介质微粒的光捕陷、光悬浮和光操纵

本文全面综述了二十余年介质微粒光捕陷、光悬浮和光操纵研究的发展，介绍了光阱的基本原理和基本技术，并描绘了在不同媒质中捕陷不同介质微粒的各种光阱的变体以及它们在物理学基础研究、计量科学、生命科学、化学及技术领域等方面的应用前景。

清华量子信息中心发现光悬浮纳米金刚石扭动模式运动

清华大学交叉信息研究院量子信息中心尹璋琦助理研究员与美国普渡大学合作,在实验中首次看到光悬浮纳米金刚石扭动模式的运动,并提出利用腔光力学的手段冷却这个模式。研究论文“悬浮非球形纳米粒子的扭动光力学”（Torsional Optomechanics of a Levitated Nonspherical Nanoparticle）近日发表在《物理评论快报》（Physical Review Letters）上,

研究人员首次发现光悬浮纳米金刚石扭动模式运动

清华大学交叉信息研究院量子信息中心尹璋琦助理研究员与美国普渡大学合作，在实验中首次看到光悬浮纳米金刚石扭动模式的运动，并提出利用腔光力学的手段冷却这个模式。

两个真空光悬浮纳米粒子间的光诱导偶极相互作用

光悬浮微纳米粒子系统是研究多体物理的重要平台,但是以往相关研究大多集中在液体环境中。真空光悬浮由于其显著的优势,近年来受到了广泛关注。本文利用两个紧聚焦光场单独捕获两个纳米粒子,在真空环境下,实验研究了粒子间由于散射光诱导的偶极相互作用。在不同捕获光偏振条件下,通过调控两个粒子质心运动(或扭摆运动)在频率简并附近的相对频率,测量了光诱导偶极相互作用强度。实验表明,粒子间光诱导偶极散射对扭摆运动影响很小,未观察到粒子间扭摆运动的相互作用;而质心运动在两束捕获光偏振都垂直于粒子间连线时,产生较强耦合,在两粒子间距为2.91μm时,得到沿捕获光传播方向质心运动在简并点处的耦合强度为1.6 kHz。

微悬浮法消光PVC糊树脂膨润度的测定方法

确定了微悬浮消光PVC糊树脂膨润度的测试方法:采用10 mL刻度试管,样品量为0.2440 g,加入四氢呋喃溶剂量为8 mL,水浴溶胀温度为60℃,水浴溶胀时间为2 h,室温放置溶胀时间为48 h。

面向悬浮光力系统的集成化反馈控制器研究

悬浮光力系统具有高灵敏度、高稳定性和低耗散等特点,有望发展成为新型高性能力学传感器。针对目前悬浮光力系统存在的反馈控制器兼容性差、软硬件成本高、集成度低等问题,提出了一种兼容多种反馈控制模式的软硬件设计方案,并研制了一套高度集成的反馈控制器,在160 mm×170 mm×42 mm的尺寸上集成了六通道模数/数模转换器、滤波器、现场可编程门阵列+微处理器(FPGA+ARM)等功能模块,并且开发了基于数字锁相环和比例积分微分(PID)控制器的控制算法,最终在同一套硬件系统上实现了跨尺度微粒的运动信息采集和反馈控制,以及数十赫兹至亚兆赫兹的感知带宽。实验结果表明,该集成反馈控制器能够实现超高真空(10-6 Pa量级)下亚微米及微米尺度微粒的稳定悬浮和运动控制。在扩展系统感知带宽的同时减小了整体体积,为悬浮光力传感技术的器件化奠定了基础。

悬浮光力传感技术研究进展(特邀)

悬浮光力传感技术利用真空环境的光阱实现对微纳尺度机械振子的悬浮和囚禁,将待测物理量转换为光悬浮机械振子运动参数的变化,理论上该振子与外部环境热噪声和振动完全隔绝,具有极高的测量分辨率潜力和易于小型化的独特优势。该技术在精密测量、微观热力学研究、暗物质观测、宏观量子态操控等领域具有广阔的应用前景。首先,阐述了悬浮光力系统中光力与光阱的基础概念和力学测量等基本理论;其次,介绍了其中初始起支、光力增强、位移测量、输出信号标定和等效反馈冷却等关键技术的研究进展,对比分析各子技术的特点,随后列举了悬浮光力传感技术在极弱力、加速度、微观质量、电学量、力矩等物理量测量中的典型应用;最后,总结了该技术的发展趋势,并提出相关建议。

