作为一种新型的荧光探针, 量子点(QD)已经受到越来越多的重视, 制备工艺也显得格外重要。水相中合成的量子点效率低, 油相中的量子点经过转相以后效率也大大衰减。本论文利用再沉淀包覆的方法制备了具有良好的水溶性的掺杂绿光CdSe@ZnS的纳米颗粒G-NPs(534 nm)和掺杂红光CdSe@ZnS的纳米颗粒R-NPs(610 nm), 具有窄的半峰宽(G-NPs ~29 nm, R-NPs ~31 nm), 较小的粒径(45 nm), 并在此基础上通过发射光谱与荧光衰减研究了量子点之间的能量传递现象。该方法保留了量子点原来的性质, 基于其优良的光学性质, 对人类肝细胞肝癌细胞株(HepG2)进行了荧光标记, 从共聚焦成像实验结果看出, 纳米颗粒得到了良好的吞噬效果。

提出了一种基于时间分辨荧光光谱分析法同时测定己酸乙酯和乙酸乙酯混合液中各组分浓度的方法。 实验测得两种单体物质的荧光发射光谱重叠度达到78%。 对于荧光发射光谱重叠度很高的物质使用普通荧光方法结合算法也很难进行定量分析。 而通过量子化学计算结果, 对两种单体的分子结构分析, 得到己酸乙酯的荧光寿命长于乙酸乙酯。 通过时间分辨荧光光谱测量得到己酸乙酯和乙酸乙酯的荧光寿命分别为10和53 ns。 两种物质的荧光发射光谱重叠严重, 但是其荧光衰减曲线有明显的差别, 所以提出使用时间分辨荧光光谱法对两种物质进行定量分析。 通过分析两种物质不同体积比下的荧光衰减曲线的变化趋势, 建立两种物质体积比的预测模型, 并对其进行检验。 实验结果表明: 该方法能够实现混合溶液中各组分体积比的测量, 其测量的平均残差控制在1%以内, 具有一定的实用价值。

不断提高以掺铒光纤为核心的光纤器件功率是研究与应用领域中的一个重要课题。 高功率光纤器件内能量聚集会发热升温, 造成器件光谱参数性能显著变化, 进而造成以掺铒光纤为核心的光学器件的性能发生显著变化。 因此对掺铒光纤在大温度范围下的光谱性能进行研究具有重要意义。 利用斯塔克能级展宽理论建立了掺铒光纤吸收系数与温度的关系模型, 在此基础上结合McCumber理论仿真计算了掺铒光纤荧光寿命与温度的关系。 以OFS-MP980型掺铒光纤为实验对象, 测量了掺铒光纤在常温至900 ℃范围内的吸收光谱、 发射光谱。 结果表明, 温度升高造成980 nm波段吸收系数整体下降, 且吸收系数的峰值波长增加, 平均增加率0.625 nm/100 ℃。 1 530 nm波段吸收系数整体展宽, 且峰值吸收系数下降, 平均下降率为-0.19 dB/100 ℃。 600 ℃以内荧光寿命随温度呈近似线性下降, 下降率为-0.23 ms/100 ℃。 600 ℃以内理论模型能够反应温度造成峰值吸收系数、 荧光寿命近似线性变化的趋势。

采用高温熔融-冷却法制备了一系列Dy3+掺杂的B2O3-ZnO-Na2O-Al2O3发光玻璃, 通过红外光谱、紫外-可见-近红外光谱和荧光光谱等研究了其结构及发光特性。分析表明: 制备的发光玻璃中出现基质组分的结构特征峰及Dy3+的能级跃迁特征峰。在350 nm波长光激发下, 样品的发光强度、黄蓝发射峰比、荧光寿命、色坐标及色温等均随Dy3+浓度的变化发生明显的可调节变化。样品的荧光发射强度随Dy3+浓度的增加呈现先增大后减小的变化, 当Dy3+掺杂摩尔分数为 1.0%时, 发光强度最大。此外, 随着Dy3+掺杂浓度的增大, 发光玻璃的荧光寿命及发射光谱的色度坐标值、色温都呈现递减的趋势。这表明通过基质组分及掺杂元素的调节可以使得该硼酸盐体系发光玻璃获得高效可调节的光功能从而得到广泛应用。

