将直接微扰方法应用于可积的含修正项的非线性薛定谔方程，通过近似解与精确解的比较确定了直接微扰方法的可靠性.继而，将该方法应用于微扰的耦合非线性薛定谔方程，并获得了该微扰方程的可靠的近似解.
将直接微扰方法应用于可积的含修正项的非线性薛定谔方程，通过近似解与精确解的比较确定了直接微扰方法的可靠性.继而，将该方法应用于微扰的耦合非线性薛定谔方程，并获得了该微扰方程的可靠的近似解.
研究Hamilton系统的Mei对称性直接导致的一种新守恒量. 给出Hamilton系统的Mei对称性的定义和判据方程，引入谐调函数，得到系统Mei对称性直接导致新守恒量的条件和形式，并给出应用算例. 结果表明， 谐调函数可根据寻找规范函数的需要适当选取, 从而使规范函数的寻求变得比较容易，而且由于谐调函数的选取具有多样性, 因此能够找到系统Mei对称性的更多的守恒量.
研究Hamilton系统的Mei对称性直接导致的一种新守恒量. 给出Hamilton系统的Mei对称性的定义和判据方程，引入谐调函数，得到系统Mei对称性直接导致新守恒量的条件和形式，并给出应用算例. 结果表明， 谐调函数可根据寻找规范函数的需要适当选取, 从而使规范函数的寻求变得比较容易，而且由于谐调函数的选取具有多样性, 因此能够找到系统Mei对称性的更多的守恒量.
研究变质量单面完整约束系统Lie对称性的摄动与广义Hojman型绝热不变量.首先通过一般无限小变换下的Lie对称性得到广义Hojman型的守恒量；然后基于力学系统高阶绝热不变量的定义，研究小扰动作用下系统Lie对称性的摄动，得到系统广义Hojman型绝热不变量；最后举例说明结果的应用.
研究变质量单面完整约束系统Lie对称性的摄动与广义Hojman型绝热不变量.首先通过一般无限小变换下的Lie对称性得到广义Hojman型的守恒量；然后基于力学系统高阶绝热不变量的定义，研究小扰动作用下系统Lie对称性的摄动，得到系统广义Hojman型绝热不变量；最后举例说明结果的应用.
将微分方程部分地表示为Hamilton系统的方程并写成逆变代数形式.用动力学代数建立方程的Poisson积分理论，并举例说明结果的应用.
将微分方程部分地表示为Hamilton系统的方程并写成逆变代数形式.用动力学代数建立方程的Poisson积分理论，并举例说明结果的应用.
研究事件空间中完整力学系统Lie对称性的摄动与绝热不变量.基于力学系统的高阶绝热不变量的概念，研究在小扰动作用下系统Lie对称性的摄动，得到了事件空间中完整力学系统的一类Hojman形式的高阶绝热不变量，给出了绝热不变量存在的条件及形式.并举例说明结果的应用.
研究事件空间中完整力学系统Lie对称性的摄动与绝热不变量.基于力学系统的高阶绝热不变量的概念，研究在小扰动作用下系统Lie对称性的摄动，得到了事件空间中完整力学系统的一类Hojman形式的高阶绝热不变量，给出了绝热不变量存在的条件及形式.并举例说明结果的应用.
研究离散Lagrange系统的Lie对称性. 根据离散变分原理建立离散系统的运动方程. 给出离散运动方程Lie对称性的定义和确定方程. 举例说明结果的应用.
研究离散Lagrange系统的Lie对称性. 根据离散变分原理建立离散系统的运动方程. 给出离散运动方程Lie对称性的定义和确定方程. 举例说明结果的应用.
利用同伦分析法求解了Burgers方程，得到了其扭结形孤立波的近似解析解，该解非常接近于相应的精确解.结果表明，同伦分析法可用来求解非线性演化方程的孤立波解.同时，也对所用方法进行了一定扩展，得到了Kadomtsev-Petviashvili(KP)方程的钟形孤立子解.经过扩展后的方法能够更方便地用于求解更多非线性演化方程的高精度近似解析解.
利用同伦分析法求解了Burgers方程，得到了其扭结形孤立波的近似解析解，该解非常接近于相应的精确解.结果表明，同伦分析法可用来求解非线性演化方程的孤立波解.同时，也对所用方法进行了一定扩展，得到了Kadomtsev-Petviashvili(KP)方程的钟形孤立子解.经过扩展后的方法能够更方便地用于求解更多非线性演化方程的高精度近似解析解.
研究量子力学中的时间问题，既存在理论价值也有实用价值.由于时间在传统量子力学理论中扮演一个参数而不是力学量算符的角色，这使得人们在研究某个物理过程的时间问题时，总要面临如何构造时间算符和计算平均时间的问题.在本文中，我们将系统地给出构造时间算符和求时间的量子力学平均的一般方法.
研究量子力学中的时间问题，既存在理论价值也有实用价值.由于时间在传统量子力学理论中扮演一个参数而不是力学量算符的角色，这使得人们在研究某个物理过程的时间问题时，总要面临如何构造时间算符和计算平均时间的问题.在本文中，我们将系统地给出构造时间算符和求时间的量子力学平均的一般方法.
对捕限在三维轴对称谐振势阱叠加一维光晶格的组合势中的玻色凝聚气体，文章基于平均场G-P方程并运用传播子方法，求解玻色凝聚气体基态波函数及其随时间的演化，给出了物质波干涉图样的空间分布与光晶格势周期结构之间的关系.研究表明，运用这一方法得到的光晶格势中物质波干涉条纹与光学中的多光束干涉相类似，并且与Andrews 和Peil等人的实验结果一致.物质波干涉图样随时间的演化也与Sadhan K. Adhikari通过直接数值求解G-P方程所得结果基本相同.
对捕限在三维轴对称谐振势阱叠加一维光晶格的组合势中的玻色凝聚气体，文章基于平均场G-P方程并运用传播子方法，求解玻色凝聚气体基态波函数及其随时间的演化，给出了物质波干涉图样的空间分布与光晶格势周期结构之间的关系.研究表明，运用这一方法得到的光晶格势中物质波干涉条纹与光学中的多光束干涉相类似，并且与Andrews 和Peil等人的实验结果一致.物质波干涉图样随时间的演化也与Sadhan K. Adhikari通过直接数值求解G-P方程所得结果基本相同.
在考虑粒子间的自引力相互作用后, 首先采用Parikh-Wilczek的半经典隧穿方法对带电粒子与不带电粒子在Reissner-Nordstrm-anti-de Sitter黑洞视界处的隧穿辐射特征进行了研究. 其次, 推广复路径方法对该黑洞的辐射谱进行研究. 两种方法所得的结果都支持Parikh-Wilczek的观点, 即黑洞的隧穿率Bekenstein-Hawking熵变有关, 真实的辐射谱不是纯热谱.
在考虑粒子间的自引力相互作用后, 首先采用Parikh-Wilczek的半经典隧穿方法对带电粒子与不带电粒子在Reissner-Nordstrm-anti-de Sitter黑洞视界处的隧穿辐射特征进行了研究. 其次, 推广复路径方法对该黑洞的辐射谱进行研究. 两种方法所得的结果都支持Parikh-Wilczek的观点, 即黑洞的隧穿率Bekenstein-Hawking熵变有关, 真实的辐射谱不是纯热谱.
利用Darboux变换法，解析地研究了局限于恒定不变外部势阱中的玻色-爱因斯坦凝聚体的非线性动力学性质.结果发现凝聚体中的粒子之间的相互作用强度对其非线性动力学特征有重要的影响.当玻色子之间的相互排斥作用相当强时，凝聚体中只会存在亮孤子；而玻色子之间的相互排斥作用相当弱(小于临界值)时，凝聚体中会出现亮孤子和暗孤子交替演化.
利用Darboux变换法，解析地研究了局限于恒定不变外部势阱中的玻色-爱因斯坦凝聚体的非线性动力学性质.结果发现凝聚体中的粒子之间的相互作用强度对其非线性动力学特征有重要的影响.当玻色子之间的相互排斥作用相当强时，凝聚体中只会存在亮孤子；而玻色子之间的相互排斥作用相当弱(小于临界值)时，凝聚体中会出现亮孤子和暗孤子交替演化.
利用混沌系统的伪随机性和初值敏感性，提出一种基于混沌的自嵌入安全水印算法.该算法以混沌初值为密钥生成混沌序列，根据混沌序列的索引有序序列随机生成图像块的水印嵌入位置.与现有的自嵌入算法相比，该算法实现了水印嵌入位置的随机选取，有效扩大了算法的密钥空间，且解决了自嵌入水印算法如何准确定位篡改块的问题.理论分析和仿真结果表明，该算法不仅提高了自嵌入水印算法的篡改定位的能力，而且进一步增强了算法抵抗向量量化攻击和同步伪造攻击的能力.
利用混沌系统的伪随机性和初值敏感性，提出一种基于混沌的自嵌入安全水印算法.该算法以混沌初值为密钥生成混沌序列，根据混沌序列的索引有序序列随机生成图像块的水印嵌入位置.与现有的自嵌入算法相比，该算法实现了水印嵌入位置的随机选取，有效扩大了算法的密钥空间，且解决了自嵌入水印算法如何准确定位篡改块的问题.理论分析和仿真结果表明，该算法不仅提高了自嵌入水印算法的篡改定位的能力，而且进一步增强了算法抵抗向量量化攻击和同步伪造攻击的能力.
针对一类混沌系统，研究了参数未知的混沌系统的延迟同步.基于Lyapunov稳定性定理，给出了延迟同步控制器和参数自适应律的解析表达式.该方法简单、适用范围广.以新混沌系统为例，数值模拟说明了该方法的有效性和可行性.通过研究有界噪声作用下该系统的控制效果，表明了该方法具有较强的鲁棒性和抗干扰能力.
针对一类混沌系统，研究了参数未知的混沌系统的延迟同步.基于Lyapunov稳定性定理，给出了延迟同步控制器和参数自适应律的解析表达式.该方法简单、适用范围广.以新混沌系统为例，数值模拟说明了该方法的有效性和可行性.通过研究有界噪声作用下该系统的控制效果，表明了该方法具有较强的鲁棒性和抗干扰能力.
构建了一类可切换的三维自治混沌系统，通过系统选择器实现这类系统间的切换.这类系统都由七项组成，且都包含三项系统变量乘积的二次非线性项.详细地分析了这类三维系统平衡点的性质、混沌吸引子的相图和Lyapunov指数等特性，设计了实现这类可切换系统的实际电路并进行了电路实验.
构建了一类可切换的三维自治混沌系统，通过系统选择器实现这类系统间的切换.这类系统都由七项组成，且都包含三项系统变量乘积的二次非线性项.详细地分析了这类三维系统平衡点的性质、混沌吸引子的相图和Lyapunov指数等特性，设计了实现这类可切换系统的实际电路并进行了电路实验.
通过在三阶Lorenz系统中引入一个外加的状态变量构造了一个新的超混沌系统.对系统的一些基本特性，如耗散性、平衡点、稳定性、Hopf分叉进行了详细分析，且观察到了从周期到混沌、超混沌的演化.系统超混沌的存在性通过Lyapunov指数谱得到了验证.还设计了一个模拟电子电路，从电路实验中观察到了各种超混沌吸引子.
通过在三阶Lorenz系统中引入一个外加的状态变量构造了一个新的超混沌系统.对系统的一些基本特性，如耗散性、平衡点、稳定性、Hopf分叉进行了详细分析，且观察到了从周期到混沌、超混沌的演化.系统超混沌的存在性通过Lyapunov指数谱得到了验证.还设计了一个模拟电子电路，从电路实验中观察到了各种超混沌吸引子.
针对不同结构的混沌系统广义同步问题，提出了基于T-S 模糊模型的H∞控制方法，利用Lyapunov方法和线性矩阵不等式技术,给出了误差闭环系统稳定的充分条件.仿真结果表明了方法的有效性.
针对不同结构的混沌系统广义同步问题，提出了基于T-S 模糊模型的H∞控制方法，利用Lyapunov方法和线性矩阵不等式技术,给出了误差闭环系统稳定的充分条件.仿真结果表明了方法的有效性.
研究了一类赤道太平洋西部边界潜流的摄动机理. 考虑了对应的广义控制方程. 首先引入了一个优化的同伦映射，利用相应的映射求得了原模型的近似解. 最后，通过一个例子说明了用同伦映射方法得到的近似解具有较好的精确度.
研究了一类赤道太平洋西部边界潜流的摄动机理. 考虑了对应的广义控制方程. 首先引入了一个优化的同伦映射，利用相应的映射求得了原模型的近似解. 最后，通过一个例子说明了用同伦映射方法得到的近似解具有较好的精确度.
给定一个混沌驱动系统和同步函数，通过服从白噪声分布的单向耦合，构造出混沌响应系统，使之与驱动系统达到线性广义同步化.研究发现，利用满足一定条件的白噪声可以实现驱动-响应系统的线性广义同步.以Chua电路为例进行了数值仿真，其结果与理论计算相一致.
给定一个混沌驱动系统和同步函数，通过服从白噪声分布的单向耦合，构造出混沌响应系统，使之与驱动系统达到线性广义同步化.研究发现，利用满足一定条件的白噪声可以实现驱动-响应系统的线性广义同步.以Chua电路为例进行了数值仿真，其结果与理论计算相一致.
在新的四维混沌系统中数值观察到四翼混沌吸引子，然而，通过进一步分析发现，该四翼吸引子并非真实的，实际上它是上、下两个共存的双翼混沌吸引子，他们各自有独立的混沌吸引域，由于其位置靠得太近和数值误差产生的一种假象.通过引入一个线性状态反馈控制项，系统的一些相似性被破坏，受控系统能产生穿越上下吸引域界限的对角双翼混沌吸引子，进一步，随着动力学模态的演化，上下混沌吸引子与对角混沌吸引子融合成一个真正的四翼混沌吸引子.最后，通过比较该四翼混沌吸引子的系统、Lorenz系统、Chua氏电路等混沌信号的频谱发现，四翼混沌吸引子的系统信号具有极宽的频谱带宽，该特性在通讯加密等工程应用中具有重要价值.
在新的四维混沌系统中数值观察到四翼混沌吸引子，然而，通过进一步分析发现，该四翼吸引子并非真实的，实际上它是上、下两个共存的双翼混沌吸引子，他们各自有独立的混沌吸引域，由于其位置靠得太近和数值误差产生的一种假象.通过引入一个线性状态反馈控制项，系统的一些相似性被破坏，受控系统能产生穿越上下吸引域界限的对角双翼混沌吸引子，进一步，随着动力学模态的演化，上下混沌吸引子与对角混沌吸引子融合成一个真正的四翼混沌吸引子.最后，通过比较该四翼混沌吸引子的系统、Lorenz系统、Chua氏电路等混沌信号的频谱发现，四翼混沌吸引子的系统信号具有极宽的频谱带宽，该特性在通讯加密等工程应用中具有重要价值.
