蓝宝石光纤布拉格光栅（SFBG）可在1 800 ℃以上实现原位、多点高精度测温，是航空发动机、核能与工业炉等极端环境监测的重要传感器。然而，蓝宝石光纤的强多模特性导致反射谱宽带、多峰叠加且对耦合与封装高度敏感，使其解调机理与传统石英光纤布拉格光栅（FBG）显著不同。本文围绕SFBG波长解调需求，系统梳理并对比光谱分析仪（OSA）阵列光谱仪直接测量及光学频域反射（OFDR）解调等技术路线，从解调速度、分辨率/精度、量程、复用能力与鲁棒性等关键指标总结代表性进展。进一步归纳提升信噪比与稳定性的工程与算法研究，包括模式滤除、模式减少、单模化与稳模、端面与耦合优化、高温封装、互相关算法及机器学习辅助算法等。最后从阵列波导光栅（AWG）小型化解调、扫频激光路线快速解调与干涉型高精度解调三方面展望SFBG解调系统的发展方向，为光纤高温及应变传感工程化实时解调的发展提供参考。

铁电晶体光纤将铁电材料优异的光学非线性、电光效应和压电性与光纤波导的结构优势相结合，是集成光子学领域的前沿研究方向。本文系统梳理了铁电单晶光纤与铁电微晶光纤的制备技术、材料体系、性能特性与应用进展。在制备技术方面，激光加热基座（LHPG）法和微下拉（μ-PD）法可实现高质量单晶光纤的生长，原位析晶法和低温复合法为微晶复合光纤的制备提供了可规模化生产的通用方法。在材料体系方面，铌酸锂、钽酸锂和弛豫铁电单晶代表了铁电单晶光纤的主流方向，而铁电微晶光纤则通过原位析晶或低温复合将铁电微晶嵌入玻璃基质中，赋予光纤二阶非线性功能。在非线性光学应用上，周期极化铁电单晶光纤可实现高效率准相位匹配二次谐波产生，而随机分布的铁电微晶光纤得益于随机准相位匹配机制，呈现出宽带、偏振鲁棒的频率转换特性。此外，铁电晶体光纤在非线性频率转换、电光调制及能量收集等领域也展现出广阔的应用前景。本文最后讨论了该领域面临的关键科学问题与挑战，并对未来发展方向进行了展望。

单晶光纤兼具晶体材料的优异光学性能与光纤结构的紧凑性优势，是高功率、超快激光领域的研究热点。本文采用激光加热基座法成功生长了不同掺杂浓度的Nd∶LuScO₃单晶光纤，通过X射线衍射（XRD）研究了单晶光纤结构，并系统研究了光谱性能，包括吸收/发射截面、荧光寿命和Judd-Ofelt（J-O）理论分析。同时还研究了掺杂浓度对荧光寿命的影响。XRD证实生长所得的Nd∶LuScO₃单晶光纤为立方晶系，无杂相。通过吸收光谱计算得到Nd∶LuScO₃单晶光纤在807 nm处的吸收截面为1.16×10^-20 cm²，半峰全宽为10.63 nm。J-O强度参数分别为Ω₂=0.67×10^-20 cm²、Ω₄=2.59×10^-20 cm²、Ω₆=0.85×10^-20 cm²，⁴F_3/2→⁴I_9/2、⁴I_11/2、⁴I_13/2跃迁发射截面分别为0.99×10^-20、2.06×10^-20、0.41×10^-20 cm²。研究结果表明，Nd∶LuScO₃单晶光纤是一种有潜力实现近红外波段超快激光输出的增益介质。

针对传统拉曼分布式光纤传感（RDTS）技术中长距离探测与高空间分辨率难以兼顾的技术瓶颈，本文提出了一种基于差分格雷脉冲编码（DPG-codes）的分布式传感方案。该技术结合了差分格雷脉冲编码增益与差分处理机制，通过利用格雷互补序列优异的自相关特性，在不诱发光纤非线性效应的前提下，大幅提升了系统注入光能量与远端散射信号信噪比。系统向传感光纤依次注入由长、短两种脉宽独立调制的格雷脉冲编码序列，并对解码后的背向拉曼散射信号进行差分运算，获得了等效脉宽为4 ns的高空间分辨率拉曼散射响应。数值仿真结果表明，与传统技术相比，采用DPG-codes方案，光纤末端的信噪比提升了8.89 dB，系统的温度分辨率由33.06 ℃提升至3.54 ℃。最终在150.0 km的传感距离下，实现了0.40 m的高空间分辨率传感性能。

