基本信息
- 项目名称：
- 微小粒子捕获系统
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 数理
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 光力学效应实验仪以光具有动量这一基本物理原理为出发点、以光与物质相互作用时产生的力学效应为核心，为直观生动地演示光的粒子性提供了极好的手段。通过本实验，能够使学生切实观察、感受到光的力学效应以及这种效应的巨大应用前景，加深对光的粒子性这一基本物理事实的认识。
- 详细介绍：
- 1．光源：激光。激光辐射在空间方向上高度集中，使得其在该方向上有很高的亮度，由此保证光束方向上的辐射亮度和光束的光功率密度，以显示光子力量。 2.光的梯度力原理。利用光梯度力使微小介质小球运动到光束中央。 3.光辐射压力原理。利用光辐射压力来操纵微小介质小球。改变光功率的大小，小球将浮于不同的位置。 处于激光束中的水中粒子受到四个力的共同作用，分别是： Fmg：粒子的重力 Fs：粒子受到的光辐射压力 Ff：粒子在水中的浮力 Fg：粒子受到的光梯度力。 由于光束的梯度力正比于光强的梯度，指向光场强度的最大处。它的作用效果使得粒子朝向光功率密度最大的点运动，处于激光束中的微小物体在梯度力的作用下会运动到光束的中央，在光束中央处粒子受到的梯度力为零，因此，粒子被梯度力束缚于光束中。同时当粒子受到的光辐射压力足以克服其在水中的重力时，粒子将悬浮于水中。 既： Fs=Fmg-Ff 作为本作品的实质性技术，是当前生物物理学中新方法和新仪器的研究热点之一。该设计特点： 1.利用光纤将激光束投射到水中聚苯乙烯球上，减少了光强度的损失 2.聚苯乙烯小球属于介电物质，利用其在激光光场中的电偶极化现象，展示光的梯度力。 3.采用可调光功率的激光光源，通过改变光功率大小改变聚苯乙烯小球受力大小，使小球悬浮于不同位置，通过对比达到演示目的。 系统原理：利用光纤将激光束投射到水中聚苯乙烯球上，调节光功率使得辐射压力与小球重力平衡，实现光悬浮，测量光的辐射压力与光功率间关系。
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 粒子性和波动性是光的两个基本属性。长期以来，各种干涉仪光作为波动性的验证性实验已经成为大学物理的基础实验，而光的粒子性却缺少与之相应的实验内容，对物理实验教学体系而言无疑是一个非常大的缺憾。光力学效应实验仪以光具有动量这一基本物理原理为出发点、以光与物质相互作用时产生的力学效应为核心，为直观生动地演示光的粒子性提供了极好的手段。通过本装置，能够使学生切实观察、感受到光粒子性所带来的效果，加深对光的粒子性这一基本物理事实的认识。 1．光源：激光。激光辐射在空间方向上高度集中，使得其在该方向上有很高的亮度，由此保证光束方向上的辐射亮度和光束的光功率密度，以显示光子力量。 2.光的梯度力原理。利用光梯度力使微小介质小球运动到光束中央。 3.光辐射压力原理。利用光辐射压力来操纵微小介质小球。改变光功率的大小，小球将浮于不同的位置。 处于激光束中的水中粒子受到四个力的共同作用，分别是： Fmg：粒子的重力 Fs：粒子受到的光辐射压力 Ff：粒子在水中的浮力 Fg：粒子受到的光梯度力。 由于光束的梯度力正比于光强的梯度，指向光场强度的最大处。它的作用效果使得粒子朝向光功率密度最大的点运动，处于激光束中的微小物体在梯度力的作用下会运动到光束的中央，在光束中央处粒子受到的梯度力为零，因此，粒子被梯度力束缚于光束中。同时当粒子受到的光辐射压力足以克服其在水中的重力时，粒子将悬浮于水中。 既： Fs=Fmg-Ff
科学性、先进性
- 作为本作品的实质性技术，是当前生物物理学中新方法和新仪器的研究热点之一。该设计特点： 1.利用光纤将激光束投射到水中聚苯乙烯球上，减少了光强度的损失 2.聚苯乙烯小球属于介电物质，利用其在激光光场中的电偶极化现象，展示光的梯度力。 3.采用可调光功率的激光光源，通过改变光功率大小改变聚苯乙烯小球受力大小，使小球悬浮于不同位置，通过对比达到演示目的 系统原理：利用光纤将激光束投射到水中聚苯乙烯球上，调节光功率使得辐射压力与小球重力平衡，实现光悬浮，测量光的辐射压力与光功率间关系。
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 已完成
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 实验演示
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 光的辐射压的主要应用在一下三个方面： 1.激光冷却原子 在原子物理的研究中，有时需要对单个孤立原子进行观察和测量，研究人员都渴望得到一种能使原子处于静止和无相互作用的理想状态。冷却可以使原子热运动速度降低，但低温时原子间有强烈的相互作用，不再是孤立的。 2.同位素分离 在分离同位素时也可借助光的辐射压力来实现。由于同种原子的不同同位素的电子激发能量稍有不同，这样我们可以将入射光频率调整到刚好与其中一种同位素的跃迁频率发生共振。增加入射光光强，可使每个原子吸收并发射光子的数目增多，有助于使同位素得到最大的空间分离。 3.激光清洗 在微电子加工过程中，污染是个严重的问题。因此，有效的清洗技术可以促进半导体技术、计算机磁盘技术、光盘技术的发展。当激光照射到物体表面时，污物粒子吸收光子而获得动量，产生振动，使其克服基体的吸附力，脱离物体表面，达到清洗的目的。激光清洗在工业生产、艺术品保护以及牙齿疾病的治疗中也有广泛应用。
同类课题研究水平概述
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