从理论上研究子电子-声子相互作用对Morse量子阱中光吸收系数的影响, 首先利用微扰论方法求出考虑极化子效应时的电子波函数和能级, 然后利用密度矩阵和迭代法得到光吸收系数的解析表达式, 最后以典型的GaAs/AlGaAs Morse 量子阱为例进行数值计算。结果表明, 极化子效应使光吸收系数比仅考虑电子的情况增大了, 并且在相同光强的情况下吸收饱和现象更明显; 极化子效应的影响随着阱的非对称性的增强而增大; 电声相互作用对电子能级的修正导致光吸收系数峰值向高能方向偏移。

Fe3+激活的铝酸锂是深红色发射的红色荧光粉, 其发射的峰值波长为675 nm, 呈现出少有的纯正的深红色发光。本文对LiAl5O8∶Fe3+荧光粉的基质组成和激活剂浓度进行了研究。结果表明∶Fe3+掺杂LiAl5O8的激发光谱, 在λem=673 nm的波长监测下, 有序相的激发光谱在284 nm处有强吸收带, 为Fe3+-O2-电荷迁移带; 激发波长λex=254 nm的有序相样品的发射波长峰值为673 nm, 并伴随一个在长波方向轻微不对称得, 发射是属于4T1(4G)-6A1(6S)的跃迁。当原料Li2CO3与Al2O3的量的比为0.21时, 样品的发光强度最好; 样品的发光强度随激活剂Fe3+的浓度的增加而提高, 当浓度达到0.5%时, 发光强度达到最大值, 超过0.5%时呈现出浓度猝灭效应。

在有效质量近似下, 从理论上研究了非对称双三角量子阱的拉曼散射。推导了导带子带间电子跃迁的微分散射截面表达式, 以GaAs/AlxGa1-xAs材料为例进行了数值计算。结果表明, 散射光谱不仅与掺杂浓度有关, 而且与双量子阱的不对称性有关, 随着量子阱不对称性的增加或掺杂浓度的减少, 散射峰发生了红移。本工作对设计新型微电子和光电子器件有一定的指导意义。

采用sol-gel法制备CaSnO3∶Eu3+荧光粉。研究了在制备过程中添加表面活性剂聚乙二醇(PEG 10000) 对CaSnO3∶Eu3+结构、粒度、形貌及发光性能的影响。通过X射线衍射(XRD)、激光粒度仪, 扫描电镜(SEM) 及荧光分光光度计对样品进行了表征。结果表明：在制备过程中添加PEG没有改变样品的结构, 很好地改善样品粒度以及形貌, 荧光粉的相对发光强度也稍有增强。

采用高温固相法在1 350 ℃下合成了Mn2+掺杂的MgAl2O4发光材料, 利用X射线衍射对所合成样品的结构进行了表征。用209 nm的紫外灯照射样品后, 观察到来自Mn2+的4T1-6A1跃迁的绿色长余辉发光。发光的激发光谱表明：Mn2+-3d组态内存在一系列强的激发峰, 分别在279, 361, 386, 427, 451 nm, 同时还有209 nm处的Mn-O电荷迁移带, 激发该吸收带会产生很强的绿色余辉。测量了余辉的衰减曲线及热释光谱, 分析了Mn2+掺杂浓度对样品余辉性质的影响, 给出了余辉产生的可能模型。

根据微腔原理运用传输矩阵法对构成微腔有机电致发光器件(MOLED)谐振腔的两个反射镜进行模拟计算并比较, 可观察到：随金属反射镜的反射率增大, 微腔器件的电致发光(PL)谱的半峰全宽(FWHM)逐渐窄化; 峰值逐渐蓝移至设计的谐振峰值520 nm处; 峰值强度和光谱积分强度逐渐增强。结果表明：金属反射镜反射率越大越好。随DBR反射镜的周期数从1增加到9, EL的峰值均为 520 nm, 半峰全宽逐渐窄化, 积分强度逐渐减弱; 峰值强度由弱增强再减弱, 4个周期时峰值强度最大, 所以设计微腔器件时, DBR的周期是一项很重要的参数。DBR反射率太大不利于出光, 太小微腔效应小。需要根据制作目的和需要进行合理选择。

以氧化锌陶瓷靶和金属钴靶为靶材, 利用磁控共溅射方法制备钴掺杂氧化锌(Co-ZnO)薄膜。研究了氧氩比对薄膜的结构、光学和电学性能的影响。结果表明：薄膜具有类似于ZnO的六方纤锌矿结构, 并沿c轴择优生长; 当氧氩比为2∶8时, 薄膜具有较好的纳米晶粒和表面结构, 其霍尔迁移率为2.188×104 cm2/V·s, 最小电阻率为1.326×104 Ω·cm, 其薄膜透光率最高, 且在紫外区有一个相对较强的发射峰。

