红外数字全息综合性教学实验设计

红外数字全息是一种新兴的三维波前相衬成像技术。构建了短波红外同轴数字全息成像光路,采用角谱法重建了模拟及实验样品的复振幅分布;通过基于最小二乘法的相位解包裹算法和误差评价判据,量化了环境噪声对全息图像的影响。以仿真和实验结果验证了该技术作为一种高效易用的红外成像教学工具的可行性,并构建了实验流程体系。与传统可见光全息实验相比,其优势在于有效抑制了全息干板易被环境光污染等缺点。

地质光学交叉学科实验室的建设与实践探索

地球科学领域的传统技术手段已经无法满足当下实验室教学研究的需求,探索高效且可行的交叉学科、交叉人才培养模式、联合实验室建设方案并引入其他学科相关技术尤为重要。以地学光学交叉学科实验室建设为例,首先介绍了地球科学与光学结合的基本情况,然后分析了交叉学科教学研究的基础工作与落实措施,并对建设成效进行了展望。建设的目的针对地球科学领域对光学技术的重大需求为导向,以光学方法解决地学相关问题为基础,开展与地球科学相关的光学应用性研究,同时打破学科壁垒、加强跨学科的人才队伍建设并为交叉教学研究的改革提供借鉴。

太赫兹时域光谱仪虚拟仿真平台设计

太赫兹波段作为全光谱波段内唯一尚未完全开发的波段,其特性具有极大的科学研究价值和教学意义。太赫兹时域光谱仪是实现该波段光谱表征的仪器,同时也是实现全光谱探测的重要组成。本文采用3D Studio Max、WebGL、AR等技术设计开发了包括实验导读与虚拟仿真实验操作等内容在内,兼具演示教学、交互式仿真练习、操作考评和交流研讨四大核心功能的太赫兹时域光谱仪虚拟仿真实验平台。该平台科学实用、仿真还原度高且不受时空限制,为传统实验教学做出了重要补充。在优化实验教学方式、改善教学效果、探索线上+线下混合式教学模式,促进虚拟仿真技术与太赫兹领域的深度融合等方面起到了重要作用。

课程思政的立体化构建与实践——以“物理实验”课程为例

结合学科优势和课程特点,中国地质大学(北京)物理实验教学中心开设的“物理实验”课程提出了“教师思政”“课堂思政”“环境思政”“课外思政”的课程思政建设内容。其中,“教师思政”是前提,“课堂思政”是主体,“环境思政”“课外思政”是补充,这四个方面共同构成了立体化、全方位的思政育人体系,实现了知识传授、能力培养和价值塑造的深度融合。

乙醇偶合制备C_(4)烯烃中的催化剂优化

化工产业中涉及的催化剂组合选择对产物产量具有巨大影响。为更好地在乙醇催化偶合制备C_(4)烯烃的教学实验中研究选择合适的催化剂优化组合方式,基于相关系数分析、灰色相关性分析、逐步回归思想和通用全局优化算法建立催化剂组合选择模型。模型考虑温度、Co负载率、羟基磷灰石(HAP)、Co/SiO_(2)和HAP装料比等因素。基于实际生产实验数据,运用广义遍历优先搜索、最小二乘法和优化模型进行求解,得到在一定条件下使得乙醇转化率、C_(4)烯烃收率达到最优的催化剂组合。研究表明,在不限制温度上限时,两种装料方式C_(4)烯烃收率分别为46.78%和40.44%。在限制温度上限为350℃时,C_(4)烯烃收率分别为19.80%和5.77%。

波罗的海琥珀的红外全息成像研究初探

为探究琥珀的光学特性与成分之间的联系,进一步建立琥珀真伪辨识的有效红外参数,利用红外全息术对5块波罗的海琥珀样品进行了成像探测,通过显微镜、X射线荧光光谱术辅助解析成像效果。根据红外全息原理,利用近红外激光光源搭建平行光立式拍摄光路,获取了琥珀样品不同位置的全息图并进行重建,图像显示琥珀样品的不同位置成像效果具有差异。针对琥珀样品的不同位置对红外波段透过率差异的情况,进行X射线荧光光谱分析,获得其不同位置的元素含量,并结合红外全息成像结果,分析得出S元素和Si元素是影响琥珀红外透过率的主要元素,含有包裹体的位置比不含包裹体位置的所含S元素含量低,含有包裹体的位置比不含包裹体位置的所含Si元素含量高,Si元素有利于红外透过,S元素不利于红外透过。研究表明,立式平行光拍摄光路适合于琥珀红外全息成像,是一种新型琥珀表征光学工具。