分析Langford系统的Hopf分叉现象，并研究采用线性反馈控制方法控制该系统的Hopf分叉.从理论上推导出受控系统产生Hopf分叉的条件，给出了某些极限环的解析表达式，对该系统进行了分叉点的转移与极限环的稳定性控制.数值模拟说明本文采用的方法对Langford系统的Hopf分叉控制是有效的.
分析Langford系统的Hopf分叉现象，并研究采用线性反馈控制方法控制该系统的Hopf分叉.从理论上推导出受控系统产生Hopf分叉的条件，给出了某些极限环的解析表达式，对该系统进行了分叉点的转移与极限环的稳定性控制.数值模拟说明本文采用的方法对Langford系统的Hopf分叉控制是有效的.
为探究非线性动力学系统的互信息和复杂度的相关性，用Logistic映射、Lorenz模型和心电RR间期的非线性时间序列作为实验数据，计算多分段延时互信息和多分段Lempel-Ziv复杂度以及它们之间的相关系数.结果表明这些序列的互信息和复杂度呈强负相关，对Logistic方程生成的201个序列的不同段互信息和不同段复杂度之间的相关系数绝对值都大于0.9162，最大达0.9923；对94个心电RR间期序列都大于0.8555，最大达0.9860.研究还发现互信息比复杂度能更敏感地表现出非线性动力系统的特征.
为探究非线性动力学系统的互信息和复杂度的相关性，用Logistic映射、Lorenz模型和心电RR间期的非线性时间序列作为实验数据，计算多分段延时互信息和多分段Lempel-Ziv复杂度以及它们之间的相关系数.结果表明这些序列的互信息和复杂度呈强负相关，对Logistic方程生成的201个序列的不同段互信息和不同段复杂度之间的相关系数绝对值都大于0.9162，最大达0.9923；对94个心电RR间期序列都大于0.8555，最大达0.9860.研究还发现互信息比复杂度能更敏感地表现出非线性动力系统的特征.
在NS模型的基础上，针对轨道交通的特点，本文提出一种用于模拟四显示固定闭塞系统的元胞自动机模型.应用该模型模拟四显示固定闭塞系统中的列车延迟的交通现象，分析了四显示固定闭塞系统中的发车时间间隔、客货车比例、车站停靠时间、停靠站台数量等因素对列车平均延迟时间的影响.结果表明：客、货车混行时，货车对后行客车的运行会产生抑制作用，调整客、货车在车站的停靠时间可有效缓解这种抑制作用，减少客车的延迟时间；增加停靠站台的数量可提高线路上的车流密度，缓解车流延误，但在较大的发车时间间隔时，站台的利用率会降低.
在NS模型的基础上，针对轨道交通的特点，本文提出一种用于模拟四显示固定闭塞系统的元胞自动机模型.应用该模型模拟四显示固定闭塞系统中的列车延迟的交通现象，分析了四显示固定闭塞系统中的发车时间间隔、客货车比例、车站停靠时间、停靠站台数量等因素对列车平均延迟时间的影响.结果表明：客、货车混行时，货车对后行客车的运行会产生抑制作用，调整客、货车在车站的停靠时间可有效缓解这种抑制作用，减少客车的延迟时间；增加停靠站台的数量可提高线路上的车流密度，缓解车流延误，但在较大的发车时间间隔时，站台的利用率会降低.
为了实现超低频振动速度测量, 提出补偿其幅频特性的小波神经网络方法.该方法以振动速度传感器动态实验数据为基础, 通过小波神经网络训练来确定传感器幅频特性补偿网络.介绍振动速度传感器幅频特性补偿原理, 分析网络的拓扑结构, 给出网络参数训练和初始化方法.采用引入动量项的最速下降法训练网络权值、尺度因子和平移因子, 将小波网络参数的初始化与小波类型、小波时频参数和学习样本等联系起来.结果表明, 采用小波神经网络进行振动速度传感器幅频特性补偿具有良好的鲁棒性,并能实现在线补偿,网络训练的速度和精度优于同等规模的BP网络,在测试领域有重要的实用价值.
为了实现超低频振动速度测量, 提出补偿其幅频特性的小波神经网络方法.该方法以振动速度传感器动态实验数据为基础, 通过小波神经网络训练来确定传感器幅频特性补偿网络.介绍振动速度传感器幅频特性补偿原理, 分析网络的拓扑结构, 给出网络参数训练和初始化方法.采用引入动量项的最速下降法训练网络权值、尺度因子和平移因子, 将小波网络参数的初始化与小波类型、小波时频参数和学习样本等联系起来.结果表明, 采用小波神经网络进行振动速度传感器幅频特性补偿具有良好的鲁棒性,并能实现在线补偿,网络训练的速度和精度优于同等规模的BP网络,在测试领域有重要的实用价值.
利用红外热像实时监测系统，研究了GaAs表面不同运动状态(包括静止状态、缓慢运动状态、快速运动状态)下H2SO4-H2O2-H2O液滴的红外辐射特性，并对实验结果和研究价值进行分析.主要的实验结论包括：静止状态时，反应生成热在液滴内部向上对流，液滴顶部为红外辐射灰度峰值，并向液滴边缘陡降，同时，生成热将沿GaAs基片向周边扩散；缓慢运动时，液滴后存在类似于“彗尾”的热残留现象，表现为温度降低、灰度峰值与液滴运动同向的“双重运动特性”，灰度峰值位移曲线与液滴实际位移存在差异，温度最高点有可能位于“慧尾”中；快速运动时，液滴未与GaAs反应便脱离基片，表现为“液膜轨迹”现象，辐射灰度从液膜边缘到液膜中心为半椭圆面的平缓过渡，并分析了轨迹中心灰度值的分布与变化特性.液滴运动热行为红外监测方法的提出，在推动液滴自身研究的同时，也将进一步推动红外技术与材料科学、化学科学等交叉学科的融合.
利用红外热像实时监测系统，研究了GaAs表面不同运动状态(包括静止状态、缓慢运动状态、快速运动状态)下H2SO4-H2O2-H2O液滴的红外辐射特性，并对实验结果和研究价值进行分析.主要的实验结论包括：静止状态时，反应生成热在液滴内部向上对流，液滴顶部为红外辐射灰度峰值，并向液滴边缘陡降，同时，生成热将沿GaAs基片向周边扩散；缓慢运动时，液滴后存在类似于“彗尾”的热残留现象，表现为温度降低、灰度峰值与液滴运动同向的“双重运动特性”，灰度峰值位移曲线与液滴实际位移存在差异，温度最高点有可能位于“慧尾”中；快速运动时，液滴未与GaAs反应便脱离基片，表现为“液膜轨迹”现象，辐射灰度从液膜边缘到液膜中心为半椭圆面的平缓过渡，并分析了轨迹中心灰度值的分布与变化特性.液滴运动热行为红外监测方法的提出，在推动液滴自身研究的同时，也将进一步推动红外技术与材料科学、化学科学等交叉学科的融合.
研究了Er3+离子掺杂钡镓锗玻璃的吸收光谱、拉曼光谱和上转换光谱.分析了Er3+离子在钡镓锗玻璃中的上转换发光机理.结果表明：玻璃的最大声子能量为828cm-1，紫外截止波长为275nm.采用800nm和980nmLD激发玻璃样品，在室温下观察到强烈的上转换绿光和红光发射.随着Er3+离子浓度的增加，绿光发光强度先增加后减小，而红光发光强度呈单调递增趋势.能量分析表明：800nmLD激发产生的绿光主要源于Er3+离子4I13/2能级的激发态吸收过程；红光发射主要源于Er3+离子4I13/2能级与4I11/2能级之间的能量转移过程.980nmLD激发产生的绿光主要源于Er3+离子4I11/2能级之间的能量转移过程；而红光发射主要源于Er3+离子4I13/2能级与4I11/2能级之间的能量转移过程和4I13/2能级的激发态吸收过程.通过量子效率分析，发现采用800nmLD激发Er3+离子掺杂浓度为1mol% 的样品时，上转换绿光发光效率最高.
研究了Er3+离子掺杂钡镓锗玻璃的吸收光谱、拉曼光谱和上转换光谱.分析了Er3+离子在钡镓锗玻璃中的上转换发光机理.结果表明：玻璃的最大声子能量为828cm-1，紫外截止波长为275nm.采用800nm和980nmLD激发玻璃样品，在室温下观察到强烈的上转换绿光和红光发射.随着Er3+离子浓度的增加，绿光发光强度先增加后减小，而红光发光强度呈单调递增趋势.能量分析表明：800nmLD激发产生的绿光主要源于Er3+离子4I13/2能级的激发态吸收过程；红光发射主要源于Er3+离子4I13/2能级与4I11/2能级之间的能量转移过程.980nmLD激发产生的绿光主要源于Er3+离子4I11/2能级之间的能量转移过程；而红光发射主要源于Er3+离子4I13/2能级与4I11/2能级之间的能量转移过程和4I13/2能级的激发态吸收过程.通过量子效率分析，发现采用800nmLD激发Er3+离子掺杂浓度为1mol% 的样品时，上转换绿光发光效率最高.
将先前得到的光子一维态矢量函数具体应用于光学双孔干涉实验，得到了一个具有普遍意义的解析表达式，极大地拓宽了实验观察范围，完整地表示了光子在整个空间的概率分布.在给出光子态矢量函数归一化积分表达式的基础上，按照量子光学的基本观点，定量分析和讨论了光学双孔干涉实验的定义域以及干涉项空间平均值的量子行为.
将先前得到的光子一维态矢量函数具体应用于光学双孔干涉实验，得到了一个具有普遍意义的解析表达式，极大地拓宽了实验观察范围，完整地表示了光子在整个空间的概率分布.在给出光子态矢量函数归一化积分表达式的基础上，按照量子光学的基本观点，定量分析和讨论了光学双孔干涉实验的定义域以及干涉项空间平均值的量子行为.
在核电站安全研究中，概率安全评价方法已经得到了广泛的应用.但是对于采用非能动设计的核电站系统，其可靠性分析的研究还处于初级阶段.非能动系统的失效不但要考虑常规可靠性分析中考虑的设备失效，还要考虑物理过程的失效.物理过程失效概率的计算方法和能动系统可靠性分析方法完全不同.本文给出物理过程失效的数学描述，介绍了一次二阶矩法、响应面方法，并且应用响应面方法计算了清华大学核能技术设计研究院10MW高温气冷实验堆(HTR-10)余热排出系统失效概率的近似值.
在核电站安全研究中，概率安全评价方法已经得到了广泛的应用.但是对于采用非能动设计的核电站系统，其可靠性分析的研究还处于初级阶段.非能动系统的失效不但要考虑常规可靠性分析中考虑的设备失效，还要考虑物理过程的失效.物理过程失效概率的计算方法和能动系统可靠性分析方法完全不同.本文给出物理过程失效的数学描述，介绍了一次二阶矩法、响应面方法，并且应用响应面方法计算了清华大学核能技术设计研究院10MW高温气冷实验堆(HTR-10)余热排出系统失效概率的近似值.
用B样条基组展开方法结合模型势计算了Rydberg锂原子在平行电磁场下的振子强度谱. 径向和角向均采用高阶Ｂ样条基组.计算结果与已有的实验结果符合得很好.利用分波分析法,对部分谱线的振子强度的强弱进行了分析. 本文方法简单有效，易于推广到交叉电磁场中Rydberg原子的精确谱的计算.
用B样条基组展开方法结合模型势计算了Rydberg锂原子在平行电磁场下的振子强度谱. 径向和角向均采用高阶Ｂ样条基组.计算结果与已有的实验结果符合得很好.利用分波分析法,对部分谱线的振子强度的强弱进行了分析. 本文方法简单有效，易于推广到交叉电磁场中Rydberg原子的精确谱的计算.
基于光诱导的原子脱附技术，采用脉冲紫外光剥离出玻璃池壁上吸附的铷原子以形成可快速开启和关断的脉冲铷原子源，成功地解决了单真空腔系统中磁阱的原子数和寿命之间的矛盾，突破了激光冷却和囚禁技术向小型化乃至微型化发展过程中的一个瓶颈.脉冲光源由390nm的LED阵列组成.实验结果表明它能够在1s内使真空铷原子气体分压提高近30倍,并且当紫外光关闭后系统的真空恢复到平衡状态的时间非常短，约120ms.测量了不同铷原子分压下磁光阱所俘获的最大原子数和装载时间,并由此得出系统的背景真空和磁光阱所能俘获的极限原子数，进一步得出磁阱的原子数-寿命积与磁光阱保持阶段时间的变化关系，结果显示在约1.25s处出现极大值，与无磁光阱保持阶段而直接进行磁阱装载情况相比提高了约0.3倍.
基于光诱导的原子脱附技术，采用脉冲紫外光剥离出玻璃池壁上吸附的铷原子以形成可快速开启和关断的脉冲铷原子源，成功地解决了单真空腔系统中磁阱的原子数和寿命之间的矛盾，突破了激光冷却和囚禁技术向小型化乃至微型化发展过程中的一个瓶颈.脉冲光源由390nm的LED阵列组成.实验结果表明它能够在1s内使真空铷原子气体分压提高近30倍,并且当紫外光关闭后系统的真空恢复到平衡状态的时间非常短，约120ms.测量了不同铷原子分压下磁光阱所俘获的最大原子数和装载时间,并由此得出系统的背景真空和磁光阱所能俘获的极限原子数，进一步得出磁阱的原子数-寿命积与磁光阱保持阶段时间的变化关系，结果显示在约1.25s处出现极大值，与无磁光阱保持阶段而直接进行磁阱装载情况相比提高了约0.3倍.
基于纯金属元素Ni，Al和Re的基本物理性质，建立了一个Ni-Al-Re三元体系的分析型嵌入原子多体势.结合分子动力学计算了Ni3Al的平衡晶格常数、弹性模量、结合能、空位形成能以及反位置缺陷形成能，并分析了Ni3Al中点缺陷的存在形式.计算结果表明，当成分偏离理想化学配比时出现反位置缺陷.同时研究了Re在Ni3Al中的择优占位以及Re在Ni3Al和Ni中的集团化行为.计算结果表明，Re在Ni3Al中优先置换Al的位置，且发现当Re原子团的尺寸接近于11?时，Re原子团的长大趋势变弱.计算结果与实验以及其他的理论计算结果相符合.
基于纯金属元素Ni，Al和Re的基本物理性质，建立了一个Ni-Al-Re三元体系的分析型嵌入原子多体势.结合分子动力学计算了Ni3Al的平衡晶格常数、弹性模量、结合能、空位形成能以及反位置缺陷形成能，并分析了Ni3Al中点缺陷的存在形式.计算结果表明，当成分偏离理想化学配比时出现反位置缺陷.同时研究了Re在Ni3Al中的择优占位以及Re在Ni3Al和Ni中的集团化行为.计算结果表明，Re在Ni3Al中优先置换Al的位置，且发现当Re原子团的尺寸接近于11?时，Re原子团的长大趋势变弱.计算结果与实验以及其他的理论计算结果相符合.
