面向个性化智能化的SeeLight光学虚拟仿真教学研究

虚拟仿真技术在教学领域应用不断深化,高等学校基础教学对虚拟仿真软件的需求主要有三个方面:一是专业性强;二是具有教学辅助功能;三是模块可以量身定制,满足特定人才培养需求。以SeeLight光学虚拟仿真平台教学版的研发和应用为例,阐述该综合性教学辅助平台的研发背景及意义,结合其在“应用光学”课程中的教学应用,研究如何将虚拟仿真技术与教学辅助功能深度融合,创新专业课程教学方法,提升教学的个性化、智能化和精准度,明晰教学实施要点,最后进行教学反思。

高功率微波对YBCO超异材料的改性

用固相反应法制备了123相YBCO超导块材。利用超导电性（Tc）测量、扫描电镜（SEM）等方法研究了高功率微波加载及退火处理对YBCO样品的影响。电阻－温度关系曲线表明，处理后的样品在超导起始转变温度Tco≈90K处由半导体型向超导转变，超导转变宽度△T增大。SEM结果显示，晶粒大大细化。作者认为，由于高功率微波对样品的瞬时高压作用，在样品中引入了阻碍磁通蠕动的钉扎中心，同时，退火处理改善了晶粒之间的弱连接，为提高临界电流密度Jc创造了条件。

平面系统成像像差问题讨论

主要研究了平面系统成像引入像差的问题。由于平面系统的工作面为平面,平行光束入射、出射光也是平行光束,不会引起像差。一般认为,对于平面系统成像不引入像差,对于平面反射镜,同心光束经平面反射镜后仍然是同心光束,不存在像差,但对于棱镜系统和平行平板,只有在近轴条件下才能理想成像,在离轴角较大时,会引起像差,即同心光束经棱镜系统和平行平板后不再是同心光束。

Grüneisen关系式的简单推导

首先介绍了有关教科书中Gr櫣ｎｅｉｓｅｎ关系式的推导过程 ,然后给出了简单推导此关系式的方法 .

激光对富碳酸钡YBCO超导材料的改性

利用激光 (CO2 连续激光、YAG连续激光和脉冲激光 )对富碳酸钡YBCO超导材料进行辐照 ,并研究各种激光对超导块材临界电流密度Jc的影响。

关于氢的转动配分函数

对汪志诚先生所编热统教材中氢的转动配分函数Ｚｒ１＝３４Ｚｒ１ｏ＋１４Ｚｒ１ｐ一式提出异议．

“应用光学”课程思政教育探索与实践

“应用光学”是国防科技大学面向光电信息类专业本科一年级学生开设的专业基础课程,已建设成为湖南省的一流本科课程。该课程突出光电信息类课程思政特色,通过持续打造“以老带新、以新促老、科教结合、文理交融”的团队文化,充分发挥“应用光学”这支由全军优秀教师领衔、充满活力的优秀年轻教师协助、国内知名专家指导的教学团队优势,形成了教学力量梯度化、可持续性发展;加强课程内容建设,深化思想政治教育元素和课程内容的融合。

富BaCO_3对YBCO超导样品的超导性能的影响

为提高 1 2 3相高温超导材料的临界电流密度Jc,本文从改变样品的用料配方、革新制备工艺等方面做了一些尝试和研究。在生成约 1 0g1 2 3相超导样品正常配比的基础上 ,分别多加了 5mg到 1 0 0mg不等的BaCO3 ,采用固相反应法制备了超导体块材。通过比较各样品的超导转变温度Tc、超导转变宽度ΔT、临界电流密度Jc、扫描电镜照片和X Ray衍射谱图 ,可以得出 :富BaCO3 1 2 3相超导体的超导转变温度Tc均大于 90K ;ΔT =1～ 3K ;2 0mg的富BaCO3 有利于 1 2 3相的形成 ;一定量富BaCO3 的加入对提高 1 2 3相超导材料的临界电流密度Jc很有利。

