参考文献
用锁相放大器测量材料的介电参量

采用I-V法的数字电桥通过测量被测对象的交流电流和电压及两者之间的相位差,根据物理原理可得到描述材料特性的一系列介电参量。在充分理解实验技术原理的基础上,由交流信号源和锁相放大器等通用仪器组合实现数字电桥测量功能,且用数字电桥测量结果检验组合系统的科学性。同时,利用数字电桥不同测量模式的实验结果验证由最基本实验数据经过数理分析所得到介电参量的正确性。组合系统不仅有助于理解阻抗测量分析原理,还可根据需要拓展实验测量功能用于特定条件下材料介电特性研究。

基于数字锁相放大器测量电阻热噪声

数字式锁相放大器利用相干解调的方法对有用信号进行搬移,再结合高Q值的窄带低通滤波器对搬移后的信号进行低通滤波,最后得到有用信号的幅值与相位信息,利用OE1022锁相放大器测量了电阻热噪声,使用LabVIEW采集电阻热噪声数据,并用MAD算法统计处理数据。实验结果表明:1KΩ~1MΩ的陶瓷电阻的热噪声测量值符合电阻热噪声理论。

适用于 ppb 量级 NO2 检测的低功率 蓝光二极管光声技术研究

在405nm处基于低功率蓝光二极管光声技术探测ppb量级NO2浓度系统,获取了NO2有效吸收截面,探讨了水蒸气等气体的测量干扰, 通过频率扫描拟合得到了1.35kHz的谐振频率。采用内部抛光的铝制圆柱空腔作为光声谐振腔 (内径为8mm,长为120mm), 系统优化了腔体、窗片和电源等影响因素,分析了降低本底噪声、提高信噪比的方法,噪声信号可降至0.02 。设计了两级缓冲结构,显著抑制了流量噪声的影响,提高了系统的稳定性。系统的标定梯度曲线经过线性拟合后的斜率为0.016,R2为0.998,在60s平均时间下,系统NO2探测限为3.67ppb(3σ)。为了证实系统的测量结果,将其与二极管激光腔衰荡光谱系统同步对比测量大气NO2浓度,二者线性拟合后的斜率为0.94 ± 0.009,截距为1.89 ± 0.18,相关系数为0.87,一致性较好。实验结果表明,该系统实现了ppb量级NO2 浓度的低成本在线探测,可用于NO2浓度外场的实时检测。

基于空间型调制器的太赫兹波快速成像技术

为解决主流太赫兹成像技术在成像速度 、分辨力、清晰度以及制造成本等方面存在相互制约的问题,提出一种基于光控型空间调制器的太赫兹波快速成像技术。这一技术利用新型硅基太赫兹调制材料与数字微镜阵列器件(DMD)的集成,实现了基于单像素太赫兹探测器的快速成像,进一步分析了太赫兹波束分布特性和高斯背景对成像效果的影响,并提出了有效的优化方法。实验结果证实这种新型技术能够显著提高成像分辨力和清晰度。

中红外量子级联激光气体检测系统

为了满足基于室温连续量子级联激光器(QCL)的中红外气体检测系统的需求,研制了板级量子级联激光器的驱动电路以及谐波锁相放大电路。通过信号发生电路产生高精度的直流偏置信号、低频锯齿波扫描信号和高频正弦波调制信号,控制激光器的工作电流,进而扫描/调制激光器的输出波长;为了探测痕量气体吸收光谱的二次谐波信号,并获得较高的信噪比,研制了锁相放大电路,主要包括倍频电路、正交转换电路和数据转换电路;为了提高系统的稳定性和可靠性,研制了高稳定性的线性供电电路以及保护电路.采用中科院半导体所研制的波长为4.76μm 的 QCL作为光源,开展了电学系统的功能验证实验以及气体检测实验.实验结果表明:QCL驱动电路线性度为为0.063%,长期电流稳定度为5.0 X 10-5,QCL光强稳定度为5.07 X 10-4;锁相放大器系统具有较高的稳定性和较低的误差,一次谐波的最大误差在2.4%以内,二次谐波的最大误差在5.5%以内。通过动态配气方式开展了低浓度一氧化碳(CO)气体检测实验,在0~100 X 10-6范围内,二次谐波信号的幅值与CO气体浓度具有较高的线性度(拟合优度>0.99),表明所研制的电学系统具有良好的稳定性和可靠性,为中红外CO气体的检测提供了安全可靠的保障。

激光吸收法辐射测温技术研究

对辐射测温技术的发展进行了回顾,总结了辐射测温中遇到的主要问题,分析了激光吸收法辐射测温技术的发展现状,对激光吸收法辐射测温技术的理论模型进行了公式推导,对本单位建立的实验装置及其测温结果进行了介绍。

基于非线性热扩散效应的亚衍射极限光 声二次谐波显微成像技术

本文提出了一种基于非线性热扩散效应的光声二次谐波显微 SH-PAM 成像技术,用于实现亚衍射极限光声成像。生物组织受到强度调制的高斯激光束辐射时,组织吸收光子形成高斯分布的温度场,由于热扩散系数非线性热效应引起的非线性光声 PA 效应,从而产生光声二次谐波信号。模拟和试验结果均表明,重建后的光声二次谐波成像的横向分辨率超过了传统光学成像分辨率。本文通过仿体样品验证了该方法的可行性,并且对人表层皮肤细胞进行了成像,以证明其对生物样品的成像能力。该方法扩展了传统光声成像的范围,为超分辨成像开辟了新的可能性,为生物医学成像和材料检测提供了新的方法。

微波电子自旋共振的微分测量

实验教学仪器性能优化更有利于教与学的课堂交流,但缺乏日常教研讨论可能导致物理实验教学变为实验技能教学。特别对于近代物理实验教学,掌握实验原理有助于理解科研专业设备的工作原理。可以认为,理解基于调制场作用的锁相技术是掌握电子自旋共振吸收微分测量的关键。为此,教学实施中通过实验技术分解,提高物理实验教学的可操作性。在利用原有教学装置主体器件的基础上,采用通用仪器组建微分测量实验。教学实践表明:微分测量实验既帮助学生更好地理解电子自旋共振谱分析的实验原理,又展示了近代物理实验教学的灵活性及其连接物理实验研究的桥梁作用。

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