海浪发电实验装置的设计与制作

基于电磁感应现象等物理原理,设计并制作一款海浪发电实验装置。该装置可体现出制作简单、工作稳定可靠、实验效果明显的特点,能在物理实验教学中帮助学生加深对发电原理和过程的理解,易于激发起学生学习物理原理和创新设计实验装置的积极性,便于引导学生探索和开发新能源。

拉曼-奈斯型声光衍射效应实验仪

通过傅里叶光学分析,阐述了拉曼-奈斯衍射条件下超声驻波成像的本质.设计了拉曼-奈斯型声光衍射效应综合实验仪,验证了当激光垂直穿过驻波超声光栅后的光场含有一系列中心频率间隔为超声波频率的非相干光,根据实际条件简化了光场总强度分布表达式.

基于声透镜的三维光声成像技术

基于声透镜的光声成像系统中,由样品的光声压分布等效样品的吸收分布,进行光声像重建,但之前的这种等效是一种近似,理论上并不准确.本文阐述了声透镜三维光声成像的基本原理,揭示了声透镜像面上光声压信号的时间分布与样品轴向吸收分布之间的关系;提出用积分法和希尔伯特变换提取光声信号瞬时值法,解调样品吸收系数分布并重建光声像;实验上,对不同样品分别用积分法和希尔伯特变换法获取样品的吸收系数,重建光声像的横向和轴向分辨率均约为1 mm,实现了真正的三维快速光声成像.

环形光瞳滤波径向偏振光紧聚焦特性研究

环形光瞳滤波常被用于径向偏振光聚焦系统,以实现焦斑压缩,进而提高共焦显微的横向分辨率。但是在对不同孔径的光瞳进行分析时缺乏比较的标准,无法进行定量的对比。本文对三种不同的光瞳孔径变化方式进行了定量对比研究,它们分别是:固定环角宽度,增大环孔径;固定环有效入射面积,增大环孔径;固定环形瞳外半径,改变遮光比。结果表明,不同模式下,焦平面处纵、横向场分布变化方式明显不同,只有当三者均为大孔径(大于1.1 rad)的窄光环时才基本等同。另外随着孔径的增大,纵、横向场之比也随之增大,说明孔径的增大可以抑制旁瓣光场。三种孔径增大方式均表明当窄环孔径角增大到1.26 rad时焦斑压缩将到达极限值0.4λ,与同数值孔径标量实心光束相比,窄环对焦斑压缩了1.6倍。

利用维纳滤波改善声透镜光声成像系统的分辨率

为了克服衍射效应对光声成像系统分辨率的限制,需要采用逆卷积方法进行图像反演.从理论上分析了声透镜成像原理,模拟仿真了声透镜的点扩展函数对声透镜成像系统分辨率的影响和维纳滤波解卷积方法复原光声成像的过程,并利用自搭建的声透镜光声成像系统进行了深入的实验研究,得到了物平面上相距4 mm和3 mm的两个黑胶带点的直接成像光声图以及经过维纳滤波解卷积方法得到的还原图,并进行了比较.仿真结果与实验结果一致表明:用维纳滤波解卷积方法可以提高光声成像系统的分辨率.

离轴径向偏振高斯光束的非傍轴传输特性

基于矢量瑞利-索末菲衍射积分,研究了离轴径向偏振高斯光束的非傍轴传输特性,推导了离轴径向偏振高斯光束在自由空间中非傍轴传输的解析表达式,并与傍轴的情况进行了对比.研究表明:f参数、离轴系数和传输距离对径向偏振高斯光束的非傍轴传输特性有着重要的影响,而且,传输距离较远,离轴径向偏振光束的光斑向光轴靠拢,表现出较强的离轴修复能力.这些结论在多束离轴激光束进行光束合成和光束整形的研究中具有重要意义.

利用相位差分技术改善光学相干层析图像质量

针对光学相干层析成像(OCT)信号中的各种噪声项的干扰和微弱散射信号提取的困难,提出基于相位差分的光学相干层析成像(PD-OCT).首先利用相干参考臂中的纳米微调平台作为相位调制器获得相位调制参考光,然后光结合振镜扫描技术和CCD光谱采集的光谱相干层析技术(SDOCT),实现光学相干层析的相位差分成像.结果表明:相位差分技术可以准确实现"青鳉鱼"样品光学相干层析中的相位差分成像,弱散射信号增强3.37 d B,信噪比(SNR)增强5.8 d B,获得成像物体高信噪比的弱散射信号.

