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纠缠光子干涉度量教学系统

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  • 加利用量子纠缠开发超精密测量技术

    科技日报多伦多6月6日电 (记者冯卫东)加拿大物理学家们首次利用量子力学克服了测量科学中的一个重大挑战。新开发的多探测器方法可测量出纠缠态的光子,实验装置使用光纤带收集光子并将其发送到由11个探测器组成的阵列。此项研究为使用量子纠缠态开发下一代超精密测量技术铺平了道路。 研究报告主要作者之一、多伦多大学物理系量子光学研究小组博士生罗泽马·李称,新技术能利用光子以经典物理学无法达到的精度进行测量。此项研究成果在线发表在《物理评论快报》上。 现存最灵敏的测量技术,从超精确原子钟到世界上最大的望远镜,均依赖于检测波之间的干涉,这种干涉发生于两个或更多个光束在相同空间的碰撞。罗泽马及其同事使用的量子纠缠态包含N个光子,它们在干涉仪中均被保证采取同样的路径,即N个光子要么全部采取左手路径,要么全部采用右手路径。 干涉效应可用干涉仪进行测量。干涉装置的测量精度可通过发送更多的光子加以改善。当使用经典光束时,光子数目(光的强度)增加100倍,干涉仪的测量精度可提高10倍,但是,如果将光子预先设置在一个量子纠缠态,干涉仪在同等条件下的测量精度则同步增长100倍。 科学界虽已了解到测量精度可通过使用纠缠光子加以改善,但随着纠缠光子数的上升,所有的光子同时到达相同检测器的可能性微乎其微,因此该技术在实践中几无用处。罗泽马及其同事于是开发出一种使用多个探测器来测量纠缠态光子的新方法。他们设计了一种使用“光纤带”的实验装置,用以收集光子并将其发送到11个单光子探测器组成的阵列。 这使研究人员能够捕捉到几乎所有最初发送的多光子。罗泽马称,同时将单光子以及两个、三个和四个纠缠光子送入检测设备,测量精度可得到显著提高。 研究人员表示,两个光子好于一个光子,探测器阵列的效果则远远好于两个。随着技术的进步,采用高效探测器阵列和按需纠缠的光子源,此项技术可被用于以更高精度测量更多的光子。《物理评论快报》的评论指出,该项技术为提高成像和光刻系统的精度提供了一种行之有效的新途径。 总编辑圈点 光子纠缠态,早已经不再拘束于当初爱因斯坦等人提出的玄妙理论,而被应用到如量子光刻、量子图像学等技术领域。也正是这些应用,让抽象的量子力学概念能较为实在地体现在人们面前。本文中研究者以超越经典物理学的精度测量出纠缠态光子,这种高分辨率的量子态测量,不仅能带动以上应用领域的发展,亦将有助于实现相关物理参数的高精度。来源:中国科技网-科技日报 2014年06月07日

  • 科学家成功使两根填充500个光子的光纤发生纠缠

    中国科技网讯 据物理学家组织网7月26日(北京时间)报道,量子物理学似乎一直涉及的是一些无限小的事物。而多年以来,瑞士日内瓦大学的研究人员一直试图在更大规模甚至宏观层面上观察到量子物理的性质。最近该研究团队成功让两根填充了500个光子的光纤发生纠缠,不同于以往只有1个光子的光纤纠缠实验,向实现宏观层面的量子纠缠迈出了重要一步。相关研究成果发表在最新一期的《自然·物理学》上。 30年以来,物理学家已经能够使光子对发生纠缠。不管两个光子之间存在的距离和障碍如何,第一个光子的动作会在瞬间冲击第二个光子。这种状况发生时,好像是一个单光子存在于两个不同的地方。 似乎可以直观地认为,应用于原子水平上的物理规则也可转移到宏观世界当中。然而,试图证明这一点并不容易。事实上,当一个量子系统大小增加,其与周围环境就会进行越来越多的互动,而这样却会迅速破坏其量子特性,这种现象被称为量子消相干。 尽管有这些限制,在技术的不断进步下,该研究团队一直在努力寻求突破。2011年1月,他们设法实现了晶体纠缠,从而超越了原子的维度。现在,该大学理学院教授尼古拉斯率领的团队成功使两个填充了500个光子的光纤发生纠缠。 为了做到这一点,他们先在微观层面上创建两个光纤之间的纠缠,然后将其移到宏观层面。这种微观量子纠缠态的生存过渡到更大规模世界的现象,甚至可以用传统的检测手段,即肉眼观察得到。而为了验证在宏观世界的纠缠存活,他们可以将其重新转换回微观水平。 尼古拉斯说:“这次大规模实验为许多量子物理学的应用铺平了道路。在宏观层面的纠缠是该领域的主要研究方向之一,我们希望在未来几年可以实现大型对象间发生的纠缠。”(记者 华凌) 总编辑圈点 尽管量子学还是“上帝跟宇宙玩掷骰子”,但物理学家们早已证实神秘现象不仅仅局限于极度微观领域中。好比本文中的量子纠缠,其实不像人们通常以为的那么“脆弱”,还曾在全固体材料中实现过,它最终走入到电子设备中是迟早的事。目前这一成果,在将来能为研制适用于量子通信的全光纤纠缠光源和单光子源带来益处,对于量子密钥的分发系统也起到重要作用。

  • 科学家首次用相机拍下量子纠缠图像

    中国科技网讯 据物理学家组织网8月9日(北京时间)报道,英国格拉斯哥大学、赫瑞-瓦特大学以及加拿大渥太华大学的研究人员携手合作,首次利用照相机拍摄到量子纠缠的图像。量子加密通信、量子计算等技术的发展都需要依靠量子纠缠的物理特性,最新研究成果朝着开发这类应用迈进了一步。相关论文发表在《自然·通讯》杂志上。 量子纠缠是一种量子力学现象,处于纠缠态的两个粒子即使距离遥远,也保持着特别的关联性,对一个粒子的操作会影响到另一个粒子。简单来说就是,当其中一个粒子被测量或者观测到,另一个粒子也随之在瞬间发生相应的状态改变。这种仿佛心有灵犀一般的一致行动超出了经典物理学规则的解释范畴,被爱因斯坦形容为“鬼魅似的远距作用”。 在此次实验中,研究小组使用了一个具有高灵敏度的照相机来测量光子的高维空间纠缠。光子的纠缠态是用一种特殊的晶体将一个单光子一分为二来创建的。通过给这些光子对拍照,研究人员可以对光子位置之间的关联进行测量,这是经典物理学所无法实现的。借助201×201像素阵列,照相机可在同一时刻观察到量子光场的全景,研究小组也得以看到多达2500种不同的纠缠态。 参与该项研究的格拉斯哥大学物理学和天文学学院教授迈尔斯·帕吉特说:“一张图片胜过千言万语,这句格言用在此处再恰当不过了。每个像素都含有自己的信息,从而可能给量子加密通信的数据容量带来革新。” 他表示:“这项研究是朝着未来量子技术迈进的重要一步,同时也显示了照相机的一个重要新功能,那就是在量子信息科学方面的应用。”(记者 陈丹) 总编辑圈点 在量子世界中,与奇怪的定理相联系的是许多奇怪的现象,比如测不准原理,比如薛定谔的猫,再比如这个爱因斯坦的“幽灵”——量子纠缠。一副万物皆可能有默契的样子,让人无论站在人文还是科学的高度上,仅靠言语都难于描述一二。幸好,现在科学家把它拍下来了,当嘴巴因无力选择缄默时,我们还可以靠眼睛,直观的对视那无比奇妙的微观世界,期盼着从中窥探更多的可用信息,以完成宏观世界中对量子通信及量子计算的建设。 《科技日报》(2012-8-10 一版)

