研究性教学策略在大学物理课程教学中的应用探究——以光学干涉问题为例

研究性教学策略旨在培养学生发现问题、提出问题和解决问题的能力,构建具有“高阶性、创新性和挑战度”的一流本科教育.重点讨论研究性教学策略在大学物理课程中的应用,以典型光学干涉现象为例,揭示研究性教学的实施方法及成效.实践证明,研究性教学有利于培养学生创新思维,在可视化教学和工程教育中有较大推广价值.

基于光学干涉原理的温度传感研究(特邀)

提出一种基于光学干涉原理的温度传感器。通过在参考光路中引入单模光纤产生高斯光束;在测量光路中引入光纤光栅结构,使入射光通过光纤光栅、准直器产生平行的高斯光束,经螺旋相位板产生带有轨道角动量的拉盖尔-高斯光束,两束光将在合束器上发生干涉,产生螺旋式干涉图像。在测量光路中引入光纤光栅结构,主要是利用光纤光栅的光延迟特性。当环境温度变化时,光在光纤光栅中的传播产生相位延迟,导致测量光路和参考光路之间相位差发生变化,使螺旋干涉图像发生旋转。通过高分辨率相机实时检测干涉图像的变化,并对干涉图像进行图像处理,准确提取干涉图像的变化信息。通过上述方法,使传感器的温度灵敏度达到4.08°/℃,这将在温度传感领域具有重要的应用价值。

基于光学干涉法的光学元件表面粗糙度检测技术

为实现光学元件表面微小粗糙度的精准、详细检测,研究基于光学干涉法的光学元件表面粗糙度检测技术。该技术采用基于集成光学干涉成像技术对光学元件表面干涉成像,通过改进的Niblack二值化算法提取元件表面干涉图像条纹信息,并基于节点迭代的去毛刺方法细化处理干涉条纹,利用最小二乘方法拟合干涉条纹,获取最小二乘拟合直线得出评定基准,建立评定表面粗糙度的高度参数和间距参数的数学模型,完成粗糙度检测。测试结果显示:该技术干涉成像能力较强,生成的光学透镜元件干涉图像弧度与边缘较为清晰,可有效去除干涉条纹毛刺,检测光学元件表面粗糙度时的真正类率最大数值已达到1.0。

溯源北斗时基无光学干涉激光扫频测距实验研究

绝对距离测量在基础科学和技术研发领域的重要性日益彰显。由于传统的光学干涉绝对距离测量方法存在测量距离较短、“位相模糊”、易受噪声干扰等问题,计量学领域提出利用频率合成激光开展非光学干涉的绝对距离测量研究。尽管该方法实验装置简单、具有较强的抗噪声干扰能力、适用于大尺寸测量等优点,然而它对实验装置的工作频率带宽、精度具有较高的要求,先前的工作受限于以上条件,绝对距离测量精度为厘米量级。为进一步提高测距精度,提出一种溯源北斗时间基准的非光学干涉激光扫频测距方法。采用光纤电光调制器,代替空间声光调制器,激光频率扫描范围从10 MHz提高到100 MHz;采用北斗/GPS时钟作为信号源的外部基准,频率精度达到0.03 ppm(1 ppm=10^(-6));采用电子学外差探测与自混频相结合的方案,将高频交流光电流信号解调出低频绝对距离信息,降低了环境噪声和电子学噪声。实验得到绝对距离测量结果9.8436 m,测量精度1.25 mm。该方法减小了设备时基频率误差对测量结果的影响,实现大尺度测量同时测距精度比先前的工作提高了一个数量级,具有广泛的应用前景。

光学干涉计量中的位相测量方法

对光学干涉计量中常用的位相测量方法进行了综述 ,包括时间相移法、空间相移法、空间载波相移法和 Fourier变换法以及位相展开问题 .

面向浸没式光刻机的超精密光学干涉式光栅编码器位移测量技术综述

超精密平面光栅编码器位移测量技术是32~7 nm节点浸没式光刻机的核心技术。通过分析浸没式光刻机平面光栅位置系统的需求和布局,提出了光刻机专用超精密平面光栅编码器的基本需求。针对现有的光栅编码器,开展了基本测量光路方案、相位探测方案、分辨率增强光路方案、离轴/转角允差光路方案、死程误差抑制光路方案的综述分析,提出了现有设计方案面向光刻机应用所需要解决的关键问题。面向亚纳米级测量精度的需求,针对光栅编码器的仪器误差,对周期非线性误差、死程误差、热漂移误差和波前畸变误差进行了综述分析,提出了平面光栅编码器实现亚纳米精度所需要解决的关键问题。本综述为光刻机专用超精密平面光栅编码器的研制提供了参考。

应用Maple仿真模拟光学干涉实验

Maple作为一种计算机代数系统,具有其它计算软件所不具备的显著优点.基于光波的叠加原理,利用Maple软件实现了双缝、牛顿环和迈克尔逊等典型光学干涉实验的计算机仿真,绘制了干涉图样和光强分布曲线,并分析了各种实验参数对干涉图样的影响,与实际实验结果一致.这为数字化仿真现代光学实验提供了一种好的手段.

