获得了一种基于电致激基复合物的高效率白光有机电致发光器件, 采用p-i-n 结构, 有效地降低了器件的工作电压。器件的最大亮度为9 050 cd/m2, 最大功率效率为2.63 lm/W。随着电压的增加, 器件的CIE色坐标一直处于白光区域。

提出一种用于有机电致发光器件(OLED)的双面对称矩形金属光栅电极, 采用时域有限差分方法(FDTD)模拟研究了OLED中表面等离子体激元的激发和耦合传输的物理规律和物理机制, 详细计算和分析了该光栅结构的周期、槽宽、光栅高度、槽底厚度、入射光的入射角与电极透射效率的关系, 并由此优化了结构的几何参数, 使金属电极的光导出效率相对于通常的金属银层电极增强了1.77倍, 为基于表面等离子体激元的高效光导出器件的优化设计提供了理论依据。

研究了绿色荧光粉Ca2GeO4∶Tb3+的真空紫外光谱性质, 用172 nm激发荧光粉, 其发射峰在549 nm, 此绿色发光峰归属于Tb3+的5D4→7F5磁偶极跃迁, Tb3+离子的最佳摩尔分数x=0.05。激发光谱中147 nm和172 nm的激发强度分别是218 nm的1.5和1.7倍。因为在等离子体显示中激发光波长是147 nm和172 nm, 因此荧光粉在这两个波长的激发强度对荧光粉在等离子体显示中的应用至关重要。Al3+的共掺杂可使荧光粉的发光强度增强2倍, 因此,Ca2GeO4∶Tb3+是一种具有应用潜力的等离子体显示用绿色荧光粉。

Er3+掺杂的(ZnO)1-x-y(P2O5)x(B2O3)y玻璃具有优良的光学性质。沸水煮沸实验结果表明, 该类玻璃具有较高的环境稳定性。与(Er2O3)z(ZnO)1-x-z(P2O5)x-z 类玻璃相比, Er3+掺杂的该类玻璃在1.5 μm峰值位置的光谱半峰全宽超过110 nm, 而且具有较高的猝灭浓度。

采用高温熔融法生长了 Er3+/Yb3+共掺杂的磷酸盐微晶玻璃,测量了微晶玻璃室温下的吸收光谱。由此吸收谱,根据 Judd-Ofelt 理论, 计算了 Er3+/Yb3+ 共掺杂磷酸盐微晶玻璃的强度参数、自发辐射几率、荧光分支比等光谱参数, 得到了吸收截面曲线, 并根据 McCumber 理论得到 1 540 nm 附近的积分发射截面。样品的强度参数为 Ω2= 6.33×10-20 cm2, Ω4=1.41×10-20 cm2 , Ω6=1.09×10-20 cm2。1 540 nm对应的积分发射截面峰值为1.8×10-20 cm2。另外, 还测量了 Er3+/Yb3+ 共掺杂磷酸盐微晶玻璃在 980 nm 激发下的上转换光谱, 讨论了 Er3+/Yb3+ 共掺杂磷酸盐微晶玻璃的上转换发光和能量传递过程。

采用共沉淀-喷雾干燥法制备YAG∶Ce3+荧光粉。前驱体经热处理、研磨、酸洗碱洗后形成荧光粉。研究了前驱体料浆浓度、热处理条件、研磨、酸洗碱洗对粉末晶相、颗粒形貌、粒度和发光性能的影响。研究发现：料浆浓度为0.2, 0.4, 0.6 mol/L时, 前驱体颗粒形貌分别呈碎屑、光滑和褶皱状球形;无团聚光滑球形前驱体经1 100 ℃热处理4 h后, XRD未检测到杂相;继续升温至1 550 ℃, 荧光粉相对亮度随之提高;酸洗碱洗能够去除碎屑, 获无团聚荧光粉, 提高相对亮度。

