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oe1(光电查) - 科学论文

10 条数据
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  • 心脏显微镜检查 || "时间超分辨率"光学切片显微镜技术

    摘要： 近年来，多种超分辨率显微技术相继问世。这里的"超分辨率"是指将光学分辨率突破恩斯特·阿贝提出的衍射极限——这一极限曾被长期视为不可逾越的屏障。本书"心肌细胞定量超分辨率显微镜技术"章节详细介绍了该方法在心脏相关研究领域的应用进展。与空间超分辨率技术同步发展的，是过去二十年间高速高分辨率成像技术的蓬勃兴起：从最初实现视频速率（每秒30帧，亦称"实时"成像），到如今帧率已提升至千赫兹量级。许多生理过程（尤其是神经元、心肌细胞[1]等可兴奋细胞，或血流中的红细胞、白细胞[2]等细胞）需要更高时间分辨率才能阐明兴奋-收缩耦联(ECC)等过程的动力学机制。此类超高速记录仍需保持衍射极限的空间分辨率，以实现功能与亚细胞结构的精准关联[3]。本章重点综述光学切片显微技术及其在细胞心脏病学中的应用，所讨论方法均能对细胞任意区域进行观测——因此排除了全内反射荧光(TIRF)显微镜[4]、扫描近场光学显微镜(SNOM)[5]等本质上仅适用于表面研究的成像方式，同时未纳入需要多幅图像计算切片的技术（如去卷积显微镜[6]、结构光照明显微镜[7]，例如德国耶拿蔡司公司的Apotome.2系统）。

    关键词： 超分辨率显微镜、兴奋-收缩耦联、高速成像、心肌细胞、光学切片

    更新于2025-09-23 15:19:57

  • 用于确定金属激光粉末床熔融过程中时间分辨粒子轨迹的三维粒子跟踪测速技术

    摘要： 在本研究中，我们提出了一种用于测量金属激光粉末床熔融（L-PBF）过程中飞溅物与夹带颗粒三维（3D）轨迹的系统。该系统由两台超高速摄像机和针对重建任务设计的处理算法构成，能够从大量追踪粒子的轨迹中自动确定三维测量参数。针对双摄像机设置导致的几何欠定情况所产生的歧义，我们利用金属L-PBF的先验知识在追踪过程中予以解决。所有处理步骤均针对图形处理器进行了优化，确保能在合理时间内完成海量数据的处理。通过与已知三维真实值的合成图像进行测量结果比对，验证了该整体方案的有效性。

    关键词： 激光、高速成像、三维粒子测速、图像处理、增材制造、粉末床熔融

    更新于2025-09-23 15:19:57

  • 使用单激光束的多功能高速共聚焦显微镜

    摘要： 我们展示了一种新型灵活的高速激光扫描共聚焦显微镜及其通过像散粒子追踪测速（APTV）装置的扩展。许多标准共聚焦显微镜要么使用单束激光以相对较低的总体帧率扫描样品，要么采用多束激光同时扫描以实现高帧率。单激光束共聚焦显微镜通常使用点探测器获取图像。为实现高总体帧率，除标准二维探测扫描单元外，我们还采用第二个二维扫描单元将图像直接投影到二维CCD传感器上（重扫描配置）。仅使用单激光束可消除串扰，并使成像质量不受帧率影响，横向分辨率达0.235微米。本设计适用于高帧率场景——远超视频帧率（全帧）直至32kHz线扫速率。激光焦点在样品任意位置的驻留时间（122纳秒）显著短于标准共聚焦显微镜（毫秒至微秒量级），这种短驻留时间能降低光毒性和荧光分子漂白效应。新设计提供了更大灵活性并便于与其他光学方法耦合。该装置可轻松扩展APTV设备，在呈现高分辨率共聚焦结构的同时测量三维动态，从而实现与APTV数据集同步的高分辨率共聚焦信息获取。

