SPR快速角度调制系统

利用表面等离子体共振原理设计了测量待测物体的折射率的方法.通过快速控制反射镜的角度控制入射光的转动,光源照射在反射镜之后,由双透镜直接将光束聚焦至柱棱镜中心,实现入射光的旋转.在接收反射光时,使用光敏面足够大的光电转换器件,可以实现探测器在一次测量中固定不动,使系统得以简化.根据仿真结果可知,在折射率为1～1.33的范围内,共振角与待测物体折射率近似成线性关系,实际测量空气和水的共振角分别为39.8°和58.4°,据此可以近似确定该共振角范围内所有待测物质的折射率.     

基于里德堡原子的电场测量

里德堡原子具有大的极化率、低的场电离阈值和大的电偶极矩,对外部电磁场十分敏感,可以用来测量电场强度特别是微波电场的强度. 利用里德堡原子的量子干涉效应(电磁诱导透明和Autler-Townes效应)测量微波电场强度的灵敏度远高于传统采用偶极天线测量微波电场的灵敏度. 此外,里德堡原子电场计 可以溯源到标准物理量,不需要额外校准; 采用玻璃探头,对待测电场干扰少; 灵敏度也不依赖于探头的物理尺寸. 同时,该电场计还可以实现对微波电场的偏振方向的测量, 实现亚波长和近场区域电场成像与测量. 通过选择不同的里德堡能级,可以实现1-500 GHz超宽频段范围内微波电场强度的测量. 主要综述基于里德堡原子的电场精密测量研究, 详细介绍了里德堡原子电场计的原理与实验进展, 并简单讨论了其发展方向.     

球形光纤传输三维电场传感器

研制了一套用于小空间电磁脉冲测试的光纤传输电磁脉冲三维电场传感器。通过电磁仿真软件CST2011,研究了天线结构对被测场的影响,发现嵌入式探头与球形结构可以有效减小屏蔽壳体对电场扰动。讨论了传感器极间耦合及三维场合成误差,确定了主要设计参数。研制的三维传感器采用了屏蔽结构与偶极子天线的一体化设计,对外部电场屏蔽可达60 dB。在有界波电磁脉冲模拟器中的实验表明,传感器系统对于三维电场测量可达到设计要求,对被测电场扰动较小,极间耦合系数小于6%,三维场角度与峰值合成误差小于5%。传感器采用对称结构,满足自由空间场测量的需要。     

电场极化方向对自由空间电场测量的影响

介绍了自主研制的脉冲电场原始波形测量系统的模块组成与基本工作原理。针对在未知被测电场方向及复杂的电场环境下垂直干扰电场对自由空间电场测量产生的影响,通过建立自由空间电场测量系统前端的简化模型,对不同尺寸天线与屏蔽盒进行仿真计算。仿真计算结果与理论分析基本一致,结果表明:干扰电场响应信号与待测电场响应信号相差2个数量级以上,干扰电场的影响可忽略不计。     

离焦成像条件下的螺纹牙型角修正方法

针对机器视觉中螺纹参数测量无法实现正确对焦的问题,通过理论与实验相结合的方法研究了离焦成像对螺纹牙型角参数测量的影响.证实了离焦现象对螺纹参数测量会造成不可忽略的误差.并且通过螺纹图像清晰度评价值与离焦量关系的分析,提出了螺纹牙型角误差修正的方法.首先对图像清晰度评价值与离焦量进行标定,然后求取待测图像的清晰度评价值,...     

基于Rydberg原子的高灵敏微波探测与通信

利用Rydberg原子作为微波传感器实现了微弱场的测量与通信.在铯原子蒸气池中,相向传输的探测光(852 nm)和耦合光(510 nm)与铯原子相互作用形成阶梯型三能级电磁感应透明光谱,用于实现Rydberg原子的光学探测.频率约为2.19 GHz的强微波场作为本地场(E_L),共振耦合相邻的两个Rydberg能级|68D_5/2>和|69P_3/2>,与具有一定失谐δf的待测微弱信号场(E_s)同时作用于Rydberg原子.Rydberg原子作为微波混频器可直接读出两束微波的差频信号,实现待测信号场的高灵敏探测,对应的最小测量值为E₀=1.7μV/cm,频率分辨率小于1 Hz.在此基础上,对微弱信号场进行编码,实验上很好地还原了加载到微波弱场上的基带信号,测量的传输带宽达200 MHz,实现了微弱场条件下的通信.     