采用密度泛函理论中的广义梯度近似(GGA)对CoBen(n=1—12)团簇的几何构型进行优化，并对能量、频率和磁性进行了计算，同时考虑了电子的自旋多重度.得到了CoBen(n=1—12)团簇最低能量结构的自旋多重度是2和4.在CoBen(n=1—12)团簇中，Co原子的磁矩出现了奇偶振荡，当n=6时，Co原子的4s，3d和Be原子的2s，2p较强杂化、Co-Be键长的减小以及对称性的降低导致Co原子的磁矩最小.通过对CoBen(n=1—12)团簇电子性质的分析，得出了掺杂可以增强团簇稳定性和有利于增加合金化学活性的结论.n=5，10是团簇的幻数.
采用密度泛函理论中的广义梯度近似(GGA)对CoBen(n=1—12)团簇的几何构型进行优化，并对能量、频率和磁性进行了计算，同时考虑了电子的自旋多重度.得到了CoBen(n=1—12)团簇最低能量结构的自旋多重度是2和4.在CoBen(n=1—12)团簇中，Co原子的磁矩出现了奇偶振荡，当n=6时，Co原子的4s，3d和Be原子的2s，2p较强杂化、Co-Be键长的减小以及对称性的降低导致Co原子的磁矩最小.通过对CoBen(n=1—12)团簇电子性质的分析，得出了掺杂可以增强团簇稳定性和有利于增加合金化学活性的结论.n=5，10是团簇的幻数.
图像的灰度空间相关性可以反映图像的清晰度，而图像融合的主要目的之一就是改善图像的清晰度.根据微光全波图像和微光短波图像的光谱特点，在分析微光全波图像和微光短波图像的一维灰度直方图及二维灰度空间相关性图的基础上，提出了一种新型的基于灰度空间相关性的图像融合方法.该融合方法由基于标准偏差的灰度调制和灰度统计平衡两部分实现，同灰度调制融合法及谱域融合法比较，此方法能够有效地改善图像的清晰度，同时便于硬件实现.文中详细阐述了该融合方法的理论公式，并分析了其在不同场景时的实验结果.
图像的灰度空间相关性可以反映图像的清晰度，而图像融合的主要目的之一就是改善图像的清晰度.根据微光全波图像和微光短波图像的光谱特点，在分析微光全波图像和微光短波图像的一维灰度直方图及二维灰度空间相关性图的基础上，提出了一种新型的基于灰度空间相关性的图像融合方法.该融合方法由基于标准偏差的灰度调制和灰度统计平衡两部分实现，同灰度调制融合法及谱域融合法比较，此方法能够有效地改善图像的清晰度，同时便于硬件实现.文中详细阐述了该融合方法的理论公式，并分析了其在不同场景时的实验结果.
提出了一种与现有广义Hough变换(GHT)不同的识别破碎图形的方法.称为特殊广义Hough变换(SGHT)方法.该方法在参数表制作阶段和识别阶段，都与现有GHT方法不同.理论分析和实验的结果表明，采用SGHT方法， 可以解决常规GHT方法难以识别破碎图形的困难，且有很高的配准精度和速度，既可用于破碎图形的识别也可用于非破碎图形的识别，具有普适、快速和准确的特点.
提出了一种与现有广义Hough变换(GHT)不同的识别破碎图形的方法.称为特殊广义Hough变换(SGHT)方法.该方法在参数表制作阶段和识别阶段，都与现有GHT方法不同.理论分析和实验的结果表明，采用SGHT方法， 可以解决常规GHT方法难以识别破碎图形的困难，且有很高的配准精度和速度，既可用于破碎图形的识别也可用于非破碎图形的识别，具有普适、快速和准确的特点.
通过分析激光经过热透镜后光束半径的变化，提出了利用放大器测量热透镜焦距的方法.根据激光束传输与变换理论，得到了热透镜焦距的表达式，并分析了其前提条件和近似偏差.最后，基于上述理论分析，测量了激光二极管端面抽运Tm,Ho∶GdVO4放大器的热透镜焦距.
通过分析激光经过热透镜后光束半径的变化，提出了利用放大器测量热透镜焦距的方法.根据激光束传输与变换理论，得到了热透镜焦距的表达式，并分析了其前提条件和近似偏差.最后，基于上述理论分析，测量了激光二极管端面抽运Tm,Ho∶GdVO4放大器的热透镜焦距.
报道了一种新型的专用于光学相干层析系统的输出光谱为准高斯型的宽带超荧光光纤光源.该光源采用掺饵光纤作为增益介质.其关键技术是在抽运源的输出端增加了光耦合器，并在光源输出端插入多级长周期光纤光栅对铒离子的自发光谱进行调制和整形；同时采用光控器和温控器来控制抽运源的输出以提高光源输出功率的稳定性.该光源的中心波长为1.57μm，输出光谱的3dB带宽大于75nm，输出功率为27mW.实验结果表明，该光源输出光谱的自相关函数的旁瓣峰被大大削弱，可以满足光学相干层析系统的应用.
报道了一种新型的专用于光学相干层析系统的输出光谱为准高斯型的宽带超荧光光纤光源.该光源采用掺饵光纤作为增益介质.其关键技术是在抽运源的输出端增加了光耦合器，并在光源输出端插入多级长周期光纤光栅对铒离子的自发光谱进行调制和整形；同时采用光控器和温控器来控制抽运源的输出以提高光源输出功率的稳定性.该光源的中心波长为1.57μm，输出光谱的3dB带宽大于75nm，输出功率为27mW.实验结果表明，该光源输出光谱的自相关函数的旁瓣峰被大大削弱，可以满足光学相干层析系统的应用.
利用周期性畴反转铌酸锂光波导级联和频与差频的二阶非线性效应，提出并实验验证了一种新颖的基于无源光波导双环腔结构的可调谐全光波长转换方案，实现了皮秒脉冲从信号光波长到空闲光波长的转换.采取的脉冲信号光脉宽为1.57ps，重复频率为40GHz，抽运光和控制光由双环腔激光器提供，无需任何外界注入连续光.
利用周期性畴反转铌酸锂光波导级联和频与差频的二阶非线性效应，提出并实验验证了一种新颖的基于无源光波导双环腔结构的可调谐全光波长转换方案，实现了皮秒脉冲从信号光波长到空闲光波长的转换.采取的脉冲信号光脉宽为1.57ps，重复频率为40GHz，抽运光和控制光由双环腔激光器提供，无需任何外界注入连续光.
以“热像”形成的衍射理论模型和分步傅里叶算法为基础，模拟研究了厚介质情况下“热像”的形成特点.重点分析了散射点调制系数(包括振幅调制和相位调制)、散射点与介质前表面之间的距离、散射点大小、入射光强等参数的变化对“热像”点位置以及强度的影响.数值模拟结果与解析理论结果进行了对比，在散射点调制系数和入射光强的变化对“热像”的影响两种情况下，得出了与解析理论基本一致的结论；在散射点大小的变化对“热像”的影响情况下，得出了与解析理论预言不同的结论.此外，还发现散射点与介质前表面距离为零时，在介质后表面也可能出现“热像”效应.
以“热像”形成的衍射理论模型和分步傅里叶算法为基础，模拟研究了厚介质情况下“热像”的形成特点.重点分析了散射点调制系数(包括振幅调制和相位调制)、散射点与介质前表面之间的距离、散射点大小、入射光强等参数的变化对“热像”点位置以及强度的影响.数值模拟结果与解析理论结果进行了对比，在散射点调制系数和入射光强的变化对“热像”的影响两种情况下，得出了与解析理论基本一致的结论；在散射点大小的变化对“热像”的影响情况下，得出了与解析理论预言不同的结论.此外，还发现散射点与介质前表面距离为零时，在介质后表面也可能出现“热像”效应.
对双光子光折变晶体中两束偏振方向和波长都相同的互不相干光束的耦合进行了研究, 预言了非相干耦合暗-暗、亮-亮及亮-暗双光子空间孤子对的存在.
对双光子光折变晶体中两束偏振方向和波长都相同的互不相干光束的耦合进行了研究, 预言了非相干耦合暗-暗、亮-亮及亮-暗双光子空间孤子对的存在.
研究了基于双光束耦合的光折变耗散系统中全息明孤子的温度演化特性.数值计算结果表明，晶体温度与刚性全息孤子的稳定性密切相关.在一定温度下，全息孤子能在晶体中传播足够远的距离；当晶体温度漂移不大时，入射孤子能演化成稳定的全息孤子继续传播；而当晶体温度变化足够大时，孤子波强度随传播距离增加或减小，入射孤子不能以稳定的全息孤子态传播.讨论了将刚性全息孤子的温度特性应用于光学衰减、中继器件的可能性.
研究了基于双光束耦合的光折变耗散系统中全息明孤子的温度演化特性.数值计算结果表明，晶体温度与刚性全息孤子的稳定性密切相关.在一定温度下，全息孤子能在晶体中传播足够远的距离；当晶体温度漂移不大时，入射孤子能演化成稳定的全息孤子继续传播；而当晶体温度变化足够大时，孤子波强度随传播距离增加或减小，入射孤子不能以稳定的全息孤子态传播.讨论了将刚性全息孤子的温度特性应用于光学衰减、中继器件的可能性.
采用数值模拟方法研究光折变晶体中的高阶耦合光伏空间孤子.该孤子可用包含两种频率的四束平行光入射到折射率改变为正的光折变晶体中形成.数值研究还发现，当入射光束为双曲正割光束时，在一定条件下可以模拟高阶耦合光伏空间孤子，而且，这种高阶耦合光伏空间孤子显示出光控光的特性.入射光束显著偏离左右对称会影响高阶耦合光伏空间孤子的实现.
采用数值模拟方法研究光折变晶体中的高阶耦合光伏空间孤子.该孤子可用包含两种频率的四束平行光入射到折射率改变为正的光折变晶体中形成.数值研究还发现，当入射光束为双曲正割光束时，在一定条件下可以模拟高阶耦合光伏空间孤子，而且，这种高阶耦合光伏空间孤子显示出光控光的特性.入射光束显著偏离左右对称会影响高阶耦合光伏空间孤子的实现.
基于自旋反向模型(SFM)，数值研究了基于光反馈的单向耦合注入垂直腔表面发射激光器的矢量混沌同步特性，研究结果表明：当外部光反馈时间等于光从发射系统到接收系统传输时间时， x偏振模和y偏振模都能接收最好的完全混沌同步质量.若外部光反馈时间不等于传输时间且注入电流接近阈值电流时，占主导的y偏振模能暂时实现较好的完全混沌同步质量.相比较而言，占主导地位的x偏振模至始至终获得很差的同步质量，另外，当系统输出为混合偏振模时，混合偏振模中的每一个线性偏振模获得很差完全同步质量.然而，当注入电流远大于阈值电流时，系统输出仅为y偏振模，这时y偏振模能稳定地实现最好的完全混沌同步质量.最后，当接收激光器受到线性偏振模的强注入时，每一个注入线性偏振模能与接收激光器输出的对应的线性偏振模实现很好的注入锁定同步.然而，每一个占主导的线性偏振模比另一被抑制的线性偏振模获得更差注入锁定同步质量、如果有相等的能量的两个线性偏振模同时存在，这两个线性偏振模获得差不多一致的注入锁定混同步质量， 换句话说，能量较少的线性偏振能获得较高的注入锁定同步质量.
基于自旋反向模型(SFM)，数值研究了基于光反馈的单向耦合注入垂直腔表面发射激光器的矢量混沌同步特性，研究结果表明：当外部光反馈时间等于光从发射系统到接收系统传输时间时， x偏振模和y偏振模都能接收最好的完全混沌同步质量.若外部光反馈时间不等于传输时间且注入电流接近阈值电流时，占主导的y偏振模能暂时实现较好的完全混沌同步质量.相比较而言，占主导地位的x偏振模至始至终获得很差的同步质量，另外，当系统输出为混合偏振模时，混合偏振模中的每一个线性偏振模获得很差完全同步质量.然而，当注入电流远大于阈值电流时，系统输出仅为y偏振模，这时y偏振模能稳定地实现最好的完全混沌同步质量.最后，当接收激光器受到线性偏振模的强注入时，每一个注入线性偏振模能与接收激光器输出的对应的线性偏振模实现很好的注入锁定同步.然而，每一个占主导的线性偏振模比另一被抑制的线性偏振模获得更差注入锁定同步质量、如果有相等的能量的两个线性偏振模同时存在，这两个线性偏振模获得差不多一致的注入锁定混同步质量， 换句话说，能量较少的线性偏振能获得较高的注入锁定同步质量.
采用反射式达曼光栅建立了一种产生飞秒激光双脉冲的新装置.由于采用反射式结构，避免了材料色散和吸收导致的脉冲畸变，并构建了一台二次谐波-频率分辨光学开关装置对产生的双脉冲进行了测量.实验结果表明可以实现脉冲强度相等、时间宽度相同、不同间隔的双脉冲输出.产生双脉冲的装置在飞秒激光领域有着应用的价值.
采用反射式达曼光栅建立了一种产生飞秒激光双脉冲的新装置.由于采用反射式结构，避免了材料色散和吸收导致的脉冲畸变，并构建了一台二次谐波-频率分辨光学开关装置对产生的双脉冲进行了测量.实验结果表明可以实现脉冲强度相等、时间宽度相同、不同间隔的双脉冲输出.产生双脉冲的装置在飞秒激光领域有着应用的价值.
根据多模干涉耦合器的自映像原理和重叠成像的规律, 首次提出多模干涉耦合器中存在重叠像相干相消现象, 推导了重叠像相干相消现象出现的条件. 在此基础上, 对对称干涉和成对干涉两种特殊重叠成像做出解释, 得出对称干涉和成对干涉成像个数及成像位置的表达式. 用实例证明了重叠像相干相消现象并不只存在于成对干涉和对称干涉两种特殊情况, 并总结了重叠像相干相消随位置数变化的规律. 用导模传输分析法验证了所得表达式和成像规律的正确性.
根据多模干涉耦合器的自映像原理和重叠成像的规律, 首次提出多模干涉耦合器中存在重叠像相干相消现象, 推导了重叠像相干相消现象出现的条件. 在此基础上, 对对称干涉和成对干涉两种特殊重叠成像做出解释, 得出对称干涉和成对干涉成像个数及成像位置的表达式. 用实例证明了重叠像相干相消现象并不只存在于成对干涉和对称干涉两种特殊情况, 并总结了重叠像相干相消随位置数变化的规律. 用导模传输分析法验证了所得表达式和成像规律的正确性.
