前者更为垂直于表面, 所以形成的膜中分子排列更为致密。电化学极化实验也表明, 在pH=3的条件下, 形成的4-MTTL单层有更正的腐蚀电位；在pH=11时, 构筑的膜缓蚀能力强于 pH=7的。并由电化学交流阻抗数据解析了相应的缓蚀机理。

在直流10 V电压下电解聚乙烯醇和硝酸银的混合液3 h制备纳米银胶, 将经过半胱氨酸修饰后的载玻片浸入银胶24 h制得纳米银膜。用紫外可见分光光度计对银胶进行了观测, 由于其吸收峰半高宽较窄可知银胶中纳米银颗粒粒径分布较为均匀。同时, 使用扫描电镜对银膜进行了表征。通过对半胱氨酸分子SERS信号的分析得出了纳米银粒子在玻璃表面上可能的组装方式。以结晶紫(Crystal Violet)和孔雀石绿(Malachite Green)作为探测分子, 采用便携式拉曼光谱仪测得两种分子不同浓度下的SERS谱。发现该方法所制得的纳米银膜有很好的表面增强效果。最后分析了半胱氨酸分子SERS信号对探针分子光谱的影响。

本文利用金刚石对顶砧高压技术, 在0.1 MPa~47.5 GPa压力范围内对粒径为8 nm的纳米CeO2进行了高压拉曼光谱研究。研究结果表明, 常压下萤石结构的纳米CeO2(空间群Fm3m)在24.3 GPa时开始发生萤石结构到PbCl2类型(空间群Pnam)的结构相变。这个相变为可逆相变, 卸压至零压时样品恢复至萤石结构。

本文以单冰晶石中的AlF-4基本结构单元为基础, 构建了系列团簇, 采用Restricted Hatree-Fock(RHF)量子化学自洽场方法和6-31G(d)基组对团簇进行优化, 并在相同的方法和基组条件下计算分子振动频率及其拉曼活性, 证实AlF-4结构中Al-F键的对称伸缩振动峰位在622 cm-1附近。同时, 用高温拉曼光谱仪原位实测了单冰晶石成分的物质及其熔体的常温和高温拉曼光谱, 研究表明, 在升温过程中有单冰晶石相生成, 此外, 分析了其结构及其振动光谱随温度的变化。

拉曼光谱具有快速、无损、能同时提供无机和有机成分信息, 包括矿物晶格和胶原蛋白二级结构信息等特点, 在骨组织研究中有着重要应用。本文结合本课题组工作, 对骨组织的光谱背景处理、拉曼光谱在骨的力学性能、骨科疾病、成像研究以及活体检测等方面的应用进行了综述。

实验测量了木糖醇的拉曼光谱和红外光谱, 在相关文献的帮助下, 对其谱带进行了初步指认。在拉曼光谱中, 1000 cm-1~1110 cm-1之间的中等强度振动属于C-O伸缩振动和H-C-O弯曲振动。850 cm-1到920 cm-1之间的振动属于C-C伸缩振动。羟基面内弯曲振动在红外吸收光谱中出现在1300~1500 cm-1, O-H的变形振动δO-H出现在1420~1380 cm-1。

对奶制品中添加三聚氰胺的近红外吸收光谱快速检测技术进行了可行性研究。实验分别配置了8组不同三聚氰胺含量的纯牛奶样品, 用FTIR光谱仪测量其吸收谱, 并偏最小二乘法建立数学模型。研究结果表明, 应用近红外吸收光谱技术可以对奶制品中添加三聚氰胺进行快速检测。