通过Debus-Radziszewski、Suzuki-Miyaura 和Knoevenagel 缩合反应, 设计合成了一种新型的咪唑衍生物L, 并使用傅里叶变换红外光谱和核磁共振氢谱对合成化合物进行了结构表征。不同极性溶剂中光物理性质和密度泛函理论计算结果表明该系列化合物具有典型的分子内电荷转移(Ｉntramolecular charge transfer,ICT)效应; 紫外-可见吸收和荧光发射光谱证实它表现出聚集诱导猝灭(Aggregation-caused quenching,ACQ)性质。进一步的光物理性质测试表明化合物L在THF/H2O混合溶液中可实现对2,4,6-三硝基苯酚(苦味酸, picric acid,PA)的检测, 检测限为3.7×10-6 mol/L。

以壳聚糖为碳源通过水热法合成碳点, 对影响碳点荧光强度的水热温度、水热时间和壳聚糖质量分数进行考察。通过紫外分光光度计、荧光分光光度计、原子力显微、Fourier红外光谱仪、X-ray光电子能谱、X射线衍射仪对壳聚糖碳点的光学性质、化学结构、晶体结构、形貌结构等进行表征分析。结果表明, 在水热温度200 ℃、水热时间9 h、壳聚糖质量分数2%的条件下制备得到的壳聚糖碳点量子产率为32.86%。碳点呈现出主要尺寸为3～10 nm的球形颗粒状, 且在波长335 nm激发下, 发射峰位于410 nm（蓝)。对金属离子的选择性研究分析表明, Fe3+对碳点溶液的荧光猝灭效应最显著, 说明碳点对Fe3+具有较好敏感性和高选择性, 且荧光猝灭效率对Fe3+浓度在0～100 μmol/L范围内呈现线性响应, 因此有望将碳点作为荧光探针应用于Fe3+的检测表征。

大气中大量存在的复合粒子会对激光传输效率产生很大影响。由于空气中水蒸气含量较高, 以C作为凝结核外层包裹以水的核壳结构微粒对光传输具有明显的散射效应。本文应用Mie散射理论对C@H2O核壳结构微粒的散射特性进行了理论分析和数值计算, 首先给出了不同入射波长、核粒子半径以及水膜厚度条件下散射强度分布变化曲线; 其次给出了不同入射波长、核粒子半径以及水膜厚度条件下偏振变化情况; 最后讨论了光学截面与粒子半径之间的关系。结果表明各参数对前向散射强度影响较大, 入射波长越大散射强度越弱, C核半径增大粒子的前向散射增强, 水膜厚度增大粒子的前向散射增强, 而后向散射无明显影响; 入射波长较大时, 粒子在多个角度出现线偏振光, 入射波长增大、碳核半径变大、水膜厚度增大, 偏振度峰值都会增多; 随着入射波长的增大, 散射截面最大峰值位置向着半径增大的方向移动, 并伴随一定的振荡现象, 散射和消光截面在碳核半径为0.1 μm左右达到最大值。

研究了Mn掺杂ZnS量子点与孔雀石绿和隐性孔雀石绿的相互作用。首先采用水热法以壳聚糖为基质, 利用成核掺杂原理制备量子点, 然后分别采用紫外-可见吸收和荧光光谱技术研究了量子点与孔雀石绿和隐性孔雀石绿的相互作用。结果表明, 向初始浓度为20 mg·L-1孔雀石绿溶液中加入200 mg·L-1量子点, 60 min孔雀石绿的去除率约为82%, 量子点可以光催化降解孔雀石绿, 其反应过程符合假一级动力学的假设; 量子点对隐性孔雀石绿具有荧光猝灭作用, 猝灭作用为动态猝灭, 相互作用力为氢键和范德华力, 吉布斯自由能小于零, 量子点与隐性孔雀石绿的相互作用是一个自发的过程。因此, 量子点可以用于光催化降解孔雀石绿和快速无毒检测隐性孔雀石绿。