航空发动机导向叶片服役于高温燃气冲刷和快速热冲击环境，实时监测其内部温度与应变状态对构件热结构安全和寿命评估具有重要意义。针对传统电学传感器在高温、强振动和强电磁干扰环境下难以实现嵌入式多参量测量的问题，本文提出一种基于蓝宝石光纤布拉格光栅（SFBG）的陶瓷基复合材料（CMCs）导向叶片内部温度-应变同步监测方法。通过端面研磨、轴向偏置熔接和放电电流优化，实现了蓝宝石光纤与多模石英光纤的低损耗耦合熔接，采用飞秒激光相位掩模法制备了中心波长分别为1 530和1 540 nm的级联双SFBG，其-3 dB带宽分别为0.56和0.68 nm，信噪比分别为11.21和9.34 dB。高温性能测试表明，SFBG在室温至1 200 ℃具有稳定的二次函数温度响应，升温和降温阶段拟合优度分别为0.999 47和0.999 68。将SFBG嵌入CMCs试样中开展高温应变标定实验，结果表明经温度补偿后，SFBG在0～3 000 με的测试结果与高温引伸计的测试结果保持一致，相对误差小于5%。本研究进一步将级联双SFBG嵌入导向叶片内部，在1 200 ℃的高速高温气流环境下完成23次热冲击循环测试，实现了导向叶片内部温度-应变的同步测量，初步验证了将SFBG内嵌到CMCs导向叶片中实现热冲击监测的可行性。

超宽禁带半导体材料β相氧化镓（β-Ga₂O₃）凭借其超高禁带宽度（4.8~4.9 eV）、高击穿场强（8 MV/cm）和优异的Baliga优值（>3 000），在智能电网、新能源汽车和轨道交通等高压大功率领域展现出巨大应用潜力。近年来，β-Ga₂O₃的有关研究在多项技术领域取得突破性进展，其产业化进程正处于从实验室研发向规模化生产过渡的关键阶段。本文从产业化视角出发，系统性梳理和总结β-Ga₂O₃全产业链发展态势，为行业从业者精准把握β-Ga₂O₃产业化推进节奏提供重要参考。首先简要介绍了β-Ga₂O₃全产业链中的主流技术路径；随后围绕“单晶-外延-器件”三大核心环节详细阐述了β-Ga₂O₃当前的产业化发展现状，并全面分析了其在p型掺杂、热管理、可靠性验证和成本控制方面面临的挑战，以及研究人员为解决这些难题所作的努力；最后，深入分析了β-Ga₂O₃功率器件在新能源汽车、光伏逆变器、数据中心电源及高压直流输电等领域的潜在应用，并对β-Ga₂O₃未来市场发展前景进行展望，以期为β-Ga₂O₃相关领域的产业化协同发展提供参考。

光学元件的表面质量直接决定其光学性能与使用寿命，其中亚表面损伤（SSD）层作为影响光学元件功能和可靠性的核心因素，已成为光学元件应用中的重点关注指标。本文以CaF₂晶体为研究对象，围绕亚表面损伤层的表征及与355 nm波段光热弱吸收的关联展开研究。通过对晶体样品的亚表面损伤层厚度进行系统表征，并测试其在355 nm波段的光热弱吸收率，系统分析了亚表面损伤层厚度与光热弱吸收率之间的关系。结果表明，355 nm波段光热弱吸收率与SSD层厚度呈正相关，当损伤层厚度从51.57 nm增至154.09 nm时，光热弱吸收最大值由2.58×10^-6提高至45.16×10^-6，弱吸收平均值由0.43×10^-6提高至7.85×10^-6。本研究明确了亚表面损伤层对CaF₂晶体光热弱吸收的影响规律，可为优化晶体加工工艺、抑制弱吸收损耗、提升晶体激光损伤阈值提供实验依据与理论支撑。

大尺寸多晶碳化硅在半导体部件等领域具有重要的应用前景，但其高质量、大直径的生长仍面临挑战。本研究采用物理气相传输（PVT）法制备了直径约360 mm（约14英寸，1英寸=25.4 mm）的多晶碳化硅，并利用系列测试手段，对其晶粒、晶型、热导率、电阻率、载流子浓度及弹性模量等进行了表征。结果表明，所制备的多晶碳化硅表面无宏观裂纹，晶粒大小比较均匀，晶型为4H-SiC，热导率平均值约为323.8 W/（m·K），载流子浓度量级约为10¹⁷ cm^-3，弹性模量在287~311 GPa。本研究表明，大尺寸多晶碳化硅拥有均匀的导热性能及结构的完整性，有望满足半导体部件等应用所需的高性价比。