采用化学沉淀法制备了一系列Eu3+掺杂的羟基磷灰石样品, 并在不同温度下对样品进行了烧结。使用X射线衍射、红外光谱以及荧光光谱等对样品的结构及发光特性进行了研究。分析表明, 烧结对Eu掺杂羟基磷灰石的结构及结晶度产生了影响。在394 nm激发下, 样品出现Eu的特征发射, 掺杂摩尔分数一定时, 随烧结温度增加, 样品的荧光发光强度先增大后减小, 在500 ℃达到峰值。其荧光寿命随烧结温度的升高而延长。此外, 样品中电偶极跃迁与磁偶极跃迁强度之比(IR∶IO)也随烧结温度的增加先增大后减小。分析表明, 烧结温度的改变通过晶体结构对样品的荧光特性以及掺杂取代位置产生了影响。

提出了一种离线式基于时间门的荧光受激发射损耗(g-STED)显微方法。基于在强光照条件下荧光寿命缩短的理论模型，在常规STED架构基础上，使用时间相关单光子记数(TCSPC)算法获取图像的荧光寿命信息，离线设置合理的时间门阈值，丢弃短寿命信号数据，对荧光信号有效点扩展函数(PSF)进行压缩，达到超分辨显微的目的。与传统STED显微术相比，此方法所需光功率大幅度降低，减少了荧光漂白及光毒性；离线式处理则同时增加了时间门设置的灵活性。在实验中，使用45 mW的连续STED光，最终获取了约80 nm的图像空间分辨率。进一步对时间门的设置对获取图像信号的分辨率和信噪比的影响进行了讨论。

用荧光光纤测温法对电火工品的电磁脉冲危害进行测试。从荧光测温的理论和实验两方面证明了该方法的可行性。根据不同温度下受激荧光材料发出的荧光的寿命不同，确定电火工品的温度，进而得到感应电流，最后完成电火工品的电磁脉冲危害测试。实验数据表明，本文方案可以精确、实时地对电火工品电磁脉冲危害进行测试，对研究电火工品的安全性与可靠性具有一定的意义。

以小分子乙酸和乙酸铵为配体, 合成了水溶性乙酸类稀土配合物NH4REAc (RE为Tb或 Eu)。将该类配合物与水溶性丙烯酰胺单体通过水溶液聚合, 得到了透明的聚丙烯酰胺光致发光材料(NH4REAc/PAM)。着重研究了配合物和聚合物发光性能。结果表明, NH4REAc配合物和NH4REAc/PAM聚合物均能发射很强的稀土Tb3+或Eu3+离子特征荧光;NH4TbAc和NH4TbAc/PAM中的Tb3+离子5D4→7F5均有较长的荧光寿命, 形成聚合物后表观荧光寿命有所增加, 但量子效率η却有所降低。

采用提拉法生长了Yb掺杂原子数分数为0.5%的Yb:Y3Al5O12(Yb:YAG)晶体,对晶体的吸收光谱和荧光光谱进行了分析。与Yb掺杂原子数分数为5%的Yb:YAG晶体进行了对比,得出采用940 nm激光二极管(LD)抽运晶体最为合适。原子数分数为0.5%的Yb:YAG晶体相对于原子数分数为5%的Yb:YAG晶体自吸收效应的影响要小。测量了原子数分数为0.5%的Yb:YAG晶体的荧光寿命为0.95 ms,与理论值很接近。因此采用原子数分数为0.5%的Yb:YAG晶体作为激光工作物质将有利于高效、小型集成化的固体激光器的发展。