铁电材料作为感光功能薄膜的红外器件研究近年来十分活跃, 其良好的压电、铁电、热释电、光电及非线性光学特性以及能够与半导体工艺相集成等特点, 在微电子和光电子技术领域有着广阔的应用前景。实验将铁电材料锆钛酸铅作为感光层与GaN 基高电子迁移率晶体管（HEMT)相结合, 成功地制备出了感光栅极GaN基HEMT器件, 并在波长为365 nm的光照下进行探测, 经大量实验测试后发现器件在该波段的光照下饱和电流达到28 mA, 相比无光照时饱和电流提高12 mA。另外, 通过合理改变器件结构尺寸, 包括器件栅长以及栅漏间距, 发现随着栅长的增大, 器件的饱和输出电流依次减小, 而栅漏间距的变化对阈值电压以及饱和电流的影响并不大。由此可知, 改变器件结构参数可以达到提高器件性能的目的并且可以提高探测效率。

以聚苯乙烯（PS)小球为模板, 采用金属辅助刻蚀和湿法化学刻蚀技术, 制备大面积冠状硅柱阵列, 再原位生长银纳米粒子后得到银覆盖冠状硅柱阵列（Ag/Si CPA)基底。实验表明, 制备的基底具有优良的表面增强拉曼散射（SERS)特性, 电磁增强因子达到1.81×106。同时,将制备的罗丹明分子（R6G)标记的DNA发卡探针与基底链接, 在与miRNA-106a互补杂交后进行SERS信号检测, 获得相应的剂量-响应曲线。结果表明, 基于（Ag/Si CPA)基底的SERS特性, 开展miRNA-106a的检测, 具有特异性好和灵敏度高的优势, 检测范围为1 fmol·L-1～100 pmol·L-1, 检测极限为0.917 fmol·L-1。此外, 与实时荧光定量多聚核苷酸链式反应（RT-qPCR)方法相比, 不仅检测结果一致, 而且基于SERS光谱技术的检测方法具有更高的灵敏度。

辐致光伏效应同位素电池因其具有小型化、长寿命等特点, 已被广泛研究。研究工作主要致力于提升同位素电池的输出性能。本研究选取全无机钙钛矿量子点作为荧光材料, 利用其发射光可调的特性以匹配不同的后端光伏器件, 调控优化后同位素电池的最大输出功率显著提升, 可提高2.51～3.97倍。基于上述研究结果讨论了优化后端器件的适配性对于核探测和核医学成像等领域的应用价值和参考意义。

采用共蒸发法在不同衬底温度下沉积Cu2ZnSnSe4（简称CZTSe)薄膜, 分析了衬底温度对CZTSe材料性质及电池性能的影响。研究表明: 当衬底温度较低时（380 ℃), CZTSe薄膜中含有SnSex使电池失效; 随着衬底温度的升高, CZTSe薄膜的结晶质量明显提升, 电池开路电压增加。但当衬底温度达到460 ℃时, 电池的转换效率反而下降; 结合CZTSe的生长机理及器件模型分析了电池效率下降可能的原因。最终在衬底温度420 ℃的条件下制备出效率为3.12%（有效面积0.34 cm2)的CZTSe太阳电池。

在现代农业生产中, 常采用发光二极管(LED)作为植物照明光源对农业作物进行补光, 为提高LED植物照明阵列光源的均匀度, 本文在光量子体系下, 提出一种新的基于粒子群算法的LED植物照明阵列光源设计方法。通过MATLAB对红蓝光LED植物光源阵列进行数学建模, 运用粒子群算法寻找高均匀度条件下的红蓝光LED坐标, 设计出二维情况下的红蓝光LED排布阵列; 在三维情况下, 为解决维度升高时可能会导致的求解陷入局部极小问题, 采用改进的随机惯性权粒子群算法进行三维方案设计, 并使用Tracepro对两种设计方案进行验证, 与传统的红蓝光LED等间距逐行排列设计进行了对比。研究结果表明, 与常见逐行排列LED阵列设计达到的光量子通量密度(PPFD)均匀度为79.6%相比, 通过粒子群算法寻优的设计方法, 二维设计方案的PPFD均匀度达到88.7%, 较等间距逐行排列设计提高了9.1%; 三维设计方案的PPFD均匀度达到92.6%, 较二维设计方案提高了3.9%, 较等间距逐行排列设计提高了13%。本实验证明了运用粒子群算法在二维和三维空间进行LED植物照明阵列光源设计的可行性, 在简易设计流程的同时, 提高了工作效率。

