利用TiN纳米粒子对CdSe量子点和多孔Al2O3薄膜构成的异质结的表面荧光增强效应进行了实验研究。采用电化学沉积的方法,将TiN纳米粒子沉积于多孔Al2O3薄膜表面,再将胶体CdSe量子点自组装于TiN/Al2O3薄膜的表面,进而制备了CdSe/TiN/Al2O3异质结。同时,利用扫描近场光学显微镜测量了CdSe/TiN/Al2O3异质结的表面增强荧光效应。结果表明,由于TiN具有良好的电子传输特性,提高了CdSe量子点和多孔Al2O3薄膜之间的光生电子转移效率,进而增强了多孔Al2O3薄膜界面的荧光。该研究结果可广泛应用于光伏、光显示、光传感及纳米生物成像等领域。

本文提出利用离轴抛物镜共焦中继系统来改善双光子成像视场边缘像质变差的问题, 进而提升双光子成像视场。不同于传统的双胶合透镜扫描中继系统, 离轴抛物镜共焦扫描中继系统由一对离轴抛物镜构成, 扫描振镜位于抛物面镜焦点处。仿真和试验结果均显示, 该系统能有效优化视场边缘的像散、场曲和畸变情况, 提高成像质量。利用该扫描系统, 我们实现了视场为2.4 mm×2.4 mm, 横向分辨率为1 μm的大视场双光子显微成像, 能清晰分辨小鼠大脑切片中的神经轴突结构。

结合流体动力学介电模型以及尺寸依赖介电模型,提出了一种可用于描述金属纳米结构中表面等离激元非局域和尺寸效应的介电理论模型。利用不同介质模型对半径为1~100 nm的银纳米球进行电子能量损失特性和光学特性的仿真对比,结果表明该理论模型可在较大的能量范围(1~5 eV)和尺寸范围(2~200 nm)内,兼容有效地反映出局域、非局域、尺寸、甚至是类量子尺寸等效应对金属纳米结构表面等离激元特性的影响作用。同时,研究结果还有助于理解表面等离激元在纳米尺度上的共振模式、能量分布机理和动态演化机制,为等离激元器件的开发设计提供了参考。

利用 532 nm皮秒脉冲激光在金纳米光栅表面诱导表面等离子体激发 CdSe量子点荧光，并测量了 CdSe量子点荧光增强效应。分别采用 AFM刻蚀方法和自组装方法在硅基金膜表面制备了纳米光栅/CdSe量子点的多层薄膜结构。通过调节皮秒脉冲激光的功率，在显微拉曼平台上测量了 CdSe量子点的荧光光谱。结果表明，金纳米光栅 /CdSe量子点结构能够实现量子点远场荧光大幅增强，其最大荧光强度达 7.80倍，并在达到最大强度点开始迅速饱和。该研究结果可广泛应用于光电器件、生物医学检测研究等领域。

激光回馈技术灵敏度高, 并且无须配合靶镜就能够测量诸如黑色、粗糙的目标的位移或形变。为了消除环境(气压、地基震动、温度漂移等)对测量精度的影响, 设计、构建了稳定的微片正交偏振激光器, 采用半导体激光器泵浦微片; 搭建了包括光学、电路的完整的正交回馈干涉仪系统, 系统工作稳定, 实现了远距离处测量。这一系统能有效地减小环境对测量的影响, 提高激光回馈干涉仪的精度。

利用羧基修饰的CdSe量子点与氨基包覆的金纳米粒子之间的静电相互作用构建了金纳米粒子/CdSe量子点荧光共振能量转移(FRET)体系，研究了CdSe量子点与Au纳米粒子间距变化下该体系的荧光变化。结果表明，相互作用荧光强度和FRET效率均随间距的增大而减小，此变化规律与Frster能量共振转移理论给出的一致。

激光回馈技术具有极高的测量灵敏度, 在振动测量中具有突出的优势。在激光回馈理论和技术的基础上, 研究并提出了基于激光回馈技术的远程振动测量方法, 构建了完整的固体微片激光远程振动测量系统, 详细分析了系统各个部分的基本结构及其工作原理, 并在实验中很好地实现了不同频率振动信号的测量及恢复。该研究将振动测量的工作距离提高到25 m以上, 实现了远程微振动的非接触测量, 拓展了激光回馈技术的应用。实验系统具有较大的振幅与频率测量范围, 在振动测量方面具有突出的性能, 能够适用于多种场合和目标的振动测量需求。

为了探究异丙醇对胶体CdSe团簇量子点荧光光谱的影响, 使用胶体化学法在油酸-石蜡体系下合成CdSe团簇量子点, 对团簇量子点和异丙醇采用不同的混合比例, 得到了其修饰之后的荧光发光谱（PL）和紫外吸收（UV）光谱, 并采用曲线拟合的方法对团簇量子点的光学性能进行了研究。通过对AFM和傅里叶红外光谱的分析, 探讨了CdSe团簇量子点光学性能改变的内在联系。结果表明：随着异丙醇浓度的增加, 量子点的荧光峰出现11 nm的蓝移,且蓝移曲线呈阶梯状变化; 相对荧光强度也呈现出先上升再下降的波动性变化, 且波动幅度最大能达到1 000 a.u.; 量子点的第一吸收峰和第二吸收峰都会发生不同程度的红移, 且最大红移达到12 nm。

采用近场显微成像法测量了高功率激光镜片薄膜表面裂纹和内部节瘤缺陷,并分析了它们的形成机制。100 nm孔径的圆锥形针尖辐射的倏逝波与薄膜中预埋的缺陷相互作用, 将倏逝波转化为辐射波后, 由物镜收集并在远场逐点成像,同步地获得薄膜表面的原子力显微镜(AFM)图像和扫描近场光学显微镜(SNOM)图像, 以便直观地识别缺陷产生的物理机制。结果表明：在倏逝波的有效作用区域内, 薄膜表面裂纹与内部节瘤可以同时精确地被识别。通过对比SNOM与AFM结果, 发现基底表面裂纹在镀膜过程中积累了残余应力, 这导致薄膜的表面呈层状断裂, 其单条最小裂纹横向剖面尺寸为165 nm, 超过了传统远场检测的实验检测精度; 此外, SNOM图中的亮斑表明, 薄膜的内部有高于基底折射率的节瘤存在。

为了研制小体积、低成本、高分辨率的微型傅里叶变换红外光谱仪, 通过选择电热式微机电系统(MEMS)微镜作为迈克尔逊干涉仪动镜, 在满足了傅里叶光谱仪小型化、便携化的同时, 利用折叠双S型Bimorph驱动结构来实现双倍位移量以确保较高分辨率, 并将分束器外置来进行不同波段的灵活选择, 进而实现全光谱范围的应用。以1 310 nm激光作为参考光光源, 钨灯宽带光作为待测光源信号, 通过信号采集、滤波、插值、光谱恢复步骤完成原始信号采集到光谱信号复原的过程。测试结果表明: 电热式微镜的位移量可达到500 μm, 光谱理论分辨率1 nm, 光谱仪整机尺寸小至62 mm×62 mm×28 mm。测试基线噪声为0.000 04, 基线重复性为0.000 32, 吸光度重复性为0.000 48。性能指标能满足食品安全、药品检测、石油化工等领域的光谱检测应用。