光悬浮微粒子旋转特性研究

悬浮光机械系统将微粒子悬浮在空中,较好地隔绝了环境噪声,在诸多精密测量及量子科学领域都发挥着重要作用.利用圆偏振激光驱动微粒子自旋,可以进行扭矩测量、气体辨识及真空摩擦等方面的研究.本文基于光悬浮微粒子旋转动力学模型,搭建了真空光悬浮及旋转实验装置,对悬浮粒子的平均转速和转速波动进行了研究.结果表明,影响光力矩的激光功率越强,激光偏振态越接近圆偏振光,粒子的平均转速则越大.但影响粒子平均转速的主要因素是阻尼力矩,通过降低环境气压以减小粒子的旋转阻尼,其平均转速可大幅提升.通过调控这些实验参数,约4μm直径的球霰石微球在环境气压为0.1 Pa时被驱动至3.93 MHz转速.但在低气压环境下,微粒子的热运动也变得明显,从而导致悬浮粒子的等效激光功率随着热运动而变化,进而使得粒子的转速波动也随着气压的下降而增大.本文首创性地对比了相同气压不同转速下的转速波动,进一步说明了粒子热运动对转速波动的影响规律.此外,本文还研究了不同气压下转速相对波动的变化规律,这为光悬浮转子在陀螺仪领域的潜在应用奠定了基础.这些研究结果对于提升光悬浮系统已有应用以及开拓新领域均有重要意义.

玻璃微球在空气中光悬浮的初步观察

玻璃微球在空气中光悬浮的初步观察蔡惟泉，陈洪新，李佛生，王育竹（中国科学院上海光学精密机械研究所量子光学（联合）开放实验室，上海２０１８００）用激光束在空气中对玻璃微球施行稳定的光学悬浮在国外早有报道，由于这项技术在物理学和技术领域有广泛的应用前景，...

无溶剂光氯化悬浮法制备低氯化度的氯化等规聚丙烯

用无溶剂光氯化悬浮法进行等规聚丙烯 (IPP)氯化反应 ,考察了反应时间、引发剂、通氯量、悬浮剂和金属盐等因素对氯化速度的影响 ,以偶氮二异丁腈为引发剂 ,m(IPP)∶m(H2 O) =1∶1 5,通氯量为 40mL min ,反应时间 1 0h ,可得到氯质量分数在 2 5%左右的氯化聚丙烯。金属离子可明显缩短其诱导期 ,但反应后期 ,金属离子的存在对氯化反应起抑制作用。

二步光氯化悬浮法制备高氯含量的氯化等规聚丙烯

采用二步光氯化悬浮法制备了高氯含量的 CIPP,研究了氯化温度、通氯量、固液比以及光照时间和方式等对 CIPP含氯量的影响。制备了含氯量在 61 %～ 63 %的高氯 CIPP,筛选出滤波介质并解决了光氯化法生产高聚物时灯易结膜的技术难点。得出的最佳工艺条件是 :在第一阶段 m( PP)∶ m(氯苯 ) =1∶ ( 8.5～ 9) ,反应温度 ( 1 1 0± 2 )℃ ,光照 5h,通氯速率为 4 0 cm3/min;第二阶段 m ( CPP)∶ m ( CCl4 )∶ m ( H2 O) =1∶ 3∶ 1 0 ,反应温度 70～ 75℃ ,光照反应时间 6～ 8h,通氯速率为 4 0cm3/min。

研究人员首次发现光悬浮纳米金刚石扭动模式运动

清华大学交叉信息研究院量子信息中心尹璋琦助理研究员与美国普渡大学合作，在实验中首次看到光悬浮纳米金刚石扭动模式的运动，并提出利用腔光力学的手段；令却这个模式。研究论文《悬浮非球形纳米粒子的扭动光力学》（Torsional Optomechanics of a Levitated Nonspherical Nanoparticle）近日发表在《物理评论快报》（Physical Review Letters）上，并入选了编辑推荐，同时被《物理》杂志作为同期评述亮点。

光场显示技术的研究现状与发展趋势

目前常用的三维显示技术,一般是通过人眼的双目视差和视觉暂留效应实现的三维效果。由于丢失了深度信息,会引起辐辏调节冲突,使观看者产生不适感。光场显示是通过复现物体表面光线的真三维显示技术,其拥有良好的用户体验,符合人们对于未来显示的需求。文章梳理了各种光场显示技术的原理和特点,分析了国内外光场显示技术的发展现状,整理了国内外的研究进展和代表性样机的性能,最后对我国光场显示的发展进行了展望。我国光场显示虽然起步稍晚,但经过多家科研机构的一致努力,已在国际上拥有一定的地位。

微尺度下单颗碳粉颗粒的激光点火及燃烧特性

运用光悬浮技术研究微尺度下单颗碳粉颗粒在常温常压下、静止空气环境中的点燃和燃烧特性.结果表明,碳粉颗粒可被俘获至激光光镊中心位置,并被点燃,其点火功率为9.0 mW,同时观察到碳粉颗粒发生爆裂,爆裂延迟时间为6～18ms.提高激光功率,颗粒发生有焰燃烧,形成明亮的火焰面.起始阶段,火焰面积和亮度均增加,而后火焰面积逐渐变小,亮度变暗直至熄灭.

