磁光成像传感无损检测技术现状与展望

针对检测铁磁性工件缺陷过程中的技术问题,介绍了一种基于法拉第效应的新型磁光成像传感无损检测技术。阐述了磁光成像传感无损检测技术的基本原理和实验系统,通过对磁路机理及励磁方式的论述,总结出了磁场激励规律,以及寻找了最佳励磁方式的技术难点;分析了磁光图像缺陷信息提取算法以及神经网络预测分类模型,指出了如何将磁光成像传感检测与人工智能相结合的关键问题;列举了几种主要无损检测技术的特点,并归纳了磁光成像传感检测技术在航空航天、焊接等领域的应用;最后对磁光成像传感无损检测技术的主要问题和发展方向做出了总结。研究结果表明:磁光成像传感无损检测技术具有独特的优越性,可以为高精度无损检测自动化、图像化、智能化的实现提供新的研究方向。     

基于有限元接触变形的光波导三向力触觉传感系统

通过有限元分析方法对一种新型光波导三向力触觉传感系统进行理论探讨和仿真实验，提出相应的数学模型，并设计专门的实验传感系统，实验数据结果验证了理论分析，从而在理论和实验上证明了该新型光波导三向力传感方案的可行性。     

基于T矩阵的激光光阱力计算

在一定条件下,经过高数值孔径聚焦后的激光可以捕获大小从约几十纳米到几十微米范围内的微粒,这种技术叫做光镊,光镊技术广泛应用于许多生物领域.虽然光镊本身结构简单,用单光束就可以捕获单个粒子,但对光阱力的精确计算却存在一定的难度.虽然一些近似的方法如几何光学或瑞利假设可以用来进行光阱力的计算,但这些方法仅在一定限制范围内适用.本文把电磁散射理论作为一种通用的方法来解决光阱力的计算问题,论述了如何使用T矩阵方法进行光阱力计算并给出了一些数值结果,证明了T矩阵方法在光阱力计算方面的能力和效率.此外,本文还分析了一些对光捕陷效率的影响因素.     

拉盖尔-高斯光经超表面的聚焦特性

为了研究椭圆偏振拉盖尔-高斯光经超表面的聚焦特性,重点分析了聚焦光场的电场强度以及相位分布特性。利用时域有限差分(FDTD)方法仿真椭圆偏振拉盖尔-高斯光经超表面的聚焦光场。研究表明,椭圆偏振拉盖尔-高斯光经超表面聚焦后会在聚焦光场的纵向分量电场中出现自旋角动量转化为轨道角动量的现象,通过改变超表面的数值孔径大小、拉盖尔-高斯光的偏振类型等参数可以调控涡旋光场形态分布。该现象可应用于光镊、量子加密、光学扳手等技术中。     

光波导三向力触觉传感技术的研究

本文提出了一种新型光波导三向力触觉传感技术,论述了其工作原理和基本结构,并根据工作原理设计了实验系统。实验结果证明了该新型传感系统的可行性和理论结论的正确性。     

太赫兹光致力近场显微成像技术及应用研究

设计并搭建了太赫兹光致力显微成像系统(THz PiFM),首次在太赫兹波段实现了近场光力纳米显微成像测量。该系统基于原子力显微镜,利用探针对所受力的灵敏检测能力,通过探测探针与样品之间近场偶极相互作用产生的光场梯度力,实现无探测器的太赫兹近场显微成像。利用该系统,对可见光激发下的单层MoS₂晶粒进行了近场纳米显微成像表征,并分析了晶粒边缘近场光力信号增强的机制。研究结果表明,THz PiFM对二维材料中的载流子具有高灵敏的探测能力。与传统的太赫兹近场显微成像技术相比,THz PiFM无需太赫兹探测器,而且可获得更加优越的空间分辨率和成像信噪比,是一种低成本、高性能的新型太赫兹近场显微成像技术。     

基于PVDF膜的三向力触觉传感头设计

本文提出了一种基于PVDF膜的新型三向力触觉传感技术,阐述了触觉传感头的设计思想和基本结构,并从原理上进行了分析,得到了计算空间三向力的公式,为实现新型的能用于智能机器人触觉的力传感系统打下了基础.     

