“新工科”背景下光电信息科学与工程专业创新人才培养探索与实践

光电信息科学与工程专业是一门融合物理学、信息通信、光电子学等多个方向的综合性专业,是支撑战略性新兴产业的“新工科”专业。文章给出大连理工大学光电信息科学与工程专业近年来在一流课程与教材、课程思政教育、创新实践与学科竞赛、多方协同育人等方面进行创新人才培养的探索与实践,给出推进专业内涵建设和创新人才培养能力提升的规划与改革举措。

光电信息科学与工程自主设计实验教学模式探索

光电信息科学与工程实验课是专业必修课程,传统的实验教学模式主要通过演示和验证的手段来学习光电信息科学与工程专业的基础知识和理论。为了提高学生的创新思维、创新能力,在学习基础理论、基础实验和综合实验后,增加了自主设计实验内容,由学生提出实验设计方案、搭建实验系统、完成实验操作、记录实验过程、撰写实验报告、进行交流讨论。自主设计实验可有效激发学生的实验兴趣、提高学生主动学习意识和学习能力,为培养创新型人才奠定基础。

以一流人才培养为目标的大学劳动教育课程建设探究

劳动教育是新时代高等教育的重要组成部分,而劳动课程是劳动教育在高校落地的载体和最小单元,本论文通过深刻领会劳动教育精神内涵、调研国内高校劳动课程开展情况、把握高等教育课程建设规律,提出了一套基于人才培养方案、课程内容、课程形式、课程评价、课程迭代升级的改革创新方案,力求结合实际解决当下劳动教育难题,适应劳动教育目标,打造一流劳动课程,全面培养德智体美劳全面发展的社会主义接班人。

基于非牛顿微液滴的粒子封装及检测

微流控液滴封装技术可将单个或者多个颗粒物封装到微尺度液滴,具有细胞培养、药物可控释放和微量成分分析等重要生物医学应用,而这些应用往往涉及多相混合的复杂非牛顿流体.目前制备尺寸均匀的非牛顿微液滴并实现高效率单粒子封装仍较难实现.针对该问题,首先基于流动聚焦微通道和聚合物溶液开展非牛顿液滴生成实验,系统探究不同非牛顿性质对液滴生成模态的影响,指出兼具剪切稀化与弹性效应的聚合物溶液可在射流模态下实现高单分散性液滴的稳定生成.在此基础上,结合惯性-黏弹性粒子排序,实现了封装率超过58%的单粒子封装,突破了传统单粒子封装的泊松限制.最后,进一步构建了粒子封装率自动检测模型,验证了其在单液滴与多液滴场景下粒子封装率高精度检测的有效性.综上,研究结果不仅一定程度上拓展对于液滴微流控基础理论的认识,还充分验证了射流模态下非牛顿液滴稳定生成用于单粒子封装策略的可行性和优越性,可为优化基于非牛顿微液滴的粒子封装技术及开发一体化装置提供一定参考.

THQ50-C镀铜焊丝表面锈蚀原因探讨与分析

本工作对THQ50-C镀铜焊丝出现表面锈蚀的影响因素进行了研究和梳理,使用ZEISS-ULTRA场扫描电镜观察了镀铜焊丝表面SEM形貌和焊丝横截面镀铜层与母丝基体结合区SEM形貌,并测量了镀铜层厚度,分析了Cu、O、Fe三种元素的EDS能谱。利用OLYMPUS GX53光学显微镜观察了焊丝横截面镀铜层与母丝基体结合区OM形貌,并对以上观察结果进行了分析。结果表明,THQ50-C镀铜焊丝出现表面锈蚀的根本原因是焊丝加工过程的母丝表面残留了许多微细沟壑、单深坑、细麻点等表面缺陷,这些缺陷宏观表现为树皮棱状凸凹不平的状态。进一步分析认为以上缺陷是由于焊丝母材盘条原有的表面缺陷经拉拔加工后“遗传”到焊丝母丝表面所引起的,从而导致了焊丝表面镀铜层不能完全覆盖焊丝基体形成致密铜层,在焊丝储存过程中由于环境腐蚀而出现了锈蚀现象。

