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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

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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

成果的背景及主要用途： 作为国家中长期科学技术发展的 11 个重点领域之首的能源领域，发展高效洁净超(超)临界燃煤发电机组是实现节能减排的重要途径，而蒸汽温度和压力的提高使得高温管道等设备的服役环境更加恶劣，特别在最薄弱的焊接接头部位，频繁的早期失效事故引起的机组非计划停运往往造成巨大的经济损失，甚至导致严重的人员伤亡。因此，对设备进行科学准确的评估与预测，避免突发性的早期失效，是保证机组安全运行的关键。 技术原理与工艺流程简介： 该项目在国家自然科学基金委、天津市科委及电力行业的大力支持下，针对超(超)临界机组关键高温设备，探明了耐热钢焊接细晶区 IV 型开裂、焊缝内部埋藏裂纹、插套焊接头振动疲劳开裂等典型早期失效的产生机理，并提出了耐热钢焊接工艺、现场局部热处理规范、插套焊焊接工艺与焊趾熔修用焊接材料等相应的延寿技术；开发了在役高温设备实时老化性能的微创测试技术与设备，建立了基于蠕变损伤累积的剩余寿命评估技术；揭示了残余应力和拘束水平对蠕变裂纹扩展行为的影响机制，建立了定量考虑这两者影响的高温缺陷寿命预测模型，丰富了高温寿命评估方法。与国内外同类技术相比，该项目提出的寿命预测模型的精度大大提高，延寿技术更科学、全面、有效。 技术水平及专利与获奖情况： 经专家鉴定，达到了国际先进水平。该项目共申请国家发明专利 11 项（已授权 4 项）、获软件著作权 3 项；发表论文 31 篇，其中 SCI 论文 12 篇，EI 论文 9 篇，并多次在国内外学术会议上做大会报告。 应用前景分析及效益预测： 该项目推动了我国超(超)临界机组高温部件寿命评估与延寿技术的发展，解决了超(超)临界机组目前面临的早期失效难题，不仅可保证机组的安装质量，而且减少了不必要的返修，减少机组因非计划停运和检修周期超期带来的巨大发电损失，对机组的安全经济运行具有重要意义。 应用领域：新技术 技术转化条件： 近三年来，该项目开发的寿命评估软件与延寿技术在全国 10 个省市的 16个电厂得到应用，经济效益达 2.3 亿元，取得了显著的社会经济效益。 合作方式及条件：根据具体情况面议