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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(fā)為偶極子，受到偶極子與強聚焦光場的相互作用力； 相關內容： 動手調節(jié)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(tài)、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(huán)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(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(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(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

太赫茲（THz）科學技術既是重大的基礎科學問題，也是國家的重大需求。然而，作為一段全新的的電磁波譜，實現THz波傳輸與控制的相關器件極為匱乏，大大限制了THz科學技術的發(fā)展及應用。本項目提出了THz波物質探測、低損傳輸、高速控制的新理論和新技術，研制出多種實用化THz功能器件。本項目的主要成果包括：(1) 提出了THz波吸收的理論模型，研制出吸收率達到85%以上的窄帶、多帶和寬帶太赫茲吸收材料，解決了傳統電磁波吸收材料無法有效工作于THz頻段的技術難題；(2)提出“人工電磁結構”與“電子功能材料”相結合構建可調諧太赫茲功能器件的思想，研制出開關速率達到0.1ms的太赫茲開關、調制速率達到10Mbps的太赫茲波調制器，帶內透射達到80%的太赫茲帶通濾波器，以及高效太赫茲功率衰減器；（3）基于高阻Si的深能級摻雜技術和石墨烯二維晶體材料，研制出寬帶太赫茲波空間調制器，開關速率達到5MHz，空間調制面積達到3英寸，為提高太赫茲成像速率和分辨率奠定了基礎；(4)提出極化約束實現太赫茲波導低損耗傳輸的新概念。基于“聚合物空芯波導”與“周期性金屬光柵結構”的集成，研制出一種雙面光柵聚合物空芯波導實現了單模的傳輸,大幅度降低太赫茲傳輸損耗到0.68dB/m，達到了實用化的要求。 這一研究成果既加深了對THz波譜特性和基本物理現象的理解，也解決了THz傳輸、控制、波譜識別和應用成像的多個關鍵科學問題。本項目成果的實施，可望實現載波300GHz以上高速無線通信，為太赫茲波無線通信、雷達探測、醫(yī)療診斷以及以及波譜成像等應用系統提供了重要的技術支撐。在Appl. Phys. Lett., Sci. Rep., Opt. Lett., Optics Express, J. Opt. Soc. Am.等國際主流期刊上發(fā)表SCI 論文66 篇。申請國家發(fā)明專利22 項，已授權專利7 項，獲得教育部自然科學一等獎1項。跟國內外綜合比較，本項目的研究成果總體上處于國際先進水平，對推動太赫茲科學快速進入實際應用領域具有重要的科學意義。

本項目提出了THz波物質探測、低損傳輸、高速控制的新理論和新技術，研制出多種實用化THz功能器件。

隨著集成電路工藝的進步，MOS管的特征尺寸越來越小，電路的工作電壓也不斷下降，柵氧化層的厚度也越來越薄，在這種趨勢下，將可控硅ESD防護器件的觸發(fā)電壓降低到可觀的電壓值內，使用高性能的ESD防護器件來泄放靜電電荷以保護柵極氧化層顯得十分重要。本發(fā)明涉及可用于65nm半導體工藝的靜電保護（ESD）器件，特別涉及低電壓觸發(fā)的SCR器件。    本發(fā)明提供一種采用新型技術減小器件的ESD觸發(fā)電壓的PMOS嵌入的低壓觸發(fā)用于ESD保護的SCR器件。本發(fā)明采用PMOS進行觸發(fā)NMOS導通，NMOS的導通電流觸發(fā)SCR晶閘管，從而減小SCR器件的ESD觸發(fā)電壓。ESD脈沖信號施加在Anode和Cathode之間，PMOS首先被觸發(fā)導通，PMOS開通之后，觸發(fā)NMOS導通，NMOS導通后，其導通電流觸發(fā)晶閘管SCR導通。晶閘管電流（SCR current）導通大部分ESD 電流，從而實驗了ESD保護。

本項目以制備超快高儲能柔性器件為導向，建立基于界面納米復合材料的新技術。通過水熱法和電化學方法在柔性導電基底上構建納米陣列/金摻雜二氧化錳的三維納米復合電極，作為正極；通過水熱法和熱處理法在柔性導電基底上生長多孔氧化鐵納米復合材料，作為負極，組裝全固態(tài)薄膜器件。利用納米復合材料的多方面優(yōu)勢加速電子/離子在活性材料中的傳遞，進而達到超快高儲能的目的。基于納米復合材料的全固態(tài)薄膜器件可展現出超快充電能力（10 V/s），比常規(guī)電容器的充電時間快10-100倍。這是國際上基于金屬氧化物贗電容薄膜型超級電容器研究領域的一個重大突破。此外，本項目以開發(fā)超快超柔儲能器件為導向，開發(fā)了一種熱力學誘導自發(fā)組裝和原位摻雜結合碳熱還原的方法來實現石墨烯納米篩粉體和薄膜的宏觀可控制備，解決了傳統石墨烯材料縱向物質傳輸差的局限。通過控制碳熱溫度，可以調節(jié)石墨烯納米篩表面的孔密度，即孔徑大小可控（10~100 nm）。與傳統石墨烯薄膜電極相比，石墨烯納米篩表面豐富的孔結構使得其作為電極材料時擁有更大的比表面積，而且電解質離子可以在垂直于平面的軸向上傳遞，縮短了離子傳輸路徑。