  • 瑞士科学家为量子“纠缠”分类

    可预测新技术运用量子态的可能性2013年06月08日 来源: 科技日报 作者: 常丽君 科技日报讯 “纠缠”是量子力学的一个基本特征,而且这种现象有多种不同的形式。据物理学家组织网6月6日报道,最近,瑞士苏黎世联邦理工学院的物理学家和数学家显示了怎样把不同形式的量子“纠缠态”有效而系统地分类。研究人员指出,这一方法非常重要,因为它有助于预测将一种量子态应用于新技术的可能性有多大。相关论文发表在最近的《科学》杂志上。 美国物理学家理查德·费曼曾说“没人能理解量子力学”,这么说是想强调,即使那些科学带头人,也在艰难地开发着他们对量子力学的直觉设想。量子现象通常在经典物理学中找不到相匹配的部分,典型例子就是量子纠缠:纠缠的粒子之间无论相隔有多远,好像都能直接地互相影响,就像能隔着任意遥远的空间互相“通讯”似的。爱因斯坦曾把这种行为叫做“幽灵般地超距作用”。 当两个以上粒子相纠缠时,它们之间的互相影响表现为不同的形式。纠缠现象为何有这些不同的表现,科学家尚未完全理解,至今也还没有一般性的方法,系统地将纠缠状态划分类别。现在,研究小组开发出一种方法,能把既定的量子态归入某一类可能的纠缠态。 该方法指出,不同类型的纠缠态与几何形体即多面体有关,这些形体代表“空间”,也就是某种纠缠的可用空间。一种给定的状态是否属于某种多面体,可以通过检测个别粒子来确定,而检测方法有很多。新方法通过检测个别粒子来描述纠缠态特征的可能性,不仅效率很高,而且不必同时检测许多粒子,这是与其他方法的不同之处,也意味着它能扩展到多粒子系统。 该校理论物理学院教授马提亚·克里斯丹德解释说:“对3个粒子来说,有两种根本不同的纠缠类型,一种是通常认为的更‘有用’的。而对4个粒子来说,粒子间纠缠的方式已近乎无数种,随着每增加一个粒子,纠缠的复杂程度会迅速增加。”论文第一作者、他的博士生迈克尔·沃特说,“我们的纠缠多面体方法,把这些状态划分为有限的体系,大大减少了复杂性。” 多粒子量子系统可能在未来技术中发挥重要作用,做到在经典物理学框架下完全不可能的事情。从反窃听信息传输、解决计算难题的高效算法,到改进照相印刷分辨率的技术等。在这些应用中,纠缠态是基本资源,精确地表现了经典物理学与量子力学不同的地方。在合适使用的情况下,这些复杂状态为各种新奇应用开辟了道路。 研究人员在计算中显示,纠缠多面体的方法不仅是一种简洁的数学构造,而且在现实实验条件下也能可靠地发挥作用,这预示着新方法可以直接用于那些使用了新奇量子技术的系统。(常丽君) 《科技日报》(2013-06-08 二版)

  • 【分享】我自主研制纠缠光子法探测器量子效率绝对定标装置

    由中国计量科学研究院承担的国家“十一五”科技支撑课题 “利用相关光子测量技术建立光电探测器量子效率测量装置的研究”近日通过了专家验收。该课题自主研制的缠光子法探测器量子效率绝对定标装置,成功将我国光辐射功率计量的量程能力扩展到了光子水平,为用光子数重新定义国际基本单位之一的“坎德拉(cd)”量值复现研究奠定重要基础。  课题的研制成功,缩短了我国与国际发达国家之间在实现基于量子物理复现光辐射功率基准研究方面的差距;同时为研究量子信息、生物医学、空天探测器、天文物理、环境科学等领域中涉及到的光子探测技术提供了光子水平的计量技术保障。

  • 【讨论】科学家探讨"时间中传输" 量子纠缠观察创新设想

    (科技日报)在“普通的”量子纠缠中,两个粒子即使在空间上相隔遥远,彼此之间也有一种内在的联系。澳大利亚物理学家最近提出,只存在于时间上的量子纠缠也可能存在,而且还可以将这种类时纠缠转化为正常的类空纠缠。  澳大利亚昆士兰大学物理学家·杰伊·奥尔森和提马斯·拉尔夫在他们论文中描述了如何用两个探测器将类时纠缠转化成类空纠缠,并探讨了用类时纠缠来进行“时间中远距传输”的可能性。  奥尔森解释说:“基本上,一个在过去的探测器能‘捕获’某个处于过去量子场状态的信息,携带它及时赶赴未来——当它以光速运动时,这一信息会散逸到遥远的时空中去。当另一个处在同一空间位置的探测器捕获了处于未来场状态的信息,就能把这两个探测器相互比较,看看它们的状态是否发生了人们所熟知的普通纠缠——我们发现确实如此,它们应该是纠缠的。”  他们提出了实验设想,利用类时纠缠作为一种资源,将一个量子态移动到未来,并称这一过程为“时间中的超距传输”。设想实验中用到两个量子比特探测器,一个被连接到过去场,另一个被连接到未来场。首先,由与过去连接的探测器操作一个量子比特,生成有关量子比特如何被探测到的信息。然后将这一量子比特传输到未来,基本上跳过中间时期。再把第一个探测器移开,把第二个跟未来连接的探测器放在第一个探测器的空间位置上。  他们还强调,必须保证一种重要的对称时间相关性,实验才能有效进行。如果量子比特在零时刻被传输,第一台探测器在零时刻之前运行的时间必须和第二台探测器在零时刻之后开始运行的时间相同。比如,如果零时刻是12点整,第一台探测器在11点45分运行,第二台探测器必须等到12点15分才开始运行,这样才能获得纠缠。  根据他们以前的研究经验,这种类时纠缠应该生成一种源自量子真空的新型热效应(量子真空被认为有多种热效应,包括至今尚未观察到的霍金辐射)。他们预测,用当前的技术观察新型热效应可能比其他的热效应更容易。这种用于提取和转化类时纠缠的实验程序能提供在真空时空中直接观察量子纠缠的新途径。  “量子纠缠每天都能被观察到,”奥尔森说,“然而,在真空状态直接观察量子纠缠还是首次,量子纠缠将有可能作为一种资源用于量子技术。在物理学上,真空状态最接近‘空无一物’(没有普通粒子的状态),观察并利用真空中固有的纠缠作为一种技术资源,可能提供一种建造量子设备的方法,仅仅利用空闲的空间作为最基本的组成要素。”(常丽君)

  • 利用激光可快速高效创建单光子

    为研究原子的纠缠态和自旋波等提供了便利条件科技日报 2012年04月21日 星期六 本报讯 据物理学家组织网4月19日报道,美国佐治亚理工学院的物理学家利用激光从超冷的铷原子气体云内激发单个原子,开发出了一种能快速、有效创建单光子的新方式,并有望应用于光量子信息处理之中。相关研究结果发表在当日出版的《科学快讯》(《科学》杂志快速在线版)上。 这套新的单光子系统为研究原子的纠缠态和自旋波等提供了“肥沃的土壤”。科研人员能相当高效地将里德伯激发转化为单光子,随时获取所需的状态,速度可比现有系统快近千倍。 里德伯原子是指一个价电子被激发到高量子态的高激发原子。其价电子离原子实很远,能级结构类似于氢原子。为了获取里德伯原子,研究人员利用激光照射数百个密集的铷87原子。它们都被激光所冷却,并被限制在光学晶格中。激光照射将使单个原子从铷原子气体云中转化为接近电离的里德伯态。原子处于这种高度激发的状态时,将在10微米至20微米的范围内,与其他里德伯原子发生强烈的相互作用。通过修改单个里德伯原子的能量水平并在其周围保有相应的空间,可阻止额外的原子被转化为里德伯态。 一旦高度激发的原子被制成,科学家便可利用额外的激光场将激发转化为具有同样统计属性的量子光场。由于场由单个里德伯原子生成,其只包含一个光子,这可被用于多种协议之中,对于量子信息系统等领域的研究也十分重要。研究人员表示,在首次实验中,生成的单光子的性能已超过了其他类型的单光子。随着效率和生产率的进一步提升,以及和“长寿的”量子存储器的融合,这一单光子来源或可实现光量子的信息处理。 下一步,研究团队将致力开发两个光场之间的光子量子闸。如若成功,将支持他们制成原子和光的复杂纠缠态,这将为量子网络和量子计算添加宝贵的性能。(张巍巍)

  • 中国科学家攻克拓扑量子纠错难题

    “非常重要的原理性实验,一个艰苦卓绝的英雄主义的量子光学实验”——获得《自然》杂志审稿人如此好评的,是该杂志在量子信息领域首篇以中国为第一单位发表的论文。该论文在世界上首次成功实现了拓扑量子纠错,取得可扩展容错性量子计算领域的重大突破,为将来实现真正的量子计算打下了坚实基础。 论文由中国科学技术大学微尺度物质科学国家实验室潘建伟及其同事陈宇翱、刘乃乐等,与澳大利亚、加拿大科学家合作完成,发表在23日出版的《自然》上。据潘建伟介绍,量子计算机由于其超越经典计算机极限的强大并行运算能力,成为科学家们梦寐以求的目标。但是,量子计算机与环境耦合而产生的各种噪声使计算产生各种错误。近年来,学术界提出了拓扑量子纠错这一全新概念,把量子态的拓扑性质应用于量子纠错过程中,使得可扩展容错性量子计算在现实条件下成为可能。 潘建伟团队创造性地发展了一套全新的实验技术,将双光子纠缠的亮度提高了4—5倍,八光子簇态的总效率至少提高了200倍。同时,研究人员还研制了一种特殊的滤除噪声的八光子干涉仪,以此观测到了具有拓扑性质的八光子簇态,并将此簇态作为量子计算的核心资源,实现了拓扑量子纠错。(记者 赵永新 蒋家平)