五育并举视域下高校心理育人工作路径探析

德智体美劳“五育并举”的教育格局为高校心理育人工作提供了新思路,将心育与五育结合,在五育视域下开展心育工作路径的优化,既可以有效拓宽心育工作的维度,又作为桥梁,更好地联结了五育工作,实现双向促进。找准高校心育目标与五育目标的内在一致性,实现高校心育资源优化和校本特色体系构筑,提升高校教师参与五育并举视域下心理育人工作能力,做好五育并举视域下心理育人工作评价机制的重构,将为高校破解此类思想政治教育难题提供有益参考。

金纳米圆孔阵列异常光学透射模拟研究

利用COMSOL Multiphysics对金纳米圆孔阵列的物理场进行模拟,分析不同金属膜厚度、孔径、周期下阵列的光谱和电场分布,探究异常光学透射(extraordinary optical transmission,EOT)的成因.通过分析发现透射峰主要有3个成因:一是材料本身的带间跃迁特性会导致透射峰;二是金属阵列产生的表面波会激发金属膜背侧的局域表面等离激元,通过散射形成透射峰;三是耦合的表面等离激元转化成波导模式,沿着圆孔传输造成透射峰,该透射峰的频率低于表面等离激元的频率.

基于光纤光声传感的多组分痕量气体检测技术

为进一步提升多组分痕量气体检测灵敏度,设计了一套光纤光声传感系统。系统主要集成了2个近红外DFB激光器、近红外宽带光源、高速光谱模块、现场可编程逻辑门阵列信号采集与处理电路,具有激光调制控制、光声信号解调和数字锁相放大等功能。利用声学共振腔和干涉型光纤声波传感器对光声信号进行激发增强和探测增强,实现了乙炔和甲烷气体的高灵敏度检测。光纤声波传感器中以微机电系统悬臂梁作为声学敏感元件,设计了光纤法布里-珀罗干涉结构,将悬臂梁偏转位移转换为F-P腔长的变化。采用高分辨率光谱解调技术,实现了基于光纤F-P传感器的超高灵敏度光声信号检测。系统对乙炔和甲烷的检测极限分别达到2×10^(-9)和3×10^(-9),归一化噪声等效吸收系数为8×10^(-10)cm^(-1)W Hz^(-1/2)。

基于受激布里渊散射和耦合型双环的可调谐光电振荡器

提出了一种基于受激布里渊散射和耦合型双环的可调谐光电振荡器.该光电振荡器将受激布里渊散射和耦合型双环结构相结合,利用受激布里渊散射的窄带增益谱选择振荡频率,实现微波信号的频率可调谐.通过耦合型双环结构,有效地抑制了微波信号的边模,降低了微波信号的相位噪声,提高了微波信号的频率和功率稳定性.实验结果表明,该结构的光电振荡器可以产生2GHz到18GHz的微波信号,边模抑制比优于60dB,相位噪声在10kHz频偏处低于-95dBc/Hz,在实验室环境下10GHz微波信号30min内频率漂移小于0.3ppm,功率漂移低于0.2dB.

次谐波调制下光注入DFB-LD结构的可调谐光电振荡器

为实现具有高频谱纯度、低相位噪声的宽带可调谐微波信号生成,提出并通过实验验证了一种次谐波信号调制下光注入半导体激光器结构的光电振荡器,其原理为通过利用光注入半导体激光器的单周期(P1)振荡工作状态和波长选择放大特性实现可调微波信号生成,并进一步通过在光电振荡环路中引入次谐波信号调制对系统生成微波信号的频率稳定性、边模抑制比与频谱纯度进行优化。实验结果表明,文中方案提出的光电振荡器可以生成输出功率大于5 dBm,频率调谐范围为12~18 GHz的微波信号。同时,系统生成的微波信号的3 dB带宽为100 kHz,边模抑制比可达51 dB,且信号在频偏量为100 Hz和10 kHz处的相位噪声分别为-78 dBc/Hz和-109 dBc/Hz。此外,光电振荡器生成微波信号的频率调谐范围只受系统中使用的各类光电器件工作带宽的限制,通过采用具有更大带宽的光电器件可以实现更高频率的微波信号生成。