    关键词： APTV（高速成像）、像散粒子跟踪测速技术、共聚焦显微镜、单激光束

    更新于2025-09-23 15:19:57

  • 镁对铝合金激光深熔焊接飞溅行为的影响

    摘要： 激光小孔焊接过程中产生的飞溅不仅影响焊缝质量，还增加了后处理的必要性。本研究针对三种铝合金（Al99.5、AlMg3和AlMg5），探究了镁含量对飞溅行为的影响。通过同步双高速摄像系统观测飞溅行为，重建三维飞溅轨迹，并测定飞溅速度、飞行路径角度及近似飞溅尺寸等特征参数。三种合金焊接试验的平均飞溅速度介于4.1-4.6米/秒之间（沿焊接方向），平均飞行路径角度为44.8°。其中AlMg合金表现出过度飞溅现象，单次喷射事件中飞溅数量超过50个且较少发生飞溅爆炸；喷射事件特征与飞溅爆炸相似，推测体积蒸发是该现象成因。与之不同，纯铝（Al99.5）因作用机制差异呈现群体喷射现象，单次至少喷射10个飞溅颗粒。本研究中未发现飞溅速度与飞行路径角度、以及速度与近似飞溅尺寸之间存在相关性。

    关键词： 高速成像、锁孔焊接、铝合金、焊接、激光焊接、飞溅

    更新于2025-09-19 17:13:59

  • 使用绿色激光源在不同金属上进行铜的激光金属沉积

    摘要： 与更常见的红外激光相比，绿色激光源因吸收率提升而在铜加工中具有优势。研究人员采用绿色激光对铜、铝、钢和钛合金等不同基材金属进行了铜激光金属沉积实验，并通过高速成像进行观测。研究综合分析了激光功率、熔覆速度、粉末送进速率等工艺参数，以及吸收率、表面状态和热导率等材料特性对熔池尺寸形貌及材料熔化功率占比的影响机制。结果表明：铜基材熔池最小且角度最大，其次为铝、钢和钛合金；粉末颗粒在熔池中的融入时间因基材而异，这与表面张力、熔点和密度等材料属性相关；熔池氧化层会显著影响粉末融入（铝基材尤为明显）。计算得出表面纯熔化功率占比下限值分别为：铜基材0.73%、铝基材2.94%、钢基材5.95%、钛合金基材9.78%，该数值与基材热导率强相关。铜壁构建时的该占比达2.66%（显著高于单道熔覆），这是由于工件整体受热减少所致。本研究结论可推广至金等其他低吸收率金属。

    关键词： 多材料、定向能量沉积、高速成像、激光金属沉积、铜、绿色515纳米激光、激光金属沉积、粉末颗粒掺入、增材制造、定向能量沉积、吸收率

    更新于2025-09-19 17:13:59

  • 激光诱导空化：等离子体产生与击穿冲击波

    摘要： 激光诱导空化是产生可控空化气泡的有效技术之一，既适用于基础研究，也适用于工程和医学不同领域的应用。然而，由于一系列并发因素，气泡形成和对称性的控制几乎难以实现。特别是，需要将激光束聚焦在气泡形成点附近，通常会导致靠近光源的锥形区域内满足等离子体击穿的条件。随后存在一个有限大小的区域，其中电场可能因多种干扰因素而波动，从而导致可能的等离子体碎裂和等离子体强度变化。这种不规则性可能引起后续气泡动力学中的不对称性，如果寻求可重复的条件，这通常是不希望的效果。 在本文中，通过高速成像和击穿时产生的冲击波系统的强度测量，分析了击穿等离子体的结构及随后的气泡动力学。研究发现，可以通过调节系统参数来优化可重复性和球形度。特别是，当在击穿阈值能量下产生点状等离子体时，几乎可以确定性地实现对称的反弹动力学。球形对称性也受到大聚焦角度与相对较大脉冲能量结合的青睐，然而，这一过程仍保留显著的随机性。在这些特殊条件之外，发现细长且通常呈碎片状的锥形等离子体形状与各向异性和多次击穿冲击波发射相关联。