在NaYF4微晶中借助于Tm3+-Er3+耦合对间能量传递过程, 能够将一个高能291 nm紫外光光子剪裁成近红外796 nm和蓝色 476 nm两个光子。在291 nm (34 364 cm-1) 紫外光激发下, Tm3+的1I6能级首先被布居,再经过一个交叉弛豫过程使得Er3+的4I9/2和Tm3+的1G4能级同时被布居, 从而实现了Tm3+的1G4→3H6［476 nm (21 008 cm-1)］和Er3+的4I9/2→4I15/2［796 nm (12 563 cm-1)］辐射跃迁。估算了这种下转换过程的能量传递效率ηET和量子效率ηQE。通过这种量子剪裁可以解决光谱失配问题, 提高GaAs太阳能电池中的转换效率。

采用高温固相烧结法制备了Er3+/Eu3+共掺杂和Yb3+/Er3+/Eu3+共掺杂系列硼硅酸盐玻璃样品。在978 nm半导体激光器抽运下, 测量了样品的光致发光谱, 分析了上转换机制。结果表明：随着Er3+浓度的增加, Eu3+的595 nm光谱强度增强;Eu3+的692 nm光谱强度随Yb3+浓度增加而增强, 并明显强于595 nm光谱。Er3+/Eu3+、Yb3+/Eu3+之间的能量传递和合作上转换等机制导致Eu3+离子上转换发射。

采用化学共沉淀法对Y(PV)O4∶Eu3+荧光粉进行表面包膜处理, 获得了表面均匀包覆Y(OH)3膜层的Y(PV)O4∶Eu3+荧光粉。用SEM、XRD等手段对其表面形貌、晶格结构性能进行了表征。结果表明：在Y(PV)O4∶Eu3+粉体表面均匀包覆Y(OH)3膜层后, Y(PV)O4∶Eu3+的晶格结构、发光性能没有改变, 亮度较未包覆的荧光粉有较大提高, 且没有发生色坐标偏移现象。

等离子体平板显示用绿色发光粉主要有硅酸盐(Zn2SiO4∶Mn2+)、铝酸盐(BaAl12O19∶Mn2+)、磷酸盐(YPO4∶Tb3+)和硼酸盐(YBO3∶Tb3+)4种体系。前两者具有量子效率高、色纯度好等优点, 然而抗真空紫外辐照能力差, 发光衰减时间长;Tb3+激活的磷酸盐和硼酸盐体系具有适宜的发光寿命, 抗真空紫外辐射能力强, 然而Tb3+的发射光是黄绿色, 色纯度不够好, 且发光亮度相对较弱。按一定的混合比率使BaAl12O19∶Mn2+和YPO4∶Tb3+均匀混合, 组合这两种体系绿色发光粉各自的优点, 优化了等离子体平板显示用绿色发光粉的整体性能。Phosphor by Blending BaAl₁₂O₁₉∶Mn²⁺ and YPO₄∶Tb³⁺

室温下掺铊碘化铯(CsI∶Tl)晶体的吸收谱在230～320 nm范围内有3个特征峰：310 nm(4 eV)、270 nm(4.6 eV)和245 nm(5.1 eV)。采用这3种不同激发能量(对应不同激发机制)的近紫外(UV)光激发得到的荧光(PL)光谱相同。这些PL谱与钨(W)靶X射线激发的辐照致荧光(RL)谱也类似。经分峰计算, PL和RL均含有4种熟知的3.1 eV(400 nm)、2.55 eV(486 nm)、2.25 eV(550 nm)和2.1 eV(590 nm)发光组分, 但RL中2.1 eV组分高于PL, 同时2.55 eV组分又低于PL。分析认为, 这一差异来自于X射线对晶体的辐照损伤Tl＋Va＋、Tl0Va＋, 相关的2.1 eV吸收峰与2.55 eV发光带重叠。结果表明：X射线比紫外光更易产生损伤从而影响晶体CsI∶Tl的发光特性。

