低成本物理实验的研究

物理实验经费短缺,实验设备老化严重,学生达不到应有的实验效果。我校开展的低成本物理实验,通过随堂小实验、课外小制作、自制教具三个环节,达到了良好的教学效果。低成本物理实验真正的魁力是它可以做到成本低而智慧不低、技术不低、价值不低。     

利用透射光谱与X射线反射谱精确测量溶胶-凝胶TiO2薄膜厚度和光学常数

在洁净K9玻璃基底上沉积TiO2薄膜,将透射光谱和X射线反射光谱相结合分析获得膜层的厚度和光学常数。X射线反射谱拟合能精确得到膜层的厚度、电子密度及表面和界面粗糙度,其中膜层厚度的数值为透射光谱的分析提供了重要参考。基于Forouhi-Bloomer色散模型拟合膜层透射光谱,得到薄膜折射率和消光系数,理论曲线和实验曲线吻合良好。对于同一样品,两种光谱拟合分析得到的厚度数值非常接近,差值最大为4.9nm,说明两种方法的结合能够提高光学分析结果的可靠性。     

基于嵌入式系统的热敏电阻温度 特性测量装置的设计

在实际的实验过程中,在温度达到记录间隔时需要手动调节电阻箱的旋钮来测量热敏电阻阻值,在该过程中存在时间上的误差,即温度和阻值不对应,且使用玻璃温度计读数不够精确。本实验仪器采用12位ADC模数转换器通过数字单臂电桥测得热敏电阻阻值;采用DS18B20数字温度传感器测得导热介质(自来水)的温度。使用数字设备能有效降低上述的时间误差,简化实验流程,且温度测量误差优于传统方法。使用改进版仪器得出的数据经过计算和分析更接近于热敏电阻温度特性测量的真实值。     

类金字塔状GaN微米锥的形貌及发光性能

三维结构GaN基LED能够解决二维GaN基薄膜LED中存在的量子限制斯塔克效应、效率骤降、发光波长单一等问题。基于此,本文对三维类金字塔状GaN微米锥的发光性能进行了详细的研究。通过金属有机化合物化学气相沉积原位沉积SiN_x掩模层后,首先制备了底面尺寸为8μm、高度7.5μm的类金字塔状GaN微米锥,之后在其半极性面外延生长了3个周期的InGaN/GaN多量子阱。通过阴极荧光测试发现,类金字塔状GaN微米锥的半极性面上不同位置发光波长不同;变功率微区光致发光测试表明,类金字塔状GaN微米锥的半极性面在InGaN/GaN多量子阱沉积之后极化场较弱;对InGaN/GaN多量子阱进行了透射电镜表征,结合阴极荧光光谱的结果最终解释了In原子在类金字塔状GaN微米锥上的迁移机理。利用其半极性面不同位置发光波长不同的结构特点及光学特性,可以制备多波长发射LED。     

配网导线绝缘漆喷涂机器人及控制系统设计

综合嵌入式系统、自动化、虚拟样机、无线通信、智能控制等技术、模块化设计及嵌入式系统方法,设计了配网导线自动喷涂机器人系统;该系统包括线上行走机器人机械移动本体、机载控制系统及地面站三部分,机械本体采用模块化结构形式,机载控制系统采用ATmega128A 8位MCU;地面站软件采用TurboDelphi设计,与机载控制系统之间采用433 MHz无线通信形式,系统工作电压为24 V;实验表明,该系统最大运行速度约12 m/s,最大涂漆厚度2 mm,鲁棒性强,可稳定、高效地实现配网导线的绝缘漆自动喷涂作业。     

基于希尔伯特变换的干涉条纹相位解调新算法

提出了一种新的应用希尔伯特变换解调干涉条纹相位的算法,可以从单幅干涉条纹图中解调出全场相位分布.在实际应用中,常借助傅里叶变换实现希尔伯特变换算法,但是会忽略负频率成分,造成相位信息的丢失.对于相位分布非单调变化的干涉条纹,提出了一种判断函数,用来计算相位信息零频率点的分布.利用相位的零频率点分布构造了一个二元模板,使用该模板对本文提出的两次希尔伯特变换法产生的包裹相位图进行修正.对修正后的包裹相位图进行解包裹处理,可以得到连续的全场相位分布.对该方法用计算机模拟进行了验证.     