用射频反应磁控溅射法在不同溅射压强和氩氧比下制备了ZnO薄膜, 通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和光致发光(PL)谱等研究了溅射压强和氩氧比对ZnO薄膜结构和光学性质的影响。测量结果显示, 所制备的ZnO薄膜为六角纤锌矿结构, 具有沿c轴的择优取向; 溅射压强P=0.6 Pa, 氩氧比Ar/O2=20/5.5 sccm时, (002)晶面衍射峰强度和平均晶粒尺寸较大, (O02)XRD峰半峰全宽(FWHM)最小, 光致发光紫外峰强度最强。

基于密度泛函理论的第一性原理,分析了Al-N共掺杂ZnO的电子结构和光学性质。计算了Al-N复合体共掺ZnO的结合能,发现Al-N复合体可以在ZnO中稳定存在,因此Al-N共掺可以提高N在ZnO的固溶度。研究表明：N掺杂ZnO体系, 由于N-2p和Zn-3d态电子轨道杂化作用, 在费米能级附近引入深受主能级, 价带顶和导带底发生位移, 导致禁带宽带变窄。而Al-N共掺杂体系,适当控制Al和N的比例, 克服了N单掺杂时受主间的相互排斥,降低了受主能级,对改善ZnO的p型掺杂有重要意义。在Al-N共掺ZnO中,Al的引入,导致共掺体系的禁带宽度减小,吸收带边红移,实验现象证实了这一结果。

采用转移矩阵法和Airy函数, 研究了ZnSe/ZnMnSe/ZnSe/ZnBeSe/ZnSe/ZnBeSe/ZnSe异质结构的自旋极化输运。在外加偏压和磁场对电子透射系数和自旋极化率的影响方面, 所得到的结论显现出复杂而有趣的特性。 磁场对自旋向上和向下电子隧穿的影响是不同的:对于自旋向上情况, 出现双共振向单共振转换现象。

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势法, 计算了不同浓度Al(x=0, 0.125, 0.250, 0.375, 0.500)掺杂闪锌矿GaN体系的电子结构和光学吸收谱。结果表明:Al掺杂导致系统的晶格常数减小, 禁带宽度增大, 吸收谱蓝移, 可以达到日盲区紫外线探测器的要求。

设计制作了一种Au/ZnO/Al结构的紫外探测器, 光的入射方式采用背入射式。ZnO薄膜是用磁控溅射在蓝宝石衬底上制备的。I-V测试表明:Au与ZnO形成了肖特基接触。得到探测器的光响应峰值在352 nm, 截止边为382 nm, 可见抑制比达一个量级。由于该探测器是一种垂直结构器件, 对于进一步实现ZnO紫外探测器阵列及单光子探测有很好的研究价值。

采用电镀金属基板及湿法腐蚀衬底的方法将硅衬底上外延生长的GaN MQW LED薄膜转移至不同结构的金属基板, 通过高分辨X射线衍射(HRXRD)和光致发光(PL)研究了转移的GaN薄膜应力变化。研究发现：(1)转移至铜基板、铬基板、铜/镍/铜叠层基板等三种基板的GaN薄膜张应力均减小, 其中转移至铬基板的GaN薄膜张应力最小。(2)随着铬基板中铬主体层厚度的增加, 转移后的GaN薄膜应力不发生明显变化。

利用溶剂热法合成了NaYF4∶20%Yb,0.5%Tm上转换发光纳米粒子(UCNPs), 用扫描电子显微镜、X射线衍射分析、发光光谱测量等手段对水溶性纳米颗粒进行了形貌和发光性质表征。结果表明, UCNPs是纯立方相的NaYF4, 尺寸均匀分布在30 nm左右。在980 nm红外光的激发下, UCNPs能够发出肉眼可见的明亮的蓝紫色光。发射光谱中最强发射峰在479 nm, 来源于Tm3+离子的1G4→3H6发射, 并且给出了UCNPs的上转换发光机制。利用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作为表面活性剂所制备的上转换发光纳米颗粒具有良好的水溶性, 尺寸较小, 在生物荧光标记领域具有潜在的应用价值。

