近场光学与近场光学显微镜

近场光学是研究距离物体表面一个波长以内的光学现象的新型交叉学科。基于非辐射场的探测与成像原理,近场光学显微镜突破常规光学显微镜所受到的衍射极限,在超高光学分辨率下进行纳米尺度光学成像与纳米尺度光谱研究。本文将讨论近场光学的基本原理,非辐射场的探测与高分辨率的关系;光学限阈及隐失场在近场光学中的重要性;以及近场信息的获取方法。对近场光学显微镜的主要类型及相应的仪器发展,分辨率,衬度原理做一综述。同时简要介绍近场光学显微镜在超高分辨率光学成像,近场局域光谱,高密度数据存储,在生命科学,单分子光谱,量子器件发光机制等领域中的应用。     

光学显微术的进展

介绍了近场光学显微术的发展及扫描近场光学显微镜,展望近场光学技术的发展,探讨了近场光学显微术目前存在的一些问题和需要解决的问题.     

近场光存储一体化光学飞行头结构设计与特性仿真

设计了一种新型一体化光学飞行头，通过对光学飞行头滑块气浮力分布和飞行姿态(飞行高度、仰俯角和滚动角)的数值仿真分析，对滑块气体轴承表面(ABS)形貌参数进行了优化设计，确定了滑块的主要结构参数．仿真结果表明，所设计的光学飞行头滑块的飞行高度能够在光盘的不同半径处保持在43-44nm之间，符合近场光存储系统的信号读写要求．该光学飞行头具有良好的机械性能和光学性能，可在近场光存储系统的读写过程中获得稳定的飞行高度和高信噪比的光学信号．     

有限厚导体屏上纳米小孔近场光学特性的研究

在Bethe小孔衍射偶极子理论模型和光波导理论的基础上,推导了有限厚导体屏上纳米小孔近场光强的分布公式,得到了小孔近场电磁场分布的严格解．计算结果不仅对深入了解近场光的辐射机理非常有益,而且可直接应用于非探针型近场光学显微镜中基码板的设计．     

模糊PID控制用于PCR芯片实验室温控系统

介绍了一种采用自校正模糊PID控制算法的PCR芯片实验室温度控制系统。该系统将模糊推理控制与PID控制相结合,利用PCR芯片上溅射的Pt电阻获取温度信号,通过PID精确输出控制在芯片背面直接制备的微加热器和外加的半导体致冷器件,实现了PCR芯片的高精度快速变温控制,可用于近场光学显微镜实时探测PCR扩增反应过程中荧光信号的近场分布,为实现高灵敏度DNA定量检测提供了必要条件。     

近场光学中的光纤探针技术及其在纳米生物领域的应用

该文讨论了近场光学的基本原理和非辐射场探测分辨率,并着重研究了近场扫描光纤探针的辐射机理及其在纳米生物领域的应用.     

近场光学显微术对凋亡HeLa细胞成像的探索

用扫描近场光学显微镜对凋亡的HeLa细胞进行了近场光学成像,得到优于光学衍射极限的光学分辨率.由于近场光学显微镜同时测量细胞表面形貌信息和透射光强信息,可以将细胞表面及其内部的物质结构特性和光学特性与空间位置相结合,获得凋亡细胞的结构信息与光学细节信息的对应关系.运用近场光谱方法在不同波长进行透射光谱成像时,不同波长的光在细胞内的传播与吸收所造成的光强分布存在显著差别,这种特性可以用于对细胞内不同组分的超高空间分辨率成像.结合近场光学成像和光谱成像结果,表明凋亡HeLa细胞内部为非均匀结构,并且其物质分布也极不均匀.研究表明,运用近场光学显微镜和近场光谱成像技术,不但提供优于衍射极限的高分辨本领,还可以提供生物细胞精细结构的更深层次的光学信息.     