稀土石榴石磁光传感的研究

磁光传感是研究应用介质的法拉第效应检测外界磁场和电流的一种新型传感技术。本文研究的光纤磁光传感系统以稀土石榴石单晶薄膜为磁光介质。可检测≤10mT 的交直流磁场及相应的电流。线性度≤±1.5%,误差≤1.5%(满度)。     

基于飞秒激光的可运动微结构加工与旋转驱动

微驱动技术由于驱动方式的多样性和应用的广泛性,在近年来受到了越来越多的关注。本文提出一种利用飞秒激光同时实现微结构加工和旋转驱动的技术。利用双光子聚合加工直径20~30μm的微转子结构,然后结合空间光调制器调制出带有光学轨道角动量的光场,实现对微转子结构的旋转驱动,并获得了40 r/s的转动速率。详细介绍了利用飞秒激光直写技术加工可运动微转子结构的实验过程与优化参数,利用空间光调制器生成了不同拓扑荷的涡旋光,研究了其传播与聚焦特性,并用于驱动转子的顺、逆时针旋转运动。这种可控光学驱动技术在微流控、光镊技术、靶向药物运输、细胞动态行为等领域具有广阔的应用前景。     

光镊技术及其在染色体研究中的应用

引入并介绍光镊的物理原理及其进展,结合详细的医学研究工作,总结了光镊技术在染色体中的具体应用情况。由于光镊具有无直接接触、无损伤等诸多优点,且光镊产生的力在皮牛顿量级,正好落在生物大分子相互作用力的范围,故用光镊捕获染色体的不同成分,可实现了DNA分子的扭转和打结,并实现了对人类染色体操控和鉴别。光镊技术有望成为在分子水平上对各种活细胞的检测、诊断的先进工具,具有非常广阔的前景。     

NIM-Sr2 锶原子光晶格钟物理系统研究

锶原子光晶格钟在基础物理研究和时间频率精密测量领域中占有重要的地位。 中国计量科学研究院在第 1 套锶原子 光晶格钟 NIM-Sr1 的基础上,开展了进一步提升光钟性能的研究,研制出了第 2 套锶原子光晶格钟 NIM-Sr2。 NIM-Sr2 的物理系 统在量子参考体系制备、钟激光探寻及系统频移评估等方面进行了重新设计。 在原子炉和磁光阱之间新增真空差分结构,使原 子炉的运行对磁光阱区域真空压力的影响降低到 1×10 -8 Pa;将塞曼减速器中的通电线圈替换为永磁铁,优化了水冷反亥姆霍 兹线圈的缠绕方式,并向外延伸塞曼减速器通光窗口,把磁光阱区域环境温度的不均匀性降低到了 0. 166 K。 系统频移评估表 明,这些物理系统的改进显著减小了 NIM-Sr2 的系统频移不确定度,达到了 7. 2×10 -18 。     

基于双芯光纤耦合器的高纯度涡旋光产生研究

为了实现全光纤化轨道角动量(orbital angular momentum,OAM)模式产生系统,设计了一种基于标准单模光纤和环芯光纤的双芯光纤耦合器结构.基于模式匹配法和相位匹配原理,仿真计算了双芯光纤耦合区中轨道角动量模式光场及相位的变化.结果表明:当单模光纤中的光场耦合到环芯光纤时,会在环芯光纤中激发出多种高阶...     

多局域空心光阱及其光场调控

本文通过一种产生多局域空心光阱的光学系统,研究了光阱位置与反射镜偏转角度的关系.基于衍射积分和矩阵光学的理论,分析并计算了入射光源经过光学元件后的光场分布,通过调控反射镜的偏转角度,可以实现光阱位置的任意变换,达到精确捕获和囚禁微粒的目的.当两个反射镜偏转角度的关系为θ1-θ2=90°时,变换的光阱位置在一条倾斜的直线...     

光阱位置操纵系统的研究

利用He-Ne激光器,在LEICADMIRBE倒置显微镜上建立了可对生物样品进行三维操纵的光镊系统。在光镊的研制过程中,我们重点对光阱的横向位置操纵系统进行了研究。理论分析及实验表明,利用平移反射镜及转动反射镜的方案均可实现光阱位置的横向操纵。本文对平移反射镜及转动反射镜实现光阱位置操纵的机理进行了详细的论述,并对操纵过程中保证光阱质量不发生变化的条件进行了理论分析和说明。此外,比较分析表明,与平移反射镜系统相比,转镜系统在光镊技术中的应用可加快光镊操纵速度、简化光阱位置操纵系统的复杂程度、有利于系统开发成本的减少及开发周期的缩短。     

