光现象资源箱 型号：QWG1208   实验清单： 光在空气中直线传播实验 面镜成像观察实验         透镜成像观察实验 影子观察实验

含电路板、散装元器件、制作说明书等

含电路板、散装元器件、制作说明书等

原理介绍： 光在与微粒的相互作用中，会将自身携带的动量传递给微粒，对微粒施加力的作用。在光镊中，处在激光中的粒子所受的力有两种：一部分是电磁场分布不均匀导致的梯度力，梯度力将微粒吸引向光阱的中心；一部分是光子与粒子相互作用导致的散射。针对不同大小的粒子，大致可以分为三类： 一、微粒的尺度远大于激光波长，可以采用几何光学近似模型，光线在微粒经过折射反射，将动量传递至微粒上； 二、微粒尺度跟激光波长相近，这种情况下可以通过电磁场麦克斯韦方程组求解； 三、微粒尺度远小于激光波长，微粒在光场中被激发为偶极子，受到偶极子与强聚焦光场的相互作用力； 相关内容： 动手调节光路，利用光镊捕捉并操控小球； 基于空间光调制器的光镊系统，通过研究不同算法从而得到加载在空间光调制器上的全息图、更加深入地研究特殊模式光束在光学微操纵中的应用、拓展光镊与其他学科交叉的应用前景以及对光场偏振态、相位、振幅的联合调制等等。 应用领域： 作为非侵入型的力学操控系统，光镊可以应用于细胞生物学、气溶胶科学、物理化学等交叉学科的基础研究，包括细胞微环境的改变、形变拉伸、微粒力学参数的测量等等。将全息光镊与图像识别结合，可以做到自动捕获粒子和分拣， 将全息光镊与光学显微镜相结合，可以量化细胞、分子的动力学特性，在细胞生物学中有巨大的研究空间； 方案介绍： 光路图：   上图为本方案全息光镊装置的光路示意图。首先激光经过扩束后，直径与空间光调制器有效区域的短边直径相等，扩束后的激光依次通过线偏振片、半波片和非偏振分光棱镜。用半波片旋转线偏光角度，使之工作在相位模式下，空间光调制器的入射角控制在在 5°以内。 经过空间光调制器反射的光经过由两个傅里叶透镜组成的缩束系统，该系统能改变光斑尺寸确保光束直径与显微物镜的入瞳直径匹配。对于外围光强较弱的高斯光束，利用此缩束系统将激光直径稍大于显微物镜入瞳直径。 经过缩束系统的激光经过 45°直角反射镜，二向色镜将激光透射进入显微物镜，同时让照明光源透过，从而使 CMOS 相机采集到样品像。空间光调制器位于第一个傅里叶透镜的焦距处，全息图与物镜入瞳是共轭像面，所以全息图经过显微物镜做傅里叶变换后在显微物镜焦平面即样品面上再现期望的光场分布。   特点： 此方案采用的开普勒式缩束系统透镜间的焦平面与样品面是共轭的，在透镜焦平面加入高通滤波器或在空间光调制器上叠加闪耀光栅后，后续光学元件按照一级像排列，从而移去零级光的影响。 加载全息图后 X-Y 位置可实时调整，快速叠加不同焦距菲涅尔相位图、闪耀光栅相位图等； 空间光调制器可供多种语言调用（labview、C、Python 等）；可编程实现不同数目、不同排列的光阱阵列；   配置标准：   序号 配置 规格 序号 配置 规格 1 激光光源 637nm 激光最大功率1w 4 显微物镜 PLN100× 油浸   NA 1.25 2 空间光调制器 1920*1080   2π 5 照明光源 波长470nm 功率760mw 3 CMOS相机 1280*1024 60FPS 6 相机筒镜 f=200mm 等系列其他配置

当前风力发电技术具有大功率、直驱式、采用变桨距技术等发展趋势。在“十一五”国家科技支撑计划项目“ 1.5MW 以上直驱风电机组控制系统及模块化多重并联变流器的研制”等课题的支持下，研发了具有自主知识产权的 MW 级全功率风电变流器，通过了满功率试验，实现了国产化全功率并网变流器关键技术的突破，可广泛应用于 MW 级直驱式风电机组。另外，自主研发了变桨距系统试验平台，采用“直流伺服 + 超级电容”的技术方案，已完成全部功能试验，其变桨距控制技术可以广泛应用于 MW 级风电机组的变桨距系统。考虑到我国风电产业的发展前景，风电变流器和变桨装置远期发展的空间更加广阔。

