空间散斑场捕获大量吸光性颗粒及其红外显微观测

光镊技术被广泛应用于捕获和操纵微纳米尺寸颗粒,主要包括捕获水中透明性颗粒和空气中吸光性颗粒两种类型.本文用激光束照射毛玻璃散射片,透射光经透镜会聚后在透镜的像平面附近产生了主观散斑场.该散斑场为空间分布,包含大量的亮斑和暗斑.大量由亮斑包围的暗斑如同一个个空间能量陷阱,被用来捕获大量的吸光性墨粉颗粒,被捕获颗粒的尺寸约2—8μm,密度约1—2 g/cm3.采用红外显微镜拍摄到空间散斑场捕获颗粒的红外像,红外图像显示被捕获颗粒吸光后温度升高,证实了空间散斑场捕获吸光性颗粒的机理为光泳力原理.     

红外显微观测被俘获吸光性颗粒

光镊技术被广泛应用在俘获和操纵微纳米尺寸颗粒, 目前被研究学者普遍接受的俘获吸光性颗粒的机理为光泳力. 本文实现了对空气中被俘获的吸光性颗粒的红外显微观测. 当激光器功率为1.0 W时, 成功观测到被俘获墨粉颗粒(直径约7 μm)和甲苯胺蓝颗粒(直径约为1–20 μm)的温升约为14 K, 为光泳力理论提供了强有力的证据. 另外, 首次用可见光显微镜和红外显微镜同时观测到被俘获颗粒的周期振荡现象, 并分析了振荡现象的产生机理. 关键词： 光镊 光俘获 红外显微     

基于空间光调制器获得空心光束的数值模拟和实验研究

光镊技术中,会聚的空心光束形成的能量光阱可用来捕获吸光性颗粒或操纵吸光性颗粒沿光轴方向运动。采用Gerchberg-Saxton(GS)算法计算所需相位,并将相位载入相位型空间光调制器来获得空心光束。为了提高会聚的空心光束能量,对空间光调制器相位屏进行预处理,叠加数字闪耀光栅位相,实现了将四个一级衍射谱闪耀至零级干涉极大位置,空心光束能量提高到原来的4.7倍。为了消除空间光调制器二维光栅结构所形成的零级谱亮斑以及高级谱的影响,在相位屏上加入球面波相位,使得空心光束衍射谱平面与零级谱平面的空间位置分离,并采用带通滤波器将空间光调制器的零级谱亮斑和高级谱滤掉。采用高度会聚透镜将所得空心光束会聚为微米尺寸,可应用于捕获吸光性颗粒。另外,利用离散傅立叶变换的平移原理实现空心光束实时平移,该方法可应用于实时操纵吸光性颗粒移动。     

压电与摩擦电复合型旋转能量采集动力学协同调控机制研究

低转速激励下能量采集性能差是目前制约旋转能量采集技术应用的瓶颈问题. 本文提出了动力学协同调控机制, 并用于调控系统的动力学行为, 可以使器件在低转速激励下有效工作, 提高了旋转能量采集系统的电学性能. 旋转刚度软化、非线性磁力、几何边界的协同调控既可以增加系统在低速下的振动位移以及压电材料的形变, 也可调控系统的最大位移, 使其振动可控并限制位移过大提高可靠性. 此外, 几何边界可以方便地集成摩擦纳米发电机, 实现压电与摩擦两种机电转换机制在振动和碰撞过程中协同发电, 有效利用空间和提高输出电能. 基于哈密顿原理建立了系统的机电耦合动力学模型并进行了实验验证. 实验结果表明系统能够在0~250 r/min的低转速范围内有效工作, 在转速为250 r/min时, 压电单元和摩擦纳米发电机的最大峰峰值电压分别为132 V和1128 V, 总平均功率为1426 μW. 本文提出的动力学协同调控机制为能量采集系统动力学和电学性能改进提供新的途径, 有益于促进自供能物联网技术的发展与应用.