对半导体激光器的发展历史和发展现状进行了综述, 并具体介绍了长春光学精密机械与物理研究所近年来在大功率半导体激光器方面所取得的主要进展,特别是在大功率半导体激光器的激光光源、垂直腔面发射激光器和新型激光器芯片等方面。

采用循环伏安法处理Ag电极, 得到活化的具有表面增强拉曼光谱(SERS)效应的粗糙Ag表面, 进一步采用激光拉曼光谱探讨了2-巯基苯并咪唑(MBI)在其表面的自组装分子层的吸附特性。实验表明, 在活性Ag表面的MBI自组装分子层能够产生理想的SERS效应, 其强度随探针分子MBI浓度的增加先提高后减弱, 达到一定浓度时因受其空间位阻等因素的影响, 增强效应减弱。MBI在1×10－6 mol·L－1 浓度时增强效果最大。拉曼增强效应随着体系酸度的变化有着明显不同, 在强酸性条件下的增强效应明显优于中性和碱性条件。MBI分子存在两种不同的异构体和在不同酸度下存在3种不同的存在形态, 并形成动态平衡。pH ＜2时, MBI分子主要以硫酮式MBI+存在, 并以巯基上的S:与活性Ag以配位方式吸附成键, 其整个大π键平面垂直地吸附于Ag表面, 产生相对较大的SERS信号。pH ＞2时, 由于硫酮式和硫醇式与活性Ag的键合方式和能力不同, 硫醇式上的S与Ag以S—Ag共价方式同时双键侧上的N以配位方式协同参与吸附成键, 比硫酮式MBI+的单纯配位吸附要强, 因而形成了竞争吸附, 表现为SERS在pH=2～3.7之间的急剧下降。MBI硫醇式由于以S—Ag、N—Ag键的协同吸附, 形成了倾斜侧卧式垂直吸附, 而使拉曼增强效应相对减弱。

为寻求高LED颗粒利用率和高光效, 引入了新LED组合进行混光, 提出利用改进人工鱼群算法优化LED光通量配比, 并设计了一款可调光调色筒灯来验证算法的可行性。引入相对基强化学习算法优化人工鱼种群; 引入柯西分布和正态分布函数作为自适应算子, 优化视域和步长。用积分球测试经优化后的灯具, 数据表明灯具具有很高的颗粒利用率和光效。结果表明本文提出方法切实可行, 具有很高的实用价值。

通过求解电磁波束包络方程和能量方程的耦合方程组, 考虑温度对材料介电系数的影响及传输损耗产热的耦合作用, 求解了复合热边界条件下光纤的基模态传输和损耗问题。研究表明: 随着纤芯半径的增大, 电场强度、能量耗散密度减小, 传播常数增大; 环境温度降低、对流换热系数增大和表面发射率升高都会使得传播常数减小, 电场强度、能量耗散密度增大; 能量耗散密度和电场强度随截面曲率的变化并不是线性的, 还受到其他因素的共同作用。

利用温和的溶剂热方法合成了具有上转换发光性能的Yb3+-Tm3+和Yb3+-Er3+共掺的纳米NaYGdF4。在该体系中, 通过调节Gd3+在基质中的掺杂量可以有效地控制产物的相变、尺寸以及上转换荧光性能。XRD和TEM分析结果表明, Gd3+的掺入在促进NaYF4纳米颗粒由立方相到六方相转变的同时有助于减小其尺寸。上转换光谱研究表明, 在Yb3+-Tm3+和Yb3+-Er3+共掺体系中, 可通过优化Gd3+的掺杂量来有效提高产物的上转换荧光强度。同时, 通过研究Tm3+和Er3+在不同可见光波段的发光强度与泵浦功率的关系探讨了上转换发光的机制。

采用脉冲激光沉积(PLD)方法在湿法腐蚀后的Si(100)衬底上制备了Y2O3∶Bi,Yb减反转光薄膜。所制备的薄膜在300～800 nm波长范围内的平均反射率最低至5.28%, 同时在晶体硅太阳能电池最佳响应范围内的980 nm附近表现出了良好的下转光特性。与非减反下转光薄膜相比较, 具有减反结构的Y2O3∶Bi,Yb下转换薄膜的转光强度有了明显的提升。随着衬底腐蚀时间在一定范围内的延长, Bi3+和Yb3+的发射峰强度线性增大。该减反转光薄膜为太阳能电池效率提高提供了一种简单可行的方法。

