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光現(xiàn)象資源箱 型號(hào)：QWG1208 ? 實(shí)驗(yàn)清單： 光在空氣中直線傳播實(shí)驗(yàn) 面鏡成像觀察實(shí)驗(yàn) ? ? ? ? 透鏡成像觀察實(shí)驗(yàn) 影子觀察實(shí)驗(yàn)

含電路板、散裝元器件、制作說(shuō)明書(shū)等

含電路板、散裝元器件、制作說(shuō)明書(shū)等

原理介紹： 光在與微粒的相互作用中，會(huì)將自身攜帶的動(dòng)量傳遞給微粒，對(duì)微粒施加力的作用。在光鑷中，處在激光中的粒子所受的力有兩種：一部分是電磁場(chǎng)分布不均勻?qū)е碌奶荻攘Γ荻攘⑽⒘Ｎ蚬廒宓闹行模灰徊糠质枪庾优c粒子相互作用導(dǎo)致的散射。針對(duì)不同大小的粒子，大致可以分為三類： 一、微粒的尺度遠(yuǎn)大于激光波長(zhǎng)，可以采用幾何光學(xué)近似模型，光線在微粒經(jīng)過(guò)折射反射，將動(dòng)量傳遞至微粒上； 二、微粒尺度跟激光波長(zhǎng)相近，這種情況下可以通過(guò)電磁場(chǎng)麥克斯韋方程組求解； 三、微粒尺度遠(yuǎn)小于激光波長(zhǎng)，微粒在光場(chǎng)中被激發(fā)為偶極子，受到偶極子與強(qiáng)聚焦光場(chǎng)的相互作用力； 相關(guān)內(nèi)容： 動(dòng)手調(diào)節(jié)光路，利用光鑷捕捉并操控小球； 基于空間光調(diào)制器的光鑷系統(tǒng)，通過(guò)研究不同算法從而得到加載在空間光調(diào)制器上的全息圖、更加深入地研究特殊模式光束在光學(xué)微操縱中的應(yīng)用、拓展光鑷與其他學(xué)科交叉的應(yīng)用前景以及對(duì)光場(chǎng)偏振態(tài)、相位、振幅的聯(lián)合調(diào)制等等。 應(yīng)用領(lǐng)域： 作為非侵入型的力學(xué)操控系統(tǒng)，光鑷可以應(yīng)用于細(xì)胞生物學(xué)、氣溶膠科學(xué)、物理化學(xué)等交叉學(xué)科的基礎(chǔ)研究，包括細(xì)胞微環(huán)境的改變、形變拉伸、微粒力學(xué)參數(shù)的測(cè)量等等。將全息光鑷與圖像識(shí)別結(jié)合，可以做到自動(dòng)捕獲粒子和分揀， 將全息光鑷與光學(xué)顯微鏡相結(jié)合，可以量化細(xì)胞、分子的動(dòng)力學(xué)特性，在細(xì)胞生物學(xué)中有巨大的研究空間； 方案介紹： 光路圖：   上圖為本方案全息光鑷裝置的光路示意圖。首先激光經(jīng)過(guò)擴(kuò)束后，直徑與空間光調(diào)制器有效區(qū)域的短邊直徑相等，擴(kuò)束后的激光依次通過(guò)線偏振片、半波片和非偏振分光棱鏡。用半波片旋轉(zhuǎn)線偏光角度，使之工作在相位模式下，空間光調(diào)制器的入射角控制在在 5°以內(nèi)。 經(jīng)過(guò)空間光調(diào)制器反射的光經(jīng)過(guò)由兩個(gè)傅里葉透鏡組成的縮束系統(tǒng)，該系統(tǒng)能改變光斑尺寸確保光束直徑與顯微物鏡的入瞳直徑匹配。對(duì)于外圍光強(qiáng)較弱的高斯光束，利用此縮束系統(tǒng)將激光直徑稍大于顯微物鏡入瞳直徑。 經(jīng)過(guò)縮束系統(tǒng)的激光經(jīng)過(guò) 45°直角反射鏡，二向色鏡將激光透射進(jìn)入顯微物鏡，同時(shí)讓照明光源透過(guò)，從而使 CMOS 相機(jī)采集到樣品像。空間光調(diào)制器位于第一個(gè)傅里葉透鏡的焦距處，全息圖與物鏡入瞳是共軛像面，所以全息圖經(jīng)過(guò)顯微物鏡做傅里葉變換后在顯微物鏡焦平面即樣品面上再現(xiàn)期望的光場(chǎng)分布。   特點(diǎn)： 此方案采用的開(kāi)普勒式縮束系統(tǒng)透鏡間的焦平面與樣品面是共軛的，在透鏡焦平面加入高通濾波器或在空間光調(diào)制器上疊加閃耀光柵后，后續(xù)光學(xué)元件按照一級(jí)像排列，從而移去零級(jí)光的影響。 加載全息圖后 X-Y 位置可實(shí)時(shí)調(diào)整，快速疊加不同焦距菲涅爾相位圖、閃耀光柵相位圖等； 空間光調(diào)制器可供多種語(yǔ)言調(diào)用（labview、C、Python 等）；可編程實(shí)現(xiàn)不同數(shù)目、不同排列的光阱陣列；   配置標(biāo)準(zhǔn)：   序號(hào) 配置 規(guī)格 序號(hào) 配置 規(guī)格 1 激光光源 637nm 激光最大功率1w 4 顯微物鏡 PLN100× 油浸   NA 1.25 2 空間光調(diào)制器 1920*1080   2π 5 照明光源 波長(zhǎng)470nm 功率760mw 3 CMOS相機(jī) 1280*1024 60FPS 6 相機(jī)筒鏡 f=200mm 等系列其他配置