高重复频率飞秒激光对面阵CCD的干扰和破坏

采用800 nm,100 fs的超短脉冲激光器对硅面阵CCD进行辐照实验,观测到饱和、串扰以及永久性损伤等多种可能造成成像器件失效的现象,特别是在激光能量较高时,发现CCD在成像时出现了黑白屏的现象。在飞秒激光器以1,10和1000 Hz工作的条件下,分别测量了硅面阵CCD的饱和阈值、串扰阈值和破坏阈值。对破坏后的CCD器件进行了显微分析。在1 kHz工作的条件下进行了视场外干扰实验,观察到串扰和全屏饱和的现象。

激光辐照PC型HgCdTe探测器的实验研究

分别用连续波1.319μm激光和10.6μm激光辐照PC型HgCdTe红外探测器时,得到了不同辐照光功率密度下,探测器输出的一系列实验结果。给出了在波长为1.319μm的波段内激光辐照下PC型HgCdTe探测器的饱和阈值;用波长为10.6μm的波段外CO2激光辐照探测器时,发现了一些与波段内激光辐照探测器时大不相同的实验现象;对实验结果进行了分析。简要总结了PC型HgCdTe探测器对于波段内和波段外激光辐照的响应机制。

光学材料的激光损伤形态研究

提出了破坏形态因子的概念并以高功率连续激光作用下的光学材料的热力学响应为例 ,通过积分变换的方法给出激光作用期间温度场和应力场的解析形式 ,继而得到破坏形态因子的表达式及其简化形式 ,研究破坏形态因子与材料性质、激光参数的关系 。

激光对面阵CCD器件破坏的一种新机理

用波长为1 064 nm、脉宽为5 m s的激光辐照SONY ICX055BL可见光硅CCD器件,实验中由图像采集卡采集得到相机的视频输出,同时用示波器检测ICX055BL的输出信号和垂直输出时钟信号。结果表明,在脉冲激光的辐照下,器件比较容易被破坏。研究中将器件作为一个功能整体,破坏机理分析不只局限于CCD的探测、电荷存储、电荷转移的MOS结构部分。结合实验结果和CCD器件的电路特点,初步判断该器件的破坏机理为电路破坏,脉冲激光所产生的信号电荷冲坏了复位的场效应管,使器件整体永久失效。

单晶Si、单结GaAs太阳能电池的激光损伤特性对比研究

采用1064 nm纳秒脉冲激光辐照单晶Si、单结G As太阳能电池,针对不同强度激光辐照太阳能电池的损伤特性进行了实验研究,得出激光光斑聚焦在电池栅线上时,电池更易损伤,单晶Si电池的栅线打断之后仍能很好工作,单结GaAs电池却完全失效,这是由于高掺杂的基底锗熔融凝固连接栅线,导通电池正负极.实验结果还表明,激光辐照在电池表面时,对单晶Si电池基本没有影响,而GaAs电池输出性能也没有很大幅度的下降.理论分析了纳秒激光对电池的损伤主要是热、力效应共同作用的结果.热效应使材料熔化、气化,力效应主要沿着激光传输的方向,垂直于材料表面.常温下Si材料对1 064 nm有较强的本征吸收,GaAs电池的GaAs层透过1 064 nm,Ge基底本征吸收1 064 nm,Ge材料的熔点低于Si材料且其禁带宽度更窄,故其初始损伤阈值略低.通过SEM扫描电镜、激光拉曼材料分析及X射线光电子能谱仪等分析手段对实验结果进行了验证.

单脉冲激光对CCD探测器的硬损伤及损伤概率

在纳秒激光脉冲辐照下,随着CCD探测器损伤程度的加深,成像系统输出画面中先后出现点损伤、白线损伤以及完全失效等现象,且损伤阈值呈现出概率分布特性。实验激光波长为1064nm,首先采用n-on-1辐照模式,研究CCD探测器在不同损伤程度下的损伤现象,从器件工作原理的角度分析各种现象出现的机理。利用光学显微镜观察样品的损伤形貌,发现探测器的损伤部位从内部材料开始,逐渐发展到位于表面的微透镜结构。接下来,采用1-on-1辐照模式测量了点损伤和完全失效阶段的激光能量密度阈值,并以损伤概率的形式进行描述,得到实验样品的完全失效阈值在100 mJ/cm2左右。