  • 新型干涉光谱成像技术研究取得重要进展

    近日,西安光机所新型干涉光谱成像技术研究取得重大进展,以光谱室胡炳樑研究员为首的研究团队在国内率先将离轴三反光学系统应用于短波红外干涉光谱成像系统中,并成功研制了基于M-Z像面干涉光谱成像的离轴三反桌面样机系统。  面向宽覆盖、高分辨率、高光谱分辨率的要求,离轴三反加M-Z像面干涉光谱成像技术可以有效解决大视场光学系统和大尺寸干涉仪的技术瓶颈。M-Z干涉仪放置在系统会聚光路中,在减小系统体积和重量的同时,能量利用率可以达到成像仪的极限;离轴三反光学系统则能够同时实现长焦距与大视场,并且没有中心遮拦,传递函数高。但在基于M-Z像面干涉的光谱成像系统中,离轴全反射系统难以补偿会聚光路中M-Z干涉仪棱镜元件所引入的像差,为此,科研人员将校正补偿系统应用到离轴三反系统中,设计并成功研制了一种新型离轴三反成像光学系统,并针对离轴三反系统装调自由度多,结构非对称性以及离轴系统离轴量需要精确测量调整等问题,解决了离轴非球面微应力装夹、多自由度调整结构形式、离轴三反系统高精度装调等多项技术难点,为高分辨率、高光谱分辨率光谱成像技术奠定了坚实基础,并完成了必要的技术储备,使我所先进光谱成像技术达到了国内领先水平。

  • 【资料】干涉显微镜一点小知识

    干涉显微镜是将光波的干涉技术与显微镜结合起来,利用光的干涉可以精确测量试样表面上高度的微小差别.干涉显微镜主要应用在:1)表面光洁度的测定.精密加工过的试样表面粗糙度常用干涉显微镜进行测量.电解抛光、化学抛光过的试样表面质量也可以用干涉显微镜进行鉴定。2)相变浮凸的研究。材料中的马氏体、贝氏体转变的浮凸现象产生了微小高度差,在相衬显微镜下可以得到很好的衬度差别,易于观察,但不能测量浮凸的高度。利用干涉显微镜,可以根据干涉条纹测得浮凸的高度。3)用干涉显微镜可以研究材料塑性变形的程度。金属在应力作用下超过弹性极限要发生塑性变形。塑性变形过程中晶体要沿一定晶面发生滑移,利用干涉显微镜可以测量滑移台阶高度。干涉显微镜现主要用于高等教学实验中!

  • 科学家同时观察到光的粒子性与波动性(图)

    2012年11月08日 07:17 新浪科技 http://i2.sinaimg.cn/IT/2012/1108/U7917P2DT20121108071456.jpg  上面的想象图演示的是单光子穿过干涉仪时的情景,干涉仪的输出端装有量子分光镜。图中远处可以看到正弦振荡的波形,表示的是单光子干涉,是一种波动现象。而在图片近处,观察不到振荡,说明只表现出粒子的特性。在两种极端之间,单光子的行为连续不断地从波的形式向粒子形式转变,图中显示了这两种状态的重叠。http://i2.sinaimg.cn/IT/2012/1108/U7917P2DT20121108071520.jpg  受艺术家毛里茨·科内利斯·埃舍尔作品的启发绘制的艺术图,显示了光在粒子态和波形态之间的连续变化。http://i3.sinaimg.cn/IT/2012/1108/U7917P2DT20121108071529.jpg  受艺术家毛里茨·科内利斯·埃舍尔作品的启发绘制的艺术图,显示了光在粒子态和波形态之间的连续变化。 http://i1.sinaimg.cn/IT/2012/1108/U7917P2DT20121108071536.jpg阿尔贝托·佩鲁佐(左)和彼得·夏伯特(右),研究论文的并列第一作者。http://i2.sinaimg.cn/IT/2012/1108/U7917P2DT20121108071555.jpg  实验中用以检测波粒二象性的量子光子芯片。单光子通过光纤进入环路,在输出端被极其敏感的探测器检测到。  新浪科技讯 北京时间11月8日消息,长久以来,人们都知道光既可以表现出粒子的形式,也可以呈现波动的特征,这取决于光子实验测定时的方法。但就在不久之前,光还从未同时表现出这两种状态。  关于光是粒子还是波的争论由来已久,甚至可以追溯到科学最初萌芽的时候。艾萨克·牛顿提出了光的粒子理论,而詹姆斯·克拉克·麦克斯韦的电磁学理论认为光是一种波。到了1905年,争论出现了戏剧性的变化。爱因斯坦提出光是由称为“光子”的粒子组成,借此解释了光电效应。他也因此获得了诺贝尔物理学奖。光电效应的发现对物理学影响深远,并为后来量子力学的发展作出了重大贡献。  量子力学在对微小粒子,如原子和光子的行为预测上,具有惊人的准确性。然而,这些预测非常违反直觉。比如,量子理论认为类似光子的粒子可以同时在不同的地方出现,甚至是同时在无穷多的地方出现,就像波的行为一样。这种被称为“波粒二象性”的概念,也适用于所有的亚原子粒子,如电子、夸克甚至希格斯玻色子等。波粒二象性是量子力学理论系统的基础,诺贝尔奖获得者理查德·费曼将其称为“量子力学中一个真正的奥秘”。  刊于《科学》杂志上的两组独立研究,利用不同的方法对光从波形态向粒子态的转变进行了测定,以揭示光的本质面貌。两组研究都来源于理论物理学家约翰·惠勒于上个世纪80年代进行的经典实验。惠勒的实验提出,观察光子时应用的方法,将最终决定光子的行为是像粒子还是像波。  阿尔贝托·佩鲁(Alberto Peruzzo)佐是布里斯托大学量子光子学中心的研究员,在他的带领下,一个由物理学家和量子理论物理学家组成的团队根据惠勒的实验设计了新的方法,以同时观测光的粒子性和波动性。他们利用光分离器使一个光子纠缠另一个光子。通过对第二个光子的测定,来决定对第一个光子的测定方法。这一过程使研究者得以探索光从波的形式向粒子态转变的过程。  “这种测量装置检测到强烈的非定域性,证实了实验中光子同时表现得既像一种波又像粒子,”佩鲁佐说,“这对光或者是波形态,或者是粒子态的模型是非常有力的反驳。”  量子光子学中心的主管杰里米·奥布莱恩(Jeremy O’Brien)说:“为了进行这项研究,我们使用了一项新颖的量子光子芯片技术。这种芯片具有可重构性,即它可以根据不同的电子环路来进行编程和操控。这项技术在今天的量子计算机研究中处于十分领先的地位,而在未来,它还将带来更多有关量子力学尖端研究的重要成果。”  尼斯大学国家科学研究中心的弗洛里安·凯瑟(Florian Kaiser)利用纠缠光子对实现了惠勒的实验。一个光子通过干涉仪被探测到,使研究者能够测定第二个光子的状态,是像波的形式还是粒子形式,或者是二者之间。他们的实验也实现了光子从波的形式向粒子状态的连续转变。(任天)

