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光現象資源箱 型號：QWG1208 ? 實驗清單： 光在空氣中直線傳播實驗 面鏡成像觀察實驗 ? ? ? ? 透鏡成像觀察實驗 影子觀察實驗

含電路板、散裝元器件、制作說明書等

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原理介紹： 光在與微粒的相互作用中，會將自身攜帶的動量傳遞給微粒，對微粒施加力的作用。在光鑷中，處在激光中的粒子所受的力有兩種：一部分是電磁場分布不均勻導致的梯度力，梯度力將微粒吸引向光阱的中心；一部分是光子與粒子相互作用導致的散射。針對不同大小的粒子，大致可以分為三類： 一、微粒的尺度遠大于激光波長，可以采用幾何光學近似模型，光線在微粒經過折射反射，將動量傳遞至微粒上； 二、微粒尺度跟激光波長相近，這種情況下可以通過電磁場麥克斯韋方程組求解； 三、微粒尺度遠小于激光波長，微粒在光場中被激發為偶極子，受到偶極子與強聚焦光場的相互作用力； 相關內容： 動手調節光路，利用光鑷捕捉并操控小球； 基于空間光調制器的光鑷系統，通過研究不同算法從而得到加載在空間光調制器上的全息圖、更加深入地研究特殊模式光束在光學微操縱中的應用、拓展光鑷與其他學科交叉的應用前景以及對光場偏振態、相位、振幅的聯合調制等等。 應用領域： 作為非侵入型的力學操控系統，光鑷可以應用于細胞生物學、氣溶膠科學、物理化學等交叉學科的基礎研究，包括細胞微環境的改變、形變拉伸、微粒力學參數的測量等等。將全息光鑷與圖像識別結合，可以做到自動捕獲粒子和分揀， 將全息光鑷與光學顯微鏡相結合，可以量化細胞、分子的動力學特性，在細胞生物學中有巨大的研究空間； 方案介紹： 光路圖：   上圖為本方案全息光鑷裝置的光路示意圖。首先激光經過擴束后，直徑與空間光調制器有效區域的短邊直徑相等，擴束后的激光依次通過線偏振片、半波片和非偏振分光棱鏡。用半波片旋轉線偏光角度，使之工作在相位模式下，空間光調制器的入射角控制在在 5°以內。 經過空間光調制器反射的光經過由兩個傅里葉透鏡組成的縮束系統，該系統能改變光斑尺寸確保光束直徑與顯微物鏡的入瞳直徑匹配。對于外圍光強較弱的高斯光束，利用此縮束系統將激光直徑稍大于顯微物鏡入瞳直徑。 經過縮束系統的激光經過 45°直角反射鏡，二向色鏡將激光透射進入顯微物鏡，同時讓照明光源透過，從而使 CMOS 相機采集到樣品像。空間光調制器位于第一個傅里葉透鏡的焦距處，全息圖與物鏡入瞳是共軛像面，所以全息圖經過顯微物鏡做傅里葉變換后在顯微物鏡焦平面即樣品面上再現期望的光場分布。   特點： 此方案采用的開普勒式縮束系統透鏡間的焦平面與樣品面是共軛的，在透鏡焦平面加入高通濾波器或在空間光調制器上疊加閃耀光柵后，后續光學元件按照一級像排列，從而移去零級光的影響。 加載全息圖后 X-Y 位置可實時調整，快速疊加不同焦距菲涅爾相位圖、閃耀光柵相位圖等； 空間光調制器可供多種語言調用（labview、C、Python 等）；可編程實現不同數目、不同排列的光阱陣列；   配置標準：   序號 配置 規格 序號 配置 規格 1 激光光源 637nm 激光最大功率1w 4 顯微物鏡 PLN100× 油浸   NA 1.25 2 空間光調制器 1920*1080   2π 5 照明光源 波長470nm 功率760mw 3 CMOS相機 1280*1024 60FPS 6 相機筒鏡 f=200mm 等系列其他配置