研究了在CdSe/ZnSe自组装量子点中CdSe量子点的发光随着激发光强度变化的特性。 发现当激发强度(I)变化3 个数量级的时候, 量子点发光的峰位、峰形都没有发生明显的变化。通过公式L∝Ik(其中I是激发光强度, L是量子点发光强度, k是非线性系数)得到非线性系数k值。实验结果表明：在温度由21 K升高到300 K的过程中, k值随温度变化可以分为3个区域：当温度低于120 K时, k值接近于1;然后, 随着温度升高, k值慢慢变小;最后, 随温度进一步升高, k值由200 K时的0.946迅速减少到0.870。结合发光随温度变化的实验结果, 确认在120 K以下发光主要来源于束缚激子复合。在温度由200 K升高到300 K的过程中, 非线性系数的单调减小主要归因于随着温度的升高, 发光部分来自于由自由电子或空穴到束缚态能级(FB)的复合。进一步通过分析量子点发光的积分强度随着温度的变化的实验结果, 发现发光强度随温度升高而减弱的主要原因是材料中的缺陷或者位错等提供非辐射渠道。

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势法, 计算了纤锌矿结构Cd1-xMgxSe(x=0,0.125,0.250,0.375)的电子结构和光学性质。结果表明, 不同系统的价带顶都主要由Se4p态决定, 其位置基本不变;导带底由Se4s态和Cd5s共同决定, 并且随着掺杂浓度的增加向高能区移动, 结果使得带隙展宽, 由此使得系统介电函数虚部的峰值和折射率实部的峰值随掺杂浓度的增大而蓝移, 计算结果与实验符合。

ZnO∶Ga(GZO)透明电极沉积在p-GaN表面, 用作透明电流扩展层。直接沉积在p-GaN上的p-GaN/GZO存在较大的势垒, 容易形成肖特基接触, 而良好的欧姆接触对功率LED器件至关重要。为了降低接触势垒, 采用盐酸和氢氧化钠溶液对GaN表面进行去氧化层处理, 并对p-GaN/GZO进行退火处理, 研究表面处理和退火对p-GaN/GZO接触特性的影响。研究表明:碱性溶液处理有利于降低接触势垒;退火处理后, 接触势垒略有增加。

利用等离子体辅助分子束外延在p型砷化镓衬底上制备了ZnO异质结发光二极管。实验表明：GaAs与ZnO之间的氧化镁绝缘层能够有效改善器件光电性能, I-V特性的研究表明该器件具有良好的整流特性, 开启电压为3 V, 电致发光光谱由一个紫外发光峰和一个可见发光带构成, 其来源分别为ZnO层中近带边缺陷以及深能级缺陷相关的辐射复合。

通过对多层GaSb量子点的生长研究, 发现随着生长层数的增加, 量子点尺寸逐渐变大, 密度没有明显变化, 并且量子点出现了聚集现象;当层数增加到一定数量、量子点聚集到一定大小时, 聚集的量子点处会出现空洞。这些现象表明, 各层量子点在生长过程中存在关联效应, 并且GaAs层不能很好地覆盖在聚集的量子点之上, 在继续生长其它量子点层时, 聚集的量子点处在高温下出现GaSb的蒸发, 从而出现空洞。 PL谱出现了很宽的量子点发光峰, 这很可能是由于多层量子点在生长时大小分布较宽而导致的结果。

通过对不同In含量的InGaN/GaN量子阱材料的变温光致发光(PL)谱进行实验分析, 得出样品激活能和PL谱峰值能量随温度变化的S形曲线中拐点温度与In含量的关系。说明对于我们的样品, 这种 S形曲线并不是来源于量子限制Stark效应(QCSE), 而是与量子阱中In团簇有关。对比结果表明, 含In量越多的材料其局域的能量越大, 由热扰动脱离局域所需要的温度越高。

考虑自发与压电极化引起的内建电场, 自由电子-空穴气屏蔽效应和外加电场, 基于常微分数值计算, 自洽求解电子与空穴的薛定谔方程和泊松方程以获得基态能级。以典型的GaN/AlxGa1-xN纤锌矿氮化物应变量子阱为例, 通过数值求解, 得到电子与空穴的本征基态能和相应本征波函数。计算结果表明：沿量子阱生长方向所施加的外加电场将抵消阱中内建电场的作用, 阱结构的弯曲程度略显平缓, 使电子(空穴)本征波函数逆(顺)着外电场方向移动, 且均向阱中心移动, 波峰峰值增加, 隧穿几率减小;在固定外电场情况下, 电子与空穴基态能级随阱宽的增加而减小, 随掺杂组分的增加而增加, 表明外加电场对内建电场有所削弱以及量子限制作用对电子(空穴)基态能有显著的影响