光的力学效应实验

当光辐射到物体上,由于动量的传递,光对被辐射物体施加力.采用光纤将激光束投射到水中的聚苯乙烯球上,已知光源功率及功率分布、微粒的平衡位置,可直接计算出微粒在当前物理环境下受到的光辐射压力.

单颗粒/液滴燃料悬浮燃烧研究进展

总结并对比了气动悬浮、电动悬浮、磁悬浮、光悬浮和声悬浮这5种常重力环境下悬浮技术的特点,在此基础上综述了近年来固体燃料颗粒以及液体燃料液滴的悬浮燃烧研究进展。指出悬浮燃烧技术消除了样品和载体之间的接触热传导,有利于从微观尺度上准确描述燃烧过程中物质的变化和能量的释放规律,获取物质的本征燃烧特性。在多种悬浮技术中光镊悬浮具有材料适用范围广、可精确操控颗粒/液滴悬浮位置、悬浮稳定性好以及便于集成等优点,是含能材料燃烧领域中最具有应用前景的一种。未来工作中建议加强单颗粒/液滴燃烧过程产物化学组成表征、扩展悬浮燃烧技术在含能材料领域中的应用范围以及开展含能材料多颗粒、多液滴的燃烧特性及相互作用机理研究。附参考文献44篇。

利用光镊-腔增强拉曼技术探究蔗糖/丙二酸混合体系的挥发性

采用光镊-腔增强拉曼光谱技术研究蔗糖/丙二酸/水三元体系的气溶胶液滴半径和折射率随湿度的变化情况。利用Maxwell气相扩散方程计算不同湿度下混合体系中丙二酸的饱和蒸汽压,发现当湿度由66.2%降到13.8%时,丙二酸的蒸汽压由2.86×10-4 Pa降到7.08×10-6 Pa。与文献中报道的纯丙二酸的饱和蒸汽压(3.2×10-4~3.19×10-3 Pa)相比,在较低湿度下三元体系中丙二酸的饱和蒸汽压下降了两个数量级。实验结果表明蔗糖的加入增加了体系的粘度,抑制了丙二酸的挥发。

丁二酸钠和硫酸铵混合气溶胶的光镊受激拉曼光谱研究

采用光镊悬浮技术捕获颗粒尺寸3～8μm的丁二酸钠/硫酸铵混合气溶胶液滴,控制湿度条件、温度条件,通过调节不同相对湿度(RH)并采集氢-氧振动带的受激拉曼峰位信息,利用非弹性米氏散射理论计算实时液滴半径尺寸。计算结果表明,当液滴尺寸响应完湿度的变化后在RH恒定时,液滴半径仍持续减小,这说明丁二酸钠和硫酸铵之间发生了反应,释放出氨气使得液滴半径减小。

用于悬浮光力系统的低噪声四象限探测器研究

悬浮光力系统由于其出色的探测性能,已成为精密测量领域的研究热点。目前悬浮光力系统的探测方案主要包括平衡探测器方案和四象限探测器方案。平衡探测器噪声性能优越,但单个探测器只能测量一个方向的悬浮微粒位移信息,探测系统复杂。四象限探测器方案仅使用单个探测器即可同时探测微粒的三轴位移信息,探测系统简单,但噪声性能较差。本文根据悬浮光力系统的需求,设计了一种四象限探测器,实现了105量级跨阻增益,电学噪声达到商用平衡探测器水平,共模抑制比优于45 d B(50~250 k Hz),且入射光功率大于1 m W时,噪声性能只受散粒噪声限制。实验表明,该四象限探测器方案可替代平衡探测器方案,使探测系统小型化,并能很好地满足高探测灵敏度的需求。

ISO 14644-3:2019《洁净室及相关受控环境第3部分:检测方法》的探讨——综述与隔离检测

ISO 14644-3“检测方法”是洁净室及相关受控环境系列标准中极为重要的部分。ISO 14644-3:2019是该项标准面世十几年以来的首次修订,新版本除对2005年旧版本中某些繁杂的检测方法进行了订正和修改外,还根据科技发展的需要和工程应用经验,增添了一些检测项目和相关内容。本文对新、旧版本做了较全面的比对和综述,以求对新版本有较多的理解,冀盼能为国内相关标准进行相应修订提供参考。隔离检测是ISO 14644-3:2019新增添的检测项目,本文对其相关概念及具体方法做了简要介绍。