采用水热合成方法添加KOH在SiO2颗粒表面包覆Mn2+掺杂纳米Zn2SiO4, 通过X射线衍射(XRD)仪、扫描电子显微镜(SEM)、能谱、光致发光(PL)光谱仪对产物的晶体结构、形貌及光学性能进行表征, 并对Zn2SiO4晶体在水热反应过程中的反应机制进行了讨论。XRD测试结果表明：220 ℃水热条件下, 添加少量KOH, 反应不同时间后, 可在石英砂表面生成一层Zn2SiO4; SEM照片显示所生成的Zn2SiO4为六棱柱形, 并且不同反应条件下Zn2SiO4的包覆程度不同。反应产物经光致发光性能研究表明：Mn2+掺杂纳米Zn2SiO4包覆SiO2样品中显示两套光致发光谱, 一套为250 nm左右激发产生的522 nm绿色发光带, 另一套为340~410 nm宽带激发的440 nm蓝色发光带, 前者为典型的Mn2+离子发光, 后者440 nm发光带则有可能来源于基体SiO2的氧空位缺陷。

基质结构的变化为掺杂稀土发光离子提供了不同的局域环境, 从而为改变和影响掺杂离子的光发射性质提供了条件。本文采用激光光谱学的方法从实验上研究了基质变化对氟化物纳米晶体中的掺杂稀土Eu3+和Pr3+的光发射性质的影响规律, 以及同一基质中单掺杂和共掺杂稀土离子的光发射特性。结果发现：可通过变换基质和离子共掺杂来实现荧光谱线强度和色纯度的改进。依据掺杂离子的能级结构以及纳米晶体基质的对称性变化等因素, 对所观测到的实验现象进行了分析讨论。

以柠檬酸三钠为螯合剂, 通过控制反应条件, 利用水热法分别合成出立方相 NaYF4∶Eu3+ 球形纳米粒子和六角相 NaYF4∶Eu3+ 六角微米棱柱。利用X 射线粉末衍射(XRD)、场扫描电子显微镜 (SEM)、红外吸收 (FTIR), 以及发光光谱等手段对产物的物相结构、形貌和荧光性能进行了分析。结果显示产物的晶格结构和柠檬酸分子的选择性吸附是晶体形貌可控的主要原因。在395 nm 光激发下, NaYF4∶Eu3+ 样品显示出较强的橙色 (588 nm)和红色(614 nm) 发光, 分别来自于Eu3+ 离子5D0→7F1和5D0→7F2的跃迁。从5D0→7F2与5D0→7F1 跃迁的强度比可以推断在立方相纳米粒子的晶格中 Eu3+ 离子更多地占据反演中心的格位。

采用共沉淀(co-precipitation)法制备了Mg掺杂ZnO纳米晶, 分别用X射线衍射(XRD)、傅立叶变换红外光谱(FTIR)、紫外可见吸收(UV-Vis)光谱、光致发光(PL)光谱、透射电镜(TEM)、电子顺磁共振(EPR)等分析手段对样品进行了表征。探究了Mg离子在ZnO纳米晶中的存在状态, ZnO纳米晶颗粒尺寸和发射光谱随Mg掺杂浓度的变化, 并对其发光机理进行了分析。结果表明:Mg离子在ZnO晶格中以部分晶格位, 部分间隙位的方式存在,没有形成MgO表面壳层结构; 随Mg掺杂浓度的增大, ZnO纳米晶的颗粒尺寸变小, 发射光的光强增大。发射光的最佳激发波长为342 nm, 中心波长为500 nm, 荧光量子产率为22.8%。实验分析表明：Mg离子的掺杂在ZnO纳米晶中引入了锌空位(VZn), 间隙位的镁离子(IMg), 提供了新的复合中心, 从而增强了ZnO纳米晶的光致发光。

在常压环境下采用联合体驱使生长(Aggregation-driven growth)法在镀有ZnO纳米薄膜的医用盖玻片衬底和锌箔上制备了不同直径、高取向、密集生长的ZnO纳米棒阵列结构, 发现平均直径与生长时间呈线性关系。X射线衍射(XRD)谱图中出现了较强的(002)峰, 表明制备的纳米棒阵列具有高度c轴择优生长取向; 高分辨透射电子显微镜(HRTEM)和选区电子花样衍射图谱(SAED)结果表明我们得到的单根纳米棒为沿(002)生长的单晶结构。分析确定盖玻片上的纳米棒阵列是以ZnO纳米薄膜缓冲层上的ZnO种子颗粒为成核点生长形成的。

合成了一种新的双β二酮配体1, 4-二苯甲酰乙酰苯(TDAP), 并成功合成了它的两个双核稀土配合物Eu2(TDAP)3·(H2O)2 和Tb2(TDAP)3·(H2O)6。通过元素分析、红外光谱、紫外可见光谱和荧光光谱对配合物进行了表征与性能研究。荧光分析表明, 在紫外灯下配体本身就发出蓝紫色荧光, 通过对配体TDAP的磷光光谱分析计算得到了配体的平均三重态能级。配合物Eu2(TDAP)3·(H2O)2的发射光谱分析表明, 配体自身的发射几乎完全被淬灭, 能量成功传递给了中心离子, 因此配合物发出了明显的特征峰, 主发射峰为Eu3+的5D0-7F2发射。由荧光分析知, 配合物Eu2(TDAP)3·(H2O)2的激发光谱与配体发射光谱的重叠, 这验证了配体TDAP对于Eu3+能量传递的有效性。此外, 还详细分析了两种配合物的能量传递过程及发光机理, 配合物Tb2(TDAP)3·(H2O)6几乎不发光, 这是因为配体的三重态能级与Tb3+的最低激发态能级不匹配。合成的配合物Eu2(TDAP)3·(H2O)2有很强荧光, 是一种有效的红色发光材料。