基于微型共振光声池的高灵敏度油中溶解气体检测技术

针对真空脱气法脱气效率高但气量少的特点,提出了基于微型共振光声池的高灵敏度油中溶解气体检测技术。使用真空脱气法对变压器油中溶解的乙炔气体进行脱气,结合气室体积为12.4 mL的小体积H型共振式光声池,实现对油中溶解乙炔气体浓度的高灵敏度测量。利用掺铒光纤放大器对激光功率进行放大,并分析在近红外波段乙炔、水蒸气和二氧化碳的气体吸收光谱,选择较合适的气体吸收谱线进行光声信号激发。通过实验对激光调制电流和调制频率等参数进行优化。配置不同浓度的油样对系统的性能进行测试,得到系统对乙炔油样的最低检测限为0.2μL/L。

流动聚焦微通道中滴流模式下非牛顿液滴生成的实验研究

液滴微流控是微流控领域重要分支,其所涉及的生物流体往往具有非牛顿性质。为深入理解非牛顿性质对液滴生成的影响,配置4种不同流变特性的流体,系统研究流动聚焦微通道中滴流模式下的非牛顿液滴生成。结果表明:与牛顿液滴相比,非牛顿液滴生成表现出更显著的“连珠现象”;不同非牛顿性质对液滴生成的影响截然不同,剪切稀化和弹性效应对液滴尺寸和生成频率的作用相反。液柱颈缩动力学结果显示:单一的剪切稀化效应使得非牛顿液滴液柱颈缩过程与牛顿液滴相似,均只有流动驱动阶段;单一的弹性效应则使得非牛顿液滴液柱颈缩后期出现不同于牛顿流体的毛细驱动阶段;而剪切稀化和弹性效应的共同作用会导致液柱颈缩过程中更显著的毛细驱动阶段和液柱断裂后更显著的“连珠现象”。

光纤阵列准直器设计及其发散角测量

传统基于单个固定折射率透镜和渐变式折射率透镜制备光纤阵列准直器的方法,存在阵元数扩展困难、封装工艺复杂且集成化困难等缺点。利用光学微透镜易阵列化且阵元特性一致性好等优点,提出了基于平凸微透镜阵列制备光纤阵列准直器的方法。根据高斯光学和矩阵光学理论,对光纤阵列准直器的准直特性进行了理论分析和仿真,确定了光纤阵列准直器的相关设计参数,据此加工制备了四阵元一维排布光纤阵列准直器,其阵元间距为250 μm。通过远场光斑法对光纤阵列准直器的主要性能参数远场发散角进行了测量,并采用蒙特卡洛法对测量不确定度进行了分析与评定。光纤阵列准直器各通道远场发散角的测量值分别为0.69°,0.67°,0.71°,0.68°,测量扩展不确定度为0.02°,该测量结果在设计容差(0.68±0.03)°之内。该光纤阵列准直器具有良好的准直特性,能够满足光纤通信系统中光纤阵列准直器小型化和集成化的需求。

基于多通光声池的SF_(6)分解产物H_(2)S的高灵敏度检测技术

针对H_(2)S气体在近红外波段的吸收系数低导致检测灵敏度难以提高的难题,提出了基于共振式多通光声池的SF_(6)分解产物H_(2)S气体检测技术。对赫里奥特型多通光声池进行优化设计,激光光束反射次数达到20次。近红外激光经功率放大后入射到多通光声池,通过多次光学反射大幅度提升了光声信号的激发效率,结合声学共振放大技术、光纤放大技术和波长调制-二次谐波检测技术,搭建了一套光声光谱气体检测系统,实现了SF_(6)背景下微量H_(2)S气体的高灵敏度检测。实验结果表明,归一化噪声等效吸收系数为2.23×10^(-9)cm^(-1)·W·Hz^(-1/2),在平均时间为100 s时,该检测系统对H_(2)S气体的检测极限达到2.7×10^(-8)。