双谐激光场作用下SBS过程诱导的光学材料破坏

提出了光学 力学相干耦合的概念,采用非线性光学的耦合波理论,建立了高功率激光辐照下透明光学材料中相干声波的产生、演化的动力学模型。探讨了在泵浦激光场和Stokes激光场共同作用下受激布里渊过程对光学材料破坏的可能性,计算了稳态情况下激光场在材料内部激发出的应力幅度,结合弹性力学,建立了透明光学材料的相干破坏阈值理论,研究了破坏阈值与Stokes光强的关系,发现在稳态下破坏阈值对Stokes光强并不敏感。分析了在实际情况下一些因素对材料破坏的影响。

可见光CCD的光致过饱和现象

报道了可见光CCD的过饱和状态——在强光辐照下,CCD输出图像中的白色饱和区域内出现黑色盲区。介绍了相机成像系统的信号处理过程和CCD的4种基本输出波形,给出了这4种波形的信号在经过相关双采样电路处理之后的结果和对应的CCD的4种基本输出图像效果,即无光照的黑区、弱光照的灰区、光照饱和的白区和强光致过饱和的黑色盲区(即过饱和状态)。过饱和状态CCD的输出信号波形中,复位电平发生改变而与处于饱和的数据电平持平,使该信号在经过相关双采样电路处理后变为零输出,造成CCD输出图像中的白色饱和光斑中间出现黑色盲区。

后向受激布里渊散射诱导的光学材料破坏机理研究

区别于传统的受激布里渊散射(SBS)发生器和放大器,提出了一种新型的SBS模型:自供种子光模型(selfStokesseeding,SSS)。数值求解了SBS耦合波方程组,得到了SBS诱导应力的时空分布。基于SSS建立了高功率激光辐照下光学材料破坏阈值的计算模型,研究了SBS破坏阈值与激光脉宽以及作用区长度的关系。研究发现,SBS作为一种破坏机制,表现为前表面破坏,且破坏阈值与激光脉宽以及作用区长度均成反比。

PV型HgCdTe光电探测器中的混沌及其诊断

对激光辐照半导体光电探测器的实验研究,发现当一束不太强的稳定连续波激光照射在PV型HgCdTe光电探测器上时,可以引起探测器出现混沌行为。利用光电探测器的光电压信号随时间变化的实验数据,通过求功率谱、计算Lyapunov指数对混沌进行了诊断。

CCD强光串扰效应的串扰线缺口现象及其机制

在激光辐照行间转移CCD相机的实验中发现了关于CCD串扰效应的一个新现象,即在串扰线上出现缺口,该缺口紧邻主光斑上侧且随光强增大而减小。基于行间转移面阵CCD的构造和工作过程,利用CCD串扰效应的一种新机制对现象作出了合理的解释。串扰线的形成依赖于在垂直转移动作过程中CCD信号积分势阱中的载流子向垂直转移CCD寄存器中的溢出。串扰线上缺口的出现则是由于CCD的信号积分势阱被读出转移动作清空后再次填满需要经过一定时间,该时间内无信号电荷溢出至转移沟道;读出转移清空存储势阱的时刻是构成主光斑的主体信号电荷按正常时序进入垂直转移CCD寄存器的时刻,故缺口紧邻主光斑的上侧;光强越大,光电子再次填满存储势阱乃至溢出形成串扰线所需要的时间越短,则缺口越小。

强光致CCD过饱和效应机理分析

分析了正常工作条件下CCD信号检测电路工作的全过程;指出了在正常工作状态下CCD对检测电路的注入是以低占空比的周期性窄脉冲方式进行的,配合有效的复位机制,使每个像素的复位电平保持为常值。根据CCD过饱和状态的产生条件和CCD信号传输沟道内的电势分布特点,提出了CCD过饱和状态的物理实质,即激光在CCD的受辐照点处提供了一个光生电流源,光生电荷将CCD的传输势阱全部填满之后使得CCD由一个电荷器件转变为一个电流器件。电流通过由CCD时钟的低电平所确定的沟道传输,使CCD对检测电路的注入以近乎连续的周期性长脉冲方式进行,导致了复位电平的改变,造成过饱和的视频图像。