啁啾脉冲光谱仪法探测THz辐射的时间分辨率极限

介绍了啁啾脉冲光谱仪法探测THz(1012Hz)辐射的基本原理,该方法克服了时间延迟扫描方法测量速度的缺陷,可以实现实时测量。被THz电场调制的啁啾探测光脉冲通过光谱仪后,待测THz电场时域波形被光谱仪在空域上展开,因此一次测量即可得到一个THz电场的时域波形。但是光谱仪的引入实际上相当于进行了一次傅里叶变换,使得最终得到的测量结果不是THz电场本身,而是与另外一个函数的卷积,因此从理论上证明了啁啾脉冲光谱仪法探测THz辐射存在时间分辨率极限。将理论结果与已有的实验结果进行对比,得到了很好的一致性。     

基于透视变换的直升机桨根扭转角测量方法

现有方法常将相机从下至上拍摄标记物图像，当桨叶扭转幅度较大时，相机主光轴与标记物平面法向量存在明显夹角，导致拍摄图像存在透视畸变现象，从而引发较大测量误差。为解决上述问题，提出一种基于透视变换的直升机桨根扭转角测量方法。首先，将靶标垂直固定在桨叶下方，相机正对桨毂拍摄图像。其次，计算桨叶在低速拉平状态下待测方位与正方位靶标图像中的四个顶点坐标，并求解待测方位的透视变换矩阵，然后利用透视变换矩阵对桨叶高速运动状态下待测方位拍摄的畸变图像进行校正。最后，求得基准图像与校正后图像中的圆心坐标，进而计算出待测方位扭转角。实验结果表明，各方位测量误差均小于0.2°。该方法不但测量精度高，而且具有多方位动态测量的优点，在直升机旋翼桨叶运动参数测量领域具有良好的应用前景。     

基于谐振的光压测量

在扭秤的基础上,提出结合机械共振、光杠杆和电磁阻尼的光压测量方法.在大气环境中,测量激光对镜片作用的平行分力,忽略垂直镜片的分力,从而将光压与辐射效应错开,无需真空处理.采用调制光驱动扭秤,使其发生共振,并通过测量扭秤的振动幅度,得到光压的大小.实验结果表明:采用该方法测得激光器在45°入射、功率为70 mW时,产生光压为4.2×10~(-5) Pa.对共振曲线进行频谱分析及光压测量值评估,证实实验结果可靠.     

用于教学的万有引力常数测定仪——HG引力仪的研制

测Ｇ的方法主要有两种：一是扭摆法；二是扭秤法即Ｃａｖｅｎｄｉｓｈ方法．作为教学目的，测量Ｇ值主要用扭秤方法．ＨＧ引力仪可用扭秤方法，但主要采取扭摆方法来测定Ｇ值，前者的精度在１０％以内，后者的精度更高，达到了５％．另外，该仪器能做检测万有引力定律实验．     

简易库仑扭秤的制作和应用

库仑扭秤是定量反映静电力和电荷量以及点电荷之间距离关系实验装置,在中学实验室中很难见到.和卡文迪什扭秤一样,扭秤可以体现两种思想,一是通过力矩放大力的作用效果,另一种是通过平面镜放大测量效果,是物理学中重要的思想方法.尽管有些实验室没有扭秤,但我们可以设计简易扭秤让学生体验该思想方法.     