氧化镓（Ga₂O₃）因宽禁带、高击穿场强等优异特性而受到广泛关注。然而，Ga₂O₃本征热导率低及缺乏有效p型掺杂的短板限制了其在功率器件中的应用。将Ga₂O₃与高热导率的p型半导体材料异质集成，被认为是解决上述问题的有效方案之一。金刚石材料具有极高的热导率，并且可以实现可控的p型掺杂，可用于与n型Ga₂O₃构建异质结器件，从而弥补Ga₂O₃的不足。为提高Ga₂O₃/金刚石异质结二极管的击穿特性，本文提出在Ga₂O₃/金刚石异质结中引入沟槽终端结构，以期通过改善电场集中提升器件击穿电压。并利用Sentaurus TCAD仿真工具，系统研究沟槽宽度、深度及填充介质对器件击穿电压的影响规律。仿真结果表明：增大沟槽宽度可显著提升击穿电压，从347.8 V提高至1 197.85 V，增幅达244.4%；随着沟槽深度增加，击穿电压进一步提升至1 334.51 V。在填充介质方面，对比空气、二氧化硅（SiO₂）、氧化铝（Al₂O₃）和二氧化铪（HfO₂）四种材料，SiO₂凭借稳定的电学特性及对击穿电压的显著提升效果，成为最佳介质选择。本文为Ga₂O₃/金刚石器件的结构设计与性能优化提供了理论依据。

掺杂是调控金刚石NV色心的一种重要手段。本文在高温高压（温度1 281 ℃、压力5.6 GPa）下采用温度梯度法，将不同添加量的NiS₂（S源）和C₃H₆N₆（N源）共同添加到 NiMnCo合金触媒中，进行N-S共掺杂金刚石大单晶的合成。合成样品的光学显微分析表明，当NiS₂（S源）添加量一定时，随着C₃H₆N₆添加量的增加，金刚石颜色由黄色逐渐变为黄绿色，晶体缺陷变多。红外光谱分析表明，C₃H₆N₆添加量增加会导致金刚石样品中C心氮含量增加，同时较大添加量的硫会促进更多的氮进入金刚石中。X射线光电子能谱（XPS）表明，氮和硫原子均成功进入到金刚石晶格中，氮以C—N、N＝O、N—N键的形式存在，硫以C-S-O、C-SO₂-S-O、C-S硫化物的形式存在。拉曼光谱表明，C₃H₆N₆添加量增加会导致金刚石晶体的拉曼峰位偏移增大，内部的畸变程度变大，内应力增加。光致发光（PL）光谱表明，适量的氮和硫有利于金刚石晶格中的C心氮捕获移动的空穴以形成带负电荷的NV^-。本研究为掺杂调控金刚石NV色心的研究提供参考。

全无机钙钛矿相较于杂化有机-无机钙钛矿具有更高的稳定性，然而电子-空穴非辐射复合现象在全无机钙钛矿中较为显著，会导致大量能量损失，成为制约光电转换效率提升的关键因素。本文采用第一性原理与非绝热分子动力学，系统研究了在全无机钙钛矿CsPbBr₃中A位、CsSnBr₃中B位分别进行Rb、Zn掺杂对非辐射电子-空穴复合的影响。结果表明通过元素掺杂能引起周边临近晶格畸变，使材料的带隙改变，同时改变非绝热耦合与退相干时间，CsPbBr₃中A位掺杂Rb使载流子的复合时间由71.45 ps延长至124.82 ps，CsSnBr₃中B位掺杂Zn使载流子的复合时间由20.72 ps大幅延长至224.39 ps，从而有效抑制电子-空穴非辐射复合。为突破全无机钙钛矿太阳能电池光电转换效率瓶颈提供了理论指导与依据。

