基于2D开源视频分析和建模软件Tracker研究抛体运动实验

以抛体运动实验的视频分析为例,具体介绍如何使用开源视频分析和建模软件Tracker对抛体运动实验进行分析.期望能在国内物理教学中,推广使用这类低成本的开源软件,激发学生探索隐藏在物理实验背后的物理规律的兴趣,扩展分析物理实验的手段.     

太赫兹波段微腔器件的设计及其特性研究

采用磁控溅射法制备了金属Cr膜, 并利用太赫兹时域光谱法获得了其光学参数. 利用Cr膜的光学参数计算了其相位穿透深度, 设计了基于低温GaAs 的全金属平面微腔光电导太赫兹辐射器件. 模拟结果表明: 器件的谐振频率分别为0.32, 0.65, 0.98, 1.31和1.65 THz, 与自由空间的光电导太赫兹谱相比, 在谐振频率为0.32 THz处的峰值强度提高了25倍, 光谱半高全宽压缩了50倍. 讨论了辐射偶极子与腔内驻波场之间的耦合强度对器件辐射强度的影响, 发现当辐射中心位于驻波场波腹处时, 器件辐射最强, 位于波节处时辐射被严重抑制. 太赫兹波段微腔效应的研究对于实现单色性好, 连续调谐, 高效高辐射强度的太赫兹源具有一定的理论意义.     

水下强声波脉冲负压的产生和空化气泡运动

首先利用高速摄影和压力传感器测量的方法, 对曲面反射式水下强声波脉冲的传播和聚焦过程进行了实验研究.实验研究发现, 椭球面反射罩在起到汇聚声能的作用的同时也将使得强声波脉冲在传播过程中形成负压区, 并由此而引发近场声传播通道上空化气泡群的产生. 在实验结果的基础上, 进一步利用基于Kirchhoff衍射定理的声传播模型和大振幅条件下的QX气泡运动方程, 对强声波脉冲负压区的形成原因及空化气泡的运动过程进行了数值计算和分析. 研究结果表明, 在焦前区, 源于反射罩内表面的"尾波"和出口处的"边缘波"在传播过程中将形成反射波中的负压区; 在焦后区, 源于反射罩顶点的"中心波"在传播过程中将形成反射波中的负压区. 在反射波作用下, 空化气泡体现出了"正压区受压缩并振荡, 负压区膨胀"的运动特点. 在反射波之后, 空化气泡将出现成长、坍缩和回弹等典型的物理过程. 研究结果对曲面反射式水下强声波传播物理规律的认识具有实际意义.     

适用于金属薄板焊接的柔性光纤耦合半导体激光加工光源

研制了一种单光纤耦合的柔性半导体激光加工光源,该光源由20个传导热沉封装的激光列阵以线阵合束方式耦合而成,在大通道工业水冷条件下,从600 μm芯径、NA为0.2的光纤中连续输出907 W功率,输出光束质量为47 mm·mrad,最终达到工件表面的功率密度为3.21×10⁵ W/cm²,最大插头效率达39%。该激光光源具有直接应用在金属薄板焊接的潜力。     

基于LabVIEW的高功率微波驱动源监控系统

针对高功率微波源对前级驱动电源的计算机自动控制要求,设计了一套1 200 kV高功率微波驱动电源监控系统。系统采用多功能数据采集卡控制大功率调压器产生连续可调的工频电压,再经过环氧高压变压器和整流硅堆等转换为直流高压,对储能电容进行充电控制;采用高速数据输入输出卡控制触发系统按时序进行工作;监测计算机通过RS-485串口方式对直流高压、闸流管阳极电压、闸流管对地电流等进行实时状态监测;控制主机通过以太网与中央控制计算机实现通讯,可以单独控制电源工作,也可以通过中央计算机统一协调工作;采用LabVIEW作为软件开发平台,利用图形控件完成整个电源系统的控制监测等功能的设计;为了解决因电磁干扰强而引起的地电位抬高、高压采集不正常等问题,系统的软硬件都融入了可靠性设计。实验结果表明,该系统工作可靠稳定,实时性强,界面友好,操作简单,具有良好的可扩展性和移植性。     

常规速调管空间功率合成微波源

基于常规速调管,研制了用于开展空间功率合成实验的微波源系统。介绍了50 MW超大功率速调管发射机的系统组成、大功率速调管、相位控制及高功率测试系统等。重点阐述了超大功率速调管发射机的关键技术,并针对超大功率发射机的设计难点提出了具体的解决方案。为提高超大功率发射机的可靠性,设计了基于绝缘栅双极晶体管（IGBT）的感应叠加型全固态调制器。给出了超大功率发射机的测试结果,并探讨了超大功率速调管发射机的改进方法。最后对基于常规速调管,研制用于空间功率合成微波源系统的发展进行了展望。     

气液双热源耦合热泵空调性能模拟研究

建立了气液双热源耦合换热器的耦合换热模型,并对其在耦合热源热泵空调中应用时的制热工况进行了性能模拟研究。模拟结果显示,使用该气液双热源耦合式换热器的耦合热源热泵空调系统,气液双热源模式与单空气热源模式相比,制热量和COP均有明显提高,低温时性能提高更为显著。当室外温度为-15℃时,双热源热泵的制热量较单一空气源热泵提高比例进一步增大,制热量提高近40%,COP提高近30%。     

LED用于彩色全息图照明的色度研究

基于制作全息灯箱背光源的需要,从色度上分析研究了发光二极管用于彩色全息图照明的可行性,对使用发光二极管和定向照明卤钨灯照明再现的彩色全息图进行了色度测量与评价.实验测量并计算了发光二极管与卤钨灯光谱功率分布RGB成分比,给出了在CIE1976均匀颜色空间中两种光源再现图像与原图像之间的色差.结果表明, 发光二极管用作彩色全息图照明光源是可行的,可以作为全息灯箱背光源.     

应用于大场景光学演示实验的高亮度白光光源制作

采用超高压汞灯为光源灯芯,制作了应用于大场景物理演示实验教学的高亮度白光光源.该光源可以用于牛顿环干涉实验和光栅衍射实验.     

应用于LED灯具散热的平板热管传热特性

平板热管作为一种新型的热管技术,具有高热导率,良好的均温性等优点,成为解决大功率LED散热问题很有前途的技术之一。本文通过实验与数值模拟相结合的方法,研究了平板热管散热模组的传热性能,探讨了热源布置方式(集中式布置与分散式布置)的影响,为LED芯片的布置提供理论指导。结果表明:该平板热管散热模组的散热效果良好,能有效解决LED灯的散热问题。