  • 动态光散射中光子相关谱测量系统的空间相干性问题

    动态光散射中光子相关谱测量系统的空间相干性问题

    动态光散射中光子相关谱测量系统的空间相干性问题王少清娄本浊陶冶薇任中京(济南大学理学院济南250022)提要:利用光干涉的简化模型讨论了动态光散射中光子相关谱测量系统的空间相干性要求的物理本质。利用相干面积概念对光子相关谱测量系统空间相干性判据的几种常见表述进行了规范。提出了一种具有普遍意义的简明判据。关键词:光子相关谱;动态光散射;空间相干性;相干面积;信噪比On the Spatial Coherence Problem of a photon Correlation Spectrum Measurement System in Dynamic Light ScatteringWang Shaoqing Lou Benzhuo Tao Yewei Ren Zhongjing(Science School of Jinan University Jinan 250022)Abstract:Using a simplified model of light interference,we discussed the physical essence of the spatial coherence demand on a photon correlation spectrum measurement system in dynamic light scattering.By using the concept of “coherence area”,we standard-ized three familiar statement about the spatial coherence criterion on a photon correlation spectrum measurement system.In the end,we brought forward a general and compendious criterion.Key words:photon correlation;dynamic light scattering;spatial coherence;coherence area;signal-noise ratio动态光散射是研究大分子和亚微米颗粒在液体中动态行为的最有效方法。通过测量悬浮液中散射粒子产生的散射光中的微小频移和角度依赖性,可以获得表征高分子结构的丰富信息,也可以获得纳米微粒的平均流体力学半径和粒度分布。随着激光、微电子和计算机技术的发展,动态光散射技术得到了广泛的应用。由于散射光的频移很小(1-106Hz) ,用传统的光谱分析法难以分辨,所以在动态光散射实验中采用光子相关谱法来获得散射光的频移。图1给出光子相关谱测量的基本实验装置。由激光器1发出的激光经聚焦后照射在样品池2中的散射粒子上,粒子的散射光经光学系统3后进入PMT(光电倍增管) 4 ,PMT 的光电脉冲经过甄别/ 放大系统5 进入相关器6 ,由相关器对光电脉冲进行相关处理后将相关数据输入计算机7 进行数据处理,得所需的信息。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2013/05/201305281050_441881_388_3.jpg在光子相关谱测量中,PMT 输出信号1的信噪比(输出信号中涨落部分与噪声部分之比) 大小是测量成功与否的关键因素。而PMT 输出信号的信噪比大小又主要由测量系统的空间相干性来决定。对于光子相关谱测量系统空间相干性优劣的判别标准,不同的文献有各种不同的表述。其中比较有代表性的几种表述分别为:(1)PMT的接受面积为一个相干面积;

  • 激光干涉仪的特征及作用

    激光干涉仪是以激光波长为已知长度,利用迈克耳逊干涉系统测量位移的通用长度测量,具有高强度、高度方向性、空间同调性、窄带宽和高度单色性等优点。测量长度的激光干涉仪,主要是以迈克尔逊干涉仪为主,并以稳频氦氖激光为光源,构成一个具有干涉作用的测量系统。 激光干涉仪采用一个双光束激光头和一个双通道的处理器,采用飞行采样方式,在测量过程中无须停机采样检测,节约了测量时间和编程时间;利用RENISHAW动态特性测量与评估软件,可进行机床振动测试与分析,滚珠丝杠的动态特性分析,伺服驱动系统的响应特性分析。激光干涉仪的激光头和靶标反射镜二件之间只要发生相对位移就能进行测量,测量系统中无须分光镜、所以对光极其方便。 激光干涉仪可配合各种折射镜、反射镜等来作线性位置、速度、角度、真平度、真直度、平行度和垂直度等测量工作,并可作为精密工具机或测量仪器的校正工作。激光干涉仪可用来精确测量和校准机床、三座标测量机和X-Y平台的机械精度,也测量轴的定位精度、重复定位精度及反向间隙,测量轴的角偏、直线度,测量平台的平面度。

  • Zygo 发布全新 Qualifire 激光干涉仪

    [color=#000000]阿美特克(纽约证券交易所代码:AME)旗下Zygo公司宣布发布其最新的激光干涉仪Qualifire?。Qualifier加入了一系列高端干涉仪解决方案,该仪器旨在支持半导体、光刻、星载成像系统、尖端消费电子产品、国防等行业中最苛刻的计量应用。Qualifire将于1月30日在加州旧金山的SPIE Photonics West首次亮相。这款干涉仪在不牺牲性能的情况下,将显著的增强功能集成到一个更轻的小型封装中。[/color][color=#000000]Zygo 激光干涉仪产品经理 Erin McDonnell 表示:“我们很高兴将 Qualifire 推向市场,其改进的人体工程学设计使其易于使用,并且比 Zygo 的许多其他激光干涉仪更便携。使用激光干涉仪进行的测量往往对噪声、污染物和其他伪影敏感,因为该仪器能够提供纳米级精度;Qualifire上的可选模块飞点可主动减少甚至消除这些伪影,从而提高测量的可靠性和可重复性。飞点结合了Zygo最好的两种伪影减少技术:环纹和相干伪影减少。飞点在需要高精度的应用中尤其有价值,包括科学研究和先进的制造工艺。[/color][color=#000000]Qualifire为Zygo的激光干涉仪产品线带来这些功能和改进:[/color][color=#000000]Qualire激光干涉仪提供了许多新颖的新功能。[/color][b][color=#000000]智能附件接口[/color][/b][color=#000000]——干涉仪可以识别任何安装的“智能附件”,并自动应用系统错误文件并执行横向校准。[/color][b][color=#000000]体积小、重量轻[/color][/b][color=#000000]——最小的 Qualifire 型号重约 45 磅(20.4 千克)。 它是真正的便携式,特别是对于干涉仪必须经常移动或调整的复杂和精密应用。[/color][b][color=#000000]移相器[/color][color=#000000](PMR)[/color][/b][color=#000000]——PMR 是调制测试部件和参考光学器件之间干涉条纹所必需的,最终可创建定量表面图。其整体设计提供:[/color][color=#000000]整体机械稳定性和对准[/color][color=#000000]降低损坏或错位的风险[/color][color=#000000]确保性能一致,减少重新校准的需要[/color][b][color=#000000]改进的用户体验[/color][/b][color=#000000]——方便使用的电源按钮和运动安装支脚使设置更易于使用。大型控制旋钮可实现更精确的调整,这对校准和校准都至关重要。 集成手柄确保安全可靠的操作。[/color][b][color=#000000]更易于维护[/color][/b][color=#000000]—— 密封的光学系统和整合的电子元件使更换各种组件变得简单,而不会使光学元件暴露在污染物中。[/color][b][color=#000000]飞点[/color][/b][color=#000000]——用于减少伪影的可选模块,包括自动对焦功能。[/color][b][color=#000000]稳定变焦[/color][/b][color=#000000]——提供新变焦方法的选项,可在所有放大倍率下实现完美的图像配准和衍射限制图像采样。[/color][color=#000000]计量集团副总裁Kurt Redlitz 表示:“Qualifire 保持了 Zygo 在计量方面的高标准,同时提供了最高水平的精度并优化了用户体验。通过改进的人体工程学设计,它可以在不牺牲性能的情况下提高操作效率和部署灵活性。Qualifire 是一款更强大、更可靠、用户友好的仪器,可随时应付最苛刻的应用和环境——精度不容置疑。[/color][来源:仪器信息网译] 未经授权不得转载

