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光現(xiàn)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

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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?qū)е碌奶荻攘Γ荻攘⑽⒘Ｎ蚬廒宓闹行模灰徊糠质枪庾优c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(jīng)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(fā)為偶極子，受到偶極子與強聚焦光場的相互作用力； 相關內(nèi)容： 動手調(diào)節(jié)光路，利用光鑷捕捉并操控小球； 基于空間光調(diào)制器的光鑷系統(tǒng)，通過研究不同算法從而得到加載在空間光調(diào)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(tài)、相位、振幅的聯(lián)合調(diào)制等等。 應用領域： 作為非侵入型的力學操控系統(tǒng)，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(huán)境的改變、形變拉伸、微粒力學參數(shù)的測量等等。將全息光鑷與圖像識別結(jié)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(jié)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(jīng)過擴束后，直徑與空間光調(diào)制器有效區(qū)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(zhuǎn)線偏光角度，使之工作在相位模式下，空間光調(diào)制器的入射角控制在在 5°以內(nèi)。 經(jīng)過空間光調(diào)制器反射的光經(jīng)過由兩個傅里葉透鏡組成的縮束系統(tǒng)，該系統(tǒng)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(tǒng)將激光直徑稍大于顯微物鏡入瞳直徑。 經(jīng)過縮束系統(tǒng)的激光經(jīng)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(diào)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(jīng)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(xiàn)期望的光場分布。   特點： 此方案采用的開普勒式縮束系統(tǒng)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(diào)制器上疊加閃耀光柵后，后續(xù)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(diào)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(diào)制器可供多種語言調(diào)用（labview、C、Python 等）；可編程實現(xiàn)不同數(shù)目、不同排列的光阱陣列；   配置標準：   序號 配置 規(guī)格 序號 配置 規(guī)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(diào)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

厚板焊接作為我國核電、船舶、石化等領域重大裝備的關鍵制造技術，對低熱輸入、高效率、高質(zhì)量的新型焊接方法升級需求極其迫切。窄間隙焊接技術因采用窄且深的坡口，在厚板焊接時具有效率高、填充量少、熱輸入小、變形小等優(yōu)勢，在提高焊接效率和焊接質(zhì)量等方面具有重要應用前景。目前，該類技術在國外核電、船舶等行業(yè)廣泛應用，技術較為成熟。而我國窄間隙焊接技術研究起步較晚，在大厚板核心焊接設備、工藝及材料均受制于人，尤其針對我國國防重點企業(yè)，存在“卡脖子”風險。高端焊接裝備依賴于進口，價格高昂。國外主要生產(chǎn)廠家包括法國寶利蘇迪、日本日立公司、美國電弧機器等，國內(nèi)生產(chǎn)廠家華恒、唐山開元等依賴于國外企業(yè)的專利授權。 國際和國內(nèi)現(xiàn)有技術一般采用鎢極擺動、陶瓷片約束、橫向交變磁場等控制電弧周期性地在兩側(cè)壁之間燃燒，存在裝置復雜、母材被磁化或間隙較大等缺點。為解決窄間隙焊接側(cè)壁熔合的難題，課題組另辟蹊徑，創(chuàng)新性地提出了一種具有完全自主知識產(chǎn)權的“厚板超窄間隙旋轉(zhuǎn)電弧焊接技術及成套裝備”新技術。該技術突破了現(xiàn)有窄間隙鎢極氬弧焊接（NG-GTAW，narrow-gap gas tungsten arc welding）工藝的局限性，已實現(xiàn)壁厚50 mm超窄間隙焊接，能夠更為可靠、簡便地解決側(cè)壁未熔合缺陷問題。相對于國內(nèi)外的現(xiàn)有技術，該技術形成的旋轉(zhuǎn)電弧能夠有效改善電弧熱量及壓力的均勻性，在保證熔敷金屬質(zhì)量均勻的同時避免熔深過大，具備高質(zhì)量、高效率的突出優(yōu)勢，達到國際先進水平，已在國防、核電、QT等工業(yè)領域推廣應用。同時，研究團隊自主設計研發(fā)了面向核電、石化、船舶等裝備的大厚板非軸對稱旋轉(zhuǎn)鎢極超窄間隙GTAW成套裝備（圖1），可實現(xiàn)板厚超過150 mm、窄間隙5 mm——9 mm的厚壁材料高質(zhì)量自動化焊接。 圖1 大厚板非軸對稱旋轉(zhuǎn)鎢極超窄間隙GTAW成套裝備 該設備特別適用于厚壁不銹鋼焊接、鈦合金、980高強鋼、9Ni鋼等特種材料，在核電、軍工、石化等領域具有廣泛的應用前景。目前處于國際先進水平的寶利蘇迪公司生產(chǎn)的單套設備售價高達380萬元，國產(chǎn)設備售價也達到150——200萬元水平。而自主設計研發(fā)的設備單套成本僅約30萬元，能夠產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益。