根据爱因斯坦的狭义相对论中质能的等效关系，把固体(本文指非导体)晶格(原子)的质量分为晶格(原子)的静质量和晶格热振动能量的等效质量两个部分，后者就是固体中声子气的等效质量.晶格(原子)热振动的能量则分为晶格(原子)静质量具有的热能以及声子气质量具有的热能.基于固体的状态方程，导得了晶格静质量热振动的状态方程和声子气的状态方程.声子气在固体介质中的宏观运动就是热量在固体中的传递过程.建立了声子气运动的守恒方程组，分析表明，忽略惯性力时声子气的动量守恒方程就退化为傅里叶导热定律，阐明了傅里叶导热定律的物理本质是声子气驱动力与阻力的平衡方程.当热流密度很大惯性力不能忽略时，傅里叶导热定律不再适用.
根据爱因斯坦的狭义相对论中质能的等效关系，把固体(本文指非导体)晶格(原子)的质量分为晶格(原子)的静质量和晶格热振动能量的等效质量两个部分，后者就是固体中声子气的等效质量.晶格(原子)热振动的能量则分为晶格(原子)静质量具有的热能以及声子气质量具有的热能.基于固体的状态方程，导得了晶格静质量热振动的状态方程和声子气的状态方程.声子气在固体介质中的宏观运动就是热量在固体中的传递过程.建立了声子气运动的守恒方程组，分析表明，忽略惯性力时声子气的动量守恒方程就退化为傅里叶导热定律，阐明了傅里叶导热定律的物理本质是声子气驱动力与阻力的平衡方程.当热流密度很大惯性力不能忽略时，傅里叶导热定律不再适用.
考虑环形束流的空间电荷效应与相对论状态下的自磁效应对离子通道——环形束流系统的影响，研究了通道中环形束流的轨道与场解的自洽平衡态.利用动力学理论得到了电子平衡态分布函数以及环形束流的径向位置和通道内电磁场的自洽解.研究发现，相对论束流的自场对系统平衡态有很大影响，并证实了系统自洽平衡态的存在.数值计算给出了束流位置与通道半径间随能量的分布关系以及通道内场随半径分布的规律，为相关器件的设计提供了重要的理论数据.
考虑环形束流的空间电荷效应与相对论状态下的自磁效应对离子通道——环形束流系统的影响，研究了通道中环形束流的轨道与场解的自洽平衡态.利用动力学理论得到了电子平衡态分布函数以及环形束流的径向位置和通道内电磁场的自洽解.研究发现，相对论束流的自场对系统平衡态有很大影响，并证实了系统自洽平衡态的存在.数值计算给出了束流位置与通道半径间随能量的分布关系以及通道内场随半径分布的规律，为相关器件的设计提供了重要的理论数据.
将任意形状槽的连续轮廓近似用一系列相连的矩形阶梯近似，利用各阶梯面上导纳的匹配，以及槽与互作用区边界场的连续与匹配条件，获得了具有任意槽的矩形波导栅慢波结构的色散方程和耦合阻抗的表达式，并进行理论上的验证.加工制作了矩形槽波导栅模型，冷测表明理论值与测量值相吻合.分别求解几种特殊槽形矩形波导栅慢波结构的色散特性及耦合阻抗，其中，三角形结构的色散和耦合阻抗均最弱，而倒梯形结构色散最强，耦合阻抗最大.
将任意形状槽的连续轮廓近似用一系列相连的矩形阶梯近似，利用各阶梯面上导纳的匹配，以及槽与互作用区边界场的连续与匹配条件，获得了具有任意槽的矩形波导栅慢波结构的色散方程和耦合阻抗的表达式，并进行理论上的验证.加工制作了矩形槽波导栅模型，冷测表明理论值与测量值相吻合.分别求解几种特殊槽形矩形波导栅慢波结构的色散特性及耦合阻抗，其中，三角形结构的色散和耦合阻抗均最弱，而倒梯形结构色散最强，耦合阻抗最大.
在高导流系数的速调管中电子束径及横向速度都会发生显著变化，运动电子与间隙电场之间的能量交换是非线性的互作用过程.为了能准确描述这些现象，我们建立了相应的物理模型并据此编写了用于速调管注波互作用分析的2.5维程序LSP.随后使用该程序针对一个实际的S波段高峰值功率速调管做了详细的计算，与一维程序的计算结果和实测数据的比较表明LSP程序的计算值具有更好的准确性且与实测值很好地一致.
在高导流系数的速调管中电子束径及横向速度都会发生显著变化，运动电子与间隙电场之间的能量交换是非线性的互作用过程.为了能准确描述这些现象，我们建立了相应的物理模型并据此编写了用于速调管注波互作用分析的2.5维程序LSP.随后使用该程序针对一个实际的S波段高峰值功率速调管做了详细的计算，与一维程序的计算结果和实测数据的比较表明LSP程序的计算值具有更好的准确性且与实测值很好地一致.
采用水电极介质阻挡放电装置，在大气压氩气放电中，在低电压区和高电压区，观察到两种具有不同时空特性的六边形点阵发光斑图.低压区的六边形斑图空间波长及单元直径均小于高压区的六边形斑图的相应量；高压区的六边形斑图具有较亮的背景，而低压区的六边形则没有.通过对两种六边形发光斑图进行时空动力学测量，发现低压区六边形是由两套长方形子点阵嵌套而成的，且这两套子点阵的出现顺序交替变化；而高压区六边形点阵斑图的所有单元基本是同步的.最后讨论了壁电荷对斑图的时空动力学行为的影响.
采用水电极介质阻挡放电装置，在大气压氩气放电中，在低电压区和高电压区，观察到两种具有不同时空特性的六边形点阵发光斑图.低压区的六边形斑图空间波长及单元直径均小于高压区的六边形斑图的相应量；高压区的六边形斑图具有较亮的背景，而低压区的六边形则没有.通过对两种六边形发光斑图进行时空动力学测量，发现低压区六边形是由两套长方形子点阵嵌套而成的，且这两套子点阵的出现顺序交替变化；而高压区六边形点阵斑图的所有单元基本是同步的.最后讨论了壁电荷对斑图的时空动力学行为的影响.
利用溶质扩散控制模型对TiAl合金柱状晶/等轴晶转变过程进行了数值模拟，结果表明，等轴晶在柱状晶前沿形核及生长过程中，当两个扩散场相遇时，观察到成分冲击波，它可能是导致柱状晶停止生长的一个主要原因.利用该模型，对小铸件柱状晶/等轴晶转变过程进行了预测，在模拟过程中发现柱状晶界面前沿液相温度梯度，成分过冷度可联合对柱状晶/等轴晶转变产生影响，模拟与实验观察符合较好.
利用溶质扩散控制模型对TiAl合金柱状晶/等轴晶转变过程进行了数值模拟，结果表明，等轴晶在柱状晶前沿形核及生长过程中，当两个扩散场相遇时，观察到成分冲击波，它可能是导致柱状晶停止生长的一个主要原因.利用该模型，对小铸件柱状晶/等轴晶转变过程进行了预测，在模拟过程中发现柱状晶界面前沿液相温度梯度，成分过冷度可联合对柱状晶/等轴晶转变产生影响，模拟与实验观察符合较好.
利用掠入射荧光X射线吸收精细结构(XAFS)方法研究了在400℃的温度下分子束外延生长的Si/Gen/Si(001)异质结薄膜(n=1，2，4和8个原子层)中Ge原子的局域环境结构.结果表明，在1至2个Ge原子层(ML)生长厚度的异质结薄膜中，Ge原子的第一近邻配位主要是Si原子.随着Ge原子层厚度增加到4ML，Ge原子的最近邻配位壳层中的Ge-Ge配位的平均配位数增加到1.3.当Ge原子层厚度增加到8ML时，第一配位壳层中的Ge-Ge配位占的比例只有55%.这表明在400℃的生长条件下，Ge原子有很强的迁移到Si覆盖层的能力.随着Ge层厚度从1 增加到2，4和8ML，Ge原子迁移到Si覆盖层的量由0.5ML分别增加到1.5，2.0和3.0ML.认为在覆盖Si过程中Ge原子的迁移主要是通过产生Ge原子表面偏析来降低表面能和Ge层的应变能.
利用掠入射荧光X射线吸收精细结构(XAFS)方法研究了在400℃的温度下分子束外延生长的Si/Gen/Si(001)异质结薄膜(n=1，2，4和8个原子层)中Ge原子的局域环境结构.结果表明，在1至2个Ge原子层(ML)生长厚度的异质结薄膜中，Ge原子的第一近邻配位主要是Si原子.随着Ge原子层厚度增加到4ML，Ge原子的最近邻配位壳层中的Ge-Ge配位的平均配位数增加到1.3.当Ge原子层厚度增加到8ML时，第一配位壳层中的Ge-Ge配位占的比例只有55%.这表明在400℃的生长条件下，Ge原子有很强的迁移到Si覆盖层的能力.随着Ge层厚度从1 增加到2，4和8ML，Ge原子迁移到Si覆盖层的量由0.5ML分别增加到1.5，2.0和3.0ML.认为在覆盖Si过程中Ge原子的迁移主要是通过产生Ge原子表面偏析来降低表面能和Ge层的应变能.
利用卢瑟福背散射/沟道技术对在蓝宝石衬底上用金属有机化学气相沉积方法生长的有GaN缓冲层(>2μm)的一系列不同Al和In含量的AlInGaN薄膜进行组分及结晶品质的测量；并结合高分辨X射线衍射技术，通过对AlInGaN的对称(0002)面，及非对称(1015)面的θ—2θ扫描及倒空间扫描，可以精确测定AlInGaN外延层的晶格常数及水平和垂直方向的应变.实验结果表明AlInGaN 薄膜中不同含量Al和In对其应变有较大的影响，结合Vegard定理，对这一现象给出了理论的解释.
利用卢瑟福背散射/沟道技术对在蓝宝石衬底上用金属有机化学气相沉积方法生长的有GaN缓冲层(>2μm)的一系列不同Al和In含量的AlInGaN薄膜进行组分及结晶品质的测量；并结合高分辨X射线衍射技术，通过对AlInGaN的对称(0002)面，及非对称(1015)面的θ—2θ扫描及倒空间扫描，可以精确测定AlInGaN外延层的晶格常数及水平和垂直方向的应变.实验结果表明AlInGaN 薄膜中不同含量Al和In对其应变有较大的影响，结合Vegard定理，对这一现象给出了理论的解释.
在GaAs(110)衬底上生长的半导体材料有诸多优良性能，使得在非极性GaAs(110)衬底上获得高质量各类异质结材料，成为近年来分子束外延生长关注的课题.考虑GaAs(110)表面是Ga和As共面，最佳生长温度窗口很小；反射式高能电子衍射的(1×1)再构图案对生长温度和V/Ⅲ束流比不敏感，难于通过观察再构图案的变化，准确地找到最佳生长条件.作者在制备GaAs(110)量子阱过程中，观察到反射式高能电子衍射强度振荡呈现出的单双周期变化.这意味着不同工艺条件下，在 GaAs(110)衬底上量子阱有单层和双层两种生长模式.透射电子显微镜和室温光致荧光光谱测量结果表明：在双层生长模式下量子阱样品光学性能较差，而在单层生长模式下量子阱光学性能较好，但是界面会变粗糙.利用这一特点，我们采用反射式高能电子衍射强度振荡技术，找到了一种在GaAs(110)衬底上生长高质量量子阱的可行方法.
在GaAs(110)衬底上生长的半导体材料有诸多优良性能，使得在非极性GaAs(110)衬底上获得高质量各类异质结材料，成为近年来分子束外延生长关注的课题.考虑GaAs(110)表面是Ga和As共面，最佳生长温度窗口很小；反射式高能电子衍射的(1×1)再构图案对生长温度和V/Ⅲ束流比不敏感，难于通过观察再构图案的变化，准确地找到最佳生长条件.作者在制备GaAs(110)量子阱过程中，观察到反射式高能电子衍射强度振荡呈现出的单双周期变化.这意味着不同工艺条件下，在 GaAs(110)衬底上量子阱有单层和双层两种生长模式.透射电子显微镜和室温光致荧光光谱测量结果表明：在双层生长模式下量子阱样品光学性能较差，而在单层生长模式下量子阱光学性能较好，但是界面会变粗糙.利用这一特点，我们采用反射式高能电子衍射强度振荡技术，找到了一种在GaAs(110)衬底上生长高质量量子阱的可行方法.
借助于Tersoff势函数和分子动力学模拟技术研究了室温下500eV的能量粒子硼(4个)和氮(8个)共掺入金刚石晶体中所引起的损伤区域内晶体微细观结构的变化特征以及后续加热退火晶体结构的演变特征.结果表明：随着掺入原子数目的增加，受影响的区域范围渐渐增大，12个粒子全部注入金刚石晶体后局部影响区域的半径达0.68nm，损伤区域中心的三配位原子数增加而四配位数原子数量减少.加热退火过程中损伤中心区域的原子发生扩散，部分原子的扩散距离达到4个晶格间距.加热退火使损伤区域中心原子间的平均键长趋于金刚石结构的键长.退火后薄膜中注入的杂质原子向表面扩散引起应力分布产生变化，杂质原子经过一系列的扩散过程能够到达空位的位置，减少薄膜中空位数量，减小晶格畸变程度，原子向表面扩散引起应力产生重新分布，薄膜中应力峰值的峰位向薄膜表面发生移动，局部应力集中程度降低.通过不同退火温度的比较发现低温下退火(800℃)更有利于空位的运动和晶格损伤的恢复从而提高晶格质量.
借助于Tersoff势函数和分子动力学模拟技术研究了室温下500eV的能量粒子硼(4个)和氮(8个)共掺入金刚石晶体中所引起的损伤区域内晶体微细观结构的变化特征以及后续加热退火晶体结构的演变特征.结果表明：随着掺入原子数目的增加，受影响的区域范围渐渐增大，12个粒子全部注入金刚石晶体后局部影响区域的半径达0.68nm，损伤区域中心的三配位原子数增加而四配位数原子数量减少.加热退火过程中损伤中心区域的原子发生扩散，部分原子的扩散距离达到4个晶格间距.加热退火使损伤区域中心原子间的平均键长趋于金刚石结构的键长.退火后薄膜中注入的杂质原子向表面扩散引起应力分布产生变化，杂质原子经过一系列的扩散过程能够到达空位的位置，减少薄膜中空位数量，减小晶格畸变程度，原子向表面扩散引起应力产生重新分布，薄膜中应力峰值的峰位向薄膜表面发生移动，局部应力集中程度降低.通过不同退火温度的比较发现低温下退火(800℃)更有利于空位的运动和晶格损伤的恢复从而提高晶格质量.
根据实验研究成果提出纳米晶合金软磁性能受其介观结构影响的观点，建立了Fe基纳米晶合金的球状介观结构模型，分别求出只有交变磁场或交变磁场和静磁场作用时纳米晶粒球的频率函数——D函数.分析表明，两种D函数都是复变函数，其实部Re(D)为纳米晶电感性质和电容性质的反映，虚部Im(D)为纳米晶电阻性质的反映，据此建立了Fe基纳米晶合金介观结构的等效RLC并联模型.由该模型求得合金产生极值巨磁电阻的条件为vextGMI=v|Re(D)=0，决定因素有μ,σ,ω,R和Hex及微观磁结构.
