激光光阱中微粒的光致旋转

光致旋转是实现微机械马达的有效手段，它是在光镊（或者称激光光阱）对微粒的三维操作基础上又增加了一维角向的操作，这对微操作是具有重要意义的。光镊的出现促进了光致旋转的发展，本文概述了近年来国际上利用光镊实现光致旋转的研究进展。根据所利用的自旋角动量和轨道角动量的动量类型，讨论了现有的多种光致旋转方法，并进行了比较，给出所用样品粒子的种类及特性、光束和实验装置的特点以及最终所获得的结果。     

拖曳法测量微粒光阱力和光阱刚度的实验研究

采用聚焦激光束拖曳扩散悬浮在液体中透明的电介质小球,对3种半径范围从0.5μm到22.0μm的微粒进行了最大横向光阱力的测量,得到了PN量级的光阱力。对于其中尺寸较大的聚甲基丙烯酸甲脂(PM-MA)小球,测量了不同拖曳速度下球心偏离光阱中心的位移Δx,计算了该条件下的光阱刚度。对光阱外缘区也进行了光阱力测量,并得出光阱力随Δx的变化关系以及光阱力的作用范围。对同一实验条件下不同半径酵母菌的最大光阱力及光阱刚度的比较测量发现,随着酵母菌半径变大,在液体中匀速运动的临界速度变小,受到的最大光阱力变大,但光阱刚度降低。     

基于MATLAB的单光阱光镊中光阱力的分析

在几何光学近似下,对米氏球状粒子所受轴向光阱力进行了数值计算。仿真结果给出了轴向稳定捕获区域和光阱力与光镊系统主要参数的关系。分析表明,激光束束腰半径越小,势阱越深;相对折射率、激光波长、功率等参数对光阱力也有一定影响。数值仿真为实验中参数的选择提供了依据。     

悬浮光力传感技术研究进展(特邀)EI北大核心CSCD

悬浮光力传感技术利用真空环境的光阱实现对微纳尺度机械振子的悬浮和囚禁,将待测物理量转换为光悬浮机械振子运动参数的变化,理论上该振子与外部环境热噪声和振动完全隔绝,具有极高的测量分辨率潜力和易于小型化的独特优势。该技术在精密测量、微观热力学研究、暗物质观测、宏观量子态操控等领域具有广阔的应用前景。首先,阐述了悬浮光力系统中光力与光阱的基础概念和力学测量等基本理论;其次,介绍了其中初始起支、光力增强、位移测量、输出信号标定和等效反馈冷却等关键技术的研究进展,对比分析各子技术的特点,随后列举了悬浮光力传感技术在极弱力、加速度、微观质量、电学量、力矩等物理量测量中的典型应用;最后,总结了该技术的发展趋势,并提出相关建议。     

双光阱法测量光阱横向力场分布

提出了用双光阱法测量光阱外缘区力场的方法,建立了双光阱实验装置,其特点是利用一个光阱作为标尺完整测量待测光阱外缘区横向力场分布,测量空间分辨率为10 nm。结合流体力学方法,从实验上给出了完整的光阱横向力场分布。光阱横向力场分布的实验结果与理论计算相符合,对实验结果与理论值存在的差异也进行了分析和讨论,指出了除已有的理论计算采用的几何光学近似模型与实验条件有差别外,粒子在实验过程中伴随的轴向位移也是造成这种差异的主要原因。     

光阱阱位的观察与调节

分析了用于形成光阱的激光束腰与显微镜耦合时的成像规律，根据镜面反射原理，提出了用玻片来观察激光束腰，判断光阱的位置，并测量阱位相对物平面的偏离量的方法；进一步运用高斯光束的透镜变换理论，通过改变入射激光的束腰位置，在实验上实现了光阱阱位的精细调节。     

光阱式光探测器骨架的设计

光阱式光探测器的优点是增大响应信号,减小测量信号的反射比,因而问世20年来应用大增。本文先说明了骨架设计中消偏振的理论考虑,然后详细介绍了铟镓砷光电探测器骨架的设计步骤,这对硅光电二极管的骨架设计同样有用。文中还附上了实物照片,以便于感兴趣的读者参考。     

GaAs／AlGaAs非对称耦合双阱光荧光的温度依赖关系

报道了ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ非对称耦合双量子阱ｐｉｎ结构在不同温度下的光荧光谱，观察到宽阱与窄阱重空穴激子峰荧光强度随温度上升而较快下降的不同变化关系，结果表明窄阱电子的热发射是导致窄阱光荧光强度随温度上升而较快下降的主要原因。同时观测到宽阱轻空穴激子峰强度特环的温度依赖关系，并分析了其物理机制。     

旋转玻片法实现分时复用多光阱

利用倾斜放置于光镊光路中的旋转玻片对激光束进行斩波可以实现分时复用多光阱.详细讨论了光镊光路中引入玻片后,光阱位置的变化随玻片位置、厚度以及倾斜角度等因素的变化关系.设计了可以加载不同厚度玻片的8孔转盘,通过直流电机带动转盘旋转实现玻片对激光束的机械斩波,进而获得分时复用多光阱.利用分时复用多光阱实现了两个、三个不同大小聚苯乙烯小球的稳定捕获,通过改变玻片倾角可以改变光阱之间的距离,实现对捕获小球距离的控制.给出了分时复用多光阱的初步结果,从实验上证实了方法的可行性.     