高校实验技术队伍的现状调查及思考

近几年随着对实验室投入力度和实验室开放力度的增加,以及高层次人才的引进,原有的实验队伍在岗位职责、学历结构、编制人数等方面都呈现出不同程度的弊端。该文通过对中国地质大学(北京)实验队伍现状的调研以及对存在问题的思考,提出了实验队伍建设的优化措施和方法。

新形势下大学物理实验考核方式的多元化探索与实践

作为公共基础的物理实验课,由于课程本身的特点,实现合理的考核方式一直是一个难题。随着创新实践活动的增加、信息技术的发展及疫情的影响,大学物理实验的考核方式悄然发生着变化。结合中国地质大学物理实验教学中心在考核内容、形式、组成等方面的改变,就多元化的考核方式进行探讨。

AR技术与纸质教材相融合的物理实验教学研究

针对物理实验教学中传统预习环节效率低下的问题,将增强现实AR技术与纸质教材交互融合,将教材中的实验装置及仪器进行了AR技术处理。学生通过手机下载相应APP后,扫描纸质教材中的图像即可实现虚拟交互操作,具有可视化、直观性的特点。该方法拓展了纸质教材的功能,充分发挥了现代技术的优势。对于学生理解仪器内部结构,特别是对于复杂精密仪器的工作原理的理解很有帮助。该方法大幅度提高了学生的学习兴趣,并为学生的自主学习、提高课堂效率提供了一种新的途径。

实验室环境思政的思考与构建

中国地质大学物理实验教学中心结合实验室的具体情况,通过大师故事、中国故事、优秀学生事例等内容在实验教学环境中充分融入了思政元素,构建了环境思政的硬环境.在此基础上,通过人文元素的熏陶和教师的言传身教等构建了环境思政的软环境.环境思政的硬环境和软环境形成了立体化的知识传授和价值塑造的教学体系.

膨润土吸附三价铬离子检测方法的研究

膨润土作为具有特殊层状结构的黏土矿物材料,具有良好的阳离子交换和吸附特性,是一种潜在的土壤重金属污染天然修复剂。铬是化工等生产中产生的典型重金属污染物,会严重危害土壤种植和人体健康,亟待对铬污染过程及其修复机理进行研究。该文基于传统的分光光度测定法、X射线衍射法(XRD)和电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)等对膨润土吸附三价铬离子进行了实验教学表征研究,并结合新型表征方法太赫兹时域光谱技术对其吸附过程中的影响因子进行较为详细的分析。实验结果表明,膨润土的吸附性能随着吸附剂重量的增加以及吸附质浓度的增高而不断增强。

法布里-珀罗(F-P)干涉仪测量钠灯波长差中的实验调节优化技术

基于"法布里-珀罗(F-P)干涉仪测量钠灯波长差"物理教学实验,介绍了法布里-珀罗干涉仪的基本工作原理;针对干涉圆环调节难度大和微调鼓轮改变光程操作耗时长给教学中操作者带来视觉疲劳以及导致测量误差增大的问题,提出改进操作方法,分别给出了逐步放大法调节干涉条纹以及微调和粗调鼓轮混合调节法来提高实验效率。通过对比实验数据结果和引入Matlab软件进行线性拟合误差分析的方法,验证了鼓轮混合调节法是一种能够提高实验效率同时保证数据测量准确性的可行方案。

基于面阵式探测器连续太赫兹波三维层析成像

太赫兹波层析成像技术是利用太赫兹波的穿透性对样品进行旋转投影数据采集,通过层析重建算法获得样品的二维横截面图,并实现样品的三维内部结构图的重构。本文介绍了基于面阵式探测器连续太赫兹波层析成像系统。该成像系统的优势在于利用了面阵式探测器记录二维投影数据,相比扫描层析成像系统,提高了投影采集速率。为了获得高精确度的二维投影数据,利用角谱衍射传播算法将二维投影图传播至样品后表面,实现抑制太赫兹波在物体外部衍射效应,最终利用滤波反投影算法重建出高保真的样品三维内部结构图,并进一步探索了基于面阵式探测器的连续太赫兹波层析成像技术在无损检测和安全检测上的可行性。