为了探究不同发光半角对圆形LED阵列辐照特性的影响, 利用单颗LED芯片的照度公式推导出圆形阵列的照度公式、光斑半径和发散角公式。使用Tracepro软件对不同发光半角的圆形LED阵列仿真并利用MATLAB进行函数数值拟合。结果表明: 在有效光斑区域下, 随着单颗LED发光半角的增大, 圆形阵列的中心照度值逐渐降低, 降低的速率近似线性增长; 光斑半径和发散角逐渐增大, 变化率先增大后减小。辐照均匀度随着单颗LED发光半角的增大而增大, 而后保持稳定, 单颗LED发光半角为60°时, 圆形阵列辐照均匀度最好, 且相同发光半角时接收面面积越小辐照均匀度越高。这些结论对实现圆形LED阵列照明设计提供了定量的参考和理论依据。

提出并验证了一种单-双波长可调谐掺铒光纤激光器。利用级联光纤布拉格光栅（Cascaded Fiber Bragg gratings, Cascaded FBGs)结合Sagnac环结构所产生的复合滤波效应, 实现较高精细度滤波, 并通过调节环内偏振控制器（Polarization Controller,PC), 引入双折射效应, 得到波长可调谐的光纤激光器。基于耦合模理论并使用传输矩阵法对该结构的传输特性进行了分析, 在此基础上搭建实验系统, 验证了理论分析的正确性。实验结果表明: 通过调节PC, 激光器输出激光的波长范围约为1 555.644~1 556.112 nm, 双波长间隔的可调范围约为0.108~0.452 nm, 单-双波长的边模抑制比（SMSR)均高于40 dB; 在稳定性测试中, 输出单-双波长激光的波长最大漂移量小于0.008 nm。该方法具有结构简单、调谐方便、易于实现且精细度较高的优点, 可应用于密集波分复用及全光通信系统等领域。

增益媒质因其优良的放大特性和广阔的应用前景吸引了国内外学者的广泛关注, 然而, 激发增益媒质补偿欧姆损耗需要较强的外部能量, 极大地限制了增益媒质的发展前景。本文使用辅助位微分方程的时域有限差分方法研究了麦克斯韦方程与半经典的电子速率方程相耦合的自洽仿真过程, 并基于四能级原子系统描述的增益媒质和异常光传输现象间的耦合机制, 提出了一种新颖的含亚波长周期裂缝的增益/金属/增益纳米阵列结构。研究结果表明, 本文提出的纳米结构可以使用较低外部能量实现完全补偿欧姆损耗的目的。该结果对深入了解纳米结构和增益媒质之间的相互作用有着重要的意义。

为研究超高速碰撞2A12铝板产生的热辐射演化特征, 构建了超高速碰撞产生热辐射的测量系统。采用实验测量与理论计算相结合的方法, 得到了相近碰撞速度（约3 km/s)、不同弹丸入射角度（弹道与靶板平面的夹角)下的闪光辐射强度、闪光辐射温度、光谱辐射能量、辐射源面积及发光效率的演化过程。结果表明: 闪光辐射强度、闪光辐射温度及光谱辐射能量均呈现急剧上升后缓慢衰减的特征, 并且随着弹丸入射角度的增加而减小; 在闪光辐射温度达到峰值后辐射源面积继续上升; 弹丸入射角度越小发光效率越高, 实验中发光效率数量级为10-5。

阐述了基于菲涅尔公式的透射式太赫兹时域光谱系统提取样品光学常数的方法和原理, 分析了样品厚度误差对THz-TDS测量不确定度的影响, 并建立了相应的不确定度模型。进行太赫兹时域光谱测量实验, 提取硅片在太赫兹波段的折射率, 并计算了误差对提取样品折射率的影响。结果表明, 随着厚度误差的增大, 系统测量偏差也随之增大。对于较厚样品, 相同厚度误差对其测量结果影响较小。样品厚度为994 μm时, 在厚度存在1 μm的测量误差情况下, 系统测量折射率的偏差为0.001 2, 接近模型的仿真值。实验结果验证了厚度误差对测量不确定度模型的有效性, 了解了厚度误差对系统测量结果的影响情况, 对测量过程及结果分析具有一定的指导意义。