圆锥量规锥度的高精度光学干涉法测量

针对超精密数控机床对圆锥量规锥度高精度测量的需求,研究了一种将"大数"和"小数"相结合,准确测量圆锥量规锥度的方法。介绍了锥度测量系统的基本原理及组成,给出了实验测量结果,分析了测量系统的不确定度。该测量方法利用最大分度间隔误差为0.10″的多齿分度台构成高准确度分度系统保证测量"大数"部分的准确性,采用激光偏振干涉装置及精密回转工作台组成小角度测量系统保证测量"小数"部分的精度,而双光束白光干涉系统实现了测量位置的精确定位。实验和分析结果表明,该方法在不确定度置信因子k为2时,锥度测量系统的扩展不确定度约为0.24″,优于0.3″,可实现圆锥量规任意锥度的高精度测量。

一种提高光学干涉系统稳定性的装置

基于光学干涉的测量方法,通常都有高精度、高灵敏度的特点,信号易受环境干扰而不稳定,使用时须远离振源。若要将光学干涉系统用于在线检测,必须提高其抗干扰性。本文在以前的工作基础上,从干涉光路的实现方式着手,制作了一套一体化的迈克尔逊干涉装置,可用于多层光学平片的厚度检测。该装置通过巧妙的设计和高精密加工,使整个光路结构为一整体,避免了测量过程中外界干扰的影响。通过与光纤式迈克尔逊干涉系统做实验对比,验证了该装置在测试过程中有良好的稳定性和抗干扰性。最后采用宽带光源干涉的方法对多层光学平片的厚度进行测量,验证了该装置用于精密在线测量的可行性。

光学干涉断层成像对球囊损伤联合高脂喂养兔腹主动脉粥样硬化模型的认定价值

目的探索光学干涉断层成像(OCT)技术在球囊损伤联合高脂喂养兔腹主动脉粥样硬化模型中的价值。方法 20只日本大耳白兔,通过完全随机化的方法随机分配至实验组与对照组,各10只,实验组采用球囊损伤加高脂喂养8周的方法制作动脉粥样硬化模型,对照组采用球囊损伤加普通喂养的方法。8周后OCT观察内膜增殖及管腔狭窄程度,而后病理观察斑块性质,考察OCT与病理检查对粥样硬化结果的吻合程度。结果实验组饲养后三酰甘油[(1.12±0.42)mmol/L比(0.59±0.35)mmol/L,P<0.05]、总胆固醇[(12.17±3.14)mmol/L比(1.23±0.25)mmol/L,P<0.05]、低密度脂蛋白胆固醇[(11.43±3.12)mmol/L比(0.38±0.14)mmol/L,P<0.05]较基线升高;病理显示实验组较对照组管壁更厚,内膜增殖更显著;OCT发现实验组管腔面积低于对照组[(4.34±0.22)mm^2比(5.13±0.17)mm^2,P<0.01],新生内膜面积[(2.55±0.19)mm^2比(1.66±0.22)mm^2,P<0.01]及平均新生内膜厚度[(94±20)μm比(57±13)μm,P<0.01]高于对照组,这与病理组织检查对内膜增殖结果的考察具有良好的一致性。结论球囊损伤联合高脂喂养的方法可以短期内制作出动脉粥样硬化模型,OCT能够清晰观察到兔腹主动脉粥样硬化模型内膜增殖特点及管腔狭窄程度,可以作为兔动脉粥样硬化模型成功与否的检测方法。

LSD波点燃和初始阶段传播的光学干涉研究

本文首先从动力学出发分析了ＬＳＤ波点燃过程，导出了ＬＳＤ波速度、压力等物理量表达式。用马赫－曾德尔干涉仪同步研究了Ｎｄ：ＹＡＧ激光与铝靶表面相互作用过程，首次获得了ＬＳＤ波点燃和初始阶段传播的系列干涉图象，为ＬＳＤ波理论模型研究提供了可靠实验数据。

冠心病患者行冠状动脉内光学干涉断层成像的护理

对12例(15处病变)冠心病患者于经皮冠状动脉内支架植入术前后行冠状动脉内光学干涉断层成像(OCT)检查,结果13处病变成功行OCT且获取满意图像,检查中1例出现高血压,1例发生心绞痛,1例发生血管内膜撕裂及夹层,植入支架后症状逐渐缓解,支架植入后复查OCT示支架充分覆盖病变,与血管壁贴合良好,未见斑块组织突入管腔。2处未获取满意图像。提出OCT检查前全面了解病史,严格掌握适应证,对于检查前心电图、血压异常者给予相应的药物治疗,控制临床症状;检查中严密观察心电图、血压、有创动脉压变化及患者神志、表情,加强检查中护理配合,可保障检查顺利进行和患者安全。