  • 粉笔尘封 微光量子教学系统应运而生

    粉笔教具是目前教学的必备工具,用它来传授知识,是最原始和最传统的主要教学方法之一,粉笔从其应用到现在已有几千年的历史,对人类的教育事业作出了不可磨灭的贡献,随着历史的进步和社会的发展,人类对粉笔教具的认识不断提高,即粉笔给人类教育事业带来进步和作出巨大贡献的同时,也给从事教育事业的教师及学生带来巨大的危害。那在这领域,我们新时代的科技成果有哪些呢?  粉笔危害性日趋严重  根据全国部分调研资料显示,随着社会进步和社会节奏的加快,教师职业病率呈逐年上升的趋势,职业病呈现多样化方向发展,其中粉尘引起的尘肺以及各种急慢性呼吸道疾病是中国目前职业病中最主要,危害最严重和最广泛的一种。学生近视患病率亦逐年上升,到了异常严重的程度。如教育专家田俊于1995年对福州30所中学、6所小学的3125名中小学教师进行的问卷抽样调查结果表明,中小学教师呼吸系统慢性病患病率较高,常见为慢性咽炎和声带疾病。其中男性慢性病患病率为58.53%,女性慢性患病率为61.06%,而且均有随教龄增长而升高的趋势,教育专家牛彩英等1996年12月对开封城区240位小学教师进行调查,表明教师存在轻重程度不同的咽喉疾病,发病率为60.4%。教育专家鹿道温等于1999年对青岛162名大学教师进行疾病调查时显示:慢性咽喉炎89例,占54.94%,慢性喉炎69例,占42.59%,均存在着明显的职业病现状。据对我市57中、金水区二小等学校共219名教师调查的结果显示:教师咽炎患病率为100%、鼻炎患病率为39%、哮喘病患病率为43%、支气管炎的患病率为8%、尘肺病的患病率为11.76%、癌症患病率为2%。  另对学生由于长期黑板白字、白纸黑字、以及教室粉尘污染所引发学生近视问题的调研资料显示:我国1992年资料与1980年同类资料相比,10年间全国22个省(市、自治区)学生视力下降率平均上升了23.45%,目前我国小学生视力低下率达21.91%,初中生为55.86%,高中生为75.79%,大学生接近80%,均每年呈上升趋势。据对我市金水区二小、郑州市57中等学校共计2839名学生的调查显示:郑州市金水区二小学生弱视率为15.76%、郑州市57中初中部学生近视患病率为30.44%、高中学生近视患病率为74.7%。  国内外专家为解决粉尘问题所做的努力  鉴于上述情况,近年来,国内外许多科技工作者为解决粉尘污染,预防学生近视,致力于师生健康作出不懈努力,研制了多种替代产品和对笔、板、擦的改良产品:  ◆英国的卷帘式写字幕,随用随卷,全部用完专人清洗,虽然解决了部分粉尘,但使用成本高,费时费力。  ◆日本的电动吸尘板擦以及美国的无尘粉笔,这两者降低了粉尘的危害,但没有从根本上进行根除,而且使用成本过于高昂,自身具有局限性不能大面积推广使用。  ◆白板和白板笔,该教具在50、60年代已研制成功,这是我们大家都非常熟知的,他是在覆有釉层的板面上,用醇溶性的色彩作墨水,以彩色方式书写,但这样的普通白板因存在许多缺陷而无法推广,比如说他的板面涂层易划伤,反光率高,不能用于课堂教学,我们更多的是在公司的会议室里见到他;同时他的墨水使用的是有机溶剂,成本高,易挥发,污染环境,书写量小,渗透力强,污染板面,时间长容易留下鬼影。  微光量子环保教学仪器系统应时而生  国内外许多科技工作者为解决粉尘污染做了很多努力,却始终效果寥寥,微光量子环保教学系统把教室里的传统的黑板和白绿板彻底淘汰了,改变了以往十几年用粉笔写字的历史,而是采用无尘、无毒、无味并可以循环使用反复加墨的水性环保笔;使用了波长在550-770纳米之间的米黄色教学板面,所以,在预防近视方面得到了很大的改善;同时投影机可以直接投射在教学板上,这样,投影幕布也就不需要了;最后,老师可以手持教学笔或者手指在板面上直接进行多媒体课件的教学,具备了电子白板的所有功能。 总结起来,微光量子环保教学系统相当于把绿板、投影幕布、电子白板三种功能集于一体,让教室进入一个环保低碳健康科技整洁的教学新环境,真正进入了无尘教学新时代。

  • 白光干涉仪是什么?有哪些作用?

    白光干涉仪目前在3D检测领域是精度最高的测量仪器之一,在同等系统放大倍率下检测精度和重复精度都高于共聚焦显微镜和聚焦成像显微镜,在一些纳米级和亚纳米级的超精密加工领域,除了[url=http://www.chotest.com/detail.aspx?cid=686][b][color=#333333]白光干涉仪[/color][/b][/url],其它的仪器无法达到其测量精度要求。[align=center][img]http://www.chotest.com/Upload/2018/3/201803076710554.jpg[/img][/align][align=center]中图仪器SuperView W1白光干涉仪[/align]白光干涉仪测量原理:  白光干涉仪是利用光学干涉原理研制开发的超精密表面轮廓测量仪器。照明光束经半反半透分光镜分威两束光,分别投射到样品表面和参考镜表面。从两个表面反射的两束光再次通过分光镜后合成一束光,并由成像系统在CCD相机感光面形成两个叠加的像。由于两束光相互干涉,在CCD相机感光面会观察到明暗相间的干涉条纹。干涉条纹的亮度取决于两束光的光程差,根据白光干涉条纹明暗度以及干涉条纹出现的位置解析出被测样品的相对高度。[align=center][img]http://www.chotest.com/Upload/2019/5/201905302500097.jpg[/img][/align]白光干涉仪的测量应用:  以测量单刻线台阶为倒,在检查仪器的各线路接头都准确插到对应插孔后,开启仪器电源开关,启动计算机,将单刻线台阶工件放置在载物台中间位置,先手动调整载物台大概位置,对准白光干涉仪目镜的下方。  在计算机上打开白光干涉仪测量软件,在软件界面上设置好目镜下行的最低点,再微调镜头与被测单刻线台阶表面的距离,调整到计算机屏幕上可以看到两到三条干涉条纹为佳,此时设置好要扫描的距离。按开始按钮,白光干涉仪可自动进行扫描测量,测量完成后,转件自动生成3D图像,测量人员可以对3D图像进行数据分析,获得被测器件表面线、面粗糙度和轮廓的2D、3D参数。[align=center][img]http://www.chotest.com/Upload/2019/5/201905303281565.png[/img][/align]  白光干涉仪具有测量精度高、操作便捷、功能全面、测量参数涵盖面广的优点,测量单个精密器件的过程用时2分钟以内,确保了高款率检测。白光干涉仪独有的特殊光源模式,可以广泛适用于从光滑到粗糙等各种精密器件表面的测量。

  • 热膨胀仪(干涉计法)

    关于有关顶杆热膨胀仪的几个问题作者美国安特公司的王恒博士1.如果想达到更高的准确度,应该用非接触干涉膨胀仪。干涉膨胀仪的优点是,光学非接触、绝对测量、测量准确度高。但造价昂贵、仪器结构及操作都很复杂、温度不容易超过1000℃,对样品形状及表面要求苛刻,不适用于材料的烧结过程的研究。一般,为建立一级热膨胀标准的权威机构采用非接触干涉膨胀仪为主要手段。请注意一下,干涉计本身的测长很准,但组装在膨胀仪上后,因为与样品有关的热系统的关系,对于样品的随温度变化的真正伸长量的测量准确度会随温度升高而下降。比如在日本计量所作的双路差频干涉计和在美国西海岸的Precision Mesurement and Instrument Corp作的迈可耳逊干涉计,其本身的位移变化量可测到1nm到3nm左右,但用在热膨胀测量应用上,因热系统的各部份的热变形等原因,“零点漂移”在几百度时就达到了30至50nm,属于随机误差,不能修正的。请见国际热物理杂志Internation1 J. Thermophys. Vo1 23, No.2,2002年3月的文章“Development of a Laser Interferometric Dilatometer for Measurment of Thermal Expansion of Solid in Temperature range 300 to 1300K”d在的549页关于干涉仪的零漂的3.2节中的图4中,在300 to 1300K的温度范围内的零漂达到了50nm。这是不能修正的,必须考虑在误差分析内。因此,对于干涉法热膨胀仪来讲,伸长量的测量准确度受系统的热稳定性影响而不能达到干涉计本身的测长准确度的。商品化的干涉膨胀仪的最高温度是700℃。2.作为最传统的热膨胀仪的测量手段的顶杆法热膨胀仪的优点是,使用容易、结构简单适用各种形状的样品等。缺点是,属于接触、相对测量方法,需要用标准样品对系统定标,测长准确度低,但可达到很高温度,适用于材料的烧结过程的研究。顶杆法热膨胀仪结构特点是,用比样品长几倍的顶杆与试样接触,把试样的长度变化传递给加热炉外的与其接触的位移传感器。这样,在顶杆上存在从高温(试样)到室温(位移传感器)的温度变化,整体的热稳定性或者说“热环境”与干涉膨胀仪的情况比,就“差”了更多,温度超高越严重,这是自然引起而不可避免的。这是不能用标准样品的定标来完全消除的。这将导致位移传感器读数的波动,在有些情况下,甚至导致测量结果的突变。在文章“Examination of Thermal Expansion Uniformity of Glassy Carbon as a Candidate Standard Reference Material For Thermal Expansion Measurements”中的第94页第一段,指出对于玻璃碳材料的测量,第一次的测量结果不可靠而必须取消,在高温段和低温段的数据也要取消。即使顶杆法热膨胀仪的位移传感器本身测量准确度能达到了0.1微米以下,对试样的热膨胀量引起的真正伸长量测量准确度也很难说达到0.1微米。日本计量所曾把一个双路差频干涉计组装到一台顶杆法热膨胀仪的位移测量的头部作过实验,表明了这一点。当时的课题是考核顶杆法热膨胀仪的特性。就好比是用微伏电压表接一般的热电偶测温,尽管电压表可以读到微伏,但在毫伏读数以下对测温已没有任何意义了。3.LVDV本身的测量位移量的准确度达不到nm量级(1)目前最好螺旋测微仪的准确度是±1微米。Netzsch用于标定LVDT的是螺旋测微仪,所有的被定标的仪器的测量准确度不可能超过用于定标的仪器的测量准确度,所以即使用最好的螺旋测微仪定标,其热膨胀仪的LVDT也不可能得到优于1微米的准确度。离开准确度,来谈灵敏度是没有实际意义的。在日本计量所考核Netzsch的DIL402时,为了修正LVDT的读数,正是基于这个道理,用双路差频干涉计而不用螺旋测微仪。(2)LVDT的线性度用双路差频干涉计对Netzsch 的DIL402的LVDT的考察的结果表明,当位移量为105.23微米时,LVDV的读数与干涉计的读数的偏差达到0.69微米。因此,线性度实际上为0.66%之大,已排出了热效应的影响。而在NETZSCH的所有产品中,并没有对线性度进行修正的。这也说明了所谓nm量级读数的不正确性,是没有意义的。(3)在TN105中提到的其它因素,如对电压、温度、处理电路等极其敏感,易引起漂移,等等,其nm量级的读数在噪声之中。需要经常进行定标等。4.采用数字位移传感器在顶杆热膨胀仪上,比LVDV有很多的优点,请见TN105数字位移传感器的0.5微米的测长分辨率(也可以说准确度),对于顶杆热膨胀仪来讲,具有实际的意义,完全满足顶杆热膨胀仪的各种应用场合。5.对于低膨胀(如10-7/K)量级的材料在有限的温度范围内(如几十度)内的热膨胀的高精度的测量,顶杆热膨胀仪不适用,应采用非接触绝对的干涉热膨胀仪,并用阶梯等温的加热方式。我们接到过超低膨胀(如10-7/K)的材料在有限的温度范围内的高精度的测量的课题,比如说,一组10-7/K的量级的玻璃,要求分辨出不同成份、工艺下对热膨胀的影响。曾用Netzsch的DIL402和双路差频干涉膨胀仪进行了研究,同时也对DIL402的测量误差进行分析。结果表明,干涉膨胀仪能在10℃的温度间隔内,分辨到1.5X10-8/K,这里的分辨指的是在可能 的最大测量误差范围(或者说是极限误差,3σ程度)外。如果最大测量误差大于1.5X10-8/K,就不能说分辨到1.5X10-8/K。而DIL402的结果(加热范围为300℃,已得到足够的膨胀量),对于所有的材料都没有给出意义的分辨,因所测的各种材料的热膨胀率都在其测量误差范围内,即在12X10-8/K(最大误差,3σ)的误差带内。作为这一课题的附带结果再次表明,Netzsch关于达到1.25nm/digit的测长sensitivity的声称是没有实际意义的。如果有意义的话,已达到了干涉热膨胀仪的测长精度,而为什么实际的测量误差却是干涉热膨胀仪的测量误差的10倍?!有任何问题,欢迎随时交流。