可溶性固形物含量是判断苹果内部品质的重要参考属性之一。利用高光谱技术获取苹果感兴趣区域的反射光谱, 以S-G平滑（Savitzky-Golay smoothing)和直接正交信号校正（Direct orthogonal signal correction, DOSC)算法对光谱数据进行梯度预处理后, 用后向区间偏最小二乘法（Bipls)优选出3, 5, 6, 7, 8, 9, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 23等16个子区间, 共计177个波长。结合竞争自适应重加权采样算法（CARS)再作进一步筛选, 提取出449.6,512.9,544.8,547.2,594.3,596.8,928.2 nm等7个特征波长, 利用偏最小二乘算法(PLS)建立基于特征波长的可溶性固形物含量检测模型, 所得模型评价为Rc=0.906 2, RMSEC为0.482 2,Rp=0.871 6,RMSEP为0.614 0。该算法模型预测性能同Bipls和Bipls-SPA模型相比更为优异, 证明了Bipls结合CARS算法在提高苹果可溶性固体物含量检测精度方面的有效性。

为了比较4 ℃、15 ℃两种贮藏温度下滩羊肉pH值的变化, 优选出滩羊肉贮藏期间的最优模型,采用pH酸度计测量样本pH值, 建立两种贮藏温度下传统动力学的零级和一级模型; 应用近红外（900~1 700 nm)高光谱成像采集两种贮藏温度下滩羊肉的光谱数据, 剔除异常值后进行光谱预处理; 使用连续投影算法（SPA)提取特征波长, 建立全波段和特征波长的偏最小二乘（PLSR)预测模型; 对比分析得到的最优光谱模型与动力学模型相结合, 确定滩羊肉光谱动力学模型。结果表明,4 ℃和15 ℃的传统动力学模型的相关系数分别为0.502和0.912; 4 ℃下原始光谱经PLSR建模后效果最优, 相关系数Rc为0.821, Rp为0.863, 15 ℃经SG-S(3,7)+De-trending（4)预处理后经PLSR建模效果最优, 相关系数Rc为0.876, Rp为0.819。因此, 高光谱结合传统动力学的模型检测羊肉pH值的方法是可行的, 该模型可以预测15 ℃下滩羊肉的贮藏期。

为准确进行浓度检测, 用Savitzky-Golay（SG)多项式曲面平滑法去除三维荧光光谱数据的冗余信息, 分别采用平行因子法（PARAFAC)算法和交替惩罚三线性分解（APTLD)算法对光谱数据进行分解。设计多环芳烃类污染物的检测实验, 分析了芴（FLU)、苊（ANA)及两者混合溶液的荧光光谱特性。FLU溶液在λex/λem=302/322 nm处存在一个明显的荧光峰, 并且存在连续侧峰。ANA溶液存在两个荧光峰,分别为λex/λem=290/322 nm和λex/λem=290/336 nm。在激发波长200~370 nm扫描范围和发射波长240~390 nm扫描范围内, FLU和ANA荧光光谱重叠严重。结果表明, 两种算法均能分辨出FLU和ANA, 并取得了很高的回收率, 但APTLD算法的检测效果更好。

为了能够快速、无损地检测采后蓝莓腐烂病害, 利用高光谱成像技术对采后蓝莓腐烂病进行检测。本研究提出光谱信息分割法（SIS)对866.5 nm波段图像蓝莓病害区域进行分割, 取得了较好效果。另外根据正常蓝莓光谱曲线和病害蓝莓光谱曲线, 提出区域特征筛选法（RFS), 并结合竞争适应重加权采样（CARS)和连续投影（SPA)算法对可见光第一区域波段、近红外第二区域波段分别筛选特征波长。最后, 采用相关向量机（RVM)模型和径向基（RBF)神经网络模型对蓝莓腐烂病害进行检测。检测结果表明, 第一区域与第二区域特征波长组合建立的CARS-RBF模型检测效果最好, 特征波长为655.8,710.9,752.2,759.9,761.2,866.5,969.7 nm, 训练集和测试集正常蓝莓与病害蓝莓检测准确率分别为98.3%、98.6%和97.5%、98.75%。本研究提出的光谱信息分割法（SIS)和区域特征筛选法（RFS)检测蓝莓病害, 为蓝莓在线检测和分拣提供了一种新的参考方法。