由于本报告篇幅有限,因此假设读者对将激光器稳定到参考腔体领域有一定的了解。对于不熟悉该领域的人来说,Hamilton 的评论文章 [1] 是一个很好的起点。虽然提高激光器的被动稳定性很有用,但只能将激光线宽减小到一定程度。为了取得进一步进展,需要进行主动稳定。主动稳定的先决条件是鉴频器。可以使用分子吸收或参考腔体。参考腔体有两个优点,首先,谐振梳允许访问光谱中的任何位置。此外,控制信号的信噪比可以几乎无限制地增加,而不会因功率而使谐振变宽。在实现这种类型的激光稳定之前,激光源必须以单一的空间和时间模式运行。还假设有足够带宽的致动器来涵盖激光器的固有噪声。这些致动器既可以作用于激光腔本身(压电安装镜、腔内布鲁斯特板),也可以作用于腔外的光(声光调制器 -AOM、电光调制器 -EOM)。20 世纪 80 年代,出现了许多技术发展,使得构建 1 赫兹激光器成为可能。使用参考腔的主要问题之一是热长度变化。
页码 1. 简介 3 2. 教师指南 5 2.1 如何管理 PAT 5 2.2 如何标记/评估 PAT 5 2.3 PAT 评估计划 (PAT PoA) 6 2.4 PAT 的审核 7 2.5 缺席/不提交任务 7 2.6 模拟 8 2.7 项目 8 2.8 工作成绩单 9 3. 学习者指南 10 3.1 PAT 2024 封面 10 3.2 学习者须知 11 3.3 真实性声明(强制性) 11 4. 模拟 12 4.1 模拟 1:RLC 并联电路 12 4.2 模拟 2:三相电机测试 16 4.3 模拟 3:过载自动序列启动器20 4.4 模拟 4:使用 PLC 的带过载和断电延时定时器的三相直接在线电动机起动器 26 5. B 部分:设计和制作 32 5.1 设计和制作:第 1 部分 33 5.2 设计和制作阶段评估:第 1 部分 35 5.3 设计和制作:第 2 部分 37 5.4 设计和制作阶段评估:第 2 部分 38 6. 项目 39 6.1 实践项目 6.1:带电池电压条形图显示的自动电池充电器 39 6.2 实践项目 6.2:声光控制器 42 6.3 实践项目 6.3:正弦波逆变器电路图 45 6.4 实践项目 6.4:通过 IC 4047 – IRF540 将 100 W 12 VDC 逆变器转换为 230 VAC 50 7. 结论 50
摘要:光被广泛应用于化学、生物学和医学、荧光成像、光遗传学、光激活基因编辑、光控免疫疗法和光化学疗法等治疗癌症和病毒感染的方法中。所有基于光的方法在活体生物组织中面临的一个关键挑战是光子的穿透性差,这主要是由于散射和吸收。这种限制通常需要侵入性操作,例如对组织进行物理切片、插入光纤和内窥镜,以及手术切除上覆组织(例如开颅手术)。为了应对这些挑战,我们的实验室开发了一种超声介导的血管内光源,利用聚焦超声的深层组织穿透性。我们利用了机械发光纳米传感器 (MLNT),它们是通过生物矿物启发的抑制溶解方法合成的机械发光材料的胶体纳米颗粒。这些 MLNT 可以通过静脉输送到血液循环中,并在超声焦点处局部发光。由于超声波具有深度穿透和快速时间动力学,我们已经证明这种方法可以在活体小鼠的不同器官中以毫秒精度在高深度产生按需和动态可编程的光发射模式。这种超声介导的血管内光源使我们能够在活体小鼠中进行非侵入式“声光遗传学”神经调节,以及激活同一只小鼠大脑不同脑区的全脑“扫描光遗传学”。在演讲结束时,我将介绍光子材料的进步如何促进下一代脑机接口的发展。