根据实验研究成果提出纳米晶合金软磁性能受其介观结构影响的观点，建立了Fe基纳米晶合金的球状介观结构模型，分别求出只有交变磁场或交变磁场和静磁场作用时纳米晶粒球的频率函数——D函数.分析表明，两种D函数都是复变函数，其实部Re(D)为纳米晶电感性质和电容性质的反映，虚部Im(D)为纳米晶电阻性质的反映，据此建立了Fe基纳米晶合金介观结构的等效RLC并联模型.由该模型求得合金产生极值巨磁电阻的条件为vextGMI=v|Re(D)=0，决定因素有μ,σ,ω,R和Hex及微观磁结构.
为了确定纳米Si晶粒气相成核的位置，采用XeCl准分子激光器，在10Pa氩气环境下，烧蚀高阻抗单晶Si靶，在距离等离子羽正下方2.0cm处、与其轴线平行放置一系列单晶Si或玻璃衬底，沉积制备了纳米Si薄膜. X射线衍射、Raman散射、扫描电子显微镜和原子力显微镜结果均显示，纳米Si晶粒只在距靶约0.5—2.8cm平行距离范围内的样品上形成，在此范围内，随着离靶平行距离的增大，所形成的纳米Si晶粒的平均尺寸逐渐减小，并且晶粒尺寸的分布也发生变化. 根据成核区起始和终止的突变特征，结合晶粒形成后的平抛运动规律，对晶粒气相成核的位置进行了估算.
为了确定纳米Si晶粒气相成核的位置，采用XeCl准分子激光器，在10Pa氩气环境下，烧蚀高阻抗单晶Si靶，在距离等离子羽正下方2.0cm处、与其轴线平行放置一系列单晶Si或玻璃衬底，沉积制备了纳米Si薄膜. X射线衍射、Raman散射、扫描电子显微镜和原子力显微镜结果均显示，纳米Si晶粒只在距靶约0.5—2.8cm平行距离范围内的样品上形成，在此范围内，随着离靶平行距离的增大，所形成的纳米Si晶粒的平均尺寸逐渐减小，并且晶粒尺寸的分布也发生变化. 根据成核区起始和终止的突变特征，结合晶粒形成后的平抛运动规律，对晶粒气相成核的位置进行了估算.
采用溶胶凝胶法制备了Ti1-xCrxO2±δ体系系列样品.利用扫描电子显微镜(SEM)，X射线光电子能谱(XPS)，粉末X射线衍射分析(XRD)方法研究了Ti1-xCrxO2±δ系列样品的颗粒尺寸、形貌、组分化学态、相关系和固溶区范围；并利用超导量子干涉磁强计对样品的磁性能进行了研究.采用Rietveld结构精修的方法研究了Cr的不同掺杂量对TiO2晶体结构的影响，研究表明，1000℃烧结的样品的固溶区范围是x=0—0.03，为金红石单相；随着Cr掺杂量的增加，金红石相晶胞参数规律性地减小；当x>0.03，为金红石相和CrO2相两相共存.综合XRD和磁性测量结果，500℃烧结的样品的固溶区范围是x=0—0.02，为锐钛矿单相；随着Cr掺杂量的增加，锐钛矿相晶胞参数规律性地减小；当x≥0.04，为锐钛矿相和绿铬矿相(Cr2O3)两相共存.XPS实验结果表明，500℃和1000℃退火的样品中Cr都是以Cr+3和Cr+6两种化学态存在，1000℃烧结的样品中可能有更多的Cr3+转化为Cr6+.根据M-H和M-T曲线的测试结果发现，本文500℃烧结的Ti1-xCrxO2±δ体系样品当x=0—0.02时，为室温铁磁性.当x≥0.04时，由铁磁相和顺磁相所组成，在低温下有较强的铁磁性；室温下主要是顺磁相，铁磁相只占据很小的体积分数.
采用溶胶凝胶法制备了Ti1-xCrxO2±δ体系系列样品.利用扫描电子显微镜(SEM)，X射线光电子能谱(XPS)，粉末X射线衍射分析(XRD)方法研究了Ti1-xCrxO2±δ系列样品的颗粒尺寸、形貌、组分化学态、相关系和固溶区范围；并利用超导量子干涉磁强计对样品的磁性能进行了研究.采用Rietveld结构精修的方法研究了Cr的不同掺杂量对TiO2晶体结构的影响，研究表明，1000℃烧结的样品的固溶区范围是x=0—0.03，为金红石单相；随着Cr掺杂量的增加，金红石相晶胞参数规律性地减小；当x>0.03，为金红石相和CrO2相两相共存.综合XRD和磁性测量结果，500℃烧结的样品的固溶区范围是x=0—0.02，为锐钛矿单相；随着Cr掺杂量的增加，锐钛矿相晶胞参数规律性地减小；当x≥0.04，为锐钛矿相和绿铬矿相(Cr2O3)两相共存.XPS实验结果表明，500℃和1000℃退火的样品中Cr都是以Cr+3和Cr+6两种化学态存在，1000℃烧结的样品中可能有更多的Cr3+转化为Cr6+.根据M-H和M-T曲线的测试结果发现，本文500℃烧结的Ti1-xCrxO2±δ体系样品当x=0—0.02时，为室温铁磁性.当x≥0.04时，由铁磁相和顺磁相所组成，在低温下有较强的铁磁性；室温下主要是顺磁相，铁磁相只占据很小的体积分数.
通过Cottrell-Bilby型溶质动力学模型，对位错线周围的溶质原子浓度随应变率的变化进行了研究，并得到了三种不同的位错-溶质相互作用方式：在低应变率时，位错被溶质原子气团充分钉扎，它上面的溶质浓度近似达到饱和；在高应变率时，脱钉作用占主导地位，位错运动几乎不受深质影响；而在中间应变率时，位错反复经历着钉扎和脱钉过程，动态应变时效发生.此外，通过对模型方程的推导，还自然地得到了平衡状态下率相关流动应力与应变率之间的N形关系曲线.
通过Cottrell-Bilby型溶质动力学模型，对位错线周围的溶质原子浓度随应变率的变化进行了研究，并得到了三种不同的位错-溶质相互作用方式：在低应变率时，位错被溶质原子气团充分钉扎，它上面的溶质浓度近似达到饱和；在高应变率时，脱钉作用占主导地位，位错运动几乎不受深质影响；而在中间应变率时，位错反复经历着钉扎和脱钉过程，动态应变时效发生.此外，通过对模型方程的推导，还自然地得到了平衡状态下率相关流动应力与应变率之间的N形关系曲线.
基于电荷控制原理建立了辐射感生AlmGa1-mN势垒层应力弛豫对AlmGa1-mN/GaN HEMTs器件电学特性影响的解析模型，并进行了仿真分析.结果表明，对于高Al组分HEMTs器件，AlmGa1-mN势垒层中辐射感生的应力弛豫影响更为显著.辐射感生应力弛豫不但导致2DEG下降和阈值电压正向漂移，而且能够引起漏极输出电流的明显下降.辐射感生应力弛豫是赝配AlmGa1-mN/GaN HEMTs辐射损伤的重要机理之一.
基于电荷控制原理建立了辐射感生AlmGa1-mN势垒层应力弛豫对AlmGa1-mN/GaN HEMTs器件电学特性影响的解析模型，并进行了仿真分析.结果表明，对于高Al组分HEMTs器件，AlmGa1-mN势垒层中辐射感生的应力弛豫影响更为显著.辐射感生应力弛豫不但导致2DEG下降和阈值电压正向漂移，而且能够引起漏极输出电流的明显下降.辐射感生应力弛豫是赝配AlmGa1-mN/GaN HEMTs辐射损伤的重要机理之一.
基于界面陷阱形成的氢离子运动两步模型和反应过程的热力学平衡假设，推导了金属-氧化物-半导体-场效应晶体管(MOSFET)经历电离辐照后氧化层空穴俘获与界面陷阱形成间关系的表达式.利用初始1/f噪声功率谱幅值与氧化层空穴俘获之间的联系，建立了辐照前的1/f噪声幅值与辐照诱生界面陷阱数量之间的半经验公式，并通过实验予以验证.研究结果表明，由于辐照诱生的氧化层内陷阱通过与分子氢作用而直接参与到界面陷阱的建立过程中，从而使界面陷阱生成数量正比于这种陷阱增加的数量，因此辐照前的1/f噪声功率谱幅值正比于辐照诱生的界面陷阱数量.研究结果为1/f噪声用作MOSFET辐照损伤机理研究的新工具，对其抗辐照性能进行无损评估提供了理论依据与数学模型.
基于界面陷阱形成的氢离子运动两步模型和反应过程的热力学平衡假设，推导了金属-氧化物-半导体-场效应晶体管(MOSFET)经历电离辐照后氧化层空穴俘获与界面陷阱形成间关系的表达式.利用初始1/f噪声功率谱幅值与氧化层空穴俘获之间的联系，建立了辐照前的1/f噪声幅值与辐照诱生界面陷阱数量之间的半经验公式，并通过实验予以验证.研究结果表明，由于辐照诱生的氧化层内陷阱通过与分子氢作用而直接参与到界面陷阱的建立过程中，从而使界面陷阱生成数量正比于这种陷阱增加的数量，因此辐照前的1/f噪声功率谱幅值正比于辐照诱生的界面陷阱数量.研究结果为1/f噪声用作MOSFET辐照损伤机理研究的新工具，对其抗辐照性能进行无损评估提供了理论依据与数学模型.
在量子力学的框架内描述了带电粒子与晶体相互作用，利用正弦平方势把沟道粒子的Schr?dinger方程化为Mathieu方程，根据Bloch定理讨论了系统能量分布，并用摄动法求解了方程的低阶不稳定区及其禁带宽度，系统自动呈现出了能带结构，再现了粒子束同晶体相互作用的周期性特征.而这一点正是其他相互作用势不曾有的.
在量子力学的框架内描述了带电粒子与晶体相互作用，利用正弦平方势把沟道粒子的Schr?dinger方程化为Mathieu方程，根据Bloch定理讨论了系统能量分布，并用摄动法求解了方程的低阶不稳定区及其禁带宽度，系统自动呈现出了能带结构，再现了粒子束同晶体相互作用的周期性特征.而这一点正是其他相互作用势不曾有的.
借助不同温度下的固溶处理，得到一系列具有不同溶质原子浓度及析出相含量的Al-4.5wt%Cu合金材料试件.比较这些试件在拉伸实验中的锯齿形屈服现象的时空特性，分析溶质原子与析出相对位错运动的影响，从而探究动态应变时效产生的微观机理.实验结果显示，当固溶处理温度由500℃逐步降低，应力-时间曲线上的应力锯齿跌落幅值逐渐减小，并在300℃时达到最小.继续降低固溶处理温度至100℃，应力锯齿跌落幅值又逐渐增大.同时，热处理方式的改变对剪切带的传播特性也有显著影响.实验发现，固溶处理温度高于300℃时，溶质原子对DSA的影响强于析出相；反之，固溶处理温度低于300℃时，析出相对DSA的影响强于溶质原子；室温下析出相是影响Al-4.5wt%Cu合金DSA机理的主要因素.
借助不同温度下的固溶处理，得到一系列具有不同溶质原子浓度及析出相含量的Al-4.5wt%Cu合金材料试件.比较这些试件在拉伸实验中的锯齿形屈服现象的时空特性，分析溶质原子与析出相对位错运动的影响，从而探究动态应变时效产生的微观机理.实验结果显示，当固溶处理温度由500℃逐步降低，应力-时间曲线上的应力锯齿跌落幅值逐渐减小，并在300℃时达到最小.继续降低固溶处理温度至100℃，应力锯齿跌落幅值又逐渐增大.同时，热处理方式的改变对剪切带的传播特性也有显著影响.实验发现，固溶处理温度高于300℃时，溶质原子对DSA的影响强于析出相；反之，固溶处理温度低于300℃时，析出相对DSA的影响强于溶质原子；室温下析出相是影响Al-4.5wt%Cu合金DSA机理的主要因素.
从能量和结构两个角度分析了BN四种相的转变过程，以及杂质和缺陷对立方氮化硼(c-BN)薄膜制备的影响.研究了从六角氮化硼(h-BN)到c-BN转变的一个可能的过程，即h-BN→菱形氮化硼(r-BN)→c-BN过程.对纯的h-BN到r-BN的转变需要克服一个很高的能量势垒，在实验室条件下很难能够提供能量来越过这个势垒.而从r-BN到c-BN的转变只需要克服一个很低的能量势垒.这个能量势垒要低于从h-BN到纤锌矿氮化硼(w-BN)转变所需要克服的能量势垒.c-BN薄膜的制备过程中，薄膜在高能粒子轰击下，会产生大量的缺陷，这些缺陷对立方相的形成起到了重要的作用，缺陷和杂质的存在大大降低了从h-BN到r-BN转变的能量势垒.根据这个理论模型，在两步法制备c-BN薄膜的基础上，调整实验参数，形成三步法制备高质量c-BN薄膜.主要研究了三步法中第一步的时间和衬底负偏压对c-BN薄膜制备的影响，找到合适的沉积时间和衬底负偏压分别为5min和-180V.采用三步法制备薄膜，可以重复得到高立方相体积分数(立方相体积分数超过80%)的BN薄膜，并且实验重复性达到70%以上.
从能量和结构两个角度分析了BN四种相的转变过程，以及杂质和缺陷对立方氮化硼(c-BN)薄膜制备的影响.研究了从六角氮化硼(h-BN)到c-BN转变的一个可能的过程，即h-BN→菱形氮化硼(r-BN)→c-BN过程.对纯的h-BN到r-BN的转变需要克服一个很高的能量势垒，在实验室条件下很难能够提供能量来越过这个势垒.而从r-BN到c-BN的转变只需要克服一个很低的能量势垒.这个能量势垒要低于从h-BN到纤锌矿氮化硼(w-BN)转变所需要克服的能量势垒.c-BN薄膜的制备过程中，薄膜在高能粒子轰击下，会产生大量的缺陷，这些缺陷对立方相的形成起到了重要的作用，缺陷和杂质的存在大大降低了从h-BN到r-BN转变的能量势垒.根据这个理论模型，在两步法制备c-BN薄膜的基础上，调整实验参数，形成三步法制备高质量c-BN薄膜.主要研究了三步法中第一步的时间和衬底负偏压对c-BN薄膜制备的影响，找到合适的沉积时间和衬底负偏压分别为5min和-180V.采用三步法制备薄膜，可以重复得到高立方相体积分数(立方相体积分数超过80%)的BN薄膜，并且实验重复性达到70%以上.
