实现高发光效率、高亮度和良好的热稳定性是固态照明的迫切要求。因此，用于高功率发光二极管或激光二极管（LED/LD）的高性能荧光转换材料具有重要的研究意义。在这项工作中，通过将Lu³⁺离子引入YAG∶Ce荧光陶瓷中方法作为有效策略来改善YAG∶Ce荧光材料的发光性能。采用固相反应和真空烧结法制备了不同Lu³⁺含量的（Lu，Y）₃Al₅O₁₂∶Ce荧光陶瓷（LuYAG∶Ce荧光陶瓷）。随着Lu³⁺含量的增加，LuYAG∶Ce荧光陶瓷中的Y³⁺位点被Lu³⁺位点取代，Ce³⁺的发射峰呈现从573 nm到563 nm的蓝移现象。当Lu³⁺含量为60%时，通过将LuYAG∶Ce荧光陶瓷与蓝光LED组合，其发光强度达到最大值，流明效率达到114 lm?W^-1。使用450 nm激光源与LuYAG∶Ce荧光陶瓷构建了透射模式下的激光驱动照明装置。随着功率密度从2.2 W·mm^-2增加到39 W·mm^-2，Lu³⁺含量为60%的荧光陶瓷光通量从128 lm增加到1 874 lm，且没有发光饱和的迹象，最佳发光效率达到128 lm·W^-1。因此，LuYAG∶Ce荧光陶瓷有望成为高功率LED/LD照明的潜在荧光转换材料。

金属卤化物钙钛矿量子点因其具有高光致发光量子产率、高色纯度、带隙可调等优良的光学性能，具备成为下一代发光显示材料的潜力。目前，红绿钙钛矿量子点发光二极管（PQLED）的电致发光效率已经达到有机发光二极管（OLED）的水平。然而，有机长链配体阻碍了电荷的传输，导致钙钛矿量子点发光二极管在最大外量子效率（EQE）下的亮度较低。为了实现钙钛矿量子点发光二极管在最大EQE下仍然具有较高的发光亮度，我们用无机配体CaBr₂部分替换有机长链配体，强化PQLED中的载流子传输，并提升电致发光的载流子注入。同有机长链配体和有机短链配体相比，无机配体能够减缓有机链存在所造成的电绝缘性，改善QDs电导性，进一步增强QDs的发光特性。基于这种策略，我们实现了在3 753 cd/m² 高亮度下峰值EQE为10.57%的钙钛矿量子点发光二极管。在6.6 V的工作电压下，PQLED的最大亮度高达116 612 cd/m²。

为研制近衍射极限的高功率半导体激光器，采用了片上光栅、窄脊型波导、锥形放大器一体集成的主控放大（Master Oscillator Power-Amplifier，MOPA）技术路线，以长度为8 mm、脊型宽度为3 μm的波导为单模种子源，配合长度为7 mm、全角为3.3°的锥形放大器，实现了功率10.3 W、慢轴光束质量M²（1/e²）因子=1.06，3 dB线宽40 pm，工作电光效率50.5%的半导体激光输出，并采用片上电致加热光栅调谐技术，实现了中心波长在4 nm范围内连续可调。

激光加速器可以输出具有独特品质的质子束，例如µm尺寸、ps脉冲长度和高峰值电流。强流粒子束的空间电荷力效应较强，对面向应用的束流传输提出了挑战。通过二维PIC模拟研究了激光加速后与质子速度接近的电子的影响。采用椭球模型估算空间电荷力的影响，比较不同电荷分布的差异。结果表明每束团质子数超过10¹⁰后空间电荷力显著影响质子束传输，甚至严重破坏束流品质。空间电荷力的影响在20 ps后显著减弱，离开靶约1.2 mm。

分析了结构件和导热材质的冷却方式，采用LED光源组件散热和增大散热面积的方式对显示器进行了散热设计，保证了显示器在高温环境下以较高亮度运行正常。结合热仿真实验证明，提出的显示器散热设计能够满足可靠性要求。

光纤耦合半导体激光器（LD）泵浦的光纤激光放大器具有体积小、功质比高、稳定性好等优点，在工业加工和****等诸多领域都有着广泛且重要的应用。然而，受限于器件制作工艺水平及光纤中的受激拉曼效应和模式不稳定效应，LD泵浦的光纤激光放大器难以同时实现高功率及高亮度激光输出。为实现更高功率、更高亮度的光纤激光输出，需要结合现有的器件工艺水平并同时实现对放大器中的受激拉曼散射效应和模式不稳定效应的有效抑制。报道了基于单位自研大模场增益光纤成功实现13 kW功率、高光束质量激光输出。激光器采用主振荡功率放大结构，放大级采用单后向981 nm泵浦自研大模场增益光纤，在总泵浦功率为15 kW时，输出功率达到12.94 kW，光束质量M²因子约为2.85。通过进一步优化器件性能及光纤模式控制，有望实现更高功率、更高亮度的光纤激光输出。

高功率半导体激光器在固体或光纤激光器泵浦、材料加工、激光雷达、空间通讯及**等领域具有重大需求，但传统器件面临发散角大、光束质量差、亮度低的难题，限制了其直接应用。宽区半导体激光器具有输出功率和转换效率高的优点，但其侧向模式受多种物理效应的影响，高电流下激射模式数很大，导致远场宽度随电流增大迅速展宽，光束质量非常差，成为制约半导体激光亮度提高的关键瓶颈难题。因此，需要对半导体激光器的侧向模式进行控制。本文首先从半导体激光器的侧向模式影响机制出发，分析了其侧向模式特性及光场分布与器件结构的关联关系；接着，介绍了目前主要的侧向模式控制技术，通过抑制高阶模式及侧向远场展宽，实现光束质量的改善及激光亮度的提升。采用先进的侧向模式控制技术，可从芯片层次发展新型的高亮度半导体激光器，有利于拓展半导体激光器应用领域及降低应用成本，具有重要的研究意义。

太赫兹辐射在基础科学和产业应用中具有重要的应用前景，但传统的电子学和光学方法难以在1～10 THz产生相干的高功率、窄带且连续可调的太赫兹辐射。基于相对论性超短电子束和预调制电子束序列的加速器太赫兹源将能在上述范围内产生可调的高能谱强度窄带太赫兹辐射。综述了清华大学加速器实验室近年来在基于相对论电子束的加速器太赫兹源方面的理论和实验进展，以及与加速器太赫兹源一起发展起来的太赫兹辐射测量、束流诊断和先进加速技术。

高功率蓝光半导体激光可广泛应用于高反射高导电材料的加工中。阐述了一种高效紧凑的高功率高亮度蓝光半导体激光光纤耦合的实现方法，将27只蓝光单管组成3×9阵列并耦合进100 μm/NA0.2的光纤中。研制出的光纤耦合模块可实现450 nm波段蓝光LD输出，功率约75 W，电光效率约28%，还可采用偏振合束进一步提升光纤耦合激光功率。