实际研究的多孔硅几乎都是氧化程度不同的氧化多孔硅,它与另一大类硅基发光材料纳米硅镶嵌氧化硅有相似的结构和发光特徵.两者都是由大量为氧化硅所包裹的纳米硅组成,可统称为纳米硅/氧化硅体系.它是当前研究最多并被普遍认为很有希望的硅基发光材料体系.本文主要讨论纳米硅/氧化硅体系光致发光的机制,文中扼要介绍了我自己所在的研究小组近十几年来的一些相关研究工作.

研究了一些半导体低维结构的压力光谱.测得平均直径为26、52和62nm的In0.55Al0.45As/Al0.5Ga0.5As量子点发光峰的压力系数分别为82、94和98 meV/GPa.表明这些发光峰具有Γ谷的特性,这些量子点为Ⅰ型量子点.而平均直径为7nm的量子点发光峰的压力系数为-17 meV/GPa,具有X谷的特性.所以这种小量子点为Ⅱ型量子点.测得ZnS:Mn纳米粒子中Mn发光峰的压力系数为-34.6meV/GPa,与晶体场理论的预计一致.而DA对发光峰基本不随压力变化,表明它应该与ZnS基体中的表面缺陷有关.测得ZnS:Cu纳米粒子中Cu的发光峰的压力系数为63.2meV/GPa,与ZnS体材料的带隙压力系数相同.表明Cu引入的受主能级具有浅受主的某些特点.测得ZnS:Eu纳米粒子中Eu发光峰的压力系数为24.1meV/GPa,与晶体场理论的预计不同.可能和Eu的激发态与ZnS导带间的相互作用有关.

用飞秒脉冲激光技术研究了半导体中的超快过程.通过用超快光生电压谱对激光激发载流子的动量弛豫过程进行检测,得到在半导体硅中载流子的动量弛豫时间约为70飞秒,该过程与载流子与载流子的散射几率有关;对于锗硅量子点,由于载流子的散射几率下降,使动量弛豫时间增加至130飞秒.用超快反射谱法测量了载流子的能量弛豫过程和扩散过程,用高能量激光激发得到载流子的能量弛豫时间约为几个皮秒,这与载流子与声子的散射几率密切相关;而用低能量激光激发可得到光生载流子的扩散时间约为1百皮秒量级.

利用近红外飞秒激光脉冲对玻璃和聚合物等透明凝聚态物质进行微纳制备.通过飞秒激光诱导的折射率变化在石英玻璃内部制备光栅等折射率型元器件;从后表面开始钻孔并引入蒸馏水,在钠钙玻璃中加工出纵横比很大的微细直孔;改变飞秒双光子聚合中激光焦点在样品中的位置,聚合出直线型和波浪型等不同形状的线条.

通过多种光谱手段研究了GaNAs量子阱和体材料中的局域态和非局域态的不同光学特性.在超短激光脉冲激发下,第一次在GaNAs/GaAs量子阱发光光谱中,观察到非局域激子发光.选择激发光谱表明,局域中心主要聚集在GaNAs、GaAs异质结界面.在低N含量的GaNAs体材料发光光谱中,除了与N相关的局域态发光外,也发现发光特性完全不同的GaNAs合金态发光.这些结果为理解Ⅲ-V-N族半导体的异常能带特性具有十分重要的意义.

评述了自旋电子学及自旋电子器件的发展,自旋电子器件的应用,半导体自旋电子学的研究内容及目前的研究现状.给出了我们的有关GaAs中电子自旋偏振与相干弛豫的研究结果.

对AlInGaN四元合金进行了微区发光和拉曼散射研究.根据V-形缺陷周围扫描电镜图像和阴极荧光光谱的分析,确定AⅡnGaN外延层中V-形缺陷的形成与铟的分凝之间的关系.同时,用波长为325纳米的短波长激光研究了AlInGaN外延薄层的拉曼散射,测量了合金铝组分改变引起的A1(LO)声子的频率移动,观测到了出射共振引起的LO声子拉曼散射谱的共振加强,此共振过程的机制是一种类级联的电子-多声子互作用机制.

通过系统性的常规水质采样分析与水面光谱测量外场同步试验,建立了由FY-1C多通道扫描辐射计、Landsat卫星TM和Seastar卫星SeaWiFS等在轨卫星多通道遥感器以及一组设想的遥感通道遥感反演叶绿素a浓度和总悬浮物浓度的优化通道组合模型,提出了一种利用水面上标准反射板的反射光谱和遥感图像本身确定大气透过率和反射率从而实现大气校正的水质指标卫星遥感反演方法.所建立的模型和方法被用于遥感解译我国典型富营养化湖泊太湖和滇池从80至90年代的富营养化程度及其分布状况随年份的变化.本项研究为进一步开展湖泊水质业务化卫星监测打下了基础.

