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

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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

由于凸轮机构结构简单紧凑，使用可靠，可以实现各种复杂的运动要求，广泛应用于各种自动机械、  仪器和操纵控制装置。随着社会经济的发展，要求机器的运转速度越来越高，凸轮廓面对机器运动的振  动和噪声影响很大。北工大先后为威海滨田印刷机厂和威海印刷机厂设计了递纸机构中的共轭凸轮，图 1是为设计并加工的共轭凸轮，此共轭凸轮应用于图 2 所示的滨田 492 印刷机，使该印刷机转速由 9000rpm 提高到    15000rpm。基于国家重大科技专项“凸轮式换刀机构加工工艺及产业化”，研究了加工中心自动换刀装置 (ATC) 中的核心驱动件——弧面凸轮 ( 图 3) 的廓面设计，设计的弧面凸轮应用于北一大隈生产车间。

成果基于对地理现象与规律的“格局→作用→过程”的理解，将其抽象为地理空间模式（聚集、关联与演化模式），并针对地理空间模式挖掘的复杂空间关系、自相关与异质性、优化建模等关键科学问题开展研究，构建了面向地理现象理解的地理空间模式挖掘理论与方法。 1.发现了地理实体间空间关系描述的层次性与统计规律，建立了拓扑关系层次化描述模型和度量关系统计描述模型，突破了地理空间模式挖掘中复杂空间关系精细建模与模式认知的基础问题。 2.发现了空间自相关与空间异质性对地理空间模式表现形式影响作用的统计规律，建立了地理空间模式自适应挖掘模型与方法，突破了地理空间模式挖掘中地理要素自相关与异质性建模的关键难题。 3.发现了地理空间模式挖掘过程中模型有效性、模型性能与模型稳定性间的调和规则，结合博弈论与局部搜索策略，建立了地理空间模式挖掘自适应优化模型，提高了挖掘结果质量与稳定性。

成果基于对地理现象与规律的“格局→作用→过程”的理解，将其抽象为地理空间模式（聚集、关联与演化模式），并针对地理空间模式挖掘的复杂空间关系、自相关与异质性、优化建模等关键科学问题开展研究，构建了面向地理现象理解的地理空间模式挖掘理论与方法。 1.发现了地理实体间空间关系描述的层次性与统计规律，建立了拓扑关系层次化描述模型和度量关系统计描述模型，突破了地理空间模式挖掘中复杂空间关系精细建模与模式认知的基础问题。 2.发现了空间自相关与空间异质性对地理空间模式表现形式影响作用的统计规律，建立了地理空间模式自适应挖掘模型与方法，突破了地理空间模式挖掘中地理要素自相关与异质性建模的关键难题。 3.发现了地理空间模式挖掘过程中模型有效性、模型性能与模型稳定性间的调和规则，结合博弈论与局部搜索策略，建立了地理空间模式挖掘自适应优化模型，提高了挖掘结果质量与稳定性。

本课程是设计类专业核心课程，让学生理解商业空间的建构逻辑，能独立进行中小型零售商业空间的策划和设计，培育双创意识和能力。

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