本项目针对国内外大规模海上风电场电力并网研究的难点，并依据本研究组已经建立的基于DSP+ARM+FPGA架构的通用分布式控制平台和基于Labview开发的监测平台等先进的技术和工具，从模块化多电平换流器（MMC）动态建模入手，揭示了MMC内部复杂的动态特性并分析了换流器内部动态与外部动态之间的耦合关系，在此基础上提出了通过控制换流器能量来实现内部动态的优化控制，通过优化开关调制序列得到简单有效，适用于实际工程的调制策略，能够降低谐波和损耗。 通过本项目的实施，在探索大规模海上风电场电力并网换流器拓扑和控制策略设计等这一国际新能源接入与并网前沿领域有所进展，为使我国实现清洁的海上风电场电力代替部分化石能源，提高风电并网稳定性和实现“黑启动”向无源网络供电等目标提供技术支持。 在本项目实施过程中，与上海科委合作，利用自主研发的30kW小功率MMC试验样机模拟了应用于海上风电场电力并网的换流器，对提出的优化控制策略进行了实验验证。相关研究成果发表论文6篇，申请国家发明专利2项

近年来,半导体光源正以新型固体光源的角色逐步进入照明领域。由于半导体照明具有高效、节能、环保、使用寿命长、响应速度快、耐振动、易维护等显著优点,所以在国际上被公认为最有可能进入通用照明领域的新型固态冷光源。随着其价格的不断降低,发光亮度的不断提高,半导体光源在照明领域中展现了广泛的应用前景。业界普遍认为,半导体灯取代传统的白炽灯和荧光灯,是大势所趋。而半导体发光二极管（Light Emitting Diode , 简称LED）被认为是最有可能进入普通照明领域的一种绿色照明光源，按固体发光物理学原理,LED发光效率能近似100 % ,并具有工作电压低、耗电量小、发光效率高、响应时间极短、光色纯、抗冲击、性能稳定可靠及成本低等优点,因此被誉为21 世纪新光源,有望成为继白炽灯、荧光灯、高强度气体放电灯之后的第四代光源。虽然LED具有以上的很多优点，但是发光效率和使用寿命仍是制约其普及应用的主要因素。 目前国内大多致力于LED外部封装结构的研究，而公司里多采用进口芯片，如cree芯片，再在现有基础上进行外部封装结构和设计。而即便是散热好，寿命长，取光效率比较好的封装结构，国内所能达到的水平也就是刚刚超出100lm/w。主要原因在于其封装材料的选择和封装结构的不合理性，浪费了芯片的出射光，从而降低了取光效率。而国外LED不仅在外部封装结构，而且在芯片方向都明显优于国内水平，所以基本垄断国内LED的市场，尤其对于功率型白光LED的垄断相当严重。而这些高亮度半导体LED芯片生产技术掌握在以美国Cree和Lumileds、日本的Nichia和Toyoda Gosei，以及欧洲的Osram等为首的少数大公司手中。 现在功率型白光LED 的光效已提高到80～100lmPW,而真正能够取代白炽灯和荧光灯进入通用照明市场,其光效需要达到150lm/ W。这一方面要求在芯片的制作上不断提高LED 的量子效率,同时还要求在LED 的封装及灯具的设计制作过程中尽可能提高出光效率。现有的LED出光效率低的原因之一是，LED芯片的折射率较高，LED发出的光在出射芯片的时候，有相当一部分光被芯片与外界（环氧树脂）的界面反射。本产品是通过特殊镀膜方法，使LED芯片出光效率提高了10%。可以有效的增加LED的使用寿命，达到2万小时以上，而且可以使发光效率达到120lm/w到160lm/w。拥有这样长寿命和高出光效率的白光LED，必将引领整个照明市场，必将产生丰厚的利润，具有非常好的发展前景。

近日，东南大学化学化工学院青年教师陈旭漫博士在国际顶级期刊《Angewandte Chemie（德国应用化学）》上发表题为“Efficient Near-Infrared Emissive Artificial Supramolecular Light-Harvesting System for Imaging in Golgi Apparatus”的学术论文。光捕获过程作为将自然光进行捕获、能量转化并利用的步骤，是植物光合作用中第一个也是十分重要的过程。构筑人工光捕获体系对于光能的利用具有重要意义，但目前构筑具有高效人工光捕获体系仍存在很大挑战。东南大学研究团队利用“杯芳烃诱导聚集”策略，设计合成两亲磺化杯芳烃和阳离子型萘基吡啶衍生物作为荧光给体在水溶液中自组装，并引入尼罗蓝作为荧光受体分子，成功构筑了近红外发射的超分子人工光捕获体系。通过进一步研究，团队发现该体系在细胞内依然保持很高的光捕获效率和高度稳定性，同时证明了其对高尔基体染色的选择性。该研究对于人工超分子光捕获体系传感、成像、诊断等方面的研究有着重要的推动作用。论文第一作者为东南大学化学化工学院青年教师陈旭漫，东南大学为第一通讯单位。