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

与高速飞行的飞机不同，微小型无人机体积小，重量轻，飞行速度低，更容易受到环境湍流的影响，需要高灵敏度的小型气流传感器提供全面的空气动力学信息。如何让微小型无人机像鸟类一样感知和操纵气流一直是航空和传感器领域的难题。 面向微小型无人机的飞行参数测量，北航研发团队研制出一种基于氧化钒的高灵敏度柔性流速传感器，实现了0.11 mm/s和0.1°的超高流速和角度分辨力，实验验证了攻角、侧滑角和空速的多参数感知能力，并完成了微小型无人机飞行速度以及机翼微振动的测量，为微小型无人机提供了低成本、高精度的大气参数传感方案。 该传感器基于量热式原理，由中心微加热器产生恒定温差，四周的热敏电阻阵列测量温度分布，根据热敏电阻阵列测得的温度差准确反映流速大小及方向。采用悬空型隔热结构以及高电阻温度系数材料氧化钒作为热敏电阻以增大传感器的测量灵敏度。在聚酰亚胺基底上通过MEMS工艺加工了总厚度90μm的超薄柔性流速传感器，实现了微小型无人机的曲面贴附功能。经风洞测试，流速传感器的理论分辨力达0.11 mm/s,流速测量重复精度约为测量值的0.5%，响应时间约为20ms。在10 m/s时，流速传感器的最大角度灵敏度为36.7 mV/deg，噪音水平为1.78 mV，根据2σ准则计算出其理论角度分辨力为0.1°。 研究团队已经完成流速传感器工程化样品的制备，并将两个流速传感器装载到一个微小型无人机平台上进行飞行参数感知应用。结果表明平均飞行速度的估计误差低于0.2 m/s。由于流速传感器的高灵敏度特性，它甚至捕捉到了机翼的微振动信息，并与外置IMU模块显示了相同的机翼振动频率。这项研究展示了一种柔性高灵敏度流速传感器，拓宽了流场感知在微小型无人机姿态检测、空速估计以及飞行安全监测方面的应用，为无人机的飞行参数测量提供了创新的设计思路与发展前景。

首先，一种大头基的表面活性剂(DEAB)可以与反电荷的多头配体(TPE-BPA)得到一种纳米尺寸的无规配位簇，而后金属离子(Zn2+)的加入则可迅速使之交联形成无定形的白色沉淀物。通过自发的结块过程，沉淀中的分子可进一步发生重排运动，并使其由白色粉末状的固体在短时间内转变形成透明且可自支撑的薄膜材料。