在不同实验条件下，用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)技术在Si基体上制备了S掺杂和B-S共掺杂CVD金刚石薄膜，利用X射线衍射仪和拉曼光谱仪研究掺杂对CVD金刚石薄膜的应力影响.研究结果发现，随着S掺杂浓度的增加，薄膜中sp2杂化碳含量和缺陷增多，CVD金刚石薄膜压应力增加；小尺寸的B原子与大尺寸的S原子共掺杂时，微量B的加入改变了CVD金刚石薄膜的应力状态，共掺杂形成B-S复合体进入金刚石晶体后降低金刚石晶体的晶格畸变程度，减少S原子在晶界上偏聚数量和晶体中非金刚石结构相含量，降低由于杂质、缺陷及sp2杂化碳含量产生的晶格畸变和薄膜压应力，提高晶格完整性.
在不同实验条件下，用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)技术在Si基体上制备了S掺杂和B-S共掺杂CVD金刚石薄膜，利用X射线衍射仪和拉曼光谱仪研究掺杂对CVD金刚石薄膜的应力影响.研究结果发现，随着S掺杂浓度的增加，薄膜中sp2杂化碳含量和缺陷增多，CVD金刚石薄膜压应力增加；小尺寸的B原子与大尺寸的S原子共掺杂时，微量B的加入改变了CVD金刚石薄膜的应力状态，共掺杂形成B-S复合体进入金刚石晶体后降低金刚石晶体的晶格畸变程度，减少S原子在晶界上偏聚数量和晶体中非金刚石结构相含量，降低由于杂质、缺陷及sp2杂化碳含量产生的晶格畸变和薄膜压应力，提高晶格完整性.
利用射频磁控溅射系统在不同N2分压的条件下，制备了一系列ZrN/WN纳米多层膜.借助慢正电子湮没技术分析了样品的缺陷性质，采用纳米压痕仪研究了多层膜的力学性能.结果发现：N2分压为0.4Pa的多层膜具有最小的空位型缺陷浓度，其中心层和膜基结合层的平均S参数分别为0.4402和0.4641，而较低或较高的N2分压都可能导致空位型缺陷浓度的增加.随着空位型缺陷浓度的减小，多层膜的硬度和临界载荷增大.对于空位型缺陷浓度最小的多层膜，其硬度和临界载荷达到最大值，分别为34.8GPa和100mN，说明较低的缺陷浓度有利于提高多层膜的力学性能.
利用射频磁控溅射系统在不同N2分压的条件下，制备了一系列ZrN/WN纳米多层膜.借助慢正电子湮没技术分析了样品的缺陷性质，采用纳米压痕仪研究了多层膜的力学性能.结果发现：N2分压为0.4Pa的多层膜具有最小的空位型缺陷浓度，其中心层和膜基结合层的平均S参数分别为0.4402和0.4641，而较低或较高的N2分压都可能导致空位型缺陷浓度的增加.随着空位型缺陷浓度的减小，多层膜的硬度和临界载荷增大.对于空位型缺陷浓度最小的多层膜，其硬度和临界载荷达到最大值，分别为34.8GPa和100mN，说明较低的缺陷浓度有利于提高多层膜的力学性能.
利用基于密度泛涵理论的超软赝势法(USPP)，结合局域密度近似(LDA)，对过渡族金属离子掺杂的纤锌矿型ZnO做第一性原理计算，得到了它的平衡晶格常数、结合能、电子态密度分布、能带结构、介电函数、光学吸收系数等性质，详细讨论了掺杂后ZnO化合物的电子结构及成键情况，并结合实验结果定性分析了掺杂后光学性质的变化.
利用基于密度泛涵理论的超软赝势法(USPP)，结合局域密度近似(LDA)，对过渡族金属离子掺杂的纤锌矿型ZnO做第一性原理计算，得到了它的平衡晶格常数、结合能、电子态密度分布、能带结构、介电函数、光学吸收系数等性质，详细讨论了掺杂后ZnO化合物的电子结构及成键情况，并结合实验结果定性分析了掺杂后光学性质的变化.
在玻璃微流控芯片通道表面用硅烷化试剂二氯二甲基硅烷进行处理后，二氯二甲基硅烷与玻璃通道表面的硅羟基反应，硅烷基覆盖在原来的硅羟基上，其结果为电渗流减小甚至完全消除.进一步采用全势能线性糕模轨道分子动力学方法，对表面反应的微观结构进行了理论计算，计算结果表明硅羟基中的氢原子与二氯二甲基硅烷中的氯原子结合形成稳定的HCl分子结构而脱离，从而使硅烷基覆盖在表面上.
在玻璃微流控芯片通道表面用硅烷化试剂二氯二甲基硅烷进行处理后，二氯二甲基硅烷与玻璃通道表面的硅羟基反应，硅烷基覆盖在原来的硅羟基上，其结果为电渗流减小甚至完全消除.进一步采用全势能线性糕模轨道分子动力学方法，对表面反应的微观结构进行了理论计算，计算结果表明硅羟基中的氢原子与二氯二甲基硅烷中的氯原子结合形成稳定的HCl分子结构而脱离，从而使硅烷基覆盖在表面上.
采用传输矩阵方法分析极化诱导的内建电场对Mn δ掺杂的GaN/AlxGa1-xN量子阱居里温度(TC)的调制作用.通过解薛定谔方程计算出在不同的内建电场条件下半导体量子阱局域态内的基态空穴能级和波函数分布情况，并在此基础上确定量子阱内Mn δ掺杂情况下TC随内建电场的变化趋势，分析了不同量子阱结构引起的内建电场分布变化及其对TC的影响.在耦合双量子阱中通过调节左右阱的不对称性可以得到TC近3倍的增长.
采用传输矩阵方法分析极化诱导的内建电场对Mn δ掺杂的GaN/AlxGa1-xN量子阱居里温度(TC)的调制作用.通过解薛定谔方程计算出在不同的内建电场条件下半导体量子阱局域态内的基态空穴能级和波函数分布情况，并在此基础上确定量子阱内Mn δ掺杂情况下TC随内建电场的变化趋势，分析了不同量子阱结构引起的内建电场分布变化及其对TC的影响.在耦合双量子阱中通过调节左右阱的不对称性可以得到TC近3倍的增长.
在密度泛函理论下，用缀加平面波加局域轨道方法，分别采用广义梯度近似(GGA)和局域密度近似(LDA)对金的面心立方晶格结构(fcc)、体心立方晶格结构(bcc)和六角密堆积结构(hcp)的结构能量进行了计算.在GGA下，计算得出fcc向hcp和hcp向bcc的相变分别发生在380GPa 和1250GPa；而LDA下相变分别发生在490GPa和790GPa.当计算压强达到2TPa时，bcc在这两种近似下仍然保持稳定的结构.根据不同体积下不同结构的电子态密度的特征，对发生相变的物理原因进行了定性的分析，在此基础上得到了金的零温状态方程.
在密度泛函理论下，用缀加平面波加局域轨道方法，分别采用广义梯度近似(GGA)和局域密度近似(LDA)对金的面心立方晶格结构(fcc)、体心立方晶格结构(bcc)和六角密堆积结构(hcp)的结构能量进行了计算.在GGA下，计算得出fcc向hcp和hcp向bcc的相变分别发生在380GPa 和1250GPa；而LDA下相变分别发生在490GPa和790GPa.当计算压强达到2TPa时，bcc在这两种近似下仍然保持稳定的结构.根据不同体积下不同结构的电子态密度的特征，对发生相变的物理原因进行了定性的分析，在此基础上得到了金的零温状态方程.
报道了单晶石墨、多晶石墨电导行为的差异.在8.15T磁场下，4.5K处单、多晶石墨的正磁电阻效应分别为69400%，170%，同时在0T，8T磁场作用下，多晶石墨的电导行为呈现类绝缘体型性质，但在单晶石墨中我们发现了与磁场相关的类半金属-绝缘体型转变，通过分析，我们认为：单、多晶石墨电导行为存在较大差异的原因可能来源于库仑相互作用在高定向热解石墨中变得不可忽视，而多晶石墨样品却存在晶界散射.
报道了单晶石墨、多晶石墨电导行为的差异.在8.15T磁场下，4.5K处单、多晶石墨的正磁电阻效应分别为69400%，170%，同时在0T，8T磁场作用下，多晶石墨的电导行为呈现类绝缘体型性质，但在单晶石墨中我们发现了与磁场相关的类半金属-绝缘体型转变，通过分析，我们认为：单、多晶石墨电导行为存在较大差异的原因可能来源于库仑相互作用在高定向热解石墨中变得不可忽视，而多晶石墨样品却存在晶界散射.
利用同步辐射光电子能谱研究了Fe/ZnO生长模式、界面化学反应和电子结构.结果表明，Fe在ZnO(0001)表面以类SK模式生长(单层加岛状生长).当沉积约2?的Fe后，生长模式开始从二维层状生长转变成混合模式生长.界面价带谱和Fe3p芯能级谱的分析表明，在低覆盖度下，约有一个原子层(约1.5?)的Fe被ZnO(0001)面的外层O原子氧化，随着沉积厚度的增加，金属态Fe的信号逐渐增强.当吸附了5.1?的Fe时，出现了较强的金属Fe的Fermi边，说明出现了Fe的金属态.此外，在Fe原子吸附过程中，样品功函数在Fe厚度为0.2?时达到最小值4.5eV，偶极层形成后逐渐稳定在4.9eV.
利用同步辐射光电子能谱研究了Fe/ZnO生长模式、界面化学反应和电子结构.结果表明，Fe在ZnO(0001)表面以类SK模式生长(单层加岛状生长).当沉积约2?的Fe后，生长模式开始从二维层状生长转变成混合模式生长.界面价带谱和Fe3p芯能级谱的分析表明，在低覆盖度下，约有一个原子层(约1.5?)的Fe被ZnO(0001)面的外层O原子氧化，随着沉积厚度的增加，金属态Fe的信号逐渐增强.当吸附了5.1?的Fe时，出现了较强的金属Fe的Fermi边，说明出现了Fe的金属态.此外，在Fe原子吸附过程中，样品功函数在Fe厚度为0.2?时达到最小值4.5eV，偶极层形成后逐渐稳定在4.9eV.
采用熔融-淬火-放电等离子体烧结制备了Ag偏离化学计量比Ag1-xPb18SbTe20(x=0，0.25，0.50，0.75)样品，研究了Ag含量对样品热电传输性能的影响.结果表明，随Ag含量降低，样品中出现少量第二相Sb2Te3，样品载流子浓度增加到5×1018cm-3后不再增加.样品载流子迁移率随Ag含量降低先降低后增加，随着温度增加，载流子散射机理由电离杂质散射转变为声学波散射.随Ag含量降低，样品电导率增加而Seebeck系数降低，热导率增加.
采用熔融-淬火-放电等离子体烧结制备了Ag偏离化学计量比Ag1-xPb18SbTe20(x=0，0.25，0.50，0.75)样品，研究了Ag含量对样品热电传输性能的影响.结果表明，随Ag含量降低，样品中出现少量第二相Sb2Te3，样品载流子浓度增加到5×1018cm-3后不再增加.样品载流子迁移率随Ag含量降低先降低后增加，随着温度增加，载流子散射机理由电离杂质散射转变为声学波散射.随Ag含量降低，样品电导率增加而Seebeck系数降低，热导率增加.
构建了基于n-ZnO纳米线/p-Si异质结的紫外发光二极管.ZnO纳米线准阵列采用水热法生长于重掺p型Si片上.此法简易，反应温度低，易于大规模生产；其产物ZnO纳米线结晶良好，以c轴为优势取向，光激发下的紫外荧光发射很强.二极管的电学接触采用聚合物填充的In阴极或以氧化铟锡(ITO)玻璃紧压形成阴极.它们的I-V特性体现出良好的二极管性质.在正向偏置电压驱动下，构建的发光二极管可稳定发射波长在387nm的较强的近紫外光和较弱的绿光.
构建了基于n-ZnO纳米线/p-Si异质结的紫外发光二极管.ZnO纳米线准阵列采用水热法生长于重掺p型Si片上.此法简易，反应温度低，易于大规模生产；其产物ZnO纳米线结晶良好，以c轴为优势取向，光激发下的紫外荧光发射很强.二极管的电学接触采用聚合物填充的In阴极或以氧化铟锡(ITO)玻璃紧压形成阴极.它们的I-V特性体现出良好的二极管性质.在正向偏置电压驱动下，构建的发光二极管可稳定发射波长在387nm的较强的近紫外光和较弱的绿光.
基于对制作在n-GaN上的肖特基二极管的变温I-V测试和C-V测试，采用表面势垒减薄模型对肖特基二极管的电流输运特性进行了研究.试验结果表明，肖特基接触的电流输运机理非常复杂，在不同的温度条件和偏压条件下有着不同的电流输运机理.在此基础上对肖特基接触I-V特性方程进行了修正，得到了很好的拟合曲线.试验表明，高温I-V法提取的势垒高度与常温C-V法提取的势垒高度接近于根据金属功函数得出的理论势垒高度值.
基于对制作在n-GaN上的肖特基二极管的变温I-V测试和C-V测试，采用表面势垒减薄模型对肖特基二极管的电流输运特性进行了研究.试验结果表明，肖特基接触的电流输运机理非常复杂，在不同的温度条件和偏压条件下有着不同的电流输运机理.在此基础上对肖特基接触I-V特性方程进行了修正，得到了很好的拟合曲线.试验表明，高温I-V法提取的势垒高度与常温C-V法提取的势垒高度接近于根据金属功函数得出的理论势垒高度值.
采用金属Na，白磷和GaCl3为原料，在温和的苯热溶剂条件下制备了直径为20—40nm，长度为200—500nm的GaP纳米棒和直径为20—40nm的球形颗粒.利用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和X射线光电子能谱(XPS)研究了反应条件对产物结晶性和形貌的影响.实验结果表明，当反应温度低于250℃时，产物基本上为GaP纳米棒，并随着反应温度升高，产物逐渐转化为球形纳米颗粒；当反应温度超过280℃时，产物完全为规则的球形.同时，GaP纳米棒的生长遵循SLS生长机理.
采用金属Na，白磷和GaCl3为原料，在温和的苯热溶剂条件下制备了直径为20—40nm，长度为200—500nm的GaP纳米棒和直径为20—40nm的球形颗粒.利用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和X射线光电子能谱(XPS)研究了反应条件对产物结晶性和形貌的影响.实验结果表明，当反应温度低于250℃时，产物基本上为GaP纳米棒，并随着反应温度升高，产物逐渐转化为球形纳米颗粒；当反应温度超过280℃时，产物完全为规则的球形.同时，GaP纳米棒的生长遵循SLS生长机理.
用微腔调色法来实现有机发光器件的三基色，有利于减少光损失，并提高器件的色饱和度和效率.以多波长的白光器件为基构成了微腔顶发射器件.顶发射器件以Ag作为全反射阳极，ITO为光程调节层，Al/Ag为半透明复合阴极，Alq：DCJTB/TBADN：TBPe/Alq：C545为白光发光层.通过调节ITO厚度，改变微腔光程以及器件的颜色，分别得到红、蓝、绿三基色的器件，器件发光峰值分别为475，538和603nm，色坐标分别为(0.133，0.201)，(0.335，0.567)和(0.513，0.360).半高宽分别为30，48，70nm.
