High-resolution multi-color printing relies upon pixelated optical nanostructures, which is crucial to promote color display by producing nonbleaching colors, yet requires simplicity in fabrication and dynamic switching. Antimony trisulfide (Sb₂S₃) is a newly rising chalcogenide material that possesses prompt and significant transition of its optical characteristics in the visible region between amorphous and crystalline phases, which holds the key to color-varying devices. Herein, we proposed a dynamically switchable color printing method using Sb₂S₃-based stepwise pixelated Fabry-Pérot (FP) cavities with various cavity lengths. The device was fabricated by employing a direct laser patterning that is a less time-consuming, more approachable, and low-cost technique. As switching the state of Sb₂S₃ between amorphous and crystalline, the multi-color of stepwise pixelated FP cavities can be actively changed. The color variation is due to the profound change in the refractive index of Sb₂S₃ over the visible spectrum during its phase transition. Moreover, we directly fabricated sub-50 nm nano-grating on ultrathin Sb₂S₃ laminate via microsphere 800-nm femtosecond laser irradiation in far field. The minimum feature size can be further decreased down to ~45 nm (λ/17) by varying the thickness of Sb₂S₃ film. Ultrafast switchable Sb₂S₃ photonic devices can take one step toward the next generation of inkless erasable papers or displays and enable information encryption, camouflaging surfaces, anticounterfeiting, etc. Importantly, our work explores the prospects of rapid and rewritable fabrication of periodic structures with nano-scale resolution and can serve as a guideline for further development of chalcogenide-based photonics components.

本文提出并展示了一种全圆锥入射下基于一维共振波导光栅的入射角调谐滤波器。通过优化光栅层厚度，使其能够在支持TE导模的同时抑制TM导模。本文设计的滤波器呈现出可调谐的单一反射峰, 峰值反射率理论上可达100%。当入射角改变时，共振波长可以由642.5 nm调节至484.6 nm。该反射峰是由一级衍射波与TE导模（基模）之间的共振效应所产生的。同样地，通过按比例增加光栅层的厚度和周期可实现应用于更高动态范围的可调谐滤波器。

为了开发出高效稳定的单一基质白光发射荧光材料，本工作通过高温固相法成功合成了一系列La₄GeO₈∶Bi³⁺，Eu³⁺荧光粉样品，并通过X射线衍射、室温光谱、变温光谱等手段研究了实验样品的结构与发光性能。研究发现，Bi³⁺离子在该结构中占据两种不同的格位（Bi³⁺（Ⅰ）和Bi³⁺（Ⅱ）），且在紫外光激发下呈现两个峰值分别在475 nm和620 nm的宽带发射。对于Bi³⁺、Eu³⁺共掺样品，由于Bi³⁺（Ⅰ）与Eu³⁺之间的竞争吸收、Bi³⁺（Ⅰ）至Bi³⁺（Ⅱ）以及Bi³⁺（Ⅱ）至Eu³⁺的能量传递作用，可实现蓝色至红色、橙红色至红色的可调发光。特别地，样品La₄GeO₈∶0.07Bi³⁺，0.06Eu³⁺在313 nm光激发下可获得CIE值为（0.335，0.319）的优异白色发光。此外，该白光发射材料具有较佳的发光热稳定性，当温度升高至380 K时，发光积分强度仍然为室温的59%，表明其在白光二极管上具有潜在的应用价值。

Mn离子掺杂策略被广泛用于提高CsPbX₃钙钛矿纳米晶（Nanocrystals，NCs）的稳定性和调控Pb的含量，但离子掺杂反应速率极快，不易控制。本文分别采用一步和两步热注射法对Mn²⁺的掺杂含量进行大范围和精确调控，制备出具有不同Mn²⁺掺杂含量的CsPbCl₃∶Mn²⁺ NCs。通过对其结构及发光性能的研究，将其区分为合金结构和掺杂结构，并进一步揭示了一步法和两步法进行Mn²⁺调控时的不同机制，明确了在相同Pb∶Mn投料比的情况下，一步法合成的合金结构纳米晶具有更高的Mn²⁺掺杂量，使得纳米晶在610 nm左右与Mn相关的发射峰更为强烈，最高光致发光量子产为77%，而两步法合成的掺杂结构纳米晶在较少的Mn²⁺情况下同样具有较高的光致发光量子产率。同时，Mn²⁺的可控掺杂使得钙钛矿纳米晶的稳定性有效提升，放置四周后形貌和发光性能仍稳定。值得注意的是，合金结构对于本征激子发光稳定性的提升比掺杂结构更加有利。此外，还合成了具有优异发光性能的CsPb（Cl_xBr_3-x）∶Mn²⁺钙钛矿纳米晶，其荧光光谱可在404～640 nm之间调控；但当Br^-含量较高时，与Mn相关的发射峰消失，这是由于CsPbBr₃的能带与Mn²⁺的⁴T₁-⁶A₁能级不匹配所致。本文强调了在CsPbCl₃∶Mn²⁺钙钛矿制备过程中Mn²⁺可控掺杂的重要性，对于实现纳米晶的可控合成具有重要意义。

为了实现煤热解过程中痕量乙烯（C₂H₄）标识气体的在线识别与检测，结合波长调制与长光程技术，搭建了煤热解乙烯在线激光吸收光谱检测装置。采用中心波长为1 620 nm通信波段DFB激光器作为激光光源，有效光程为15 m的多光程吸收池为样品吸收池，利用SR830进行波长解调，通过二次谐波信号反演得到乙烯浓度。使用高精度流量控制器，利用高纯氮气稀释乙烯配比，制备得到10×10^-6到90×10^-6的标准乙烯样气，其线性拟合的相关系数R²为0.998 9；对浓度为20×10^-6的乙烯进行连续4 000 s的Allan方差分析，实验结果表明，检测极限为121×10^-9。为了研究不同气体氛围下煤热解过程中乙烯浓度的演化规律，控制气体流速为150 mL/min，分别在氮气、空气以及合成空气中对乙烯标识气体的释放过程进行热重分析实验。研究发现，当温度小于500 ℃时，3种气体环境下乙烯释放量较少且基本一致，当温度在500~700 ℃时，氮气环境中乙烯释放量要远高于其他两种气体，但空气中乙烯释放的增速最快，最大释放量约为40×10^-6，温度高于700 ℃时乙烯释放量均开始减少。这一结果为进一步探索煤热解中乙烯的生成机理提供了理论和实验基础。

研究了一种基于注入锁定技术的888 nm 半导体激光器(LD)泵浦的高功率单频可调谐1342 nm Nd:YVO₄激光器。采用最大输出功率20 mW分布式反馈单频半导体1342 nm激光器作为注入种子，利用lock-in (LI)技术，对LD端泵的Nd:YVO₄环形腔激光器进行种子注入，实现了单频可调谐激光输出。激光器最大平均输出功率为13.9 W，测量的线宽为41 MHz，调谐范围为1341.6774~1341.8025 nm。x轴和y轴的光束质量$ M^{2} $因子分别为$ M_x^2 $= 1.30和$ M_y^2 $= 1.23。实验结果表明：与先前文献报道的注入锁定1342 nm可调谐激光的结果相比，所需种子功率大幅减小，输出功率也有所提升。