以CdCl2和硫代乙酰胺为反应物, 通过湿化学法合成CdS/膨润土复合材料, 采用X射线衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)以及紫外可见光谱(UV-Vis)等分析技术对其结构及光学性能进行表征。以罗丹明B和亚甲基蓝为目标污染物, 考察了CdS/膨润土复合材料对有机染料的降解性能。结果表明: 在罗丹明B和亚甲基蓝的初始浓度为20 mg/L 时, 光照3 h后, CdS/膨润土对它们的降解率分别为80.6%和88.3%, 优于CdS及膨润土原土催化剂。

设计并合成了萘酰亚胺衍生物N-正己基-4-［2-(3-苯基硫脲)-乙氨基］-1,8-萘酰亚胺(HTN), 通过NMR和MS表征了其结构。利用荧光光谱法研究了HTN对苦味酸(PA)的识别作用。研究发现, 在C2H5OH/H2O (2∶1)体系中, HTN荧光强度随PA浓度的增加而大幅度下降。PA浓度在1×10-6~5×10-4 mol·L-1范围内时, 猝灭率(I0-I)/I0与［PA］0.5呈线性关系,R2=0.995 5。常见苯系物, 如苯胺、苯甲醛、三硝基甲苯、苯酚、苯乙烯、吡啶、对甲苯磺酸、甲苯、硝基苯及氯苯等均不干扰HTN对PA的识别。结果表明, HTN对PA具有较好的选择性和灵敏度。

采用柠檬酸钠辅助的水热方法制备了一系列不同Ca2+含量的Ca2+/Yb3+/Er3+共掺的NaYF4微米片。利用透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射分析(XRD)、发光光谱等测量手段对样品进行了形貌、晶相、发光性质的表征。样品在980 nm激光泵浦下, 可以观察到强的上转换绿色荧光。在Ca2+的摩尔分数从0增加到8%的过程中, 紫外到可见的上转换发光随着Ca2+浓度的增加而显著增强。这是由于Ca2+的掺杂导致了晶体内部的不对称性, 同时也提高了晶体的结晶性。

用硝酸铽与3,5-吡啶二甲酸、邻菲罗啉在水热条件下进行反应, 合成了配合物［Tb(3,5-pdc)(3,5-Hpdc)(H2O)(phen)］n(3,5-H2pdc =3,5-吡啶二甲酸, phen=1,10-邻菲罗啉)。单晶X射线衍射测试表明, 该配合物属单斜晶系, C2/c空间群, 晶胞参数分别为: a=2.734 9(3) nm, b=1.099 48(12) nm, c=2.200 0(3) nm, α=γ= 90°, β=132.147 3(12)°, Z= 8, V=4 904.8(10) nm3。配合物中Tb3+与配体3,5-pdc2-和3,5-Hpdc-交替连接形成了一维链结构, 链与链之间通过邻菲罗啉芳香环的π…π 堆积弱相互作用形成了三维结构。在波长为352 nm的紫外光激发下, 配合物发射出Tb3+的特征荧光。

利用热丝化学气相沉积在沉积有碳点和金催化剂层的Si衬底上制备了类石墨烯纳米片。分别用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、显微Raman光谱仪、傅立叶变换红外光谱仪、X光电子谱仪和Ramalog系统对它的结构、组成和发光性能进行了研究。结果表明碳点和金引起了类石墨烯纳米片厚度和缺陷的变化, 进而导致了发光带的漂移和发光强度的改变。根据表征结果, 分析了类石墨烯纳米片结构的变化引起发光性能改变的原因。

在室温下采用化学沉淀法制备了铽掺杂的羟基磷灰石(Tb-HAP), 通过X射线衍射分析(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和荧光光谱(PL)等对其结构和荧光性能进行了表征分析。XRD和FT-IR测试表明, Tb3+的掺杂对羟基磷灰石的结构没有显著影响。荧光光谱分析表明: 在545 nm波长监测下, 测得的最佳激发波长为378 nm。样品的发光强度随Tb3+在样品中的掺杂摩尔分数先增大后减小, 在8%时发光最强。此外, Tb-HAP样品的荧光寿命随着Tb3+掺杂摩尔分数的增加呈现减小的趋势。