成果與項目的背景及主要用途：目前，多軸拉扭疲勞試驗機多采用液壓系統 實現，液壓疲勞試驗機主要存在以下幾個問題：1、液壓系統的量程較大，無法 滿足小型試件的精密試驗；2、動態響應速度慢，無法進行高頻疲勞試驗；3、功 率大，試驗過程中產生較多熱量，試驗機進行高周疲勞試驗時會有散熱問題。因 此，液壓試驗機無法滿足微電子材料、高分子材料等各種新型材料的力學性能測 試要求。 本試驗機可以滿足新型材料的拉扭復合應力下微電子材料、高分子材料等各 種新型材料的力學性能的測試。 技術原理與工藝流程簡介：音圈電機是本試驗機的基本作動單元，該電機具 有卓越的直線進給運動控制功能。其工作原理是利用通電線圈在恒定磁場中受電 磁力作用，力的大小與磁場強度、線圈運動速度及通電電流成正比。當電機型號 確定，磁場強度也就確定，因此電機的作動單元可根據需要形成力矩環或速度環 的閉環控制方式。電機的動態響應性能優越，運動加速度可達到 20g。同時，輸 出力與通電電流成正比，可方便對輸出載荷的大小進行控制調節。將電機控制器 與上位機相連，可單獨對電機進行控制或與上位機通訊控制。電機控制器提供 AD 輸入接口，可以將外部載荷傳感器信號輸入形成閉環控制，或采用電機控制 器的命令將信號讀出進行顯示和存儲。扭轉方向采用微型直流電機與減速器配合 使用，可在保證 0.0068 度的角度控制精度下輸出 1N·m 大小以內的扭矩。采用 與直線動動方向相同的控制器對扭轉方向的運動進行控制。扭矩的大小同樣可以 通過外部扭矩傳感器測量得到后輸入到控制器進行處理。 試驗機的控制裝置為全數字閉環控制系統，兩種控制模式（載荷、位移） 可根據需要自由選擇。由于位移控制的精度極高（最大分辨率 1um），經標 定可以將位移信號用作應變信號。軸向運動與扭轉運動由獨立的控制器分別 控制，兩通道可無干擾的異步工作，也可同步協調工作。控制波形由音圈電 機控制器的內部數字寄存器產生，可生成三角波、正弦波、方波、斜波、梯 形波等各種控制波形。合理的設置拉扭方向的控制方式及波形、頻率，可實 現比例路徑和各種非比例路徑的加載，用于研究金屬、非金屬材料在多軸非 比例加載條件下的力學響應。通過將電機控制器與上位機相連，可以把試驗 過程中的載荷、位移信號在上位機實時顯示、控制或存儲以備后續處理。 音圈電機控制器可以解釋和執行 ASCII 碼命令，可利用 VB 或 Delphi 等編程 語言制作疲勞試驗程序界面，形成上位機對音圈電機的控制。控制器對單條指令 的解釋時間不超過 200μs，可以滿足疲勞試驗動態響應要求。自主開發的疲勞 試驗程序功能主要包括初始化電機控制器的控制參數，對試驗數據如軸向力、位 移、扭矩、轉角進行實時顯示和存儲，設定試驗參數，對電機進行位移和載荷方 式保護等。 技術水平及專利與獲獎情況：試驗機具有精度高、響應快、功耗小、易操作 等主要特點。拉扭電機及拉扭傳感器均為美國原裝進口。 拉伸載荷±100N；扭轉載荷±1Nm；位移行程 50mm；頻率 0.01-80Hz。 [1] 專利：微型寬頻拉-扭疲勞試驗機，申請號：2004200298116，已授權。 [2] 專利：高頻響應高溫拉-扭疲勞引伸計，申請號：2004100721891 應用前景分析及效益預測：將單軸疲勞模型應用到多軸情況已不能滿足現代 工業的設計要求，因此材料多軸疲勞的試驗研究已成為疲勞領域的重要課題。隨 著新材料，如高分子材料，電子材料的涌現，對其力學性能的試驗研究有很大的 需求。 應用領域：材料的力學性能試驗，包括單軸拉伸，扭轉，拉扭復合的疲勞試 128天津大學科技成果選編 129 驗。 合作方式及條件：可提供現成產品，或技術轉讓。 

真空電子器件（如X射線管、微波管、陰極射線管等）廣泛應用于航空航天、醫療健康和科學研究等重要領域，但面臨體積大、功耗高和難集成等問題，解決這些問題的一個方案是實現微型化的片上真空電子器件。電子源是所有真空電子器件必不可少的關鍵元件，當前，電子源的微型化和片上化是限制真空電子器件微型化和片上化的主要瓶頸之一，因此高性能的片上微型電子源是真空電子學領域急需的一種電子元器件。 片上微型電子源的研究始于1960年，目前已有多種片上微型電子源。然而，現有的片上微型電子源的整體發射電流較小，很難滿足較多的應用需求。 本項目研發出一種新型的片上微型電子源，具有優良的綜合性能，有望在片上微真空系統和微小型真空電子設備領域取得突破。

小試階段/n柱塞式注射機的特點是注射壓力高，物料返流小，計量精確。缺點是塑化質量不好。螺桿式注射機的特點是塑化質量相對比較好，螺桿比較長，物料返流大，計量不精確。上述注射機的動力一般采用位置精度和速度精度不高的液壓系統，難以實現精密注射。國內的精密注射成型機由于性能和價格問題而用得比較少，即使有，也是采用從國外進口的精密液壓伺服系統注射成型機，絕大部分仍然采用普通的注射成型機，難以滿足諸如汽車、電子、建筑等行業日益增長的高性能要求。長期以來，國內外一直沒有間斷過對新的注射成型裝置原理的研究，其中，比

成果創新點 熒光顯微鏡是記錄動物腦內神經細胞活動的裝置，而 微型化到數克可實現動物在運動時可背負裝置。該裝置是 解析動物腦內神經元活動如何編碼行為和外界感知信息等 大腦工作原理。1.裝置的無線化，實現大型動物清醒自由 移動狀態下的腦活動成像，客服目前有線的產品只能用于 小鼠成像的局限；2.自動的動物手術裝置；3.圖像數據的 無源傳送。 技術成熟度 關鍵技術研發階段，有線微型熒