"以α-BaTeMo2O9為代表的含碲的化合物是一類新型光電功能晶體，在偏光、聲光、拉曼等光學領域內具有重要的應用價值。此類化合物具有透光寬，雙折射大，易生長，物理化學穩(wěn)定等優(yōu)點，是偏光和聲光器件的優(yōu)選材料。 山東大學在該系列晶體生長和器件的研究方面具有獨立的知識產權，可以生長出大尺寸（≥50 x 50 x 100 mm3），高質量（光學均勻性≤10-5）的單晶；并在器件的制作中突破了國際上單軸晶體的限制，偏振棱鏡消光比>30000:1，達到高質量冰洲石器件水平；聲光調Q器件衍射效率>84%，高于同等條件下的TeO2器件。晶體生長處于世界領先水平，器件設計具有國際、國內專利，總體水平處于國際領先。該成果獲得教育部自然科學二等獎，主要用于先進光學及其電學領域，如醫(yī)療、軍事、激光加工、激光雷達、激光探測等。據統計，目前國內聲光調制器件和偏光器件總產值約為2億元。而現有的材料已經不能滿足相應研究和產業(yè)的需求。作為新型光電功能晶體及其器件，在滿足現有要求的基礎上，填補了此類材料和器件在中紅外波段內的國際空白。此外，獨立的知識產權有利于產品推廣，具有重要的社會和經濟效益。 "

傳統的CCD、CMOS硅基成像器件都不能響應紫外波段的光信號，這是因為紫外波段的光波在多晶硅中穿透深度很小（<2nm）。但是近年來隨著紫外探測技術的日趨發(fā)展，人們越來越需要對紫外波段進行更深的探測分析與認識。紫外探測技術是繼激光探測技術和紅外探測技術之后發(fā)展起來的又一軍民兩用光電探測技術。幾十年來，紫外探測技術已經逐漸應用于光譜分析、軍事、空間天文、環(huán)境監(jiān)測、工業(yè)生產、醫(yī)用生物學等諸多領域，對現代科研、國防和人民生活都產生了深遠的影響。特別是在先進光譜儀器方面，國內急迫需要響應波段拓展到紫外的硅基成像器件。硅基成像器件如CCD、CMOS是應用最廣泛的光電探測器件。當前最先進的光譜儀器大都采用了CCD或CMOS作為探測器件，這是因為CCD、CMOS具有靈敏度強、噪聲低、成像質量好等優(yōu)點。但由于紫外波段的光波在多晶硅中穿透深度很小（<2nm），CCD、CMOS等在紫外波段響應都很弱。成像器件的這種紫外弱響應限制了其在先進光譜儀器及其他領域紫外波段探測的使用。 在技術發(fā)達國家,寬光譜響應范圍、高分辨率、高靈敏度探測器CCD已經廣泛應用于高檔光譜儀器中。上世紀中葉美國Varian公司開發(fā)的Varian700 ICP-AES所使用的寬光譜CCD檢測器分辨率達0.01nm,光波長在600nm和300nm時QE分別達到了84%和50%；美國熱電公司開發(fā)的CAP600 系列ICP所用探測器光譜響應范圍更是達到165～1000nm，在200nm時的分辨率達到0.005nm.法國Johinyvon的全譜直讀ICP，其所用的CCD探測器像素分辨率達0.0035nm,紫外響應拓展到120nm的遠紫外波段。德國斯派克分析儀器公司的全譜直讀電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀一維色散和22個CCD檢測器設計，其光譜響應范圍為120－800nm。德國耶拿JENA 連續(xù)光源原子吸收光譜儀contrAA采用高分辨率的中階梯光柵和紫外高靈敏度的一維CCD探測器，分辨率達0.002nm,光譜響應范圍為189—900 nm。總而言之，發(fā)達國家在寬光譜響應和高分辨率高靈敏度探測器件的研制領域已取得相當的成就。主要技術指標和創(chuàng)新點（1）  我們在國內首次提出紫外增強的硅基成像器件，并在不改變傳統硅基成像探測器件的結構的基礎上，利用鍍膜的方法增強成像探測器件CCD、CMOS的紫外響應，使其光譜響應范圍拓寬到190—1100nm，實現對190nm以上紫外光的探測。（2）  提高成像探測器的紫外波段靈敏度，達到0.1V/lex.s。（3）  增強成像探測器件的紫外響應的同時，盡量不削弱探測器件對可見波段的響應。（4）  選用適合的無機材料，克服有機材料使用壽命短的缺陷。 紫外探測技術已經逐漸應用于光譜分析、軍事、空間天文、環(huán)境監(jiān)測、工業(yè)生產、醫(yī)用生物學等諸多領域，對現代科研、國防和人民生活都產生了深遠的影響。特別是在先進光譜儀器方面，國內急迫需要響應波段拓展到紫外的硅基成像器件，該設計與傳統CCD、CMOS結合，能滿足寬光譜光譜儀器所需的紫外響應探測器的需要。能提高光譜儀器光譜響應范圍，在科學實驗和物質分析和檢測中具有很廣的市場前景。 該設計樣品能取代傳統CCD、CMOS，應用于大型寬光譜光譜儀器上，作為光譜儀的探測器件。將傳統光譜儀器的光譜檢測范圍拓寬到190—1100nm. 實現紫外探測和紫外分析。具有較強的市場推廣應用價值。