纳米小孔光学近场分布的研究

扫描近场光学显微镜突破了传统远场光学的衍射极限 ,能够获得超高光学分辨率。亚波长尺寸的小孔作为扫描近场光学显微镜中常用的金属膜光纤探针的简化模型。研究光透过小孔后的近场分布特性 ,对理解和分析探针在近场成像中的作用十分重要。采用时域有限差分 (FDTD)方法研究了无限大理想导体屏上纳米小孔的近场分布 ,计算结果表明 ,入射偏振光从小孔出射后发生了退极化 ,即出射光含有与入射光偏振方向垂直的电场分量。文中详细分析了小孔的近场分布特征与退极化之间的关系 ,研究了小孔的形状以及入射光偏振态对近场分布的影响     

近场光学中多极展开理论的讨论

介绍了近场光学中多极展开的理论，并且采用非线性量子Ermakov系统的方法求解了Helmholtz方程，讨论了二种特殊情况的基本波函数。     

作物病害胁迫检测的研究进展

综述了基于遥感技术、图像处理技术和农业专家系统的作物病害胁迫检测方法,比较这三种方法研究进展及其优缺点,介绍了近场声全息技术研究现状,提出了基于近场声全息理论的作物病害胁迫检测的研究方法,为作物病害综合精准防治开辟了一条新的途径．     

钢-混凝土组合沉管结构抗剪机理

以深圳至中山跨海通道沉管隧道设计方案为研究背景,建立沉管节段的精细化非线性有限元模型,进行四点反弯矩剪切试验仿真模拟.结果表明,在隧道横向,横隔钢板和混凝土分别承担斜向拉力和斜向压力,两者形成主要的受力体系;在隧道纵向,混凝土内未发现明显的横向应力分布变化;角钢连接件主要承担格室面板与混凝土间的剪力传递,拉拔作用不明显;在结构弹性状态下,各连接件抗剪刚度相近、剪力分布均匀;连接件附近混凝土开裂后逐步退出工作,但并不影响结构继续承载;剪切破坏过程表现为结构依次发生混凝土弯剪开裂、连接件处混凝土开裂、横隔钢板屈服,最终因混凝土剪切斜裂缝贯通达到结构极限承载力.     

温差和荷载引起的FRP-钢组合梁界面剪应力分析

为了解FRP-钢组合梁桥的连接界面受力特性,分析外荷载对FRP桥面板与钢纵梁连接界面的剪应力分布的影响,利用接触面层间纵向伸长相等条件,建立组合梁在温度差异和均布荷载作用下弯曲变形时的内力平衡方程,推导了计算公式,阐明了界面剪应力分布特性.结果表明,在温差作用下,组合梁跨中界面剪应力最小,越靠近组合梁端部界面,剪应力增...     

Sub-kelvin optical cooling of a micromechanical resonator

Micromechanical resonators, when cooled down to near their ground state, can be used to explore quantum effects such as superposition and entanglement at a macroscopic scale. Previously, it has been proposed to use electronic feedback to cool a high frequency (10 MHz) resonator to near its ground state. In other work, a low frequency resonator was cooled from room temperature to 18 K by passive optical feedback. Additionally, active optical feedback of atomic force microscope cantilevers has been used to modify their response characteristics, and cooling to approximately 2 K has been measured. Here we demonstrate active optical feedback cooling to 135 +/- 15 mK of a micromechanical resonator integrated with a high-quality optical resonator. Additionally, we show that the scheme should be applicable at cryogenic base temperatures, allowing cooling to near the ground state that is required for quantum experiments--near 100 nK for a kHz oscillator.     

基于蒙特卡罗方法的直角切削切削力概率特性分析

考虑随机因素的影响,采用蒙特卡罗数值模拟方法,研究金属切削过程中切削力的统计分布规律.建立非等分平行面剪切区模型,求解切削速度、剪应变以及剪应变率.构建金属切削材料控制方程和温度控制方程,求解剪切区剪切应力及切削力.根据切削参数的分布信息抽取样本,代入切削力模型进行计算,获取切削力,并统计切削力的概率特性,从而提出一种基于蒙特卡罗方法的直角切削切削力预测方法.     