A 安培、面积、高度、埃 (Å)、处理系统天线孔径或天线 (英国) AFOTEC 空军作战 T&E 中心 A-799 无故障证据报告 A/G 空对地 A/A、AA、AA 空对空或防空 AGB 自主制导炸弹 AA-() 空对空导弹编号 () AGC 自动增益控制 AAA 防空炮兵 AGI 辅助通用情报 AAAA 美国陆军航空协会 (情报收集船) AAED 先进机载消耗性诱饵 AGL 高于地面 AAM 空对空导弹 AGM 空对地导弹 AARGM 先进反辐射制导 AGS 角门窃取导弹 (概念) AHWS 先进直升机武器系统 AAW 防空战 AI 人工智能、空中拦截或 A-BIT 自动内置测试机载拦截器ABM 吸气式导弹或 AIAA 美国航空与反弹道导弹协会 宇航 A/C 飞机(也称为 acft.) AIC 空中拦截控制 AC 交流电 AIM 空中拦截导弹 ACA 联合承包商协议或 AIRLANT 美国海军航空兵司令,空域协调区 大西洋舰队 ACAT 采购类别 AIRPAC 美国海军航空兵司令,ACCB 飞机配置控制委员会 太平洋舰队 Acft 飞机(也称为 A/C) AJ 抗干扰或抗干扰 ACLS 航空母舰着陆系统 A-Kit 系统的飞机接线套件 ACM 先进巡航导弹或空中(包括电缆、机架等,但不包括作战机动 WRA) ACQ 采购 AM 幅度调制 ACS 天线耦合器组 AMD 飞机维修部 ACTD 先进概念技术 AMES 先进多环境演示模拟器 A/D 模拟到数字 AMLV 先进存储器加载器/验证器 Ada 不是首字母缩略词。Ada 是 DoD Amp 放大器标准编程语言。 AMRAAM 先进、中程、空对空 ADM 先进开发模型导弹 ADP 自动数据处理或 ANSI 美国国家标准协会先进开发计划 ANT 天线 ADVCAP 先进能力 A 作战可用性 AEC 航空电子战(陆军) AO 声光 AEGIS 自动电子制导拦截 AOA 到达角、攻角或替代方案系统分析(类似于 AEL 可访问发射限值 COEA) AEW 机载预警 AOC 老乌鸦协会(专业 AF 天线因子、空军或音频 EW 协会)或合同授予 频率 AOT 仅角度跟踪、尾部角度或 AFB 空军基地或机身公告 目标捕获 AFC 自动频率控制或 APC 安费诺精密连接器或机身更换 装甲运兵车
A 安培、面积、高度、埃 (Å)、处理系统天线孔径或天线 (英国) AFOTEC 空军作战 T&E 中心 A-799 无故障证据报告 A/G 空对地 A/A、AA、AA 空对空或防空 AGB 自主制导炸弹 AA-() 空对空导弹编号 () AGC 自动增益控制 AAA 防空炮兵 AGI 辅助通用情报 AAAA 美国陆军航空协会 (情报收集船) AAED 先进机载消耗性诱饵 AGL 高于地面 AAM 空对空导弹 AGM 空对地导弹 AARGM 先进反辐射制导 AGS 角门窃取导弹 (概念) AHWS 先进直升机武器系统 AAW 防空战 AI 人工智能、空中拦截或 A-BIT 自动内置测试机载拦截器ABM 吸气式导弹或 AIAA 美国航空与反弹道导弹协会 宇航 A/C 飞机(也称为 acft.) AIC 空中拦截控制 AC 交流电 AIM 空中拦截导弹 ACA 联合承包商协议或 AIRLANT 美国海军航空兵司令,空域协调区 大西洋舰队 ACAT 采购类别 AIRPAC 美国海军航空兵司令,ACCB 飞机配置控制委员会 太平洋舰队 Acft 飞机(也称为 A/C) AJ 抗干扰或抗干扰 ACLS 航空母舰着陆系统 A-Kit 系统的飞机接线套件 ACM 先进巡航导弹或空中(包括电缆、机架等,但不包括作战机动 WRA) ACQ 采购 AM 幅度调制 ACS 天线耦合器组 AMD 飞机维修部 ACTD 先进概念技术 AMES 先进多环境演示模拟器 A/D 模拟到数字 AMLV 先进存储器加载器/验证器 Ada 不是首字母缩略词。