二硫化钼量子点作为过渡金属硫化物的典型代表，因其独特的光学性质和巨大的应用潜力而备受关注。本文以二硫化钼粉末状晶体为原料，采用溶剂热方法处理得到二硫化钼量子点。在一定的激发条件下，二硫化钼量子点具有很强的荧光特性，可以将其作为荧光探针去检测多巴胺。结果表明，制备的二硫化钼量子点平均尺寸大小约为3 nm，具有很强的荧光特性，荧光量子效率高达57.55％。当多巴胺浓度从0.02 μmol/L变为1 000 μmol/L时，二硫化钼量子点传感系统会呈现出线性相关的荧光猝灭，且检测限为0.32 μmol/L，灵敏度极高。在不同pH值环境和干扰物存在下，二硫化钼量子点传感系统检测多巴胺具有强稳定性和高选择性。二硫化钼量子点因纯度高、尺寸小、荧光强度高等特性在催化、光学成像、显示器件和荧光传感等方面具有潜在的应用前景。

表皮生长因子受体(EGFR)是一种肿瘤表面标记性蛋白。本文报道了基于anti-EGFR功能化金纳米棒探针AuNRs probes的表面增强拉曼散射(SERS)，用于EGFR阳性肿瘤细胞的检测。通过AuNRs probes上anti-EGFR特异性结合到EGFR阳性癌细胞上，可使修饰于金纳米棒表面的拉曼活性染料4-巯基苯甲酸(4-MBA)位于1 100 cm-1和1 600 cm-1的特征峰强度得到信号增强。该SERS探针由于具有生物兼容性好、细胞拉曼信号稳定、特异性高等优点而具有巨大的临床应用前景。

为了提高紫光CsPbCl3纳米晶的发光热稳定性，研究了不同掺杂浓度的Ni离子对CsPbCl3纳米晶的结构和发光性质的影响。通过改变Ni/Pb进料量比，在190 ℃温度下制备出不同浓度Ni掺杂的CsPbCl3 (Ni∶CsPbCl3)纳米晶。发现随着Ni/Pb进料量比的增加，Ni∶CsPbCl3纳米晶的405 nm发光量子效率得到了较大的提高，高达54%，但当Ni/Pb进料比超过4∶1之后，Ni∶CsPbCl3纳米晶的发光量子效率开始下降，这是由于氯化镍的浓度过高，影响了CsPbCl3纳米晶的成核和生长过程。还观察到，随着Ni/Pb进料比的增加，Ni∶CsPbCl3纳米晶的平均尺寸逐渐减小，晶格变得更加有序。通过对不同浓度的Ni∶CsPbCl3纳米晶的变温光谱测量，发现Ni离子明显地减少CsPbCl3纳米晶的发光热猝灭，有效地改善了其发光热稳定性。实验结果表明，Ni离子掺杂有效地提高了紫光CsPbCl3纳米晶的发光效率，可能归因于Ni离子掺杂减少了CsPbCl3纳米晶中的缺陷。

为了系统地研究Br的引入对CuBrxI1-x薄膜发光强度和衰减时间的影响，通过气相沉积法在Si片上制备了CuBrxI1-x(0≤x≤1)闪烁薄膜，并测试了薄膜的发光性能和衰减曲线。结果表明，所制备的样品具有良好的CuBrxI1-x(0≤x≤1)固溶体结晶性；相对于长波段的深能级发射，CuBrxI1-x薄膜均表现出较强的光致和X射线激发近带边发射，且发射强度随Br含量的增加而大幅增加，有利于提高闪烁器件的探测效率；不过薄膜的发光衰减时间会随Br含量的增加而变慢(40～300 ps)。本研究工作对于通过选择合适组分的CuBrxI1-x闪烁材料以平衡探测效率和时间响应的测量需求具有重要意义。

为了有效降低GaAs表面态密度，获得稳定的高性能钝化膜，使用联氨溶液钝化GaAs(100)表面。通过光致发光对联氨溶液浓度、Na2S浓度和钝化时间进行了优化。联氨溶液钝化后GaAs样品的PL比未处理的增加了1.22倍。采用X射线光电子能谱和原子力显微镜分析了联氨溶液钝化前后GaAs的表面成分和形貌。结果表明，联氨溶液钝化GaAs表面可以有效地去除表面氧化物，形成均匀、平整的GaN钝化层。通过表面稳定性测试发现，钝化后的GaAs表面在空气中放置数天，光致发光强度未见明显的退化(30 d内PL强度降低7%)，说明钝化后GaAs表面的稳定性良好。