施加预应力阶段CFRP布加固组合梁界面剪应力计算

在预应力CFRP布加固钢与混凝土组合梁过程中,CFRP布与钢的粘结力在很多情况下决定构件是否破坏.胶结层剪切模量和CFRP布弹性模量是影响粘结力的重要因素.利用弹性理论,结合预应力CFRP布加固钢与混凝土组合梁受力特征,建立了施加预应力阶段界面剪应力的计算公式.计算结果表明,加固时组合梁跨中界面剪应力最小趋于零,越靠近CFRP布端部界面剪应力增大越快,在CFRP布端部出现明显的应力集中现象;界面剪应力随胶结层剪切模量的增大而减小,随着CFRP布弹性模量和胶结层厚度的增大而增大.     

敲击模式扫描近场光学显微镜

为了实现敲击模式的扫描近场光学显微镜 ,采用以石英音叉为灵敏探测器件 ,将光纤探针垂直音叉侧臂粘接 ,使探针在垂直样品的方向上振动 ,以“敲击”方式探测样品表面的信息 ,实现近场范围的高度控制。仪器结构紧凑 ,操作方便 ,灵敏度高 ,可用于液体环境下的样品探测 ,在对样品形貌进行探测的同时可实现对光信号的调制。将这种探测模式应用于实验 ,获得 2 40 0线 /mm光栅、光盘母盘和生物细胞的形貌图像。实验证明 :这种探测方式分辨率优于 2 0 0 nm,适用于不同硬度的样品 ,可以作为材料学、生物学等领域的有力工具。     

弯剪共同作用下的RPC梁截面分析程序探讨

为了研究配箍率对高强箍筋活性粉末混凝土梁抗剪性能的影响,开展6根配置HRB400级箍筋RPC梁的抗剪试验,考虑RPC的材料特征参数与钢纤维对斜截面承载力的影响,分析有腹筋与无腹筋梁在剪力传递机理及裂缝控制方面的差异,基于修正压力场理论,对开裂混凝土在拉、压应力下的本构关系及裂缝处的应力平衡条件进行适当修正,将弯矩效应叠加至纯剪作用建立RPC梁在弯剪复合作用下的分析模型,并根据弯剪复合作用采用MATLAB软件编制RPC梁斜截面抗剪强度分析计算程序,对RPC简支梁进行受剪强度分析,并将试验结果与计算结果进行对比分析,研究结果表明该计算程序能够较好地预测高强钢筋RPC梁的受剪承载力,具有一定的参考和实用价值。     

磁致塑性的位错机理

采用佩尔斯-纳巴罗的部分离散位错模型,计算了磁场中直刃型位错的错排能,推导出在静磁场中位错滑移所需克服晶体点阵阻力的最大值--佩-纳力,给出了佩-纳力与磁场强度、材料性质间的关系.结果表明:若材料中的位错具有顺磁性,佩-纳力的值比无磁场时的值减少,位错更容易运动,材料塑性增强.该结论与已有的磁塑效应实验中观察到的现象一致.当磁场为0时,所得佩-纳力的值可退化为已知的原佩-纳力.     

考虑颗粒破碎的粗粒土直剪试验离散元模拟

为了分析粗粒土的剪切力学特性,采用离散元软件PFC2D模拟考虑颗粒破碎的粗粒土直剪试验,提供了制备可发生破碎的单颗粒粗粒土试样方法,以及改变离散元试样孔隙率的方法。在不同竖向压力作用下对粗粒土试样模拟直剪试验,分析剪应力、体应变与剪切位移的关系,剪切前后应力状态,剪切后速度分布情况。改变粗粒土试样的孔隙率和颗粒间黏聚力,分析粗粒土剪切强度的影响因素。研究表明,试样先剪缩再剪胀,剪应力峰值、残余强度随着竖向压力的增大而增大。应力场受剪前均匀分布,受剪后分布不均匀。剪切带内外颗粒处于不同的运动状态,剪切带内速度变化梯度较大。在相同竖向压力作用下,剪切强度随孔隙率增大而减小,随黏聚力增大而增大。