光信息专业开放实验的探索与实践

中山大学理工学院光信息实验室推行开放实验教学模式改革,实行实验室管理与学生的自我管理相结合的管理模式,研究了实验室开放与管理办法。从扩展开放实验选题来源、提升开放实验研究和管理水平以及提高学生自主学习能力和探索创新能力入手,逐渐形成渐进、持续、开放的实验发展路线,积累了开放实验教学改革经验。     

利用激光干涉测量流体的二维温度场分布

基于激光干涉原理,提出了测量流体二维温度场分布方法.利用流体折射率受温度影响的性质,将流体的温度变化转换为干涉条纹移动量进行表达和测量.以迈克耳孙干涉以为模型,搭建了温度场测量实验系统,使用可精确控温的电烙铁对系统进行定标,得到条纹移动量随空气温度的变化关系,并利用热风枪和打火机作为参考物进行了实验效果的验证.实验结果显示,热风枪的最高温度为178.42℃,与实际温度(180℃)误差仅为1.6℃,能且真实地还原2种参考物的二维温度场分布.     

基于开尔文滴水起电器的废水处理系统

基于开尔文滴水起电原理提出了一种利用高压静电场对废水进行氧化的废水处理系统.为了提高对废水的氧化杀菌效率,研究了影响起电效果的因素,并根据实验数据优化了废水处理系统的结构.经过验证实验表明,提出的高压静电场废水处理系统,能有效将亚甲基蓝溶液氧化,体现了氧化杀菌的能力,且无需输入外界能源,具有环保、无二次污染的优势.     

光镊系统的组建及光阱效应的观察

光镊是美国科学家Arthur Ashkin于1986年发明的,现被用来操控微小粒子和作为微小力的传感器.随着光镊技术的不断发展,光镊在生物大分子的操控和生物大分子生命过程中动力学研究方面发挥着巨大作用.本文介绍了光镊的工作原理,以及如何利用实验室现有条件,以较低成本搭建了一个简化的光镊系统,并观察了光镊对几种微小粒子的捕捉情况,证实了光阱有一定的作用范围,且其捕获能力随微粒尺寸增大而减小.     

GaN薄膜的蓝光和红光发射机理研究

由于生长工艺的不完善，非掺杂GaN薄膜中通常存在未知的杂质和缺陷，产生与这些未知杂质和缺陷能级相关的发光。报道了非掺杂GaN薄膜的692nm红色发光．并研究了非掺杂GaN薄膜的蓝、红色发光的发射机理；利用作者提出的吸收归一化光致发光激发光谱，直接测量出了非掺杂GaN薄膜的蓝、红色发光的初始态能级，确定蓝色发光为施主-价带跃迁复合，而红色发光为施主-受主跃迁复合；给出了黄、蓝、红光的发射模型。所取得的结果对于确定未知杂质和缺陷的种类具有重要的参考价值。     

图像RGB数值衍生的欧氏距离用于手机比色法检测石油类物质

利用手机建立了一套石油类物质浓度的检测系统,将基于RGB值和空白值计算得出的欧氏距离D值应用于图片比色,提高了方法的精密度。分析了不同性能的手机在高照度下的检测效果,结果说明大光圈值(F)手机拍摄得到的图片比色效果更好。考察了不同白平衡模式和光源对D值标准曲线的影响,获得了适宜的条件,即对于偏暖色系的浓度检测,色温2 800 K的白平衡模式和300 W碘钨灯有较好的效果。该方法的线性相关系数在适宜条件下大于0.99,测试范围与分光光度法相当;测定标准样品的相对误差为2.13%,相对标准偏差为3.0%,加标回收率为92.0%～105%。该方法准确方便,成本低,易维护,可实现远程自动化的实时在线检测。     

基于光控取向技术的液晶元器件研究

从液晶取向技术展开,介绍了液晶几何相位的基本原理和光控取向液晶元器件的制作工艺,通过实验制备了液晶透镜和液晶双焦点透镜样品,并在衍射光路中演示了其效果.相比于传统光学透镜,制备的液晶透镜和双焦点透镜的焦距和焦点位置可以按需预设在液晶样品中,其中双焦点透镜可实现焦距相等和焦距不相等的情况.此外,本实验制备的液晶样品还具备偏振控制的功能,通过调节入射光的偏振态可以切换目标光场的分布.     

CCD采集Twyman-Green干涉图中非正常条纹的探究

 CCD采集Twyman Green干涉图时常出现异常干涉条纹,阻碍观察者对真实条纹的判断与精确测量。针对此种现象,基于莫尔条纹的形成机理和CCD的空间结构,从理论上分析此非正常条纹为等厚干涉条纹与CCD空间结构形成的莫尔条纹。通过对光场分布的计算和Matlab数值模拟,调整各参数,重现此种条纹,进一步验证了理论解释的正确性。莫尔条纹对精细干涉条纹的观察有妨碍作用,实验中应当避免使用分辨率相当的CCD进行采集,或可通过改变CCD探测器的采样算法,使莫尔条纹效应减弱甚至消失。     

基于纹影法的气体温度场可视化系统的设计

纹影法是介质折射率变化可视化的实用方法.本文基于分束镜等光学器件设计了一种新的折叠式纹影光路,可改善传统光路的低清晰度问题,同时利用光线的正入射消除了重影干扰.利用热风拆焊台出风口热流进行定标实验,获得纹影图像灰度值的差值与温度的函数关系,并利用纹影图像绘制灰度三维图像,实现了气体温度场可视化处理,提供了一种非接触测量气流温度与温度场摄像系统的测量方案.     

电子自旋偏振度及其弛豫过程的飞秒激光吸收光谱研究

基于二能级体系的速率方程，获得了非完全初始自旋偏振极化条件下的自旋偏振向上和向下 载流子布居弛豫的解析解. 基于小信号近似，给出了左、右旋圆偏振探测光的饱和吸收变化 的表达式. 此表达式中含有电子布居的初始自旋偏振度参数，因而用此表达式拟合实验数据 能够直接获取电子布居的初始自旋偏振度，而电子布居的初始自旋偏振度在自旋偏振输运研 究中是一个非常重要的关键参数. 实验获得了GaAs/AlGaAs多量子阱结构中光注入电子布居 的初始自旋偏振度及其弛豫时间常数. 关键词： 圆偏振抽运_探测技术 电子自旋偏振度 自旋偏振弛豫 GaAs量子阱