受激拉曼散射 (SRS) 技术是获得相干辐射、探索分子结构的有力手段。利用 Nd: YAG 532 nm 激光作用于水分子, 并与 650 nm 连续 (CW) 激光联用, 极大增强了水分子的 O-H 伸缩振动受激拉曼散射。当有 1 mW CW 激光引入时, 在 3392 cm-1 处的 O-H 伸缩振动 SRS 峰的强度增加了一个数量级。同时, 获得了两个新的低频肩峰 (3 356 cm-1 和 3288 cm-1)。CW 激光不仅降低了 SRS 阈值, 而且提高了 SRS 强度。导致此现象的物理机制是由于 532 nm 泵浦激光和 650 nm CW 激光之间的频率差与水分子 O-H 伸缩振动频率相匹配, 分子振动与两束激光差频形成共振。此研究为共振增强其他弱拉曼模式提供了参考。

本文研究了硅片狭缝内水分子蒸发过程中的红外光谱吸收特性。通过改变相对于硅片狭缝的红外光偏振方向(水平: 偏振方向与硅片狭缝方向平行; 垂直: 偏振方向与硅片狭缝方向垂直), 测量了水分子在3 900~3 600 cm-1(伸缩振动)和1 800~1 400 cm-1(弯曲振动)的偏振红外光吸收。结果表明,经硅片间隙蒸发出来的水分子, 在3 900~3 600 cm-1(伸缩振动)和1 800~1 400 cm-1(弯曲振动)区间, 对垂直偏振光吸收较强, 对水平偏振光吸收较弱, 表明毛细效应导致蒸发的水分子偶极矩方向倾向于硅片狭缝的法线方向。

液态水是地球上大多数生化过程的化学支柱, 对生物的新陈代谢是必不可少的。 因此, 它是一个跨科学领域的关键课题。 水的理化特性被认为是氢键衍生结构的结果。 然而, 目前还很难在实验上定量地将水分子的理化特性与氢键结构联系起来形成完整的液态水分子结构理论。 拉曼光谱因其快速、 无损等优点成为表征液态水分子结构及其变化规律的主要手段。 目前, 水分子的拉曼光谱主要研究的是其高频振动模。 然而, 液态水较宽的低频拉曼模是氢键及其局部结构效应的结果, 包含高频峰无法表征的特征信息, 而超低频拉曼特征峰仍能在高温下揭示水分子（超）结构的许多关键细节。 因此, 在实验上实现对水分子的新型高温超低频拉曼光谱（5～200 cm-1频率区域）, 探测得到理论预测的全部四种平动特征模, 包括弯曲模（51.7 cm-1）、 扭转模（81.4 cm-1）、 对称（154.0 cm-1）和不对称拉伸模（188.6 cm-1）, 并在225.2 cm-1处额外发现了平动-旋转耦合特征模。 所有特征模都被精确指认。 高温超低频拉曼光谱实验发现, 首先在特征峰频率上, 由于高温下氢键断裂导致水分子间的平均结构关联长度（SLG）迅速缩短, 当温度从0 ℃升高到400 ℃, 所有四种超低频特征模的频率都随温度升高而大幅蓝移。 其次在特征峰强度上, 拉伸模的强度在100和200 ℃间出现明显降低。 而弯曲模的强度随着拉伸模频率从高频率到低频率依次升高, 这是理论研究从未涉及的。 最后在斯托克斯/反斯托克斯比值（RS/AS）上, 温度在150～170 ℃时（压强约为2 kbar）, RS/AS迅速从1.1增加到1.3; 当温度高于170 ℃时, RS/AS随温度线性变化。 综上所述, 通过对水分子各共振模的频率蓝移、 强度变化, 以及斯托克斯/反斯托克斯比值等特征进行细致研究, 得到温度对水分子结构, 尤其是氢键衍生特性的影响。 该新型高温超低频拉曼光谱方法, 填补了部分理论空白, 为深入全面地理解水分子结构提供了重要的实验依据。

