本文研究了金属光栅表面等离激元与单层二硫化钨激子的耦合共振特性。利用时域有限差分法模拟了一维金光栅/单层二硫化钨混合结构的光谱响应及电场强度分布。结果表明，金光栅表面等离激元与单层二硫化钨激子耦合可产生光谱劈裂。当改变金光栅的结构参数时，混合结构的反射光谱出现了明显的反交叉现象。采用时域耦合模理论拟合了混合结构不同参数时的反射光谱，拟合结果与数值模拟符合较好。金光栅表面等离激元与单层二硫化钨激子的耦合作用满足强耦合判据。耦合振荡器模型分析结果表明，当金光栅周期为400 nm、宽度为300 nm时，混合结构强耦合光谱的拉比劈裂为54.6 meV，其与时域耦合模理论结果一致。该工作将为表面等离激元与激子强耦合作用的深入研究与器件开发开辟新途径。

化学气相沉积(CVD)是大尺度二维材料生长的有效方法, 但CVD过程不可避免地会产生高密度的空位缺陷, 影响材料的光电性能。本文利用碱金属卤盐辅助CVD法直接在p型Si(111)衬底上生长了毫米尺度和原子层厚的WS2。通过在钨源中掺入饱和ErCl3粉末, 得到Er掺杂WS2薄膜(WS2(Er))。结合光学显微镜、扫描电子显微镜、原子力显微镜、X射线光电子能谱、能量色散X射线光谱、光致发光和拉曼光谱等技术对材料进行表征, 结果表明, 相比纯WS2, WS2(Er)薄膜的荧光强度获得数量级增长, 且中心波长大幅红移。荧光测试表明, 相比SiO2衬底上的WS2, 在Si衬底上生长的WS2的荧光特性出现了明显的电荷转移效应。基于SiO2衬底上的WS2和WS2(Er)场效应晶体管器件的光电测试结果表明, WS2(Er)场效应晶体管的光响应度为4.015 A/W, 外量子效率为784%, 均是同等条件下纯WS2器件的2 000倍以上。本工作对稀土掺杂二维材料的研究具有一定的参考意义。

为探究二维层状过渡金属硫化物的激子效应, 尤其是上转换过程, 以层状 WS2 样品为例开展了研究。利用 532 nm 连续激光和显微拉曼技术, 探究了 WS2 晶体中 X0、X- 激子态物理起源和基本物理性质。利用 633 nm 连续激光, 实现了 WS2 晶体的单光子上转换荧光增强, 证实了其背后的双共振物理机制, 即入射光与 X- 激子态共振, 在光学 声子 A1g、E12g 的辅助下跃迁至高能级 X0 激子态, 最后自发辐射上转换荧光。此外, 进一步对双共振上转换荧光的影响因素进行了分析, 包括曝光时间、温度和激发功率。拟合结果表明适当增加曝光时间、减小环境温度和增加激发功率, WS2 的上转换荧光效率会得到提升。

提出了一种具有增强灵敏度的锥形光纤二硫化钨（WS₂）-金（Au）表面等离子体共振（SPR）传感器。通过传输矩阵方法对传感器进行了理论模拟，评估了传感器的可行性。在锥形光纤上依次涂覆WS₂和溅射金膜进行传感实验，该传感器的实验折射率灵敏度可达4 158.171 nm/RIU，比多模光纤SPR传感器提高了125.8%，比锥形光纤Au-WS₂ SPR传感器提高了50.1%。此外，该传感器中的WS₂不易脱落，表现出良好的可靠性。该传感器结构简单、易于制造，具有高的折射率灵敏度，在生化传感领域具有良好的应用前景。

提出基于金属薄膜-分布式布拉格反射器微腔效应增强单层二硫化钨光吸收的多层薄膜结构。运用光学传输矩阵理论研究了其输运特性，发现由于金属薄膜-分布式布拉格反射器的微腔效应，在间隔层和覆盖层之间形成电场强度极大值，有效促进入射光与单层二硫化钨的相互作用。综合优化金属层、间隔层和覆盖层厚度，单层二硫化钨在612 nm处的光吸收提高了38倍，达到78.42%。进一步探讨了光入射角、分布式布拉格反射器周期、间隔层折射率与单层二硫化钨光吸收的关系。研究结果表明，上述结构参数的变化可有效调控单层二硫化钨的吸收峰值。研究结果为制备高性能单层二硫化钨光电探测器等新型光电子器件提供了新思路。

开发新型无机空穴传输层材料是钙钛矿电池实现商业应用的重要挑战之一。本文开展了二硫化钨纳米片制备及其钙钛矿太阳能电池空穴传输层应用研究。采用液相超声剥离法成功制备了WS2纳米片, 并将其引入钙钛矿太阳能电池中用作空穴传输层。结果表明, 当WS2纳米片溶液浓度为1 mg/mL时, 制备的WS2纳米片空穴传输层具有较合适的厚度, 并且后续在其上生长的钙钛矿活性层成膜质量高、结晶性能好, 电池取得6.3%的光电转换效率。结果证实WS2纳米片可作为新型无机空穴传输层材料用于钙钛矿太阳能电池。

二硫化钨(WS2)因其具有带隙可调谐、载流子迁移率较高和吸收波段较宽等优异的光学特性,在脉冲激光器领域中有着广泛的应用。本文首先采用锂离子-插层法获得了WS2纳米片溶液,通过超声、离心、旋涂、烘干等流程成功制备了性能优异的WS2可饱和吸收体。其次,利用拉曼、AFM等方法对WS2-SA进行了系统地表征分析,结果表明所制备的WS2-SA表面薄膜是少层层状二维结构。最后,将WS2-SA作为全固态绿光脉冲激光器的调Q器件,利用非线性光学晶体PPLN进行倍频,获得了稳定的被动调Q绿光脉冲激光输出。当吸收泵浦功率为666 W时,最大的平均输出功率为4075 mW,输出脉冲宽度为360 ns,重复频率为116 MHz。