分析比较了在不同输入功率条件下1 W GaN基LED样品的热学特性, 得出了有效热阻随加载功率的变化规律。基于瞬态热测试方法, 讨论了结-环境热阻与输入功率之间的关系。加载电流为100～500 mA的区域随着电功率增加, 有效热阻明显降低;当电流增至500 mA以上时, 有效热阻减小幅度越来越小;而当加载电流为900～1 650 mA时, 结-环境的热阻随着电功率的增加而缓慢升高。随着注入电功率的增加, 在不同电流区域同一个样品的热阻变化趋势却是相反的, 这个现象归因于串联电阻热耦合随输入功率的变化。该结果对分析功率型LED热特性具有一定参考价值。

从实测的LED光谱分布出发, 对基于LED光谱可调光源进行了可行性验证。提出用非对称高斯分布函数的数学模型来拟合单个LED光谱分布,并以该数学模型为基础, 运用多种不同峰值波长的LED来合成所需要的光谱分布。在原理上实现了对任意目标光谱的最小二乘拟合, 使用不同峰值波长的单色LED分别对D65、溴钨灯、5 500 K理想黑体、日光照射下的标准白板的光谱分布进行拟合, 相关指数均在0.94以上。最后通过对数据的分析, 总结出在工程实践中必须注意的要点。

建立了激光二极管阵列(LDA) 环绕侧面泵浦复合薄片激光器的数值模型, LDA的快轴垂直于薄片表面并被压缩。依据LDA 的输出光束特性, 考虑到介质与空气的对流热交换和材料热导率的温度相关性, 根据经典热传导方程, 运用有限单元法, 得出了薄片内的泵浦光和温度分布。分析了LDA个数、泵浦距离、吸收系数和光束发散角对薄片内泵浦光分布和吸收效率的影响规律, 讨论了温度与泵浦功率、换热系数、冷却液温度和时间的变化规律, 所得的有关规律与相关实验相符合。计算结果可为LDA泵浦固体激光器的结构优化设计和实验研究提供理论参考。

在常温常压条件下, 采用改进的金属催化化学腐蚀方法在n型单晶硅片(100)上制备了大面积垂直于硅衬底、直径均匀、排列整齐的硅纳米线阵列。分析了样品的表面形貌和反射谱, 纳米线直径为10～50 nm。在腐蚀时间分别为15, 30, 60 min时, 纳米线长度分别为9, 17, 34 μm。样品的减反射性能优异, 在300～1 000 nm波段, 得到了2.4%的反射率。初步分析了纳米线阵列的减反射机制和不同腐蚀时间样品的反射率差异。

采用微乳液法制备了LaF3∶Er,Yb纳米颗粒, 在有机-无机杂化材料中有良好的溶解性, 掺杂质量比可达到50%。通过TEM观察到纳米颗粒的粒径为6~10 nm;XRD的测试结果表明材料中形成了LaF3六方晶体结构;荧光发射谱的测试表明纳米颗粒的荧光半峰全宽为79 nm;通过时间相关单光子计数法测得铒离子4I13/2能级的寿命为100 μs。结合半导体工艺, 制备了嵌入条形结构的平面光波导放大器, 在信号光(1 550 nm)功率为0.2 mW, 泵浦光(980 nm)功率为188 mW的条件下, 在1.9 cm的样品上得到了3.2 dB的相对增益;同时分析了散射损耗随颗粒大小的变化关系。

用介质阻挡放电(DBD)等离子体增强化学气相沉积(PECVD)的方法, 以硅烷为源气体, 在沉积区域加载脉冲负偏压进行调节, 在玻璃基片上沉积得到具有荧光特征的多孔硅纳米颗粒膜。沉积过程的发射光谱结果表明, 在412 nm处出现SiH*(A2Δ→X2Π 0-0)特征峰, 证明放电沉积过程中存在不同程度的硅烷裂解。将脉冲负偏压固定在-300 V, 当占空比从0.162增大到0.864时, 薄膜的红外光谱显示Si—O—Si在1 070 cm-1伸缩振动吸收峰与800 cm-1的弯曲振动峰都有所增强, 而930 cm-1的Si—H弯曲振动减弱。说明随着占空比的增加, Si—O—Si键的结合越来越明显。