以3-(2-螺旋金刚烷)-4-甲氧基-4-(3-磷氧酰)-苯基-1,2-二氧环乙烷(AMPPD)为例, 系统地研究了其化学发光的中间体——间羟基苯甲酸甲酯阴离子在碱性水溶液中的光致发光性质。通过对其碱性水溶液进行稳态光谱、1H NMR共振谱、超快速时间分辨光谱的测量, 我们成功地在获得了不断水解的AMPPD中间体的碱性水溶液的光致发光光谱, 并将其与AMPPD化学发光光谱进行比对, 得出了其光致发光光谱与化学发光光谱在误差范围内峰位基本一致的结论。该研究结果对正确地认识AMPPD在碱性水溶液中化学发光的机理, 并进一步合理地设计高效的化学发光体系具有重要意义。

制备了Eu(DBM)3phen掺杂的聚丙烯(PP)薄膜复合材料。利用发光光谱技术, 分别展示了Eu(DBM)3phen和Eu(DBM)3phen/PP薄膜的稳态光致发光光谱, 比较了这两种材料的发光寿命。与纯的Eu(DBM)3phen相比, 该复合材料的发光稳定性有较大的提高; 观察到了折射率边界对Eu3+自发辐射速率的影响。

利用蒙特卡罗方法对LED并联电路的电流降额特性进行了模拟, 假设分档后的大功率白光LED的正向电压(VF)分布符合正态分布, 研究了1×n(2≤n≤15)系列LED并联电路电流降额量(IP)的概率(P)分布。模拟结果表明, IP的概率分布函数偏离了正态分布, 密度函数曲线最高值点的两侧不对称, 左侧较右侧陡峭; 随着LED并联数(n)的增加, 概率密度函数沿IP增大的方向移动, 并且越来越趋近于正态分布。当n一定时, IP随电路中出现LED承载电流超过其额定电流的概率增大而降低, 降低的速度由快转慢; 当P为0.01%～1%时, IP大约为20%~30%。当P一定时, IP随n的增加而增大; 当n＞6时,IP的增大速度变缓。模拟结果可以推广到m×n阵列化互连大功率LED模组。

采用微波烧结方法制备了碳纳米管/金刚石复合材料。将碳纳米管和纳米金刚石粉末混合后研磨压片, 然后在微波等离子气相沉积系统中采用微波烧结。利用扫描电镜对复合材料的表面形貌和微观结构进行了分析, 结果显示碳纳米管比较均匀地分散于复合材料中, 并在表面形成了发射微尖。利用二极管结构在动态真空室中对复合材料的场发射特性进行了研究, 复合材料有较好的场发射特性, 电流密度接近15 mA/cm2。

利用有限元法(FEM)分析了大横截面SOI(Silicon-on-insulator)脊型波导的本征模式分布, 确定了脊型波导的单模条件。在保证单模传输的情况下, 模拟了SOI微环谐振器中波导耦合器的耦合长度、功率耦合系数与波导尺寸和间距的关系。模拟结果表明：对于W=1 μm, H=2 μm的SOI脊型波导耦合器, 耦合长度LC随波导间距d的增加而增大, 功率耦合系数随之减小。在波导间距d＜0.8 μm的情况下, 耦合长度LC随着归一化脊高r的增加而增大, 当d＞0.8 μm时, 耦合长度LC随r的增加而减小。模拟结果为SOI微环谐振器的设计和应用提供了理论依据。

以氧化铟为主体材料, 以铋为掺杂材料, 采用真空热蒸发方法研制出2.5%铋掺杂的透明导电氧化物薄膜(IBO)。实验表明：IBO薄膜具有良好的表面形貌, 载流子浓度为3.955×1019 cm-3, 载流子迁移率达到50.21 cm2·V-1·s-1, 电导率为 3.143×10-3 Ω·cm, 在可见光范围内的平均透过率超过82%, 功函数为4.76 eV。采用其作为阳极制作的OLED得到最大亮度30 230 cd/m2, 最大电流效率为5.1 cd/A。结果表明IBO是一种良好的光电器件阳极材料。