光纤光栅应变传感器光-力转换的非线性方程

基于光纤光栅应变传感的基本原理以及弹塑性力学的基本理论,考虑环境-封装基体-粘接层(或涂层)-纤芯之间的轴向和径向弹塑性力学耦合机制,建立了光纤光栅应变传感器光-力转换的非线性方程。传感器样本光-力转换的计算与测试结果,均显示出非线性特征,且两者基本一致。所得结果还显示,粘接层的厚度变薄,在提高传感器光-力转换效率的同时,还会使出现光-力转换非线性效应的临界应变前移,因而扩大出现非线性效应的应变范围。据此,实际的传感器设计时,除考虑采用高模量的粘接材料外,还可利用光-力转换的非线性方程,通过粘接层厚度的调整,对传感器的灵敏性和光-力转换的特征进行均衡优化。     

荧光式传感技术研究进展

荧光式传感技术是一种跨多个学科的新型传感技术,目前非光物理量的荧光式传感器研究多处于起步阶段。结合实验室在荧光式传感方法及应用方面开展的研究,从温度、力、位移、湿度等参量角度,解释了荧光式传感原理;讨论了荧光寿命、荧光强度猝灭、荧光强度比、荧光谱移动、荧光混色法等多种荧光式传感方法及其典型传感特性,指出荧光寿命式、荧光强度猝灭式技术二者的基础物理效应相同;介绍了荧光光谱数据的处理方式方法,其中重点介绍了表征谱带轮廓整体频移的新型参量"谱带重心"的定义,以及该参量如何在不改变光谱仪器硬件条件的前提下提高传感精度;最后对荧光式传感技术的发展方向和应用前景提出了思考。     

采用玻尔兹曼统计法分析光阱刚度的测量精度

考虑高精度的光阱刚度测量是光阱力测量的关键,本文提出了采用玻尔兹曼统计法来分析光阱刚度的测量精度。首先,描述了实验室搭建的近红外光镊系统,并将其搭建在暗室中的气垫平台上,以便隔离光干扰和振动干扰。然后,用四象限光电探测器探测被光镊捕获的微球向后散射的光,并选用与溶液黏度无关的玻尔兹曼统计法计算样品池底面附近的光阱刚度。最后,分析和讨论了溶液温度的变化、四象限光电探测器的灵敏度、采样频率以及采样时间对光阱刚度测量精度的影响。理论分析及实验计算显示:溶液温度的变化对光阱刚度的测量影响很小,但四象限光电探测器的灵敏度对光阱刚度测量精度影响较大。考虑采样的完整性和数据处理速度,采样频率通常取为被捕获颗粒拐角频率的5~10倍。对于本文搭建的近红外光镊测量系统,采样时间取为1~7s时,可以保证高精度地测量光阱刚度。     

微夹钳技术发展现状及应用研究

微夹钳是最典型的微执行器,它可以充当机器人手爪,配合各种多自由度驱动装置成为微机器人。微夹钳单元技术与微装配、微操作、微焊接、微封装等系统技术紧密地联系在一起。由于它的重要性和广泛的应用,近年来已成为微机械领域研究的热点。本文首先介绍了微小领域中物体夹持的物理背景,阐述了粘附力的规律和解决方法;详细介绍了已有的微夹钳的研究进展状况,结合作者的科研工作,阐述了有代表性的几种微夹钳的工作原理及工艺制作方法;指出了微夹钳的发展和功能优化方向,以期对微夹钳的研究工作起到一定借鉴作用。     

摩擦纳米发电机在自驱动微系统研究中的现状与展望

摩擦纳米发电机由王中林团队2012年首次发明,是基于机械界面摩擦起电与静电感应耦合效应的新能源技术,具有轻薄、柔性、选材广的特点,可收集人体与环境中的微小机械能,不但是一个微能源产生的新方法,更是机械传感的新途径。详述了摩擦纳米发电的机理、特性与理论模型。介绍了几种提高摩擦发电性能的微纳制造方法。综述了一系列基于摩擦电的微机械传感器、执行器和自驱动微系统,及其在柔性机械、智能装备和无线传感等领域的应用研究。对摩擦电自驱动微系统目前存在的问题做出了分析与讨论,展望了其未来的研究趋势。     

光镊在生命科学中的应用

光镊是基于光的力学效应的一种新的物理工具,它如同一把无形的机械镊子,可实现对活细胞及细胞器的无损伤的捕获与操作.……