以对苯二甲酸(p-PA)、苯甲酸(BA)、邻(间、对)甲基苯甲酸［o(m、p)-MBA］和1, 10-邻菲啰啉(phen)为配体, 合成了4种Eu(Ⅲ)和4种Tb(Ⅲ)的四元配合物。通过EDTA配位滴定分析和元素分析, 确定了各配合物的组成。利用红外光谱分析对配合物的结构进行了初步表征, 在配合物中羧基氧原子和1,10-邻菲啰啉中的氮原子均参与了配位。在室温条件下, 测定了各固体配合物的激发和发射光谱, 结果表明： 4种铕的四元配合物中, 苯甲酸配合物在614 nm最强发射峰的荧光强度强于3种甲基取代苯甲酸配合物的荧光强度;4种铽的四元配合物中, 以对甲基苯甲酸为配体的配合物在545 nm最佳发射峰和490 nm次强发射峰的荧光强度较高。1,10-phenanthroline

以小分子乙酸和乙酸铵为配体, 合成了水溶性乙酸类稀土配合物NH4REAc (RE为Tb或 Eu)。将该类配合物与水溶性丙烯酰胺单体通过水溶液聚合, 得到了透明的聚丙烯酰胺光致发光材料(NH4REAc/PAM)。着重研究了配合物和聚合物发光性能。结果表明, NH4REAc配合物和NH4REAc/PAM聚合物均能发射很强的稀土Tb3+或Eu3+离子特征荧光;NH4TbAc和NH4TbAc/PAM中的Tb3+离子5D4→7F5均有较长的荧光寿命, 形成聚合物后表观荧光寿命有所增加, 但量子效率η却有所降低。

合成了两个系列的均苯三甲酸铕配合物。其一是以均苯三甲酸(H3btc)为配体, Eu3+及掺杂过渡金属Zn2+、Cd2+、Mn2+、Ni2+为中心离子的配合物;其二是以均苯三甲酸、邻菲啰啉(Phen)为配体, Eu3+及掺杂Y3+、La3+、Gd3+为中心离子的异核稀土配合物。对配合物进行了元素分析、差热-热重、红外光谱、紫外光谱、荧光寿命及荧光性能等方面的测试分析。配合物的组成分别为:EuL·6H2O(1)、EuLL′1.5·2H2O(2)、Eu0.5Y0.5LL′1.5·3H2O(3)、Eu0.5La0.5LL′1.5·3H2O(4)、Eu0.5Gd0.5LL′1.5·3H2O(5)、EuZnLCl2(C2H5OH)2·2H2O(6)、EuCdLCl2-(C2H5OH)2.5·2H2O(7)、EuMnLCl2(C2H5OH)2·2H2O(8)、EuNiLCl2(C2H5OH) 2·2H2O(9) (其中L=btc, L′=Phen)。均苯三甲酸的羧酸氧原子和邻菲啰啉的氮原子与稀土离子配位。差热-热重的测试结果表明, 均苯三甲酸-邻菲啰啉异核稀土配合物的分解温度为490 ℃, 铕掺杂过渡金属配合物分解温度为450 ℃, 两类配合物的最终分解产物均为氧化物。荧光光谱的测试结果表明, 三元配合物EuLL′1.5·2H2O(2)的荧光强度明显高于二元配合物EuL·2H2O(1);配合物(3)、 (4)、(6)、(7)中, Y3+、 La3+、Zn2+、Cd2+无未充满的d层或f层电子, 对Eu3+的荧光有增强作用;配合物(5)中的Gd3+有4f7半充满稳定电子层结构, 对Eu3+的荧光也有增强作用。在配合物(8)和(9)中, Mn2+和Ni2+的未充满d层电子消耗配体吸收的能量, 对Eu3+的荧光有猝灭作用。