一、項(xiàng)目進(jìn)展 創(chuàng)意計(jì)劃階段 二、負(fù)責(zé)人及成員 姓名 學(xué)院/所學(xué)專業(yè) 入學(xué)/畢業(yè)時(shí)間 學(xué)號(hào) 高春林 克勞斯塔爾大學(xué) 2019 / 三、指導(dǎo)教師 姓名 學(xué)院/所學(xué)專業(yè) 職務(wù)/職稱 研究方向 李茜 電信院/電氣工程 副教授 能源系統(tǒng)智能感知 四、項(xiàng)目簡(jiǎn)介 深海生命線衛(wèi)士—復(fù)合能源管道健康管理系統(tǒng)是集能源管道實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、狀態(tài)評(píng)估、故障預(yù)警、三維立體顯示、創(chuàng)新健康管理、用戶檢修策略等多功能為一體的能源管道在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)代替了傳統(tǒng)的人工巡檢和巡邏船巡檢的故障監(jiān)測(cè)模式，將大幅度減少綜合成本。該系統(tǒng)改進(jìn)了市面上監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功能單一、顯示界面陳舊等問(wèn)題，率先提出創(chuàng)新性健康管理功能，使用戶全面了解能源管道的生命周期及整體健康情況，為用戶提供高效狀態(tài)檢修策略。該系統(tǒng)定位是做能源管道健康管理系統(tǒng)先驅(qū)，守衛(wèi)深海生命線安全。