  • 热膨胀仪(干涉计法)

    关于有关顶杆热膨胀仪的几个问题作者美国安特公司的王恒博士1.如果想达到更高的准确度,应该用非接触干涉膨胀仪。干涉膨胀仪的优点是,光学非接触、绝对测量、测量准确度高。但造价昂贵、仪器结构及操作都很复杂、温度不容易超过1000℃,对样品形状及表面要求苛刻,不适用于材料的烧结过程的研究。一般,为建立一级热膨胀标准的权威机构采用非接触干涉膨胀仪为主要手段。请注意一下,干涉计本身的测长很准,但组装在膨胀仪上后,因为与样品有关的热系统的关系,对于样品的随温度变化的真正伸长量的测量准确度会随温度升高而下降。比如在日本计量所作的双路差频干涉计和在美国西海岸的Precision Mesurement and Instrument Corp作的迈可耳逊干涉计,其本身的位移变化量可测到1nm到3nm左右,但用在热膨胀测量应用上,因热系统的各部份的热变形等原因,“零点漂移”在几百度时就达到了30至50nm,属于随机误差,不能修正的。请见国际热物理杂志Internation1 J. Thermophys. Vo1 23, No.2,2002年3月的文章“Development of a Laser Interferometric Dilatometer for Measurment of Thermal Expansion of Solid in Temperature range 300 to 1300K”d在的549页关于干涉仪的零漂的3.2节中的图4中,在300 to 1300K的温度范围内的零漂达到了50nm。这是不能修正的,必须考虑在误差分析内。因此,对于干涉法热膨胀仪来讲,伸长量的测量准确度受系统的热稳定性影响而不能达到干涉计本身的测长准确度的。商品化的干涉膨胀仪的最高温度是700℃。2.作为最传统的热膨胀仪的测量手段的顶杆法热膨胀仪的优点是,使用容易、结构简单适用各种形状的样品等。缺点是,属于接触、相对测量方法,需要用标准样品对系统定标,测长准确度低,但可达到很高温度,适用于材料的烧结过程的研究。顶杆法热膨胀仪结构特点是,用比样品长几倍的顶杆与试样接触,把试样的长度变化传递给加热炉外的与其接触的位移传感器。这样,在顶杆上存在从高温(试样)到室温(位移传感器)的温度变化,整体的热稳定性或者说“热环境”与干涉膨胀仪的情况比,就“差”了更多,温度超高越严重,这是自然引起而不可避免的。这是不能用标准样品的定标来完全消除的。这将导致位移传感器读数的波动,在有些情况下,甚至导致测量结果的突变。在文章“Examination of Thermal Expansion Uniformity of Glassy Carbon as a Candidate Standard Reference Material For Thermal Expansion Measurements”中的第94页第一段,指出对于玻璃碳材料的测量,第一次的测量结果不可靠而必须取消,在高温段和低温段的数据也要取消。即使顶杆法热膨胀仪的位移传感器本身测量准确度能达到了0.1微米以下,对试样的热膨胀量引起的真正伸长量测量准确度也很难说达到0.1微米。日本计量所曾把一个双路差频干涉计组装到一台顶杆法热膨胀仪的位移测量的头部作过实验,表明了这一点。当时的课题是考核顶杆法热膨胀仪的特性。就好比是用微伏电压表接一般的热电偶测温,尽管电压表可以读到微伏,但在毫伏读数以下对测温已没有任何意义了。3.LVDV本身的测量位移量的准确度达不到nm量级(1)目前最好螺旋测微仪的准确度是±1微米。Nech用于标定LVDT的是螺旋测微仪,所有的被定标的仪器的测量准确度不可能超过用于定标的仪器的测量准确度,所以即使用最好的螺旋测微仪定标,其热膨胀仪的LVDT也不可能得到优于1微米的准确度。离开准确度,来谈灵敏度是没有实际意义的。在日本计量所考核Netzsch的DIL402时,为了修正LVDT的读数,正是基于这个道理,用双路差频干涉计而不用螺旋测微仪。(2)LVDT的线性度用双路差频干涉计对Netzsch 的DIL402的LVDT的考察的结果表明,当位移量为105.23微米时,LVDV的读数与干涉计的读数的偏差达到0.69微米。因此,线性度实际上为0.66%之大,已排出了热效应的影响。而在NETZSCH的所有产品中,并没有对线性度进行修正的。这也说明了所谓nm量级读数的不正确性,是没有意义的。(3)在TN105中提到的其它因素,如对电压、温度、处理电路等极其敏感,易引起漂移,等等,其nm量级的读数在噪声之中。需要经常进行定标等。4.采用数字位移传感器在顶杆热膨胀仪上,比LVDV有很多的优点,请见TN105数字位移传感器的0.5微米的测长分辨率(也可以说准确度),对于顶杆热膨胀仪来讲,具有实际的意义,完全满足顶杆热膨胀仪的各种应用场合。5.对于低膨胀(如10-7/K)量级的材料在有限的温度范围内(如几十度)内的热膨胀的高精度的测量,顶杆热膨胀仪不适用,应采用非接触绝对的干涉热膨胀仪,并用阶梯等温的加热方式。我们接到过超低膨胀(如10-7/K)的材料在有限的温度范围内的高精度的测量的课题,比如说,一组10-7/K的量级的玻璃,要求分辨出不同成份、工艺下对热膨胀的影响。曾用Netzsch的DIL402和双路差频干涉膨胀仪进行了研究,同时也对DIL402的测量误差进行分析。结果表明,干涉膨胀仪能在10℃的温度间隔内,分辨到1.5X10-8/K,这里的分辨指的是在可能 的最大测量误差范围(或者说是极限误差,3σ程度)外。如果最大测量误差大于1.5X10-8/K,就不能说分辨到1.5X10-8/K。而DIL402的结果(加热范围为300℃,已得到足够的膨胀量),对于所有的材料都没有给出意义的分辨,因所测的各种材料的热膨胀率都在其测量误差范围内,即在12X10-8/K(最大误差,3σ)的误差带内。作为这一课题的附带结果再次表明,Netzsch关于达到1.25nm/digit的测长sensitivity的声称是没有实际意义的。如果有意义的话,已达到了干涉热膨胀仪的测长精度,而为什么实际的测量误差却是干涉热膨胀仪的测量误差的10倍?!有任何问题,欢迎随时交流。