对新月形超辐射发光二极管的液相外延生长过程进行了机理分析。利用Matlab软件对建立的非平面生长模型进行了理论计算, 并利用扫描电镜(SEM)对液相外延生长的形貌进行了分析, 通过理论计算与实验分析设计了获得低偏振、高功率超辐射发光二极管的外延结构。利用该结构研制的超辐射发光二极管芯片在100 mA工作电流、25 ℃工作温度下输出功率达到3.6 mW, 相应的输出波长为1 306 nm, 光谱半宽为39 nm, 光谱波纹为0.17 dB,偏振度为2%。

设计并模拟计算了延伸波长至2.6 μm的复合盖层材料PIN结构In0.82Ga0.18As红外探测器, 即PNN型盖层、PIN结构的In0.82Ga0.18As红外探测器。研究了不同厚度及载流子浓度的PNN盖层对探测器性能的影响。研究结果表明: 在In0.82Al0.18As厚度为200 nm且载流子浓度为2E18、InAs0.6P0.4 厚度为50 nm且载流子浓度为2E17、In0.82Ga0.18As厚度为50 nm且载流子浓度为2E16时, 探测器表现出最佳的性能。与传统PIN结构探测器相比, 其相对光谱响应度仅降低10%, 暗电流降低了1个数量级。计算分析了不同工作温度下的暗电流, 结果显示: 在120～250 K时, 暗电流主要为缺陷隧穿电流; 在250～300 K时, 暗电流主要为带间隧穿电流; 当温度大于300 K时, 暗电流主要为产生-复合电流和扩散电流。

设计并合成了荧光素酰腙类衍生物对羟基苯基荧光素酰腙(FHP), 通过对荧光素的化学修饰, 并采用酸碱以及二价铜离子为输入, 实现了对由荧光素构成的二进制计算器加密的逻辑功能。该逻辑加密功能的实现是基于荧光素酰腙类衍生物对二价铜离子的特异性响应: 在碱性环境中, 二价铜离子催化FHP完全分解并释放出具有二进制计算器逻辑功能的荧光素分子; 在酸性环境中, 二价铜离子催化FHP部分分解并与二价铜离子配位形成稳定的二价铜离子配合物, 该配合物既不能还原形成原化合物, 也不能在碱性环境中释放出荧光素分子, 导致该逻辑器件的逻辑功能被彻底破坏。基于该自毁装置的存在, 使得该逻辑加密器件的安全性进一步提高。

采用原子发射光谱仪研究低压直流电弧热喷涂等离子体射流的特性。利用Stark展宽法采集Hβ谱线, 使用其Δλ1/2来计算等离子射流中的电子密度, 研究了氢气流量、输入功率和探测距离对等离子体射流中电子密度的影响。使用Saha方程计算热等离子体的电离程度, 研究了功率/氢气流量与等离子体电离程度的关系。结果表明: 电子密度和电离程度随着电流强度的增大而增加; 氢气流量增加可以明显提高等离子体射流的能量, 但对电离程度影响不大。

用棒管法拉制了Tm3+/Ho3+掺杂的碲酸盐微结构光纤, 并获得了2 μm的激光输出。以1 560 nm的Er3+掺杂石英光纤激光器作为泵浦源, 在22 cm长的微结构光纤中, 得到了最大功率为8.34 mW、波长为2 065 nm的连续激光输出, 泵浦光功率为507 mW, 斜率效率为2.97%。研究结果表明, Tm3+/Ho3+共掺碲酸盐微结构光纤是一种用于研制2 μm激光器的理想材料。

为了检测太阳能电池的缺陷, 建立了太阳能电池板的电致发光(EL)图像与其缺陷类型间的神经网络预测模型, 可以对太阳能电池板不同类型缺陷进行自适应检测。首先, 采用主成分分量分析(PCA)算法对电致发光(EL)图像训练样本集降维; 然后, 将降维后得到的数据输入神经网络预测模型进行学习, 对模型的参数进行优化选取; 最后, 将训练好的网络对测试样本集进行仿真。仿真结果表明: 在采用相同的训练样本集和测试样本集条件下, 与反向传播神经网络(BPNN)相比, 径向基神经网络(RBFNN)具有全局最优特性, 结构简单, 最高识别率达96.25%, 计算时间较短, 能满足在线检测的要求。