Ada 是 DoD Amp 放大器标准编程语言。 AMRAAM 先进、中程、空对空 ADM 先进开发模型导弹 ADP 自动数据处理或 ANSI 美国国家标准协会先进开发计划 ANT 天线 ADVCAP 先进能力 A 作战可用性 AEC 航空电子战(陆军) AO 声光 AEGIS 自动电子制导拦截 AOA 到达角、攻角或替代方案系统分析(类似于 AEL 可访问发射限值 COEA) AEW 机载预警 AOC 老乌鸦协会(专业 AF 天线因子、空军或音频 EW 协会)或合同授予 频率 AOT 仅角度跟踪、尾部角度或 AFB 空军基地或机身公告 目标捕获 AFC 自动频率控制或 APC 安费诺精密连接器或机身更换 装甲运兵车
A 安培、面积、高度、埃 (Å)、处理系统天线孔径或空中 (英国) AFOTEC 空军作战 T&E 中心 A-799 无故障证据报告 A/G 空对地 A/A、A-A、AA 空对空或防空 AGB 自主制导炸弹 AA-() 空对空导弹编号 () AGC 自动增益控制 AAA 防空炮兵 AGI 辅助通用情报 AAAA 美国陆军航空协会 (情报收集船) AAED 先进机载消耗性诱饵 AGL 高于地面 AAM 空对空导弹 AGM 空对地导弹 AARGM 先进反辐射制导 AGS 角门窃取导弹 (概念) AHWS 先进直升机武器系统 AAW 防空战 AI 人工智能、空中拦截或 A-BIT 自动内置测试机载拦截器 ABM 吸气式导弹或 AIAA 美国航空和反弹道导弹航天学会 A/C 飞机(也称 acft.)AIC 空中拦截控制 AC 交流电 AIM 空中拦截导弹 ACA 联合承包商协议或 AIRLANT 美国指挥官海军航空兵,空域协调区 大西洋舰队 ACAT 采购类别 AIRPAC 美国指挥官海军航空兵,ACCB 飞机配置控制委员会 太平洋舰队 Acft 飞机(也称 A/C) AJ 抗干扰或抗干扰 ACLS 航空母舰着陆系统 A-Kit 系统飞机接线套件 ACM 先进巡航导弹或空中(包括电缆、机架等。不包括战斗机动 WRA) ACQ 采购AM 幅度调制 ACS 天线耦合器组 AMD 飞机维修部 ACTD 先进概念技术 AMES 先进多环境演示模拟器 A/D 模拟到数字 AMLV 先进内存加载器/验证器 Ada 不是首字母缩略词。Ada 是 DoD Amp Amplifier 标准编程语言。AMRAAM 先进中程空对空 ADM 先进发展模型导弹 ADP 自动数据处理或 ANSI 美国国家标准协会先进发展计划 ANT 天线 ADVCAP 先进能力 A 作战可用性 AEC 航空电子战(陆军) AO 声光 AEGIS 自动电子制导拦截 AOA 到达角、攻角或替代方案系统分析(类似于 AEL 可访问发射限值 COEA) AEW 机载预警 AOC 老乌鸦协会(专业 AF 天线因子、空军或音频 EW 协会)或合同授予 频率 AOT 仅角度跟踪、尾部角度或 AFB 空军基地或机身公告 目标捕获 AFC 自动频率控制或 APC 安费诺精密连接器或机身更换 装甲运兵车