1. 高壓IGBT器件封裝絕緣測(cè)試系統(tǒng) 針對(duì)高壓IGBT器件內(nèi)部承受的正極性重復(fù)方波電壓以及高溫工況，研制了針對(duì)高壓IGBT器件、芯片及封裝絕緣材料絕緣特性的測(cè)試系統(tǒng)（如圖1所示），可實(shí)現(xiàn)電壓波形參數(shù)、溫度和氣壓的靈活調(diào)控，用于研究電壓類型（交、直流、重復(fù)方波電壓）、波形參數(shù)、氣體種類、氣體壓力等因素對(duì)絕緣特性，具備放電脈沖電流測(cè)量、局部放電測(cè)量、放電光信號(hào)測(cè)量、漏電流測(cè)量及紫外光子測(cè)量等功能（如圖2所示），平臺(tái)相關(guān)參數(shù)：頻率：DC~20kHz，電壓：0~20kV，上升沿/下降沿：150ns可調(diào)，占空比：1%~99%，溫度：25℃~150℃，氣壓：真空~3個(gè)大氣壓。  2.壓接型IGBT器件并聯(lián)均流實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) 針對(duì)高壓大功率壓接型IGBT器件內(nèi)部的芯片間電流均衡問(wèn)題，研制了針對(duì)壓接型IGBT器件的多芯片并聯(lián)均流實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)（如圖3所示），平臺(tái)具有靈活調(diào)節(jié)IGBT芯片布局，柵極布線，溫度和壓力分布的能力，可開(kāi)展芯片參數(shù)、寄生參數(shù)以及壓力和溫度等多物理量對(duì)壓接型IGBT器件在開(kāi)通/關(guān)斷過(guò)程芯片-封裝支路瞬態(tài)電流分布影響規(guī)律的研究，以及瞬態(tài)電流不均衡調(diào)控方法的研究；平臺(tái)相關(guān)參數(shù)：電壓：0~6.5kV，電流：0~3kA，溫度：25℃~150℃，壓力：0~50kN。   圖3 壓接型IGBT多芯片并聯(lián)均流實(shí)驗(yàn) 3.高壓大功率IGBT器件可靠性實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) 隨著高壓大功率 IGBT 器件容量的進(jìn)一步提升，對(duì)其可靠性考核裝備在測(cè)量精度、測(cè)試效率等方面提出了挑戰(zhàn)。針對(duì)柔性直流輸電用高壓大功率 IGBT 器件的測(cè)試需求，自主研制了 90 kW /3 000 A 功率循環(huán)測(cè)試裝備和100V/200°C高溫柵偏測(cè)試裝備（如圖4所示）。功率循環(huán)測(cè)試裝備可針對(duì)柔性直流輸電中壓接型和焊接式兩種不同封裝形式的IGBT開(kāi)展功率循環(huán)測(cè)試，最多可實(shí)現(xiàn)12個(gè)IGBT器件的同時(shí)測(cè)試。電流等級(jí)、波形參數(shù)、壓力均獨(dú)立可調(diào)，功率循環(huán)周期為秒級(jí)，極限測(cè)試能力可達(dá) 300 ms，最高壓力達(dá)220 kN，虛擬結(jié)溫測(cè)量精度達(dá)±1°C，導(dǎo)通壓降測(cè)量精度達(dá)±2mV。高溫柵偏測(cè)試裝備可實(shí)現(xiàn)漏電流和閾值電壓的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，最多可實(shí)現(xiàn)32個(gè)IGBT器件的同時(shí)測(cè)試。 4. 壓接器件內(nèi)部并聯(lián)多芯片電流及結(jié)溫測(cè)量方法及實(shí)現(xiàn) 高壓大功率壓接型IGBT器件內(nèi)部芯片瞬態(tài)電流及結(jié)溫測(cè)量是器件多物理量均衡調(diào)控及狀態(tài)監(jiān)測(cè)的基本手段，針對(duì)器件內(nèi)部密閉封裝以及密集分布鄰近支路引起的干擾問(wèn)題，提出了PCB羅氏線圈互電感的等效計(jì)算方法，實(shí)現(xiàn)了任意形狀PCB羅氏線圈繞線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)了針對(duì)器件電流測(cè)量的方形PCB羅氏線圈（如圖5所示），實(shí)現(xiàn)臨近芯片電流造成的測(cè)量誤差小于1%；針對(duì)器件內(nèi)部多芯片并聯(lián)芯片結(jié)溫測(cè)量，提出了壓接型IGBT器件結(jié)溫分布測(cè)量的時(shí)序溫敏電參數(shù)法，通過(guò)各芯片柵極的時(shí)序單獨(dú)控制（如圖6所示），在各周期分別進(jìn)行單顆IGBT芯片結(jié)溫的測(cè)量，進(jìn)而等效獲得一個(gè)周期內(nèi)各IGBT芯片的結(jié)溫分布。在此基礎(chǔ)上，完成了集成于高壓大功率器件內(nèi)部的多芯片并聯(lián)電流測(cè)試PCB羅氏線圈以及時(shí)序溫敏電參數(shù)測(cè)量驅(qū)動(dòng)板的設(shè)計(jì)（如圖7所示）。 5. 自主研制高壓大功率電力電子器件 面向電力系統(tǒng)用高壓大功率電力電子器件自主研制的需求，開(kāi)展了芯片建模與篩選、芯片并聯(lián)電流均衡調(diào)控、封裝絕緣特性及電場(chǎng)建模以及器件多物理場(chǎng)調(diào)控等方面工作，相關(guān)成果支撐了國(guó)家電網(wǎng)公司全球能源互聯(lián)網(wǎng)研究院有限公司3.3kV/1500A、3.3kV/3000A以及4.5kV/3000A硅基IGBT器件的自主研制，并通過(guò)柔直換流閥用器件的應(yīng)用驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，同時(shí)也支撐了世界首個(gè)18kV 壓接型SiC IGBT器件的自主研制。