基于谐振的光压测量

在扭秤的基础上,提出结合机械共振、光杠杆和电磁阻尼的光压测量方法.在大气环境中,测量激光对镜片作用的平行分力,忽略垂直镜片的分力,从而将光压与辐射效应错开,无需真空处理.采用调制光驱动扭秤,使其发生共振,并通过测量扭秤的振动幅度,得到光压的大小.实验结果表明:采用该方法测得激光器在45°入射、功率为70 mW时,产生光压为4.2×10^(-5) Pa.对共振曲线进行频谱分析及光压测量值评估,证实实验结果可靠.

利用散射光声微分成像技术实现弱吸收物质显微成像

光声显微成像技术依赖于样品的内源性光吸收,对强散射弱吸收样品成像效果差,甚至无法进行成像。为了实现强散射弱吸收高透明生物样品的光声显微成像,以及获得图像的边缘增强效果,使光声显微成像技术在实际的生物医学研究中更有应用价值,本文首次将散射光声技术引入到光声微分显微技术中,研制了新型的散射光声微分成像技术。该技术不仅可以获得强散射弱吸收高透明生物样品的散射光声显微图像,还可以获得对应的边缘清晰的散射光声微分图像,对在生物医学研究领域有重要的应用意义。

基于磁光调制的光弹性应力快速测量方法

提出了基于磁光调制测量光弹性应力的方法,并设计了包括终端配套软件在内的一体化测量装置.通过贝塞尔函数展开推导应力大小及方向的公式,实验中仅需旋转起偏器一次来确定应力的实际方向,降低了旋转玻璃样品在装置设计上的难度;并利用磁光调制的方式正弦调制入射激光,通过检测光强频谱图精准判断消光位置,保证测量的精准度.实验结果表明,通过此方法测得的应力大小及方向精度高,完成一组测量的速度较快.多组测量数据的离散度较小,约1nm/cm,运用该方法对有应力分布的平板玻璃和受压玻璃进行测量并扫描成像,得到它们的应力分布图像.该方法能够准确、快速和无损地测量光弹性样品任意位置的应力.

偏振态显微成像技术用于细胞热损伤检测的研究

本文采用偏振态显微成像系统对生物细胞热损伤进行监测。选取洋葱细胞、绿萝细胞作为实验样品,对洋葱细胞、绿萝细胞进行热损伤,通过比较细胞在热损伤前后的偏振态图像及其相应的偏振特性的变化,分析热损伤细胞的偏振特性变化而获得相关信息。实验结果表明,偏振态显微成像技术对于鉴别正常细胞和热损伤的细胞并评价细胞的损伤程度非常有效,比显微光强成像更清晰地反映了细胞形态结构发生的变化,在生物样品的特性研究及疾病诊断方面都有独特的优势,为鉴别与评价细胞损伤程度提供一种快速的、无损的、有效的新方法。

基于磁致旋光效应的光双稳态装置

基于磁致旋光效应构建磁光混合型光双稳装置对光学双稳态展开研究,传统装置的调制系统工作电压一般在1 000~3 000V,需要在高压屏蔽条件下才能操作,而本装置的调制系统的工作电压仅为10V左右,极大的增加了实验的简便性和安全性.在此基础上探究了初始偏置宗量和平均输入信号等系统参量对光双稳装置工作性能的影响,并经过比较发现初始偏置宗量与临界值相差5°左右,平均输入信号为12~18mV时,光双稳装置工作性能较高.

基于偏振态颜色编码的晶体应力双折射成像

提出了一种基于双线偏振CCD-全Stokes参量测量的偏振态色度成像新方法.通过分焦面Stokes参量测量与RGB颜色编码相结合,设计并研制了基于双线偏振CCD-全Stokes参量测量的偏振态色度成像系统.利用该系统,获得了晶体模型应力双折射分布的偏振态色度图像,并与传统的光弹性应力测量法进行了比较,偏振态色度成像法不仅可以较高精度地测量应力双折射率,还可以测量其方向分布.基于偏振态色度成像法的独特优势,结合共焦显微成像技术,对具有双折射效应的单层Sr 2 TiSi 2 O 8微晶进行了偏振态色度成像的研究.结果表明:所提方法能够在一幅图中直观地反映物体的全部特征信息,有效地辨别由于晶体内部结构排列不同而导致的双折射特性差异,还可以通过观察微晶生长过程中双折射特性的变化,获取微晶的生长取向等相关信息.研究结果为功能型微晶材料生长过程的动力学行为研究提供一种简单、有效的可视化方法.