合成了邻菲罗啉的衍生物咪唑并［5, 6-f］邻菲罗啉(IP), 并以其为第二配体, 二苯胺羰基邻苯甲酸 (HDPAB)为第一配体, 制备出新型稀土铽三元有机配合物Tb(DPAB)3IP。采用元素分析、红外光谱和紫外光谱对合成的配体及配合物进行了表征。通过荧光光谱研究了配合物的荧光性质, 结果表明第二配体IP有较大的共轭体系, 在紫外光激发下, 配合物中的配体可将吸收的能量传递给稀土Tb3+离子, 表现出较强的Tb3+离子的特征发射, 且配体Tb(DPAB)3IP的荧光强度明显大于Tb(DPAB)3phen的荧光强度。这说明适宜的第二配体对配合物有很好的敏化发光作用, 合成的Tb(DPAB)3IP是一种良好的绿光材料。

合成了一个三维超分子化合物(C20O2H14)(C12N2H8) (命名为BP1), 通过元素分析、红外光谱、核磁共振氢谱和X射线单晶衍射对其结构进行了表征, 结果表明分子之间通过氢键和π-π堆积弱的相互作用形成超分子化合物。对所有合成的超分子化合物进行了紫外光谱和荧光光谱的测试。在室温DMSO溶液中, 当激发波长为342 nm时, 化合物在373 nm 处有一强发射峰, 呈现紫色荧光, 这可以归属于分子内的π*→π跃迁。X射线单晶衍射分析结果表明, 该超分子化合物属于三斜晶系, P1空间群, 晶胞参数a=1.087 8(2) nm, b=1.125 2(2) nm, c=1.168 0(2) nm, α=97.89(3)°,β=110.91(3)°, γ=109.62(3)°, V=1.203 2(4) nm3, Z=2, R1=0.053 1, wR2=0.163 4, GOF 值为1.034。

探讨了钕与丙氨酸、咪唑形成荧光配合物的各个因素, 确定了用液体荧光法测定钕元素的最佳条件。实验表明, 钕与丙氨酸和咪唑形成荧光配位化合物的最佳条件为：丙氨酸和咪唑的量的比为5∶1, pH=5.0;钕配位化合物荧光强度的最佳测量条件为：激发波长220 nm, 发射波长350 nm, 激发狭缝带宽5 nm, 发射狭缝带宽10 nm;溶液钕含量的最低测量下限为0.5 μg/mL。应用该方法测定了氧化钕和陶瓷产品中的钕含量。

利用传输矩阵方法,研究了镜像对称缓变准周期结构一维光子晶体的缺陷模。结果表明,当镜像对称缓变准周期结构一维光子晶体的周期数增加时,禁带宽度逐渐展宽;引入缺陷后,出现缺陷模,缺陷模的波长随缺陷层厚度增加和缺陷层介质折射率的增大而向长波方向移动。

根据斯托克斯波和反斯托克斯波所满足的耦合微分方程, 考虑泵浦波是线偏振光, 其偏振方向沿x轴, 推导出了同偏振方向受激拉曼散射和参量放大同时作用下, 斯托克斯波和反斯托克斯波的增益系数。研究了色散缓变光纤中增益随失配系数Δk2以及归一化距离z/L的变化关系。结果表明, 当非线性系数γ=0时, 增益随Δk2的变化情况在正常和反常色散区是完全对称的;而当非线性系数γ≠0时, 在反常色散区增益会出现峰值, 随后增益随Δk2和z/L的增加而逐渐减小。讨论了反斯托克斯波与斯托克斯波Eax/Esx的比值随失配系数Δk2的增加而快速衰减的变化特性。

从生物延迟发光的机理出发, 建立了生物延迟发光动力学方程, 发现菠菜叶片的延迟发光随时间按双指数规律衰减, 表明菠菜叶片延迟发光来源于快项和慢项两个发光系统, 其动力学行为可以通过发光动力学参数积分强度、初始光子数和衰变时间定量描述。用体积分数为10%的H2O2溶液处理菠菜叶片, 随着处理时间的延长, 延迟发光积分强度和初始光子数快速降低, 积分强度和初始光子数的变化呈正相关, 表征快相和慢相发光特征的两个衰变时间表现出逐渐减小的趋势。积分强度和初始光子数的变化代表了叶片的光合能力和代谢强度的下降, 衰变时间的变化暗示H2O2可能对叶片PSⅡ中D1和D2两条多肽造成了破坏。