基于光频谱分析的高精度FBG阵列参数的检测

生产后期对半成品FBG阵列进行参数校正可有效 降低成品FBG阵列的参数误差。分别 应用光纤模式耦合理论和光傅里叶变换分析FBG阵列的频谱特性,比较半成品FBG阵列的频谱 特性与目标特性的误差,通过VSLMS算法迭代更新FBG阵列的参数值,使其频谱特性不断接近 理想曲线直至误差满足设置值。应用两种频谱分析方案分别对单FBG、二阶FBG及四阶FBG阵 列的频谱特性进行分析,结果显示模式耦合理论分析比傅里叶变化分析性能更优,分别使FB G阵列制作误差降低至－43.6 dB、－33.6 dB 、－24.6 dB,相比傅里叶变化分析分别提 高了36.7 dB、30.4 dB、22.5 dB,其分析优化程度随着FBG阵列中FBG个数的增加而降低。     

高精度数字式光学膜厚监控系统

通过对光学膜厚监控系统中光路部分、电路部分以及信号处理部分的噪声分析,设计出频率稳定性良好的斩光器、低噪声光接收电路和具有较强抗噪声性能的数字式锁相放大器,从而显著地提高了系统的精度和稳定性,为提高镀膜成功率和薄膜性能创造了有利的条件。将该系统应用于镀膜系统中,实验结果证实了该系统具有较高的精度和稳定性。     

光学精确制导技术的发展现状与展望

光学制导是精确制导的重要组成部分,重点介绍了光学精确制导技术中电视成像、红外、激光、光纤、星光和光电多模复合等几种制导典型形式,在分析精确制导技术国内外发展现状和发展趋势的基础上,提出了精确末制导技术的主要发展方向.     

高精度激光脉冲测距技术

激光测距技术是影响机载三维激光雷达性能的重要因素,研制高精度的激光测距系统对提高机载三维激光雷达的性能具有重要意义.开展了激光脉冲静态测距实验研究,对弱光探测和时间间隔测量技术进行了相应的研究,建立了激光测距实验平台和测量装置.通过选择合适的光电探测器和高性能的时间测量电路,初步实现了高精度激光脉冲静态测距,激光测距精...     

光学颗粒计数测量技术的理论模型

光学颗粒计数测量技术,以激光器作光源利用高灵敏度光电探测器件逐个测量被测颗粒的散射光,从而获得微米级颗粒的尺寸和数量参数。该技术对微电子、医药、机械工程、石没等许多工业领域具有重要意义。本文拟对该技术所需的理论基础,从物理和数学的角度较全面地加以阐述,从而建立超一套实用化的理论模型。     

单幅干涉条纹图的高精度波面重建技术

结合莫尔条纹、傅里叶变换和数字相移技术实现了对单幅干涉条纹图的高精度相位计算和波面重建.首先,用计算机生成与被处理干涉条纹频率相近的数字相移条纹图,与实际干涉条纹图叠加得到相移莫尔条纹图;然后,利用傅里叶变换、双频滤波、傅里叶反变换和相移技术得到干涉条纹图的相位数据;最后利用波面拟合技术重构原干涉条纹图对应的波面形状.研究结果表明,该技术不仅消除了干涉仪硬件相移产生的非线性误差和滤波时的频谱移中误差,高精度获得了单幅干涉条纹图对应的波前,而且简化了系统的机械结构.同时,对环境的要求明显降低,特别适用于生产现场的检测.     

基于颗粒物光学检测技术的大气沙尘气溶胶 形貌、混合态研究进展

大气中的沙尘气溶胶颗粒物会通过与太阳辐射相互作用、参与云的形成过程等, 对气候系统产生强烈影响。 对流层中的沙尘气溶胶通常是含有各种粒子成分的不均匀混合物, 只有通过详细了解单个沙尘粒子的理化特性才能 充分认识其对气候的影响效应。基于此, 对过去 20 年基于光学方法对大气沙尘气溶胶观测分析的研究进行了全面的 综述。回顾了利用电子显微镜、激光雷达以及单颗粒质谱等光学技术的研究成果, 简要介绍了基于扫描电镜和能谱、 偏光特性、非对称因子等的观测分析技术, 并讨论其优缺点; 总结了沙尘气溶胶形貌、混合态特征研究, 讨论其参与大 气物理化学过程的主要方式; 讨论了污染沙尘的光学性质、吸湿特性及成核能力, 这些特性都对气候变化和预测有重 要影响。大气中的沙尘气溶胶是复杂多样的, 如何将精确的单粒子分析技术和快速响应的在线检测技术结合将是未 来大气探测的研究重点, 这些研究成果也将进一步扩展到气溶胶的环境和气候影响研究, 以及人类健康风险评估中。     

光脉动法颗粒粒径测量中的消光系数曲线拟合研究

消光系统在光脉动法颗粒粒径测量技术中是一个十分重要的物理量,但现有的消光系数处理方法有许多不完善的地方。本文用分段最小二乘法拟合消光系数曲线,给出相应的分段表达式。该方法简化了消光系统的计算过程,能够满足工程测量的精度要求,有助于光脉动法在线测量的实现。     

太赫兹技术用于精准农业污染检测探索研究

利用太赫兹光谱技术进行了土壤中重金属铅含量检测研究,太赫兹光谱是一种拥有多种独特性质的新型安全检测技术,前期实验结果证明该研究具有一定可行性。制备了不同浓度的含铅污染土壤样品,研究并确定了压片法制备参数,然后在首都师范大学太赫兹实验室开展了样品测量实验,获取了有效数据。分别采用偏最小二乘和区间偏最小二乘法对太赫兹全谱数据进行了建模和预测,结果表明经优化的预测结果相关系数达到0.81,证实了该方法可行。借助于该检测手段,可以得到农田的重金属铅污染分布图,然后根据污染图进行污染治理和农田土壤有效管理,从而提高农田的生产能力。为精准农业中农田重金属污染快速检测、实现农业可持续发展提供参考。