    关键词： 高速成像、激光诱导空化、气泡动力学、击穿冲击波、等离子体生成

    更新于2025-09-12 10:27:22

  • 激光切割切缝内熔体流动动力学的定量研究——基于原位高速视频诊断技术

    摘要： 本文通过原位高速视频诊断技术（>10万帧/秒），分析了采用5千瓦碟片激光器及最高20巴氮气辅助气体切割6毫米厚不锈钢时，激光切割过程中的熔体流动动力学特性。研究运用先进算法对激光切割前沿的熔体流动动力学进行空间分辨测定，结果表明流体动力学、切割速度、辅助气体压力与切边平均粗糙度之间存在关联。

    关键词： 熔体流动、过程诊断、高速成像、1微米激光、激光切割

    更新于2025-09-12 10:27:22

  • 蒸汽通道对激光粉末床熔融加工的影响

    摘要： 增材制造为设计和制造传统方法难以或无法生产的零部件提供了诸多机遇。在粉末床熔融（PBF）技术中的选区激光熔化（SLM）工艺里，熔池动力学特性与稳定性取决于诸多因素，例如激光输出功率、功率密度、扫描速度、粉末床反射率以及快速加热与汽化过程。由于扫描速度通常极快且激光作用区域极小，这些物理现象既难以预测也难以观测。本研究旨在阐明加工过程中汽化区的形成机制与几何特征。通过结合理论描述、最终材料结构特征以及对不同热输入量和扫描速度下加工区域高速图像的综合分析，我们推导出了动态熔池行为的成因解释。加工过程中产生的熔融作用与压力会推动邻近粉末颗粒移动，由于材料缺失会改变相邻轨迹的加工条件。这些发现可为创建更高效稳定的SLM加工工艺提供理论基础，从而减少缺陷产生。

    关键词： 高速成像、压力、粉末运动、选择性激光熔化

    更新于2025-09-12 10:27:22

  • 使用毫秒脉冲的激光诱导正向转移软材料纳米层显示出基于接触的材料沉积现象

    摘要： 在这项工作中，我们针对一种采用毫秒激光脉冲的新型激光诱导正向转移技术变体，开展了定性定量实验分析并建立了数值模型。该工艺通过激光辐照，将涂覆有软材料层的供体玻片上的软材料纳米层斑点转移至受体玻片。这种方法能实现高度灵活的材料转移，适用于生物分子阵列制备的高通量组合化学研究。我们首次通过可视化证据表明：该技术的主要转移机制源于供体层的热表面膨胀接触效应，因而与已知的多种激光诱导正向转移变体存在本质差异。我们将表征最大轴向表面膨胀与激光功率及脉冲持续时间的关联关系，在此基础上推导出能在测量误差范围内近似轴向表面膨胀的数值模型。最后通过荧光成像和垂直扫描干涉测量法分析转移软材料纳米层斑点的形貌特征，以确定转移材料的宽度、高度和形状?；谡庑┦笛橛胧凳?，我们现在能够预测该工艺中的材料转移量。

    关键词： 高速成像、荧光成像、实验与数值预测、垂直扫描干涉测量法、OpenFOAM

    更新于2025-09-12 10:27:22

  • 通过有限元建模研究激光诱导羽流及激光粉末床熔融（LPBF）中颗粒卷吸的尺度效应

    摘要： 尽管在钻孔或焊接等几种激光加工过程中已观察到金属汽化现象，但蒸汽羽流的膨胀及其引发的副作用尚未被完全理解。特别是，由于近期激光粉末床熔融（LPBF）研究发现金属汽化是材料剥蚀和粉末飞溅的主要来源，这一现象正引发科学与工业界的广泛关注。本研究旨在深入揭示激光诱导汽化的动力学机制，并评估不同气体对颗粒夹带的作用潜力。为此，基于全面文献综述建立了激光诱导小孔与羽流的自洽有限元模型。通过高速成像测量蒸汽羽流上升速度的专项实验诊断对该模型进行了验证，从而量化了不同激光入射强度和气流模式（如蒸汽羽流的蘑菇状结构）下的瞬态动力学特征。最终，该模型被用作量化LPBF中夹带流动的工具，并推导出以背景气体特性为变量的颗粒夹带速度阈值解析模型。借此可预测气体环境改变时剥蚀现象的演变规律。

    关键词： 金属蒸汽羽流、激光束熔化（LBM）、高速成像、有限元建模（FEM）

    更新于2025-09-11 14:15:04