利用GENLN2逐线光谱透射率数据库和RTFOV7快速辐射传输模式,计算了风云三号A星(FY-3A)红外分光计(IRSR)的快速透射率系数,在此基础上计算了IRSR的通道大气透射率和权重函数.结果表明IRSR大多数通道权重函数分布曲线与HIRS/3相应通道趋于一致,通道能量贡献峰值高度(气压层)与设计要求基本符合.

在低温15K和0～9GPa范围内对厚度为7.3nm、横向尺寸为78nm的自组织InAs/GaAs量子点进行了压力光谱研究.观测到大量子点的基态与第一激发态发光峰,其压力系数只有69和72meV/GPa,比小量子点的压力系数更小.基于非线性弹性理论的分析表明失配应变与弹性系数随压力的变化是大量子点压力系数小的主要原因之一.压力实验结果还表明大量子点的第一激发态发光峰来源于电子的第一激发态到空穴的第一激发态的跃迁.

研究了掺镁(5mol%)铌酸锂晶体的周期极化特性,发现晶体的极化矫顽场仅为3kV/mm,根据镁掺杂对晶体本征缺陷的影响解释了极化矫顽场降低的原因.采用短脉冲极化电场,对极化电流的热效应进行抑制从而消除了晶体均匀性对制备周期极化光栅的影响,在1mm厚的掺镁(5mol%)铌酸锂晶体上成功制备出了均匀的周期极化光栅.在室温下,利用1.064μm的Nd:YAG调Q激光器对得到的周期极化掺镁铌酸锂晶体进行了倍频实验,在输入功率为75mW时,得到3.5mW的532nm倍频绿光输出,转换效率为4.6%.

首先通过时频方法分析了毫米波汽车防撞雷达的实测数据,根据实际分析得到的杂波分布规律提出一种毫米波汽车防撞雷达的门限设计方法,它能够根据背景杂波功率的变化进行自动的改变门限使毫米波汽车防撞雷达的虚警率保持恒定,并且给出了利用该方法进行门限设定时实际的测试结果.同时给出了该自适应恒虚警器的性能分析,结果表明这种方法在实际工程中完全可行.

建立缓冲气体对光泵亚毫米波激光作用的理论模型,通过量子力学理论推导了缓冲气体退激活几率,从而使缓冲气体的作用能够定量进行计算.实验上对CO2-9(R30)泵浦NH3分子67.2um谱线作了测量,实验结果与理论计算吻合得较好.这一工作对寻找光泵小型腔式亚毫米波气体激光器的高效缓冲气体有指导意义.

最大类间方差法是一种常用而有效的图像分割算法,但由于计算量较大,不适宜于红外成像跟踪系统中高帧频的实时图像处理.在分析类间方差曲线特征的基础上,提出了一种二分逼近型快速最大类间方差算法.该算法通过对最大类间方差函数求导并利用二分逼近的方法逐次逼近最佳阈值点.理论分析和仿真结果证明,该算法的计算量较一般的最大类间方差算法有较大幅度的降低,具有实时性好,易于工程实现等优点.

基于多晶硅pn结正向压降的温度特性,应用标准CMOS工艺,结合体硅微机械加工技术,研制成功非制冷红外微测辐射热计.本文详细分析了横向多晶硅p+p-n+结的温度特性,给出了正向压降温度变化率的理论表达式和实验测量值;并描述了微测辐射热计的设计思路和制作工艺.实验结果表明:在室温(284～253K)附近,横向多晶硅p+p-n+结正向压降的温度变化率为1.5mV/K;在3～5μm红外波段,微测辐射热计的电压响应率为5.7×103V/W,黑体探测率D为1.2×108cm.Hz1/2.W-1.

均值移位算法是一种搜索与样本点分布最相近模式的非参数统计方法.在彩色序列图像目标跟踪中,均值移位算法是一种有效的方法.但在红外目标跟踪中,由于单一灰度特征空间缺乏描述红外目标的信息,使得基于均值移位算法的红外目标跟踪不稳健.为了克服这个缺点,提出了构造级联灰度空间的红外目标跟踪新方案.同时,对于不同的红外图像序列使用不同的方法产生级联灰度空间.实验结果表明该方法对于红外小目标以及强杂波背景目标的跟踪是有效和稳健的.

提出夜视彩色融合图像质量评价的三个基本指标是"目标探测性"、"细节"和"色彩",并且通过视觉评价实验,研究了"感知质量"与这三个指标的相关性.对十个场景的微光与红外图像采用四种融合算法产生的40幅假彩色图像进行评价实验,实验结果得出:融合图像都有好目标探测性,感知质量与目标探测性的相关性很小;感知质量与细节的相关系数是0.89,感知质量与色彩的相关系数是0.75.说明在满足目标探测性要求条件下,细节是视觉感知融合图像质量的最主要评价指标,而且色彩成为夜视彩色图像质量的一个重要指标.