基于数据报重组与光学干涉的密文多图像可逆信息隐藏

针对现有可逆信息隐藏嵌入率低,无法一次隐藏多张不同图像问题,提出一种密文域光学多图像可逆信息隐藏方法。将多张不同类型、不同大小图像进行数据报重组得到重组多图像,无需提供任何信息可在一定噪声下重构多图像。载体图像经非对称双随机相位编码得到加密图像,再将重组多图像光强缩小1000倍,与加密图像级联干涉得到载密图像,利用级联矢量分解可从载密图像中无损还原重组多图像和加密图像。载密图像可用解密密钥进行解密,也可用隐藏密钥无损还原重组多图像,当同时具有解密密钥与隐藏密钥时可无损还原载体图像,实现完全可逆、可分离。实验表明,当嵌入率为128比特/像素时,载密图像峰值信噪比大于32 dB,且可无损还原隐藏图像与载体。在1/2剪切或0.2的各种噪声下,各还原图像峰值信噪均大于11 dB,具有鲁棒性。3 s内可实现32比特/像素的嵌入、还原和解密,具有高效性。

冠状动脉内光学干涉断层成像术的护理配合

报告了15例患者行冠状动脉内干涉断层成像的护理配合,行术前准备、心理疏导及加强术中各项指征监测,预防并发症等。本组2例术中出现高血压、心绞痛等一过性并发症,1例发生血管内膜撕裂及夹层,置入支架后症状逐渐缓解,复查OCT示支架充分覆盖病变部位,与血管壁均贴合良好,未见斑块组织突入管腔,其他无严重手术并发症和护理并发症。

光学干涉自相关实验

本文描述了光学干涉自相关与光学强度自相关的区别，报道了干涉自相关函数的测量结果．

基于光学干涉原理的光纤地震数据采集系统

提出一种基于光学干涉原理的光纤地震数据采集系统,对震源激发、经地层发射后的地震信号实现敏感、提取及存储等功能。光纤地震数据采集系统由光纤采集链、光纤主缆、光纤解调器以及地震记录仪组成,基于光学干涉的物理原理来拾取地震信息。当震源激发的震动经地层反射后传导到光纤采集链上携带的检波器时,光纤中传输光波的相位受到调制。系统对干涉光波进行光电转换和信号处理,提取出光波相位中包含的地震信息,并对地震数据进行记录。光纤地震数据采集系统可以解决传统地震数据采集系统存在的供电困难、易受电磁干扰、数据传输慢等问题。

牛顿环光学干涉实验计算机仿真

根据牛顿环的光强公式,设计牛顿环的干涉仿真实验算法。利用Visual C++6.0开发了仿真软件。给出原始法和近似法的两种计算方法,并给出两种方法干涉图样和光强的比较,比较的结果说明近似法可以代替原始法。近似法能分析干涉图样的性质。仿真结果的图样细致逼真,使整个物理过程变得直观形象,为光学的理论分析和实验教学提供了新的有效的辅助手段。

基于键合技术的新型集成光学干涉仪

提出了一种基于超薄薄膜光电二极管 (PD)构成的新型集成光学干涉仪构造方案 ,基于键合技术 ,论证了超薄薄膜光电二极管阵列集成化构成集成光学干涉仪的可能性。着重描述了集成光学干涉仪构造关键部件———超薄薄膜光电二极管的设计、制造及其特性。所构成的集成光学干涉仪经实验得到初步验证 ,结果表明 。

光学干涉断层成像技术(OCT)在肺动脉疾病中的应用探讨

目的:探讨光学干涉断层成像技术(Optical Coherence Tomography,OCT)在肺动脉疾病中的应用。方法:报告了首例将OCT应用到肺动脉闭塞患者的病例,并进行了有关文献复习。结果:结合肺动脉的OCT影像特点和临床资料,患者最终诊断为血栓性肺动脉病。结论:OCT作为微创检查,可以显示肺动脉血管壁组织形态学的改变,有助于肺动脉疾病的诊断及指导治疗,具有很大的临床意义,值得在肺动脉疾病中推广应用。

血管内光学干涉断层成像在老年冠脉临界病变诊疗中的应用

尽管多种无创性冠脉影像诊断方法以及冠脉造影已经成为现代冠心病诊疗的重要手段,但是在决定冠脉临界病变程度、是否需要进行介入治疗、以及早期识别易损斑块和准确评价支架植入即刻和远期效果等方面仍然存在很多困难与争议。血管内光学干涉断层成像在管腔狭窄程度、范围以及斑块性质的显示方面有不可比拟的优势,其组织分辨率大约较IVUS高10倍,近似病理组织学程度,但是其在老年冠心病人中的应用极少。本文综述冠脉临界病变的影像诊断进展,以有助于危险评估、治疗决策,最终促进介入治疗的合理应用。