  • 热膨胀仪(干涉计法)

    关于有关顶杆热膨胀仪的几个问题作者美国安特公司的王恒博士1.如果想达到更高的准确度,应该用非接触干涉膨胀仪。干涉膨胀仪的优点是,光学非接触、绝对测量、测量准确度高。但造价昂贵、仪器结构及操作都很复杂、温度不容易超过1000℃,对样品形状及表面要求苛刻,不适用于材料的烧结过程的研究。一般,为建立一级热膨胀标准的权威机构采用非接触干涉膨胀仪为主要手段。请注意一下,干涉计本身的测长很准,但组装在膨胀仪上后,因为与样品有关的热系统的关系,对于样品的随温度变化的真正伸长量的测量准确度会随温度升高而下降。比如在日本计量所作的双路差频干涉计和在美国西海岸的Precision Mesurement and Instrument Corp作的迈可耳逊干涉计,其本身的位移变化量可测到1nm到3nm左右,但用在热膨胀测量应用上,因热系统的各部份的热变形等原因,“零点漂移”在几百度时就达到了30至50nm,属于随机误差,不能修正的。请见国际热物理杂志Internation1 J. Thermophys. Vo1 23, No.2,2002年3月的文章“Development of a Laser Interferometric Dilatometer for Measurment of Thermal Expansion of Solid in Temperature range 300 to 1300K”d在的549页关于干涉仪的零漂的3.2节中的图4中,在300 to 1300K的温度范围内的零漂达到了50nm。这是不能修正的,必须考虑在误差分析内。因此,对于干涉法热膨胀仪来讲,伸长量的测量准确度受系统的热稳定性影响而不能达到干涉计本身的测长准确度的。商品化的干涉膨胀仪的最高温度是700℃。2.作为最传统的热膨胀仪的测量手段的顶杆法热膨胀仪的优点是,使用容易、结构简单适用各种形状的样品等。缺点是,属于接触、相对测量方法,需要用标准样品对系统定标,测长准确度低,但可达到很高温度,适用于材料的烧结过程的研究。顶杆法热膨胀仪结构特点是,用比样品长几倍的顶杆与试样接触,把试样的长度变化传递给加热炉外的与其接触的位移传感器。这样,在顶杆上存在从高温(试样)到室温(位移传感器)的温度变化,整体的热稳定性或者说“热环境”与干涉膨胀仪的情况比,就“差”了更多,温度超高越严重,这是自然引起而不可避免的。这是不能用标准样品的定标来完全消除的。这将导致位移传感器读数的波动,在有些情况下,甚至导致测量结果的突变。在文章“Examination of Thermal Expansion Uniformity of Glassy Carbon as a Candidate Standard Reference Material For Thermal Expansion Measurements”中的第94页第一段,指出对于玻璃碳材料的测量,第一次的测量结果不可靠而必须取消,在高温段和低温段的数据也要取消。即使顶杆法热膨胀仪的位移传感器本身测量准确度能达到了0.1微米以下,对试样的热膨胀量引起的真正伸长量测量准确度也很难说达到0.1微米。日本计量所曾把一个双路差频干涉计组装到一台顶杆法热膨胀仪的位移测量的头部作过实验,表明了这一点。当时的课题是考核顶杆法热膨胀仪的特性。就好比是用微伏电压表接一般的热电偶测温,尽管电压表可以读到微伏,但在毫伏读数以下对测温已没有任何意义了。3.LVDV本身的测量位移量的准确度达不到nm量级(1)目前最好螺旋测微仪的准确度是±1微米。Netzsch用于标定LVDT的是螺旋测微仪,所有的被定标的仪器的测量准确度不可能超过用于定标的仪器的测量准确度,所以即使用最好的螺旋测微仪定标,其热膨胀仪的LVDT也不可能得到优于1微米的准确度。离开准确度,来谈灵敏度是没有实际意义的。在日本计量所考核Netzsch的DIL402时,为了修正LVDT的读数,正是基于这个道理,用双路差频干涉计而不用螺旋测微仪。(2)LVDT的线性度用双路差频干涉计对Netzsch 的DIL402的LVDT的考察的结果表明,当位移量为105.23微米时,LVDV的读数与干涉计的读数的偏差达到0.69微米。因此,线性度实际上为0.66%之大,已排出了热效应的影响。而在NETZSCH的所有产品中,并没有对线性度进行修正的。这也说明了所谓nm量级读数的不正确性,是没有意义的。(3)在TN105中提到的其它因素,如对电压、温度、处理电路等极其敏感,易引起漂移,等等,其nm量级的读数在噪声之中。需要经常进行定标等。4.采用数字位移传感器在顶杆热膨胀仪上,比LVDV有很多的优点,请见TN105数字位移传感器的0.5微米的测长分辨率(也可以说准确度),对于顶杆热膨胀仪来讲,具有实际的意义,完全满足顶杆热膨胀仪的各种应用场合。5.对于低膨胀(如10-7/K)量级的材料在有限的温度范围内(如几十度)内的热膨胀的高精度的测量,顶杆热膨胀仪不适用,应采用非接触绝对的干涉热膨胀仪,并用阶梯等温的加热方式。我们接到过超低膨胀(如10-7/K)的材料在有限的温度范围内的高精度的测量的课题,比如说,一组10-7/K的量级的玻璃,要求分辨出不同成份、工艺下对热膨胀的影响。曾用Netzsch的DIL402和双路差频干涉膨胀仪进行了研究,同时也对DIL402的测量误差进行分析。结果表明,干涉膨胀仪能在10℃的温度间隔内,分辨到1.5X10-8/K,这里的分辨指的是在可能 的最大测量误差范围(或者说是极限误差,3σ程度)外。如果最大测量误差大于1.5X10-8/K,就不能说分辨到1.5X10-8/K。而DIL402的结果(加热范围为300℃,已得到足够的膨胀量),对于所有的材料都没有给出意义的分辨,因所测的各种材料的热膨胀率都在其测量误差范围内,即在12X10-8/K(最大误差,3σ)的误差带内。作为这一课题的附带结果再次表明,Netzsch关于达到1.25nm/digit的测长sensitivity的声称是没有实际意义的。如果有意义的话,已达到了干涉热膨胀仪的测长精度,而为什么实际的测量误差却是干涉热膨胀仪的测量误差的10倍?!有任何问题,欢迎随时交流。

  • 【求助】一个弱问题:衍射和干涉

    这个问题本该发在XRD板块,但是在那里得不到答复,就还是转回老地方了……[em0713] 在学习XRD的一些基本理论的时候,存在这么一个问题,衍射的产生是基于相干散射线的干涉,可是在中学物理知识中光的干涉和衍射是两个概念,请问在XRD中这个干涉和衍射如何等同呢?

  • 【谱图】微分干涉金相显微镜的简要介绍

    DMM-5000微分干涉金相显微镜采用优质的无限远光学系统,同时配备明暗场通用的长工作距离平场平场消色差物镜,多光路的系统设计,可同时支持双目镜筒观察和数码摄像装置观察。DMM-5000倒置金相显微镜可广泛应用于研究金属的显微组织,能在明场、暗场、偏光、微分干涉下进行观察和摄影,配备专用软件,更可同步进行测量分析。可供研究单位、冶金、机械制造工厂以及高等工业院校进行金属学与热处理、金属物理学、炼钢与铸造过程等金相试验研究之用。DMM-5000高级正置金相显微镜,选用优质的光学元件,配有超大视场目镜、落射照明器、平场无限远长工作距离明暗场物镜,可选用微分干涉(DIC)观测、获得高清晰的图像,使图像衬度更好。是针对半导体晶圆检测、太阳能硅片制造业、电子信息产业、治金工业开发的,作为高级工业金相显微镜使用。可进行明暗场观察、落射偏光、DIC观察,广泛用于工厂、研究机构、高等院校对太阳能电池硅片、半导体晶圆检测、电路基板、FPD、精密模具的检测分析。 DMM-5000C电脑型微分干涉金相显微镜是将精锐的光学显微镜技术、先进的光电转换技术、尖端的计算机成像技术完美地结合在一起而开发研制成功的一项高科技产品。既可人工观察金相图像,又可以在计算机显示器上很方便地适时观察金相图像,并可随时捕捉记录金相图片,从而对金相图谱进行分析,评级等,还可以保存或打印出高像素金相照片。