在15 nm GaAs/5 nm AlAs单量子阱的GaAs阱层中间，分别进行不同浓度剂量的铍受主的δ-掺杂。铍受主在量子阱层中的扩散浓度分布，由扩散方程数值解出。高温下扩散在GaAs阱层中的Be受主将发生电离，成为带负电荷的受主离子，同时也向量子阱价带的子带中引入空穴。带负电荷的扩散受主离子和价带子带中的空穴，它们都是带电粒子在GaAs阱层中按库伦定律激发电场。相比较而言，对于无掺杂同结构量子阱，在空穴的薛定谔中增加了一个额外的微扰势，从而使无掺杂的量子阱价带的子带有所改变。在有效质量和包络函数近似下，通过循环迭代方法,数值求解了既满足薛定谔方程又满足泊松方程的空穴波函数，找出了自洽、收敛的空穴子带的能量本征值。计算发现考虑到这种额外微扰势，重空穴基态子带hh的能量有一个电子伏特变化，并且随着掺杂受主剂量的增加，重空穴基态子带hh向着价带顶红移，计算结果与实验测量符合得很好。

为获得高质量的β-Ga2O3薄膜，对传统的GaN薄膜高温氧化方法进行了优化。我们通过对GaN薄膜分别进行一步或两步高温氧化的方法制备了β-Ga2O3薄膜，并通过X射线衍射、场发射扫描电子显微镜、拉曼光谱等对制备的样品进行了测试、对比与分析。结果表明，950 ℃下GaN薄膜无法完全氧化，而直接1 150 ℃氧化得到的样品并没有明显的晶向。相比之下，通过两步氧化法，GaN薄膜被完全氧化，且得到的β-Ga2O3薄膜具有明显的沿<201>方向的晶向，样品表面显示出明显的纳米线结构。最佳的氧化时间为在950 ℃下氧化3 h之后在1 150 ℃下氧化1 h，此时得到样品的纳米线结构最明显，其纳米线的直径约为30~40 nm。拉曼光谱测试证实了该条件下获得的样品具有较高的晶体质量。通过分析不同样品结构以及形貌特性，我们发现不同温度下的不同氧化模式是导致该结果的主要原因。

基于红绿蓝(RGB)三基色直接半导体激光器合成的白激光光源具有转换效率高、显色指数好、输出功率高等优点，是新一代的理想照明光源和显示光源之一。基于RGB三基色半导体激光器件，通过空间合束、波长合束等，三基色光耦合进单光纤，光纤输出合束光功率超过100 W。根据色度学原理进行颜色功率配比，获得了功率达63 W、色温为5 710 K的白光输出，与标准白光D65相比色温偏差小于12.2%。在此基础上，调整红色激光输出功率，获得了功率达58.4 W、色温为6 480 K的白光输出，与标准白光D65相比色温偏差小于3.08%。基于该光源，通过调整激光功率配比，可实现不同色温的合束激光输出。

SnO2基紫外探测器具有较高的光响应度，但由于材料存在持续光电导效应，其响应时间较长，限制了其在光电探测领域的应用。为此，我们研究了表面修饰对SnO2基光电探测器件的性能影响。采用化学气相沉积的方法制备了高结晶质量的SnO2微米线，并在此基础上制备了基于单根SnO2微米线的光电探测器。同时制备了高质量的钙钛矿CH3NH3PbBr3材料，并与SnO2微米线结合制备出经过修饰的SnO2基器件。两种器件在紫外波段都呈现出明显的光响应，响应峰值位于250 nm处。相比单根SnO2微米线器件，经过修饰后的SnO2微米线探测器的响应度提高了10倍，响应时间由单根SnO2微米线器件的几百乃至上千秒缩短为0.9 s。这一研究结果说明我们所采用的方法非常有望应用到高性能SnO2光电探测器的制备中。

为提升聚合物太阳能电池的光电转换效率，在有源层中掺杂PbSe量子点，研究对电池性能的影响。首先采用热化学法制备PbSe量子点，通过改变油酸的添加量及反应时间，调控PbSe量子点的尺寸及结晶性。通过透射电子显微镜和X射线衍射，对量子点进行表征，确定最佳反应条件。然后将不同质量分数的PbSe量子点掺杂至结构为ITO/ZnO/PTB7∶PC71BM /MoO3 /Ag的聚合物太阳能电池中，通过J-V性能测试和紫外吸收光谱测试，分析了PbSe量子点对电池的影响机理。实验结果表明，当PbO与OA的量比为1∶2、反应时间为3 min时，可得到尺寸均匀分布在3～7 nm之间、结晶性较好的量子点，掺杂量子点质量分数为3%时，短路电流密度提升了8.37%，光电转换效率提升了37.41%，有效提升了聚合物太阳能电池的性能。

喷墨打印镉基量子点发光二极管(QLEDs)有望应用于大尺寸全彩显示面板且具有材料利用率高的特点而广受关注。但目前喷墨打印器件效率远低于旋涂制备的同结构器件，针对这一问题，本文研究了在PVK空穴传输层上喷墨打印绿光量子点器件及量子点墨水溶剂对传输层界面的影响。研究发现，喷墨打印过程中的层间互溶是影响器件效率的关键，在采用正交溶剂结合喷墨工艺优化实现了高质量的膜层与界面后，获得了6.3%的喷墨印刷绿光QLEDs外量子效率。