测量透明微粒群参量

设计了测量透明微粒群参量的干涉检测系统,能够有效记录透明颗粒群在1阶彩虹角附近的光强分布,并利用Nussenzveig理论和改进的量子粒子群算法对记录图像进行反演,能够实现透明颗粒群粒径分布和折射率的同时测量.实验结果表明:以Lorenz-Mie理论作为模拟光强信号,利用算法反演模拟的微粒群信号,折射率相对误差为0.02%;通过实验测量粒径为400~600μm的玻璃微珠群,粒径均值的相对偏差为2.8%;对不同浓度乙醇喷雾的折射率进行测量,相对偏差小于0.7%.

以角色游戏促进幼儿社会性发展

角色游戏集自由性、趣味性、假设性和创造性于一体,正好与幼儿好奇、好玩、好动的年龄特征契合。现代社会是一个信息剧增、竞争激烈、人际关系复杂的社会。

新世纪教育呼唤新型教师

时代呼唤素质教育,创新需要高素质的教师.高质量的教师队伍,是推进素质教育的基本保证.自古以来,在人们的心目中,教师从来是"传道,授业,解惑"的权威,学生则是被动接受的对象.

水下鬼成像抗扰动能力的实验研究

水下探测作业过程中,水体因外界环境而产生扰动,从而使水下的折射率发生变化,增强水体对光的散射作用,导致水下光学目标成像模糊,成像质量降低。鉴于此,采用鬼成像方式克服水下扰动,利用参考光场和测量光场的二阶相干性分别测量某一时刻参考光束在采集平面上的光场分布与测量光束的在采集平面上的总光强,根据总光强重建鬼成像。实验过程中,利用超声波对水体进行扰动,对比鬼成像方式与经典成像方式的成像结果并比较两种成像结果的峰值信噪比,研究鬼成像系统在水下抗扰动能力。实验结果表明,在水下扰动的环境中,鬼成像方式的图像质量高于经典成像方式。

基于声透镜的三维同时光声层析成像技术

提出了一种能实现连续分布物体的三维同时光声层析成像的新方法,利用一个具有二维并行成像能力而且具有较大焦深的声透镜,把一个三维物体并行成像在声透镜的像面上.由于声透镜具有较大焦深,可以把不同物面的光声信号准确成像在同一像面.根据成像系统的正弦定理,同一物面所产生的光声信号同时到达像面,而不同物面所产生的光声信号需要不同的时间到达同一像面,由于光速远大于声速,因此可以利用时间分辨技术实现三维物体的同时光声层析成像.实验结果表明,该成像系统可以同时获得三维物体的不同层面的层析图像.

多种光声成像方法研究

阐述了光声成像的基本原理,综述了现有的几种光声成像方法、原理及成果。介绍了国内外多个研究小组在光声成像领域所取得的一些成果,主要包括:用超声探测器记录光声信号的滤波反投影算法光声成像;超声探测器结合声透镜的傅里叶方法;用探测光做载波调制光声信号,将光声信号转化为光信号,经光学系统解调,将样品像显示在CCD摄像机上的实时光声成像等。对比了几种光声成像方法,并提出了一些光声成像的新思路。

微腔光声探测技术及其成像方法

提出了具有高探测灵敏度的微腔光声探测技术。采用微腔耦合技术,将细胞内产生的光声信号,通过微通道传导到耦合腔,被麦克风接收,成功研制出微腔光声探测器。在相同的温度变化情况下,密闭腔内气压变化量与腔的体积成反比,腔的体积越小,气压变化量越大,探测器对压力的响应度就越高,对于微弱光声信号就越灵敏。因此,设计出的高灵敏度微腔光声探测器,能够探测到连续调制光激发出的微弱光声信号,重建出免标记的细胞水平的光声显微图像。从已获得的分辨率板、洋葱表皮细胞和血红细胞等样品的光声显微图像可以说明这个光声微腔探测器的灵敏度高,分辨率达到1.25μm。