用于教学的万有引力常数测定仪—HG引力仪的研制

测Ｇ的方法主要有两种；一是扭摆法：二是扭秤法即Ｃａｖｅｎｄｉｓｈ方法。作为教学目的，测量Ｇ值主要用扭秤方法，ＨＧ引力仪可用扭秤方法，但主要采取扭摆方法来测定Ｇ值，前者的精度在１０％以内，后者的精度更高，达到了５％，另外，该仪器能做检测万有引力定律实验。     

基于量子相干效应的无芯射频识别标签的空间散射场测量

基于原子蒸汽池中铯里德伯原子的电磁感应透明光谱在微波场作用下的Aulter-Towns效应,测量了无芯射频识别标签线形散射单元的近场散射微波电场二维空间分布,空间分辨率可达到亚微波波长.实现了射频电场极化方向与线形散射体标签夹角的有效分辨.电磁仿真软件的仿真结果与实验测量符合得很好.本研究提供了一种测量微波电场近场测量的新方法,对无芯射频识别标签的散射单元设计和标定以及电子电路的电磁辐射测量具有重要的意义.     

光纤光栅啁啾化传感研究

提出了光纤光栅啁啾化传感概念和传感机理,将光纤光栅微观分解为栅区长度范围的许多具有独立感知能力且彼此关联的有效作用子栅集,表述了有效作用子栅集与待测环境场空间梯度分布之间的对应关系,从而较好地解释了光纤光栅啁啾谱产生的内在机理.理论推导并实验验证了光栅啁啾谱各谱参量(波长、带宽和反射光强)与待测环境场(温度和应变)之间的对应关系,为利用单一光纤光栅实现多参量同时区分测量、任意非均匀空间分布场传感提供了科学有效的解决方法.     

对扭秤法测万有引力常数实验的探讨

对扭秤法测万有引力常数实验中的隔振和求平衡点两个重要问题进行了论述．     

基于相位测量偏折术的非球面法线向量测量

非球面可以由其法线汇来表征,即可以由法线距和法线角的关系来描述.提出了一种基于相位测量偏折术(PMD)的非球面反射镜法线向量检测方法.在PMD测量系统中,将待测镜沿光轴方向作相对移动.在移动过程中,由CCD相机扫描待测镜,观察并记录下随待测镜移动而发生变化的条纹图,通过相位分布计算得到非球面法线距和法线角的关系,即非球...     

基于迈克耳孙干涉仪光路折叠和抽真空方式测空气折射率

采用光路折叠结合气室先预抽真空后充气的实验方式，改进了传统的迈克耳孙干涉仪测量气体折射率的方法.利用折叠光路法增加激光在气室中的穿越次数达到增加气室内的光程，从而数倍地增强待测信号；采取预抽真空后缓慢向连通气室的大容积缓冲真空室内充入待测气体，使气室内气压更均匀、平稳地增长，从而实现了气体折射率的高精度测量，并验证了气压与折射率的线性关系.     

基于里德伯原子天线的低频电场波形测量

里德伯原子的高极化率可以实现电磁场的多维度参数测量.本文利用室温里德伯原子构建原子天线,基于原子天线将低频电场幅度信息转化为强度信息,从而实现低频电场的参数测量.实验采用双光子激发制备铯原子里德伯态,通过阶梯型电磁感应透明(electromagnetically induced transparency, EIT)光谱实现里德伯原子量子态的检测,基于内置电极技术在室温原子气室导入k Hz频段低频电场.电场中里德伯原子的Stark频移会在EIT过程导致双光子失谐,从而引起EIT光谱频移和强度变化.在弱电场条件下, EIT光谱频移可以忽略, EIT透射强度与输入低频电场强度近似为线性关系,基于该效应可以实现低频电场的波形、幅度、频率等参数测量.     

薄膜折射率的测定

一、实验简介在普物光学实验中,目前尚未有测量布儒斯特角的理想实验.本文介绍一种测量非吸收薄膜的布儒斯特角的方法,并由此求出该薄膜的折射率. 用平行度较好的玻璃板(如除去药膜的光谱板)作为基片,将待测的非吸收薄膜涂镀在基片的B面上(如图1),中间留一条宽约3mm不镀膜的空隙CD.     

缠绕式光纤扭角传感的实验研究

利用多模光纤的微弯特性,提出并实现了一种新颖的缠绕式光纤扭角传感装置,其扭角测量范围大于90°.给出了该装置的基本实验原理.研究表明多模光纤的微弯损耗对扭角变化响应非常灵敏,其灵敏度可达1dB/1°.并且实验与理论符合得很好.