四川绵阳雪宝顶绿柱石由于其独特的透明扁平状结构而备受关注, 目前其扁平状形成原因还存在分歧。本文应用显微振动光谱及成像, 结合化学定量检测, 对雪宝顶绿柱石进行了深入分析。显微红外成像表明通道中除了水分子, 还存在铁合水离子和二氧化碳分子, 且在晶体中不均匀分布。Li元素替换Be元素会造成Be-O四面体和Al-O八面体结构畸变, 表现为晶格振动模式的拉曼峰位向高波数偏移。同时, 通道中水分子与Na结合, 使其极化率减小, 表现为伸缩振动模式的拉曼峰位向低波数偏移。本文研究为探究雪宝顶绿柱石扁平状成因提供了基础, 为研究单个水分子量子态提供了参考。

以水分子(H2O)双振子二次量子化哈密顿量作为理论模型,通过加横向扰动研究H2O中氢氧(O—H)耦合量子态的稳定性。结果表明:当水分子中的两个振子能量集中于其中之一时,不易受横向扰动的影响,稳定性好;当振子能量不对称时,极易受横向扰动的影响,稳定性迅速衰减、变差;当两振子振动强度一致时,不易受弱横向扰动的影响,对于比较强的横向扰动稳定性演化曲线呈现近周期性变化,说明该状态在强扰动下极易发生可逆性的跃迁。

基于金属氧化物薄膜材料在中波红外波段应用的需求，研究了含水状态的TiO2、HfO2、Ta2O5和Y2O34种金属氧化物薄膜在中波红外波段内（2.5~5 μm）光学常数的色散特性。利用电子束蒸发沉积技术，在超光滑的硅表面制备了4种氧化物薄膜，基于洛仑兹振子介电常数色散模型，通过透射率光谱反演计算了4种氧化物薄膜的光学常数。研究结果表明：4种氧化物均有少量的水分子、羟基，水含量从少到多的薄膜依次为TiO2、HfO2、Ta2O5和Y2O3，在远离水吸收的位置，消光系数从小到大的薄膜分别为TiO2、HfO2、Ta2O5和Y2O3；在电子束蒸发沉积工艺条件下，为了降低水的影响，TiO2和HfO2是中红外波段较为理想的金属氧化物薄膜材料。

针对乙醇水溶液荧光发射的四个特征参量进行了研究,得出了该溶液发射荧光光子的时域和频域特征参量。发射光谱和激发光谱表明乙醇水溶液中含有三个结构不同的发光物质,其发射峰分别位于290 nm,305 nm和330 nm处,与其相对应的最佳吸收峰为265 nm,280 nm和236 nm。荧光强度随溶液中乙醇与水体积混合比的变化规律也证实了三种不同发光结构的存在。在荧光光谱峰值波长处分别监测其荧光强度随时间的衰变过程,将获得的荧光衰减动力学曲线采用指数方法拟合并进行解卷积处理,测试的荧光寿命分别对应8 ns,12 ns,25 ns。结合乙醇水溶液荧光发射的四个特征参量可以看出：乙醇分子和水分子发生团簇作用形成了三个新的分子结构从而可发射具有不同能量的荧光光子。该研究结果能为乙醇水分子的团簇结构研究提供参考。

运用含时密度泛函理论和局域密度近似方法,计算了水分子H2O在速度为12.5 a0/fs的重离子C+和C2+作用下产生的各种电荷态的水分子离子的几率,平均逃逸电子数和偶极矩的变化随时间的演化.计算结果表明,在重离子势最大时,电偶极矩的变化最大;重离子远离分子时,重离子的电荷态越高,产生高电荷态分子的几率反而越小.

我们从水的实验中发现了纳米水分子的存在,所谓的纳米水分子是由大量的水分子通过氢键连接起来的环状和线性的Clusters.我们用水的红外光谱发现了这种环状和线性的纳米水分子中的OH的对称和反对称振动分别对应于3415 cm-1 和3281 cm-1与3163 cm-1和3037 cm-1峰.又从水分子的极化实验,一阶相变的特点和庞建立的氢键系统中质子传递的理论所得出的结果进一步从实验和理论上证明了这种纳米水分子在水中的存在.这种纳米水分子能够导电,并能被磁化.因此,它的发现改变了我们对水的传统认识,并能对很多水的奇特能加以清楚的解释.