用微腔调色法来实现有机发光器件的三基色，有利于减少光损失，并提高器件的色饱和度和效率.以多波长的白光器件为基构成了微腔顶发射器件.顶发射器件以Ag作为全反射阳极，ITO为光程调节层，Al/Ag为半透明复合阴极，Alq：DCJTB/TBADN：TBPe/Alq：C545为白光发光层.通过调节ITO厚度，改变微腔光程以及器件的颜色，分别得到红、蓝、绿三基色的器件，器件发光峰值分别为475，538和603nm，色坐标分别为(0.133，0.201)，(0.335，0.567)和(0.513，0.360).半高宽分别为30，48，70nm.
采用多源有机分子气相沉积系统制备了不同类型的有机多量子阱结构，利用电化学循环伏安法和吸收光谱、荧光光谱研究了量子阱的类型、光致发光的特性.电化学循环伏安法和吸收光谱的测量结果表明，PBD/8-羟基喹啉铝(Alq3)有机量子阱为Ⅰ型量子阱结构，NPB/Alq3和BCP/Alq3有机量子阱为Ⅱ型量子阱结构.荧光光谱的研究结果表明，PBD/Alq3和BCP/Alq3量子阱结构可以实现PBD，BCP向Alq3能量完全转移，而NPB/Alq3量子阱结构，NPB和Alq3之间只是部分能量转移.文中对影响能量转移的因素进行了讨论.
采用多源有机分子气相沉积系统制备了不同类型的有机多量子阱结构，利用电化学循环伏安法和吸收光谱、荧光光谱研究了量子阱的类型、光致发光的特性.电化学循环伏安法和吸收光谱的测量结果表明，PBD/8-羟基喹啉铝(Alq3)有机量子阱为Ⅰ型量子阱结构，NPB/Alq3和BCP/Alq3有机量子阱为Ⅱ型量子阱结构.荧光光谱的研究结果表明，PBD/Alq3和BCP/Alq3量子阱结构可以实现PBD，BCP向Alq3能量完全转移，而NPB/Alq3量子阱结构，NPB和Alq3之间只是部分能量转移.文中对影响能量转移的因素进行了讨论.
在绝缘层附着硅(SOI)结构的Si膜上生长SiGe合金制作具有SiGe量子阱沟道的SOI p型金属氧化物半导体场效应晶体管(PMOSFET)，该器件不仅具有SOI结构的优点，而且因量子阱中载流子迁移率高，所以进一步提高了器件的性能.在分析常规的Si SOI MOSFET基础上，建立了应变SiGe SOI 量子阱沟道PMOSFET的阈值电压模型和电流-电压(I-V)特性模型，利用Matlab对该结构器件的I-V特性、跨导及漏导特性进行了模拟分析，且与常规结构的器件作了对比.模拟结果表明，应变SiGe SOI量子阱沟道PMOSFET的性能均比常规结构的器件有大幅度提高.
在绝缘层附着硅(SOI)结构的Si膜上生长SiGe合金制作具有SiGe量子阱沟道的SOI p型金属氧化物半导体场效应晶体管(PMOSFET)，该器件不仅具有SOI结构的优点，而且因量子阱中载流子迁移率高，所以进一步提高了器件的性能.在分析常规的Si SOI MOSFET基础上，建立了应变SiGe SOI 量子阱沟道PMOSFET的阈值电压模型和电流-电压(I-V)特性模型，利用Matlab对该结构器件的I-V特性、跨导及漏导特性进行了模拟分析，且与常规结构的器件作了对比.模拟结果表明，应变SiGe SOI量子阱沟道PMOSFET的性能均比常规结构的器件有大幅度提高.
利用差分法对导电粘合剂中导电颗粒的属性(包括导电颗粒的形状、大小等)对导电粘合剂电导的影响进行了计算.在交流信号下，导电粘合剂的金属填充颗粒越小，导电粘合剂的电导越大.通过理论计算发现，导电粘合剂的导电颗粒若为球形(正方体)，导电粘合剂的电导与金属颗粒的半径(边长)成反比例变化；若为长方体或圆柱体颗粒，则电导随颗粒高度的增加而减小，而基本不随颗粒底面积的改变而变化.
利用差分法对导电粘合剂中导电颗粒的属性(包括导电颗粒的形状、大小等)对导电粘合剂电导的影响进行了计算.在交流信号下，导电粘合剂的金属填充颗粒越小，导电粘合剂的电导越大.通过理论计算发现，导电粘合剂的导电颗粒若为球形(正方体)，导电粘合剂的电导与金属颗粒的半径(边长)成反比例变化；若为长方体或圆柱体颗粒，则电导随颗粒高度的增加而减小，而基本不随颗粒底面积的改变而变化.
通过射频磁控溅射技术在GaAs，Au/GaAs，Si和玻璃基片上成功制备了ZnO多晶薄膜，利用X射线衍射对ZnO薄膜的取向、结晶性进行了表征，结果表明ZnO薄膜呈完全c轴取向，Au缓冲层可以有效地改善ZnO薄膜的晶体质量，X射线摇摆曲线结果表明ZnO(002)衍射峰的半高宽仅为2.41°，同时发现Au缓冲层的结晶质量对ZnO薄膜的c轴取向度有很大影响，通过扫描电子显微镜对ZnO/GaAs和ZnO/Au/GaAs薄膜的表面形貌进行了观测，利用网络分析仪对IDT/ZnO/GaAs薄膜的声表面波特性进行了测量.
通过射频磁控溅射技术在GaAs，Au/GaAs，Si和玻璃基片上成功制备了ZnO多晶薄膜，利用X射线衍射对ZnO薄膜的取向、结晶性进行了表征，结果表明ZnO薄膜呈完全c轴取向，Au缓冲层可以有效地改善ZnO薄膜的晶体质量，X射线摇摆曲线结果表明ZnO(002)衍射峰的半高宽仅为2.41°，同时发现Au缓冲层的结晶质量对ZnO薄膜的c轴取向度有很大影响，通过扫描电子显微镜对ZnO/GaAs和ZnO/Au/GaAs薄膜的表面形貌进行了观测，利用网络分析仪对IDT/ZnO/GaAs薄膜的声表面波特性进行了测量.
采用自由能极小的方法研究了铁磁/反铁磁双层膜系统在外应力场下的一致进动自旋波性质，即铁磁共振现象. 本模型中铁磁层很薄可看成单畴结构，但具有单轴磁晶各向异性和立方磁晶各向异性；而反铁磁层仅具有单轴磁晶各向异性，但其厚度趋于半无穷. 推导出了该系统的铁磁共振频率和频谱宽度的解析式. 结果表明，外应力场和界面交换耦合或反铁磁磁强度仅在弱磁场下对系统的铁磁共振有影响，且系统的铁磁共振行为按磁场强度可分为两支，其区分弱磁场和强磁场的临界场依赖于外应力场的方向. 另一方面，应力场方向的改变可借助于反铁磁层磁畴变化对铁磁层磁晶各向异性轴有影响.
采用自由能极小的方法研究了铁磁/反铁磁双层膜系统在外应力场下的一致进动自旋波性质，即铁磁共振现象. 本模型中铁磁层很薄可看成单畴结构，但具有单轴磁晶各向异性和立方磁晶各向异性；而反铁磁层仅具有单轴磁晶各向异性，但其厚度趋于半无穷. 推导出了该系统的铁磁共振频率和频谱宽度的解析式. 结果表明，外应力场和界面交换耦合或反铁磁磁强度仅在弱磁场下对系统的铁磁共振有影响，且系统的铁磁共振行为按磁场强度可分为两支，其区分弱磁场和强磁场的临界场依赖于外应力场的方向. 另一方面，应力场方向的改变可借助于反铁磁层磁畴变化对铁磁层磁晶各向异性轴有影响.
采用快淬方法制备了纳米晶复合Pr2Fe14B/α-Fe永磁薄带，研究了不同淬火速率对薄带织构和磁性的影响.通过改善快淬工艺，使得薄带中Pr2Fe14B相的晶粒在薄带的自由面形成显著的织构，Pr2Fe14B相晶粒易轴沿垂直于带面方向取向.分析了快淬凝固过程中Pr2Fe14B相的晶粒取向过程和机理，以及晶粒的大小和薄带结构的均匀性对薄带磁性的影响.对自由面有显著取向的薄带，进行酸蚀和打磨减薄处理，去除贴辊面未取向的部分，剩余部分为具有Pr2Fe14B相晶粒取向的各向异性薄带，Pr2Fe14B相取向使薄带的剩磁得到增强，矫顽力也有所提高.
采用快淬方法制备了纳米晶复合Pr2Fe14B/α-Fe永磁薄带，研究了不同淬火速率对薄带织构和磁性的影响.通过改善快淬工艺，使得薄带中Pr2Fe14B相的晶粒在薄带的自由面形成显著的织构，Pr2Fe14B相晶粒易轴沿垂直于带面方向取向.分析了快淬凝固过程中Pr2Fe14B相的晶粒取向过程和机理，以及晶粒的大小和薄带结构的均匀性对薄带磁性的影响.对自由面有显著取向的薄带，进行酸蚀和打磨减薄处理，去除贴辊面未取向的部分，剩余部分为具有Pr2Fe14B相晶粒取向的各向异性薄带，Pr2Fe14B相取向使薄带的剩磁得到增强，矫顽力也有所提高.
采用磁控溅射(Ag/Cu/CoPt)n多层膜先驱体结合真空退火的方法制备了一系列CoPtCu/Ag纳米复合薄膜，通过优化薄膜中Ag以及Cu的含量，成功制备出了低相变温度垂直取向的CoPtCu/Ag纳米复合膜，该膜在450℃退火即可发生相变，该温度比目前所报导的CoPtAg纳米复合膜的相变温度降低了150℃. 实验结果表明，薄膜中一定含量的Ag元素能够有效诱导薄膜的(001)取向，Cu元素的加入能有效降低薄膜的有序化温度. 对于特定组分为Co40Pt36Cu8Ag16的薄膜，经500℃退火后已经显示了明显的(001)取向，垂直于膜面方向上的矫顽力为5.0×105A/m，并且薄膜中晶粒尺寸仅为4—5nm，为将来CoPt-L10有序相合金薄膜用于超高密度垂直磁记录介质打下了基础.
采用磁控溅射(Ag/Cu/CoPt)n多层膜先驱体结合真空退火的方法制备了一系列CoPtCu/Ag纳米复合薄膜，通过优化薄膜中Ag以及Cu的含量，成功制备出了低相变温度垂直取向的CoPtCu/Ag纳米复合膜，该膜在450℃退火即可发生相变，该温度比目前所报导的CoPtAg纳米复合膜的相变温度降低了150℃. 实验结果表明，薄膜中一定含量的Ag元素能够有效诱导薄膜的(001)取向，Cu元素的加入能有效降低薄膜的有序化温度. 对于特定组分为Co40Pt36Cu8Ag16的薄膜，经500℃退火后已经显示了明显的(001)取向，垂直于膜面方向上的矫顽力为5.0×105A/m，并且薄膜中晶粒尺寸仅为4—5nm，为将来CoPt-L10有序相合金薄膜用于超高密度垂直磁记录介质打下了基础.
运用等效电路法，对磁致/压电层合材料谐振状态下的磁电响应进行分析，得到了材料在谐振状态下的磁电电压转换系数理论计算公式. 详细地分析了磁致/压电层合材料在谐振点附近的磁损耗、机械损耗、电损耗，并给出了各种损耗相应的计算方法和大小，发现谐振状态下，材料的主要损耗来源于机械损耗. 分析结论较好地解释了磁电层合材料在不同偏置磁场下磁电响应的实验结果.
运用等效电路法，对磁致/压电层合材料谐振状态下的磁电响应进行分析，得到了材料在谐振状态下的磁电电压转换系数理论计算公式. 详细地分析了磁致/压电层合材料在谐振点附近的磁损耗、机械损耗、电损耗，并给出了各种损耗相应的计算方法和大小，发现谐振状态下，材料的主要损耗来源于机械损耗. 分析结论较好地解释了磁电层合材料在不同偏置磁场下磁电响应的实验结果.
利用频域有限差分方法分析了两种二维磁性光子晶体结构(方形和圆形空气孔结构)的模场分布和有效折射率. 结果表明：在该种结构的材料中，原本简并的基模被分为两个不简并的偏振模——左旋模和右旋模，且两种模式的有效折射率不同； 其次，该种结构材料的法拉第旋转角较连续分布的磁光介质有显著增加. 通过选择适当的空气孔参数，方孔结构材料的法拉第旋转角可增大约一个数量级，而圆孔结构可增加4倍左右. 同时发现，当光通过这类材料后偏振态发生了变化，随着法拉第旋转角的增加出射光的椭圆率也在增加. 最后分析了产生这一现象的原因并提出了解决偏振态变化这一问题的方法，即在材料中心处引入缺陷.
利用频域有限差分方法分析了两种二维磁性光子晶体结构(方形和圆形空气孔结构)的模场分布和有效折射率. 结果表明：在该种结构的材料中，原本简并的基模被分为两个不简并的偏振模——左旋模和右旋模，且两种模式的有效折射率不同； 其次，该种结构材料的法拉第旋转角较连续分布的磁光介质有显著增加. 通过选择适当的空气孔参数，方孔结构材料的法拉第旋转角可增大约一个数量级，而圆孔结构可增加4倍左右. 同时发现，当光通过这类材料后偏振态发生了变化，随着法拉第旋转角的增加出射光的椭圆率也在增加. 最后分析了产生这一现象的原因并提出了解决偏振态变化这一问题的方法，即在材料中心处引入缺陷.
基于975nm激发的室温下荧光光谱测量，系统地研究了在新型钠、镱共掺的氟化钙晶体中钠离子的作用机理，分析了掺钠离子浓度与激光阈值的关系，获得了具有最低激光阈值的掺杂浓度优化配比. 激光实验表明对于2%Yb3+离子浓度的氟化钙，掺入3%的钠离子能够获得最低阈值的激光运转，这与理论和荧光分析完全一致.
基于975nm激发的室温下荧光光谱测量，系统地研究了在新型钠、镱共掺的氟化钙晶体中钠离子的作用机理，分析了掺钠离子浓度与激光阈值的关系，获得了具有最低激光阈值的掺杂浓度优化配比. 激光实验表明对于2%Yb3+离子浓度的氟化钙，掺入3%的钠离子能够获得最低阈值的激光运转，这与理论和荧光分析完全一致.