本文采用半经典玻尔兹曼输运理论和第一性原理对两种反钙钛矿化合物Sr₃XO（X=Sb，Bi）的热输运性质进行了深入研究。弹性常数和声子谱结果表明，Sr₃SbO和Sr₃BiO具有力学和动力学稳定性，其熔融温度分别为1 062.4和1 030.5 K。两种化合物能够在室温和高温条件下保持较低的晶格热导率（κ_L），300 K时，Sr₃SbO和Sr₃BiO的κ_L分别为1.472和3.122 W·m^-1·K^-1，尤其Sr₃SbO的κ_L比经典热电材料PbTe（2.3 W·m^-1·K^-1）更低；700 K时，Sr₃SbO和Sr₃BiO的κ_L分别为0.671和1.343 W·m^-1·K^-1。相比Sr₃BiO，Sr₃SbO具有更强的非谐性。同时，本文还对两种化合物的热容、声子群速度和声子寿命进行了对比研究。本研究揭示了导致两种化合物低晶格热导率的微观机制，为后续设计具有低热导率的新型功能材料提供了理论依据。

为了揭示Be₂C/WSi₂N₄异质结构的微观界面机制及其对外部应变的响应规律，进而为新型可调谐光电子器件设计提供理论支撑，本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算，对Be₂C/WSi₂N₄异质结构的电子结构、光学性质及双轴应变调控效应进行了系统研究。结果表明，与单层材料相比，Be₂C/WSi₂N₄异质结构呈现出典型的Ⅱ型能带排列，并在界面处形成由Be₂C指向WSi₂N₄的内建电场，有效促进了光生载流子的空间分离。光学性质计算结果表明，异质结构的光吸收能力显著优于单层材料，吸收系数峰值达22.0×10⁵ cm^-1。在施加-4%~+4%双轴应变时，拉伸应变使带隙减小、吸收谱红移，而压缩应变则导致带隙增大、吸收谱蓝移，应变对能带类型的转变也产生显著影响。本研究为以Be₂C/WSi₂N₄为代表的二维异质结构在可调谐光电子器件中的应用提供了理论依据。

利用4-磺酸基-N-（4-羧基苯基）-1，8-萘二甲酰亚胺（H₂SCND）和2，2'-联吡啶（2，2'-bpy）为配体，采用溶剂热法合成了一例镉配合物｛［Cd（SCND）（2，2'-bpy）（H₂O）］·1.25H₂O｝ _n （CP1），通过元素分析（EA）、X射线单晶衍射（SXRD）、红外光谱（IR）、热重分析（TGA）、粉末X射线衍射（PXRD）进行表征。X射线单晶衍射分析结果显示，配合物CP1属于单斜晶系，P2₁/n空间群，晶胞参数为a=1.066 58（10） nm，b=1.098 37（10） nm，c=2.361 91（3） nm，β=100.527（10）°。中心金属Cd为六配位，位于扭曲的八面体几何构型中，参与配位的6个原子中，3个O原子（O2、O1#2和O7#1）分别来自3个不同SCND配体，2个N原子（N2和N3）来自2，2'-bpy，另有1个O原子（O1W）来自1个水分子。SCND配体连接Cd中心形成一维环链结构，相邻的环链之间通过C—H…O氢键、O—H…O氢键、π…π堆积形成了3D超分子结构。分析了Hirshfeld表面不同原子间接触的占比分布，其中H…H相互作用对分子表面贡献率为30.5%，居于首位。在固态荧光测试中，配合物CP1于378 nm激发波长下，在440 nm处呈现出显著的荧光发射峰，凸显出该配合物作为潜在蓝光材料的价值。

冷冻电子断层（Cryo-ET）成像能够原位解析结构异质性的柔性生物大分子的天然结构。然而，传统断层成像存在大尺寸图像偏移、倾斜误差等问题，易导致重构失真。单颗粒电子断层扫描（IPET）重构方法通过对单个独立颗粒的局域区域逐次迭代对齐，可以显著提升重构的精度与可靠性。针对传统电子显微表征难以准确揭示柔性、结构异质性纳米材料三维构型的问题，本文将Cryo-ET和IPET方法应用于纳米材料的结构分析，可实现纳米材料原位、自然状况下的三维表征，全面获取其形貌、内部通道、界面作用等关键信息。例如：金纳米笼的微观结构清晰表征了其壳层结构特征，明确了壳层上通道路径的分布规律；石墨烯插入磷脂囊泡的复合体结构直观验证了石墨烯的穿膜特性，展示了两者的结合位点；对纳米纤维的结构表征解析了其多级螺旋结构，揭示出其自组装的机制。研究表明，Cryo-ET和IPET方法在柔性纳米材料的三维结构表征中具有独特优势，可为纳米材料结构-性能关系研究及相关功能设计提供新的表征手段。凭借原位、高分辨、适配结构异质体系等优势，该方法在结构生物学与纳米材料科学中具有广阔应用前景，可为疾病机制阐释、新药研发及纳米材料设计等提供重要技术支撑。