利用CsN3/Al/HAT-CN结构为电荷生成单元，实现了高性能叠层有机电致发光器件。制备了一组结构不同的黄绿双色叠层器件，通过器件性能分析阐明了CsN3/Al/HAT-CN中电荷产生和传输的过程；利用Alq3作发光层，制备了叠层器件T和单节器件S。叠层器件T的最大电流效率和最大功率效率分别为6.4 cd/A、2.3 lm/W；电流密度为20 mA/cm2时，叠层器件T的电流效率和亮度分别为5.3 cd/A、1 064.9 cd/m2，均约为单节器件S(2.7 cd/A、539.4 cd/m2)的2倍，这证明了CsN3/Al/HAT-CN可作为高效的电荷生成单元。通过研究叠层器件T的电致发光光谱和光强分布特性发现，器件T中无明显的微腔效应，其效率与亮度的提升是源自两个发光单元同时发光，而不是源自微腔效应。

近年来，金属亚波长结构由于在负折射材料方面存在巨大应用价值，及可作为太赫兹波段的光学限制器等器件应用，引起了研究者们的广泛关注。本文采用电子束曝光离子束刻蚀的方法在金膜上制备了亚波长的超大长宽比U型开口矩形谐振器阵列结构，利用时域有限差分方法(FDTD)和太赫兹时域光谱技术(THz-TDS)对U 型阵列结构的太赫兹波透射光谱响应进行了测量和分析，讨论了透过率对结构几何参数的依赖特性和异常透射的物理机制。通过这种 U 型开口谐振器能够实现太赫兹波的强局域和场增强,可将太赫兹波局域在波长千分之一的尺寸上，从而实现了太赫兹的异常透射现象，这种超大长宽比的U 型开口谐振器可在太赫兹探测、太赫兹成像及其他光学器件的设计上得以应用。

为了代替人眼对物体表面的颜色进行信息检测，设计了LED光源手持式分光测色仪。首先，通过计算不同测量波长分布和分辨率在标准光源照射下的三刺激值，比较它们的相对误差，选取了波长分布为400～700 nm、分辨率为10 nm作为光源的主要设计参数。接着，对照明光源进行研究，通过对卤钨灯、脉冲氙灯与LED光源的均匀色空间坐标进行对比，选取了LED光源作为仪器的照明光源。然后，讨论了不同照明和观测条件及人眼观测颜色的差异，选取以45°方向照明、0°方向接收作为照明和观测条件。最后，进行了照明系统设计和总体结构设计。实验结果表明，测色仪目标中心位置的最大光照强度为9.91×10-3 lm/mm2，平均照度为7.06×10-3 lm/mm2，基本满足了手持式分光测色仪精度较高、轻小型化、光照充足且均匀的设计要求。

光机系统中支撑结构与光学元件的接触位置、接触面积、接触应力及支撑结构的柔度是光学系统成像质量的重要影响因素，为了降低因垂直方向支撑引起的几何像差，以像差指数PV值为优化目标，对单个透镜接触支撑结构进行了拓扑优化设计。首先建立接触拓扑优化模型，以采用Signorini接触条件建立的刚性支撑单向接触中的线弹性结构为例，验证了接触拓扑优化模型的正确性。用透镜变形函数来描述透镜的像差指数PV值，将其作为拓扑模型的优化目标。采用SIMP方法描述拓扑优化设计变量，采用扩展后的拉格朗日算子求解接触条件。采用MMA优化算法求解拓扑优化模型的最优解。通过拓扑优化设计变量的最优解，定义了满足几何畸变要求的支撑结构的最优拓扑结构。结果表明，该方法可使透镜PV值降低14%，面形RMS值降低13.8%。同时搭建实验平台，对透镜PV值和RMS值进行测试，得到的最佳接触支撑结构的支持试验结果表明，平面反射镜表面PV值分别降低了60.4%和42.9%，面形RMS值分别降低了74.3%和38.9%，优化后的接触支撑结构有效地提高了高精度单透镜支架的精度，具有很大的实际应用潜力。

在介质阻挡放电系统中首次发现了白眼超点阵同心圆环发光斑图。采用光电倍增管和高速照相机等仪器对该斑图的时空动力学进行研究，结果显示该斑图由奇数圈的点阵圆环和偶数圈的白眼圆环嵌套而成。将奇数圈的点阵记作O(Odd number,O)，偶数圈的白眼中心点记作E(Even number,E)，白眼晕记作H(Halo,H)。O在电压上升沿的第一个脉冲全部放电且在电压下降沿部分放电，H在电压上升沿的包络处放电，E在电压下降沿放电。用两个光电倍增管对O和E的时间相关性进行研究，实验结果表明O与E在电压下降沿的放电顺序随机。用高速录像机拍摄的瞬时照片表明该斑图的每个体放电都伴随着沿面放电。H在奇数圈的随机放电导致了部分O在电压下降沿的放电，沿面放电对壁电荷的重排作用导致了O与E放电顺序的随机性。