基于像散与理想光源成像原理的高亮度半导体激光器光纤耦合设计方法

运用像散原理和理想光源成像原理,讨论了半导体激光器消像散设计.提出了一种基于消像散的高亮度半导体激光器光纤耦合系统的设计方法.以波长为808 nm,输出功率为10 W的半导体激光器的光纤耦合为例,给出了详细的计算方法和设计步骤.结果表明:采用该方法将半导体激光器光束耦合入数值孔径为0.22,芯径为50 μm的光纤中,耦合后输出功率为9.712 W,耦合效率为97.12%,功率密度为1.1224×10⁶ W/cm².该方法不仅原理简单,而且设计的耦合系统耦合效率高、体积小,具有较强的实用价值.     

基于PGNAA的化学武器识别

未知化学武器弹药的定性识别在犀护社会安全方面是十分重要的,可指导化学武器的分类处理。瞬发伽马射线中子活化分析（PGNAA）技术利用分析活化产生的伽马射线能谱可以实现对物质中元素的无损,快速检测,在化学武器识别中具有独特的优势。因此,本研究基于PGNAA技术进行了化学武器弹药类型识别装置的设计,同时使用逻辑树判别方法对化学武器样品进行定性分析。首先,基于高纯锗（HPGe）探测器与Cf-252中子源,使用蒙特卡罗MCNP程序对装置结构进行设计优化,主要包括中子源容器尺寸、伽马屏蔽体厚度以及探测器相对位置等。为了最大化样品活化产生的特征伽马射线,需要提高样品位置处的热中子通量,采用聚乙烯作为慢化体,模拟结果显示聚乙烯厚度达到6 cm,宽度达到12 cm时,样品中热中子通量达到较高水平。为了降低周围材料活化噪声的干扰,选择铅作为屏蔽结构,模拟显示铅屏蔽厚度达到5 cm时,可满足屏蔽要求。同时,探测器与样品之间的距离也会影响对伽马射线的探测,最终模拟确定探测器与样品之间的距离为28 cm时,特征信号计数最高。根据优化结果搭建测量装置,使用分析纯试剂根据真实化学武器元素含量配制化学武器模拟样品,通过对5种化学武器模拟样品的测量获得伽马能谱。对能谱中的特征峰处理过程中,基于特征峰对元素进行分析,针对计数统计性较好的元素（如H,Cl,S）的特征峰,使用高斯及多项式拟合的方式对特征峰处的高能量康普顿平台进行扣除,获得特征伽马射线的全能峰信息。而对统计性较差的元素特征峰（如N元素的10.829 MeV）,采用能量区间加和法,对该能量下的全能峰至单逃逸峰之间的计数求和,进而可确定该元素在样品中的存在情况,最后利用建立的逻辑树判别方法根据元素存在信息对样品类型进行判别。实验结果表明,利用该优化的装置可以获得5种模拟样品的能谱,结合能谱分析方法可以得到化学武器模拟样品中的H,Cl,S和N等元素的存在信息,最后使用逻辑树判别方法可以对化学武器样品种类进行判别。     

光纤Bragg光栅的饱和效应

光纤 Bragg光栅的饱和效应可引起二阶衍射,并使一阶衍射的峰值反射率下降.本文利用折射率变化模型和耦合模理论,模拟了饱和情况下 Bragg光栅的一阶和二阶衍射谱,并讨论了饱和系数对一阶和二阶衍射的 Bragg波长和峰值反射率的影响.数值模拟结果与参考文献中的实验结果相吻合.     

激光纳米振动测量技术研究

本文通过对电子散斑小振幅振动测量的线性分析,实施一系列特殊算法、散斑平均技术及特殊图象处理等工作,使得纳米振动测量系统的测量精度得到较大提高.该系统将具有全场、非接触、测量速度快、测量精度高等优点,目前它也是纳米全场振动测量的唯一方法.