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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

項目成果/簡介: i4Ocean 的命名分為兩個部分，其中Ocean代表本平臺主要應用于海洋信息可視化領域，而i4寓意為四個英文單詞即：Interactivity（交互性），Imagination（構想性），Immersion （浸沒感），Intelligence（智慧性）。這四個單詞概括了i4Ocean 的主要特點，也是本平臺致力于實現的終極目標。 i4Ocean可視化原型系統主要實現以下功能： 1、數據處理：將常見的海洋數據轉換為geotif、json、geojson。 2、可視化功能：標量數據可視化、剖面動畫、體繪制、二、三維流線可視化。 3、可視化分析：中尺度渦識別、追蹤。 4、艦船遠洋航行系統：港口信息查詢、全球港口顯示、航線添加、海圖導航、水文信息可視化。 5、視頻錄制：保存加載相機路徑、高清截圖、高清錄像。 在系統中，我們提出了兩種算法用于海洋環境數據可視化和分析。一種是基于gpu的光線投射算法繪制海洋溫鹽數據，一種是基于傳輸函數的海洋中尺度渦流交互式流場可視化算法，實現了時空相干和視口相干。引入交互式傳輸函數，從背景洋流中提取基于多種渦旋參數（如Okubo-Weiss參數）的二維和三維渦旋特征。 相關成果評選為2012年山東高等學校優秀科研成果獎、2013年青島市科學技術獎、青島市2017-2018年度優秀大數據解決方案。項目階段:系統原型階段效益分析: 該系統可用于船舶遠洋航行、海洋數據分析、海洋數據處理。將常見的海洋數據轉換為tiff，json。利用系統標量場、矢量場可視化功能，對海洋數據進行分析，為船舶航行提供指導。 該技術和裝備可用于海洋深部結構研究，為發展我國海洋經濟提供技術支撐，這將具有重要的社會經濟效益。發展海洋數據分析及可視化功能，更可以拓展藍色經濟空間，推進軍民深度融合。 該成果已與青島海洋科學與技術試點國家實驗室等單位開展深度合作，現階段處在項目支持的前期研究中。同時與外地的合作單位有：中船工業集團，自然資源部直屬單位國家海洋信息中心、國家海洋環境預報中心、國家海洋衛星應用中心。知識產權類型:發明專利 、 軟件著作權知識產權編號:201510066037.9 201510070177.3 201510212425.3 201510212424.9 201710827686.5 201710828365.7 2013SR004155 2013SR010109 2014SR062104 2015SR014980 2015SR038759 2015SR085063 2015SR246570 2016SR010562 2016SR326470 2016SR325154 2017SR732244 2017SR737071技術成熟度:通過中試技術先進程度:達到國內領先水平成果獲得方式:獨立研究獲得政府支持情況:無

i4Ocean 的命名分為兩個部分，其中Ocean代表本平臺主要應用于海洋信息可視化領域，而i4寓意為四個英文單詞即：Interactivity（交互性），Imagination（構想性），Immersion （浸沒感），Intelligence（智慧性）。這四個單詞概括了i4Ocean 的主要特點，也是本平臺致力于實現的終極目標。 i4Ocean可視化原型系統主要實現以下功能： 1、數據處理：將常見的海洋數據轉換為geotif、json、geojson。 2、可視化功能：標量數據可視化、剖面動畫、體繪制、二、三維流線可視化。 3、可視化分析：中尺度渦識別、追蹤。 4、艦船遠洋航行系統：港口信息查詢、全球港口顯示、航線添加、海圖導航、水文信息可視化。 5、視頻錄制：保存加載相機路徑、高清截圖、高清錄像。 在系統中，我們提出了兩種算法用于海洋環境數據可視化和分析。一種是基于gpu的光線投射算法繪制海洋溫鹽數據，一種是基于傳輸函數的海洋中尺度渦流交互式流場可視化算法，實現了時空相干和視口相干。引入交互式傳輸函數，從背景洋流中提取基于多種渦旋參數（如Okubo-Weiss參數）的二維和三維渦旋特征。 相關成果評選為2012年山東高等學校優秀科研成果獎、2013年青島市科學技術獎、青島市2017-2018年度優秀大數據解決方案。