基于光纤光声传感的油中溶解气体分析系统

针对目前变压器油中溶解气体分析装置体积庞大、抗电磁干扰能力弱、油路复杂等问题,将光纤传感和光声光谱技术结合,设计了一种基于光纤光声传感的变压器油中溶解气体分析系统,用于检测油中溶解的微量乙炔气体。通过谱线分析优化激光波长,并设计了恒温激光驱动模块。采用两根单模光纤分别将泵浦激光和探测光传输到光声探头中,气体吸收光能产生的光声信号由法布里-珀罗干涉型悬臂梁探测,并利用设计的光谱测量和信号处理模块进行解调。实验结果表明,设计的光纤光声传感系统可有效探测出变压器油中溶解的乙炔气体的光声信号,检出限达到0.5μL/L。

基于硫属化物相变材料的可重构太赫兹超表面器件的研究进展

超表面在控制电磁波的强度、相位、偏振和复杂波前等方面发挥了重要的作用,通过与各种主动调控手段结合可实现动态可调谐器件。本文分析总结了近期基于Ge_(2)Sb_(2)Te_(5)(GST)的太赫兹超表面器件的研究进展,介绍了GST在太赫兹波段的光谱特性和可逆相变条件,重点回顾了GST与超表面设计相结合用于实现对太赫兹波的振幅、偏振以及波前的非易失、可重构、和多级操纵的前沿研究工作,并讨论展望了未来的发展前景和需要解决的问题。

基于FPGA的微波光子射频干扰消除控制算法与实验验证

同时同频全双工技术可有效提升频谱利用效率,然而射频自干扰是该技术实际应用必须解决的首要问题。建立了微波光子射频干扰消除理论模型,分析了幅度失配与时延失配对干扰消除深度的影响,基于现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)进行了微波光子射频干扰消除控制算法研究,建立了互相关算法与粒子群算法相结合的快速寻优算法,提出了综合考虑微波光子功能单元调节精度与模数转换器采样精度的算法判据。实验测试了基于FPGA的微波光子射频干扰消除算法自适应控制功能,在中心频率2.4 GHz,带宽40 MHz条件下,干扰消除深度达到35 dB。

基于紫外光声光谱的SF_(6)特征分解组分SO_(2)的高灵敏度检测技术

搭建了一套气室容积仅为0.79 mL的非共振式光声光谱检测装置,在0至100 ppm浓度范围内,激发的光声信号幅度与SO_(2)/SF_(6)混合气体浓度之间有良好的线性关系,响应度为5.59μV/ppm。系统的归一化噪声等效吸收系数为7.2×10^(-8)cm^(-1)W·Hz^(-1/2)。Allan-Werle方差分析结果表明,当平均时间为100 s时,系统对SO_(2)的检测极限达到0.1 ppm。本文提出的高灵敏度SO_(2)气体原位检测技术为判断SF_(6)气体绝缘设备的故障程度提供了有效的解决方案。

入射角度不敏感的宽带超材料吸波器

微波宽带超材料吸波器可以实现武器装备的隐身,对现代化战争有着十分重要的意义。针对目前宽带吸波器入射角度不敏感性仍需要提升的问题,提出了一种在磁性介质表面制备超表面结构的宽带超材料吸波器结构。结构由周期性金属结构层、磁性介质层、金属反射底板层三层结构结合而成。仿真结果表明,在8~15 GHz(相对带宽为61%)频带内,吸波器结构实现了90%以上的吸收率。当电磁波斜入射时仍具有良好的吸收性能,尤其在横磁模式下,当入射角为60°时,在8~15 GHz频率范围内,吸收率仍能保持90%以上,表现出了优异的广角吸收特性。所提出的吸波器结构满足目前对超材料“薄,宽,轻,强”的要求,在军事和工程领域有一定应用价值。

第二个百年奋斗目标下高校劳动教育的要素表征、价值旨归与实践进路

劳动是人类生存与发展的重要基础。劳动教育是中国式现代化素质教育的重要组成部分。第二个百年奋斗目标下,高校劳动教育具备户外式空间、沉浸式教学、人本式发展、智能式培养、全面式评价等特征。劳动教育的开展要注重以劳育人、以劳传承、以劳担责、以劳谋福。把准劳动教育的价值取向,深识劳动形态的发展演变,唱响劳动教育的时代旋律,将劳动教育融入大学生全部生活,不断提高学生的劳动素养,是培养德智体美劳全面发展的社会主义建设者和接班人时代之需。