A 安培、面积、高度、埃 (Å)、处理系统天线孔径或空中 (英国) AFOTEC 空军作战 T&E 中心 A-799 无故障证据报告 A/G 空对地 A/A、A-A、AA 空对空或防空 AGB 自主制导炸弹 AA-() 空对空导弹编号 () AGC 自动增益控制 AAA 防空炮兵 AGI 辅助通用情报 AAAA 美国陆军航空协会 (情报收集船) AAED 先进机载消耗性诱饵 AGL 高于地面 AAM 空对空导弹 AGM 空对地导弹 AARGM 先进反辐射制导 AGS 角门窃取导弹 (概念) AHWS 先进直升机武器系统 AAW 防空战 AI 人工智能、空中拦截或 A-BIT 自动内置测试机载拦截器 ABM 吸气式导弹或 AIAA 美国航空和反弹道导弹航天研究所 A/C 飞机(也称为 acft.)AIC 空中拦截控制 AC 交流电 AIM 空中拦截导弹 ACA 联合承包商协议或 AIRLANT 美国指挥官海军航空兵,空域协调区 大西洋舰队 ACAT 采购类别 AIRPAC 美国指挥官海军航空兵,ACCB 飞机配置控制委员会 太平洋舰队 Acft 飞机(也称为 A/C) AJ 抗干扰或抗干扰 ACLS 航空母舰着陆系统 A-Kit 系统飞机接线套件 ACM 先进巡航导弹或空中(包括电缆、机架等。Ada 是 DoD Amp Amplifier 标准编程语言。(不包括战斗机动 WRA) ACQ 获取 AM 幅度调制 ACS 天线耦合器组 AMD 飞机维修部 ACTD 先进概念技术 AMES 先进多环境演示模拟器 A/D 模拟到数字 AMLV 高级内存加载器/验证器 Ada 不是首字母缩略词。AMRAAM 先进中程空对空 ADM 先进发展模型导弹 ADP 自动数据处理或 ANSI 美国国家标准协会先进发展计划 ANT 天线 ADVCAP 先进能力 A 作战可用性 AEC 航空电子战(陆军) AO 声光 AEGIS 自动电子制导拦截 AOA 到达角、攻角或替代方案系统分析(类似于 AEL 可访问发射限值 COEA) AEW 机载预警 AOC 老乌鸦协会(专业 AF 天线因子、空军或音频 EW 协会)或合同授予 频率 AOT 仅角度跟踪、尾部角度或 AFB 空军基地或机身公告 目标捕获 AFC 自动频率控制或 APC 安费诺精密连接器或机身更换 装甲运兵车
A 安培、面积、高度、埃 (Å)、处理系统天线孔径或天线 (英国) AFOTEC 空军作战 T&E 中心 A-799 无故障证据报告 A/G 空对地 A/A、AA、AA 空对空或防空 AGB 自主制导炸弹 AA-() 空对空导弹编号 () AGC 自动增益控制 AAA 防空炮兵 AGI 辅助通用情报 AAAA 美国陆军航空协会 (情报收集船) AAED 先进机载消耗性诱饵 AGL 高于地面 AAM 空对空导弹 AGM 空对地导弹 AARGM 先进反辐射制导 AGS 角门窃取导弹 (概念) AHWS 先进直升机武器系统 AAW 防空战 AI 人工智能、空中拦截或 A-BIT 自动内置测试机载拦截器ABM 吸气式导弹或 AIAA 美国航空与反弹道导弹协会 宇航 A/C 飞机(也称为 acft.) AIC 空中拦截控制 AC 交流电 AIM 空中拦截导弹 ACA 联合承包商协议或 AIRLANT 美国海军航空兵司令,空域协调区 大西洋舰队 ACAT 采购类别 AIRPAC 美国海军航空兵司令,ACCB 飞机配置控制委员会 太平洋舰队 Acft 飞机(也称为 A/C) AJ 抗干扰或抗干扰 ACLS 航空母舰着陆系统 A-Kit 系统的飞机接线套件 ACM 先进巡航导弹或空中(包括电缆、机架等,但不包括作战机动 WRA) ACQ 采购 AM 幅度调制 ACS 天线耦合器组 AMD 飞机维修部 ACTD 先进概念技术 AMES 先进多环境演示模拟器 A/D 模拟到数字 AMLV 先进存储器加载器/验证器 Ada 不是首字母缩略词。