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

近年来，超材料虽然取得了长足发展，但仍存在一些瓶颈问题：1)基于等效媒质超材料的新物理现象和新应用需要挖掘；2) SPP超材料一直是物理学家的领地，以验证新物理现象为主；3) 超材料对电磁波的凋控大多是静态的，一旦制备成型其功能即被㈣化，+能实时地调控电磁波。为解决上述问题，该项对微波超材料进行了系统性研究。 在等效媒质超材料方而，提出并制备了柱坐标系下各向异性零折射率超材料，突破了h然界域小辐射单元（电偶极子和磁偶极子）双定向辐射的限制，实现了完美的电磁波全向辐射及高效空间功率合成。提出•种三频段超材料完美吸波器，可在三个设计频段实现电磁波在大角度范围内、 对极化不敏感的近乎完美吸收。基于变换光学原理，提出一种低损耗电磁幻觉器件，可按照需求有0的地操控0标对电磁波的雷达散射特征。提出并制备了宽带、低损耗的全介质超材料放人透镜，打破衍射极限的限制，实现了超分辨率的微波成像。该研究促进了等效媒质超材料的发展。

我国面临着能源短缺与大量石油资源未能有效开发利用的突出问题，目前平均石油采收率 不及35%，约有2/3的石油资源留在地下有待开发。微生物采油是一项经济有效的提高原油采 收率技术，该技术具有成本低、不伤害储层、环境友好等特点，符合能源与环境协调可持续发 展的战略方向。近10年来，针对微生物采油技术的难题进行攻关，系统地研究了微生物在位繁 殖效应与驱油机制和微生物驱油传递与界面反应过程，提出并建立了驱油过程中微生物在位繁 殖效应模型；引入现代分子生物学技术，发展了油藏微生物群落结构与功能微生物的动态监测 与评价技术；开拓性地建立了微生物采油调控技术体系。

有源相控阵雷达是现代战争中的“千里眼”，是实现战场感知和远距离精确打击的必要手段，在预警、扫描、警戒、火控等多方面有着重要应用，已成为电子战和信息战的核心装备。大型有源相控阵雷达在服役过程中会受到环境载荷的影响产生结构变形，进而导致天线电性能的恶化，包括波束指向精度降低、副瓣电平抬升等，降低雷达的探测性能。 为此构建有源相控阵雷达稳健服役调控系统，实现对阵面结构变形数据的实时反馈与快速反演，进而实现雷达天线电性能的实时评估与补偿，使雷达整备能够高效服役。 目前已研制有源相控阵雷达稳健服役调控系统一套，并成功在中国电子科技集团公司下属研究所某型号车载雷达进行试验验证，达成主要指标：阵元位移重构精度均大于95%，系统效应时间小于 50ms，其余各项指标均满足军品要求。 主要技术指标 （1）在给定模拟载荷条件下，天线阵面俯仰倾斜角精度：≤ 3 分，响应时间：≤ 0.05 秒； （2）在给定模拟载荷条件下，天线阵面水平倾斜角精度：≤ 3 分，响应时间：≤ 0.05 秒； （3）在给定模拟载荷条件下，试验阵天线阵面所有阵子波束指向精度：≤ 3 分，响应时间：≤ 0.05 秒； （4）在给定模拟载荷条件下，各天线阵子安装面法向位移测量精度：≤ 5%；满足常规军用雷达的环境适应性要求、安装与测试要求、维修性要求。 相关成果 有源相控阵雷达稳健服役调控系统软硬件一套，包含应变传感器最优布置方法、数据采集硬件系统、传感器数据处理算法以及模型修正算法和有源相控阵雷达性能补偿综合软件平台等。

该成果曾经获教育部科技进步奖一等奖、 国家自然科学二等奖。 该成果在“水稻胚乳细胞的增殖和充实规律及其机理、根系代谢活性与籽粒充实的关系及其机理、植株衰老-物质运转-籽粒充实的关系及其机理、亚种间杂交稻籽粒充实不良的成因及其生理机制”等研究方面填补了国内外研究的空白， 提出了按叶龄期控制土壤水分的旱育秧壮秧培育技术、实地实时因种施肥技术、控制低限土壤水势全生育期干湿交替灌溉技术和化学调控技术等关键技术，建立了促进水稻籽粒充实的理论与技术体系。