连续太赫兹波合成孔径数字全息成像方法

太赫兹波数字全息成像技术结合了太赫兹成像技术和数字全息成像技术的优势,是一种新型相衬成像技术,具有光源相干性要求低、光路结构简单、实时定量获取物光波复振幅信息等特点,非常适用于太赫兹波段成像。影响数字全息成像技术分辨力的因素有多种,其中一个主要因素是探测器靶面尺寸的大小,因此,提出合成孔径方法扩大探测器靶面尺寸,提高太赫兹数字全息的成像分辨力。文中搭建了连续太赫兹波同轴数字全息成像装置,获取了样品高质量、高分辨力的振幅和相衬图像。实验结果有效说明了合成孔径方法可以提高太赫兹数字全息成像分辨力。

AR技术在物理实验教学中的应用与实践

物理实验教学在各级学生教育与培养中都占据了相当重要的地位。但是,仅依托于实验器材进行教学,存在着实验室资源有限、预习效果不佳、不利于器材维护与增加运行成本等诸多不足之处,通过引入AR等虚拟仿真实验可以有效解决这些问题。鉴于此,我们将AR技术与传统纸质教材和实验仪器或实验装置实物进行结合,学生通过手机等移动端就可以观看实验仪器或装置的内部三维模型和三维动画等内容,实现了仪器或实验现象的可视化和交互化操作,打破了实验仪器“黑盒子”或实验现象不可见的限制,大大提高了学生对物理实验的学习兴趣与热情,提高了预习和教学效果,增强了实验资源对课内课程、课外实践的支撑力。同时,该方法不需要专门配备VR眼镜等装备,易于大规模应用和推广。

3S遥感大数据在科普基地中的信息化应用研究--以天地生探究移动科普系统为例

大数据已经成为我们的时代特征,3S遥感大数据空间信息技术在科普基地的科普信息化应用中将发挥重要作用。文章以天地生探究科普系统为例,通过分析该系统的需求设计、制作过程、实现功能和3S遥感大数据在该系统中的具体应用,研究科普基地的信息化应用创新和发展方向,探索高端科技资源科普化,落实资源共享融合的发展理念,培育科普创新业态,带动科技旅游产业升级,为社会公众提供更加丰富的物质和精神科学文化资源。

基于单片机的波形发生器

波形发生器是电子电路中常用的实验器材,目前市面上的波形发生器存在价格昂贵的问题,本文基于AT89C51单片机开发了一种低成本波形发生器,用简便的算法通过定时器实现了对波频率的控制。通过中断实现频率的任意调节,使用DAC0832集成芯片进行数模转换,最后可以实现三角波、正弦波、方波和锯齿波的发生。能手动切换波形,任意调节频率,幅度可连续调节,输出波形清晰稳定,波形延迟低,方法精简,成本低廉,具有很好的实际应用价值。

迈克耳孙光学干涉仪实验中引入光学相干层析成像实验的讨论

光学相干层析成像技术(OCT)主要光路系统是基于迈克耳孙干涉仪结构,通过短相干光源可以测得目标的断层信息.通过对迈克耳孙干涉仪的光源、探测器及算法等软硬件进行改进,将光学相干层析成像实验引入到光学干涉实验教学中.该方式既能加深学生对迈克耳孙干涉仪的认识,又可以让学生接触干涉仪的前沿应用,有着较好的教学意义.

Investigation of copper sulfate pentahydrate dehydration by terahertz time-domain spectroscopy

Copper sulfate pentahydrate is investigated by terahertz time-domain spectroscopy. It is shown that the terahertz absorption coefficients are correlated with the particle size of the samples, as well as the heating rates of the ambient temperature. Furthermore, the water molecules of copper sulfate pentahydrate can be quantitatively characterized due to the high sensitivity of the terahertz wave to water molecules. Based on such results, the status of water incorporated in mineral opal is also characterized using terahertz time-domain spectroscopy. It indicates that terahertz technology can be considered as an efficient method to detect the dehydration of minerals.

太赫兹光谱技术对土壤污染物检测分析的研究

为评估土壤的污染和修复程度,利用太赫兹光谱技术检测了土壤无机金属污染物六价铬与有机污染物微塑料的存在及含量。通过消除水对太赫兹波的影响,基于土壤、六价铬和微塑料对太赫兹波光谱特征性吸收,选择不同参量实验样品的时域信号处理分析得出太赫兹谱域吸收系数和折射率结果,分析讨论了土壤污染特征数据与变化趋势。研究表明太赫兹技术对两种典型土壤污染物探测具有可行性,提供了一种极具发展潜力的土壤污染物新型检测方法。