制备了三种结构的白色有机电致发光器件，通过比较得出：在发光层中间插入2，9-二甲基-4，7-二苯基-1，10-菲咯啉(BCP)能有效控制载流子在不同发光层的分布，进而对器件色度进行调节；而掺杂磷光染料Ir(ppy)3作敏化剂能有效提高器件的效率. 结构为:氧化铟锡/聚乙烯基咔唑∶N，N′-二(1-萘基)-N，N′-二苯基-1，1′-联苯-4-4′-二胺(30nm)/二-(2-甲基-8-羟基喹啉)-4-联苯酚铝：3.0 wt%2，5，8，11-tetra-tertbutylperylene(TBPe)(30nm)/BCP(5.0nm)/4,4N,N二咔唑基二苯：5.0 wt%Ir(ppy)3:2.0 wt%红荧烯(15nm)/BCP(10nm)/Mg:Ag的器件色度和效率俱佳. 其在17V工作电压下具有的亮度为4670cd/m2，对应色坐标为(0.31,0.37). 器件具有的最大外量子效率为1.4%，当驱动电压从5.0V升高到17V，器件色坐标严格位于白光色域区内.
制备了三种结构的白色有机电致发光器件，通过比较得出：在发光层中间插入2，9-二甲基-4，7-二苯基-1，10-菲咯啉(BCP)能有效控制载流子在不同发光层的分布，进而对器件色度进行调节；而掺杂磷光染料Ir(ppy)3作敏化剂能有效提高器件的效率. 结构为:氧化铟锡/聚乙烯基咔唑∶N，N′-二(1-萘基)-N，N′-二苯基-1，1′-联苯-4-4′-二胺(30nm)/二-(2-甲基-8-羟基喹啉)-4-联苯酚铝：3.0 wt%2，5，8，11-tetra-tertbutylperylene(TBPe)(30nm)/BCP(5.0nm)/4,4N,N二咔唑基二苯：5.0 wt%Ir(ppy)3:2.0 wt%红荧烯(15nm)/BCP(10nm)/Mg:Ag的器件色度和效率俱佳. 其在17V工作电压下具有的亮度为4670cd/m2，对应色坐标为(0.31,0.37). 器件具有的最大外量子效率为1.4%，当驱动电压从5.0V升高到17V，器件色坐标严格位于白光色域区内.
通过分层镀膜的方式制备Ag和SiO2的分层结构，经过快速热退火后，Ag颗粒扩散到复合薄膜的表面附近. 通过改变Ag颗粒扩散的距离(SiO2的膜厚)，可很好地控制Ag颗粒在复合薄膜表面附近的大小，浓度和形貌，进而对共振吸收特性产生影响. 在实验中，根据Ag颗粒扩散的长度来调节退火的时间. 发现经过足够长的时间(17.5min)后，Ag颗粒会形成平行于衬底的平面团簇. 由于Ag原子在平面团簇之间容易扩散，使得Ag颗粒的粒径平均值变小并趋于某一特定的半径，且粒径分布范围变小，导致吸收谱发生蓝移，吸收带变窄，且强度增加.
通过分层镀膜的方式制备Ag和SiO2的分层结构，经过快速热退火后，Ag颗粒扩散到复合薄膜的表面附近. 通过改变Ag颗粒扩散的距离(SiO2的膜厚)，可很好地控制Ag颗粒在复合薄膜表面附近的大小，浓度和形貌，进而对共振吸收特性产生影响. 在实验中，根据Ag颗粒扩散的长度来调节退火的时间. 发现经过足够长的时间(17.5min)后，Ag颗粒会形成平行于衬底的平面团簇. 由于Ag原子在平面团簇之间容易扩散，使得Ag颗粒的粒径平均值变小并趋于某一特定的半径，且粒径分布范围变小，导致吸收谱发生蓝移，吸收带变窄，且强度增加.
分别考虑气相扩散和掩膜表面扩散过程，建立了金属有机化学气相沉积条件下横向外延过生长的速率模型. 在砷化镓衬底上外延磷化铟条件下，模拟得到了生长速率随掩膜/窗口宽度(m/w)变化的关系. 通过讨论掩膜/窗口宽度的影响，说明了掩膜宽度、窗口宽度以及有效掩膜宽度是决定生长速率的关键因素. 以上结论与实验结果一致.
分别考虑气相扩散和掩膜表面扩散过程，建立了金属有机化学气相沉积条件下横向外延过生长的速率模型. 在砷化镓衬底上外延磷化铟条件下，模拟得到了生长速率随掩膜/窗口宽度(m/w)变化的关系. 通过讨论掩膜/窗口宽度的影响，说明了掩膜宽度、窗口宽度以及有效掩膜宽度是决定生长速率的关键因素. 以上结论与实验结果一致.
依据实验参数，建立了14MeV快中子照相的物理模型，并利用Monte Carlo方法对照相过程进行了模拟. 分析了经聚乙烯样品散射的中子对快中子图像的影响随样品与探测器间距及样品参数的变化. 计算结果表明，样品与探测器的距离dd，而当d>20cm时，样品散射中子对图像的影响可忽略；当样品密度为3—5g/cm3时散射中子对图像的影响相对最大；样品宽度越大，图像中的散射成分越多，当宽度在3cm以上时散射成分的强度趋于饱和.
依据实验参数，建立了14MeV快中子照相的物理模型，并利用Monte Carlo方法对照相过程进行了模拟. 分析了经聚乙烯样品散射的中子对快中子图像的影响随样品与探测器间距及样品参数的变化. 计算结果表明，样品与探测器的距离dd，而当d>20cm时，样品散射中子对图像的影响可忽略；当样品密度为3—5g/cm3时散射中子对图像的影响相对最大；样品宽度越大，图像中的散射成分越多，当宽度在3cm以上时散射成分的强度趋于饱和.
利用火焰喷雾法成功制备了纳米级的ZnO和MgxZn1-xO颗粒. 通过对样品的X射线衍射谱和场发射扫描电子显微镜照片分析，发现制备的颗粒大小较为均匀，直径在20nm左右；镁元素的掺入引起晶格常数变小. 通过透射光谱和光致发光谱的测量，发现MgxZn1-xO颗粒的禁带宽度远大于ZnO颗粒的禁带宽度，同时对两组样品的紫外发光和可见发光的强度变化和发光机理进行了探讨.
利用火焰喷雾法成功制备了纳米级的ZnO和MgxZn1-xO颗粒. 通过对样品的X射线衍射谱和场发射扫描电子显微镜照片分析，发现制备的颗粒大小较为均匀，直径在20nm左右；镁元素的掺入引起晶格常数变小. 通过透射光谱和光致发光谱的测量，发现MgxZn1-xO颗粒的禁带宽度远大于ZnO颗粒的禁带宽度，同时对两组样品的紫外发光和可见发光的强度变化和发光机理进行了探讨.
结合MCTDH方法和优化控制理论，以具有三个电子能级，三个振动自由度的吡嗪分子为例，模拟了优化飞秒激光作用下的量子分子动力学过程. 在对多维两能级系统的优化控制模拟的基础上，以三能级中的两个激发态为目标态，考虑了不同的目标态对多维系统量子动力学过程的影响.
结合MCTDH方法和优化控制理论，以具有三个电子能级，三个振动自由度的吡嗪分子为例，模拟了优化飞秒激光作用下的量子分子动力学过程. 在对多维两能级系统的优化控制模拟的基础上，以三能级中的两个激发态为目标态，考虑了不同的目标态对多维系统量子动力学过程的影响.
采用溶胶-凝胶方法制备了ZrO2-TiO2(Ti含量为0—100mol%)高折射率光学薄膜. 借助激光动态光散射技术研究溶胶微结构. 采用傅里叶变换红外光谱、原子力显微镜、薄膜光学常数分析仪、漫反射吸收光谱及强激光辐照实验，对膜层的结构、光学性能及抗激光损伤性能进行了系统表征. 结果显示，溶胶-凝胶工艺可以在部分牺牲折射率的情况下，使膜层的抗激光损伤性能得到大幅度提升. 随Ti含量从0mol%增加至100mol%，膜层的平均损伤阈值呈下降趋势，当Ti含量从0mol%增加至60mol%时，平均损伤阈值从57.1J/cm2下降到21.1J/cm2(辐照激光波长为1053nm，脉冲宽度为10ns，“R/1”测试模式)，当Ti含量从60mol%增加至100mol%时，平均损伤阈值变化很小. 综合溶胶微结构、膜层光学性能和损伤实验结果可以推断，强激光诱导多光子吸收是引起膜层损伤的主要原因. 不同配比的复合膜之间光学带隙的显著差异导致相同辐照激光情况下多光子吸收的概率发生变化，从而导致损伤阈值的规律性变化.
采用溶胶-凝胶方法制备了ZrO2-TiO2(Ti含量为0—100mol%)高折射率光学薄膜. 借助激光动态光散射技术研究溶胶微结构. 采用傅里叶变换红外光谱、原子力显微镜、薄膜光学常数分析仪、漫反射吸收光谱及强激光辐照实验，对膜层的结构、光学性能及抗激光损伤性能进行了系统表征. 结果显示，溶胶-凝胶工艺可以在部分牺牲折射率的情况下，使膜层的抗激光损伤性能得到大幅度提升. 随Ti含量从0mol%增加至100mol%，膜层的平均损伤阈值呈下降趋势，当Ti含量从0mol%增加至60mol%时，平均损伤阈值从57.1J/cm2下降到21.1J/cm2(辐照激光波长为1053nm，脉冲宽度为10ns，“R/1”测试模式)，当Ti含量从60mol%增加至100mol%时，平均损伤阈值变化很小. 综合溶胶微结构、膜层光学性能和损伤实验结果可以推断，强激光诱导多光子吸收是引起膜层损伤的主要原因. 不同配比的复合膜之间光学带隙的显著差异导致相同辐照激光情况下多光子吸收的概率发生变化，从而导致损伤阈值的规律性变化.
通过对大面积染料敏化太阳电池的实验研究，探讨了串联电阻对大面积染料敏化太阳电池光伏特性的影响问题，给出了解决这一问题的有效方法. 在此基础上制作的大面积条状电池(0.8cm×18cm)光电转换效率达到6.89%，而由此条状电池并联组成的大面积电池(15cm×20cm)的效率接近6%. 使得大面积染料敏化太阳电池的研究工作取得突破性进展，迈出了实用化的关键一步，为其工业化生产及商业化应用提供了理论和实验依据.
通过对大面积染料敏化太阳电池的实验研究，探讨了串联电阻对大面积染料敏化太阳电池光伏特性的影响问题，给出了解决这一问题的有效方法. 在此基础上制作的大面积条状电池(0.8cm×18cm)光电转换效率达到6.89%，而由此条状电池并联组成的大面积电池(15cm×20cm)的效率接近6%. 使得大面积染料敏化太阳电池的研究工作取得突破性进展，迈出了实用化的关键一步，为其工业化生产及商业化应用提供了理论和实验依据.
利用基于近场光学原理构建的全内反射荧光显微镜研究了大鼠单个心肌细胞中的钙信号. 利用这种显微镜的快速成像和高信噪比的特点，观察到单个细胞中复杂的二维钙波斑图. 分析了单个钙信号释放事件在钙波形成、运动过程中的作用. 建立在fire-diffuse-fire模型基础上的模拟显示，由基本钙释放事件组成的钙波可以在心肌细胞中稳定存在. 此研究对进一步认识活体可激发系统的微观动力学行为有指导意义.
利用基于近场光学原理构建的全内反射荧光显微镜研究了大鼠单个心肌细胞中的钙信号. 利用这种显微镜的快速成像和高信噪比的特点，观察到单个细胞中复杂的二维钙波斑图. 分析了单个钙信号释放事件在钙波形成、运动过程中的作用. 建立在fire-diffuse-fire模型基础上的模拟显示，由基本钙释放事件组成的钙波可以在心肌细胞中稳定存在. 此研究对进一步认识活体可激发系统的微观动力学行为有指导意义.
对于超短脉冲激光与气体相互作用产生的复杂光谱，提出了基于递归最小方差方法的自适应小波算法，实现了对该类光谱数据的高效压缩. 在对三种气体，共计27组光谱数据进行压缩后，数据由最初的3968个点被压缩成124个点，压缩比为32∶1. 选择其中13组作为样本送入支持向量机神经网络进行训练，用剩下的14组进行检验，正确率为100%.
对于超短脉冲激光与气体相互作用产生的复杂光谱，提出了基于递归最小方差方法的自适应小波算法，实现了对该类光谱数据的高效压缩. 在对三种气体，共计27组光谱数据进行压缩后，数据由最初的3968个点被压缩成124个点，压缩比为32∶1. 选择其中13组作为样本送入支持向量机神经网络进行训练，用剩下的14组进行检验，正确率为100%.
代用资料的重建与分析是古气候研究领域的一个重要课题，应用小波变换和功率谱研究了都兰树轮等8种温度代用资料的主要周期，并以此为基础进行滤波，结合动力学相关因子指数和相关系数从代用资料的动力学结构特征和外部特征两个角度研究其在不同尺度上的相似性. 研究结果表明，准100a尺度是这些代用资料的共同周期，并且8种温度代用资料的动力学结构特征和外部特征在准100a及以上的尺度层次上是相似的，即外部特征和动力学结构特征两个方面均符合可比性条件. 同时，随着尺度的降低，动力学结构特征和外部特征的可比性均降低. 60—70a尺度及其以下的尺度，各分量之间的动力学结构特征失去了可比性；在小于30a的尺度上，它们的外部特征也不再具有可比性.
代用资料的重建与分析是古气候研究领域的一个重要课题，应用小波变换和功率谱研究了都兰树轮等8种温度代用资料的主要周期，并以此为基础进行滤波，结合动力学相关因子指数和相关系数从代用资料的动力学结构特征和外部特征两个角度研究其在不同尺度上的相似性. 研究结果表明，准100a尺度是这些代用资料的共同周期，并且8种温度代用资料的动力学结构特征和外部特征在准100a及以上的尺度层次上是相似的，即外部特征和动力学结构特征两个方面均符合可比性条件. 同时，随着尺度的降低，动力学结构特征和外部特征的可比性均降低. 60—70a尺度及其以下的尺度，各分量之间的动力学结构特征失去了可比性；在小于30a的尺度上，它们的外部特征也不再具有可比性.
结合飞秒光脉冲和近场光学显微镜，成功实现了飞秒时间分辨近场光学系统.系统通过高频声光调制和差频锁相探测，极大提高了信噪比并消除了抽运、探测光本底信号，从而在收集模式下测得了飞秒时间分辨的透射光微弱信号变化.同时获得了80nm的空间分辨和小于200fs的时间分辨测量.利用该实验系统，研究了金纳米结构的热电子弛豫动力学过程，观察到不同位置间热电子弛豫动力学的差异.
结合飞秒光脉冲和近场光学显微镜，成功实现了飞秒时间分辨近场光学系统.系统通过高频声光调制和差频锁相探测，极大提高了信噪比并消除了抽运、探测光本底信号，从而在收集模式下测得了飞秒时间分辨的透射光微弱信号变化.同时获得了80nm的空间分辨和小于200fs的时间分辨测量.利用该实验系统，研究了金纳米结构的热电子弛豫动力学过程，观察到不同位置间热电子弛豫动力学的差异.