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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

光電探測器在量子科技、三維成像、激光雷達、生物醫學等方面有著廣泛應用，被譽為是無人駕駛、無人機、智能機器人等關鍵設備的眼睛。目前我國在針對極微弱光的探測器主要依賴進口，北京探銳科技有限公司（創業團隊擬注冊）基于中央民族大學光電實驗室和中科院半導體所的自主研發成果和知識產權開展成果轉化，開展基于光通訊波段及可見光波段高靈敏度探測器的產業化，微光成像芯片的設計、加工及銷售服務。目前已擁有三五族化合物探測器和微型硅基探測器等產品，從材料和器件結構上進行優化和創新，國內首創的高速、低噪APD單光子探測器件設計與制備已達到國際領先水平。團隊擁有國家發明專利3項、在申專利10余項，榮獲國家自然科學基金、科技部重點研究項目等20余項成果。 本團隊屬典型的師生共創，李傳波教授為團隊的技術帶頭人、國家特聘專家，“青年千人計劃”的核心骨干，常年從事半導體光子材料與器件、能源光子器件開發與研制，目前也是中科院半導體研究所教授和中央民族大學教授。梁巖帶領的學生核心創業團隊包括理學院、經管學院的碩士和博士生。團隊主創人員有多年的海外工作經歷，也有中科院半導體所的工作經歷，也有自主知識產權，可以設計并達到國際領先的參數，實現其進口替代。除了技術之外，最大的優勢是成本優勢。團隊依托主創人員多年來半導體光電材料與芯片的研究工作，有多年海外知名高校及中科院半導體所研究經歷，為項目提供強大的技術支撐。初創期間采用產學研相結合的方式，芯片的生產在實驗室生產，公司是進行宣傳包裝、銷售。未來規劃拓展業務范圍。專注于做高靈敏度探測器的技術研發和市場推廣，助力“中國芯”走向世界！

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表SCI 論文66 篇。申請國家發明專利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的SCR器件。    本發明提供一種采用新型技術減小器件的ESD觸發電壓的PMOS嵌入的低壓觸發用于ESD保護的SCR器件。本發明采用PMOS進行觸發NMOS導通，NMOS的導通電流觸發SCR晶閘管，從而減小SCR器件的ESD觸發電壓。ESD脈沖信號施加在Anode和Cathode之間，PMOS首先被觸發導通，PMOS開通之后，觸發NMOS導通，NMOS導通后，其導通電流觸發晶閘管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，組裝全固態薄膜器件。利用納米復合材料的多方面優勢加速電子/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薄膜器件可展現出超快充電能力（10 V/s），比常規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，本項目以開發超快超柔儲能器件為導向，開發了一種熱力學誘導自發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，物理化學穩定等優點，是偏光和聲光器件的優選材料。 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。 "