  • 红外中麦克逊干涉仪的作用·

    昨天参加了赛默飞世尔的FTIR的培训,一直不明白为什么要用麦克逊干涉,干涉之后的光,没啥特别的变化呀,,为啥不直接用光源呢,我的意思是不经过干涉器,直接照射 样品,,望解答,,在最后价格光栅分光系统分下光就OK了呀~~~~用干涉仪,,我真的想不明白它不能分光光呀,,有啥用呢~~~

  • 【分享】绝对精品——分析化学在线教学系统(以武汉大学《分析化学》第四版等资料为参考)

    http://class.htu.cn/fxhx/index.htm[color=#00008B]《分析化学》是化学、化工、环境等专业的基础课。各种分析方法既自成体系,又相互联系。在教学过程中,我们坚持以学生为本的理念,以教育理论为指导,以激发学生学习兴趣为切入点,以培养高素质人才为目标,以先进的计算机技术为辅助手段,以科技的发展及社会需求为动力,使学生通过对本课程的学习,牢固掌握分析化学的基本原理和测定方法,建立起严格的 “量”的概念和创造性思维方法,培养学生分析、解决问题的能力,为后续课程的学习和工作奠定扎实的基础。本课程以武汉大学主编《分析化学》第四版、彭崇慧等编《定量化学分析简明教程》第二版、林树昌等编《分析化学》为主要参考教材,对教学内容进行科学安排,突出重点和难点。为《分析化学》学习提供了一个较好的教学平台。不分理、工、师范等专业,按综合理科大平台进行教学。河南师范大学《化学分析》课程组经过多年的不懈努力,探索出了一条求真务实,具有地方院校特色、不断改革创新的教学之路,取得了良好的教学效果和一系列教学研究成果。1996年被评为河南省优秀课程,1997年以题为《分析化学课程教学改革与实践》获得河南省教学成果一等奖。2002年以“面向21世纪化学教育专业分析化学课程教学内容和体系的改革与实践”通过省级鉴定,并于2004年获得省级教学成果一等奖。[/color][color=#DC143C]本课程系河南省精品课程项目。完成单位:河南师范大学《分析化学》课题组。[/color][B]系统上包括PDF版课件、PPT版课件、教学录像和习题及答案,均可下载![/B]大家快去抢啊![em0814]

  • 【资料】干涉滤光片

    干涉滤光片interference film利用干涉原理只使特定光谱范围的光通过的光学薄膜。通常由多层薄膜构成。干涉滤光片种类繁多,用途不一,常见干涉滤光片分截止滤光片和带通滤光片两类。截止滤光片能把光谱范围分成两个区,一个区中的光不能通过(截止区),而另一区中的光能充分通过(通带区)。典型的截止滤光片有低通滤光片(只允许长波光通过)和高通滤光片(只允许短波光通过),它们均为多层介质膜,具有由高折射率层和低折射率层交替构成的周期性结构。例如,最简单的高通滤光片的结构为g(L/2)(HL)mH(L/2)a,其中g代表玻璃(光学元件材料),a代表膜外空气,L和H分别代表厚度为1/4波长的低折射率层和高折射率层,L/2则代表厚度为1/8波长的低折射率层 ,m 为周期数 。类似地,低通滤光片的结为g(H/2)L(HL)(H/2)a。一种具有对称型周期膜系的高通和低通滤光片的结构分别为g(0.5LH0.5L)ma和g(0.5HL0.5H))ma 。带通滤光片只允许较窄波长范围的光通过,常见的是法布里-珀罗型滤光片,它实质上是一个法布里-珀罗标准具(见法布里-珀罗干涉仪)。具体结构为:玻璃衬底上涂一层半透明金属层,接着涂一层氟化镁隔层,再涂一层半透明金属层,两金属层构成了法布里-珀罗标准具的两块平行板。当两极的间隔与波长同数量级时,透射光中不同波长的干涉高峰分得很开,利用别的吸收型滤光片可把不允许透过的光滤掉,从而得到窄通带的带通滤光片,其通频带宽度远比普通吸收型滤光片要窄。另外还有全电介质的法布里-珀罗型滤光片,两种典型结构为gHLHLLHLH a,g HLHL HH LHLH a1。根据需要,带通滤光片的通频带可从红外到紫外。在可见光区,彩色电视摄像机中可利用这种滤光片把像分离成不同颜色;在红外区,常用于二氧化碳激光器、导弹制导系统及卫星传感器等。

  • 中国科大观察到光子“非波非粒,亦波亦粒”的量子特性

    近日,中国科学技术大学郭光灿院士领导的中科院量子信息重点实验室李传锋研究组首次实现了量子惠勒延迟选择实验,制备出了粒子和波的叠加状态,极大地丰富了人们对玻尔互补原理的理解。研究成果作为封面文章,发表在9月的《自然—光子学》上。英国著名量子物理学家Adesso教授和Girolami教授在同期杂志的“新闻与观察”栏目以《波-粒叠加》为题,撰文评述了这一研究成果。《自然—物理学》杂志也以《选择的问题》为题,在“研究亮点”栏目报道了该成果。 光是什么?这是个古老的科学问题。三个世纪以来粒子和波的概念就一直是对立的,比如牛顿最初的粒子说和胡克及惠更斯的波动说。现在人们对光的理解可以归结为玻尔的互补原理,即光具有波粒二象性,波动性和粒子性这两种属性即对立又互补,一个实验中具体展示哪种属性取决于实验装置。比如在由两块分束器构成的马赫-曾德干涉仪中,单个光子被第一个分束器分到两个路径上,在第二个分束器所在位置重合。如果我们选择加入第二个分束器,则构成干涉仪,有干涉条纹,观测到波动性,反之如果选择不加第二个分束器,则不能构成干涉仪,没有干涉条纹,观测到的是粒子性。马赫-曾德干涉实验是可以用量子力学解释的。 然而,存在一种隐变量理论认为,光子是有自由意志的,在进入干涉仪之前光子就“察觉”到有没有第二个分束器,然后光子根据它“察觉”到的信息决定自己经过第一个分束器的方式,从而展现粒子性或波动性。为了检验这种隐变量理论和量子力学孰是孰非,玻尔的学生惠勒于1978年提出了著名的延迟选择实验,即实验者延迟到光子已经完全经过第一个分束器之后再选择加不加第二个分束器。 在经典的惠勒延迟选择实验中,探测光的波动性和粒子性的实验装置,即加与不加第二个分束器,是相互排斥的,因此光的波动性和粒子性不能够同时展现出来。李传锋研究组设计出一种量子实验装置,巧妙地利用偏振比特的辅助来控制测量装置,使得测量装置处于探测波动性与探测粒子性的两种对立状态的量子叠加态上。他们利用自组织量子点产生的确定性单光子源作为输入,实现了量子的惠勒延迟选择实验,排除了光子有自由意志的假设,并首次观测到了光的波动态与粒子态的量子叠加状态。实验结果显示,处于波粒叠加态上的光子,既不象普通的粒子态那样没有干涉条纹,也不象普通的波动态那样表现出标准的正弦形干涉条纹,而是展现出锯齿形条纹这样一种“非波非粒,亦波亦粒”的表现形式。 《波-粒叠加》一文高度评价这项工作:“量子惠勒延迟选择实验的实现挑战互补原理设定的传统界限,在一个实验装置中展示光子可以在波动和粒子两种行为之间相干地振荡”。《选择的问题》一文则评价该成果“重新定义了波粒二象性的概念”。 量子实验装置的引入,使得人们可以从一个全新的视角来观察世界,就好像给人们安上了一双“量子的眼睛”,能够看到经典探测装置观察不到的物理现象。此项研究工作拓展和加深了人们对玻尔互补原理的理解,揭示了互补原理和叠加原理间的深层次关系,也使得人们对“光是什么”这个萦绕千年的问题有了更进一步的理解。 该项研究受到科技部和国家自然科学基金委的资助。http://www.cas.cn/ky/kyjz/201209/W020120904508113858909.jpg《自然—光子学》杂志封面

  • 【分享】参考干涉 采集

    里叶变换红外光谱仪中,干涉数据要实现等光程差采样,一般是通过氦氖激光器作为参考光源,如果只采用一个探测器,请问如何将测量光源与参考光源产生的干涉信号分离?提取出参考光源的干射信号?

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