Ada 是 DoD Amp 放大器标准编程语言。 AMRAAM 先进、中程、空对空 ADM 先进开发模型导弹 ADP 自动数据处理或 ANSI 美国国家标准协会先进开发计划 ANT 天线 ADVCAP 先进能力 A 作战可用性 AEC 航空电子战(陆军) AO 声光 AEGIS 自动电子制导拦截 AOA 到达角、攻角或替代方案系统分析(类似于 AEL 可访问发射限值 COEA) AEW 机载预警 AOC 老乌鸦协会(专业 AF 天线因子、空军或音频 EW 协会)或合同授予 频率 AOT 仅角度跟踪、尾部角度或 AFB 空军基地或机身公告 目标捕获 AFC 自动频率控制或 APC 安费诺精密连接器或机身更换 装甲运兵车
实验物理学的科学进步不可避免地依赖于基础技术的不断进步。激光技术可以实现受控的相干和耗散原子光相互作用,而微光学技术则可以实现标准光学无法实现的多功能光学系统。本论文报告了这两项技术的重要进展,目标应用范围从里德堡态介导的量子模拟和光镊阵列中单个原子的计算到高电荷离子的高分辨率光谱。报告了激光技术的广泛进展:通过引入机械可调透镜支架,外腔二极管激光系统的长期稳定性和可维护性得到显著改善。开发了基于类似透镜支架的锥形放大器模块。二极管激光系统由数字控制器补充,用于稳定激光频率和强度。控制器提供高达 1.25 MHz 的带宽和由商业 STEMlab 平台设定的噪声性能。此外,还开发了针对强度稳定和 Pound-Drever-Hall 频率稳定进行优化的散粒噪声受限光电探测器以及用于 MHz 范围拍音的光纤探测器。通过分析用于波长为 780 nm 的 85 Rb 激光冷却的激光系统的性能,证明了所提出技术的能力。参考激光系统稳定到由调制传输光谱提供的光谱参考。分析该光谱方案以发现高调制指数下的最佳操作。使用紧凑且经济高效的模块产生合适的信号。实现了一种基于光学锁相环的激光偏移频率稳定方案。来自参考激光系统的所有频率锁定均提供 60 kHz(FWHM)的 Lorentzian 线宽以及 10 天内 130 kHz 峰峰值的长期稳定性。基于声光调制器与数字控制器相结合的强度稳定允许在微秒时间尺度上进行实时强度控制,并辅以响应时间为 150 纳秒的采样保持功能。对激光系统的光谱特性提出了很高的要求,以实现量子态的相干激发。在本论文中,通过引入一种用于二极管激光器的新型电流调制技术来增强主动频率稳定的性能。实现了从 DC 到 100 MHz 的平坦响应和低于 90 ◦ 的相位滞后,最高可达 25 MHz,从而扩展了可用于激光频率稳定的带宽。将该技术与快速比例微分控制器相结合,实现了两个激光场,相对相位噪声为 42 mrad rms,用于驱动铷基态跃迁。通过双光子方案进行相干里德堡激发的激光系统通过从 960 nm 倍频提供 780 nm 和 480 nm 的光。从单模光纤获得的 480 nm 输出功率为 0.6 W。两个激光系统的频率都稳定在高精细度参考腔中,导致 960 nm 处的线宽为 1.02 kHz(FWHM)。数值模拟量化了有限线宽对里德堡拉比振荡相干性的影响。开发了一种类似于 480 nm 里德堡系统的激光系统,用于高电荷铋的光谱分析。先进的光学技术也是微光学镊子阵列的核心,它提供了前所未有的系统尺寸可扩展性。通过使用优化的透镜系统与自动评估程序相结合,演示了具有数千个点且阱腰小于 1 µm 的镊子阵列。使用增材制造工艺生产的微透镜阵列实现了类似的性能。微透镜设计针对制造工艺进行了优化。此外,还分析了由于抑制谐振光导致的偶极阱散射率,证明了使用锥形放大器系统生成偶极阱的可行性。