【实验】扫描电子显微镜
摘要： 本实验利用KYKY-EM3200型扫描电子显微镜对样品表面形貌进行了观察，并研究了聚光镜电流对SEM成像质量的影响。实验中在固定加速电压30 kV条件下，改变聚光镜电流并分别在不同放大倍率下获取样品表面图像。通过对比不同实验参数下的成像结果，分析了聚光镜电流对图像衬度、分辨率以及信噪比的影响规律。为了更加定量地评价图像质量，实验进一步利用Python对SEM图像进行了数字图像处理，采用全局灰度衬度、基于Sobel算子的边缘衬度、Laplacian方差清晰度以及基于Gaussian高通残差的信噪比等指标，对不同聚光镜电流条件下的图像质量进行了分析。结果表明，较大的聚光镜电流能够增强电子束会聚能力，提高图像边缘分辨率，但同时也会导致高频噪声增强，从而降低图像信噪比。综合实验结果可以看出，SEM成像质量实际上是在图像分辨率与噪声之间的折中，在本实验条件下聚光镜电流取I=500sim600时能够获得较优的综合成像效果。本实验进一步说明了数字图像处理方法在现代实验分析中的重要作用。 关键词： 扫描电子显微镜，聚光镜电流，图像衬度，图像分辨率，信噪比，数字图像处理...
【实验】扫描隧穿显微镜
摘要： 本实验利用扫描隧道显微镜对HOPG表面进行了原子分辨成像，观察到典型的石墨三角晶格结构，并验证了量子隧穿效应。结合Python图像处理程序，对STM图像进行了尺度分析，并估算了压电扫描系统的压电系数，加深了对STM工作原理与实验方法的理解。 关键词： 扫描隧道显微镜，量子隧穿效应，HOPG，原子分辨成像，压电陶瓷，图像处理 获取实验报告的PDF文件（仅供参考） 引言 20世纪初量子力学建立之后，人们逐渐认识到微观粒子具有经典理论所无法解释的波动性质。其中，一个重要现象便是量子隧穿效应（quantum tunneling effect）：粒子即使在能量低于势垒高度的情况下，仍有一定概率穿透势垒区域。1928年，Gamow以及Gurney与Condon分别利用量子力学成功解释了α衰变过程，首次明确提出了隧穿效应的物理图像[1,2]。此后，量子隧穿逐渐成为现代凝聚态物理与量子器件中的重要基础理论。 基于量子隧穿效应，1981年，IBM苏黎世实验室的G. Binnig与H. Rohrer发明了扫描隧道显微镜（scanning tunneling...
【实验】体效应振荡器的工作特性和波导管的工作状态
摘要： 本实验利用体效应微波振荡器与矩形波导系统，对微波信号源的工作特性以及波导中的传播状态进行了系统研究。通过调节体效应振荡器的工作电压，测量其工作电流、输出功率及振荡频率随电压变化的关系，验证了Gunn效应导致的负微分迁移率特性及其对微波振荡形成的影响。在波导系统中，通过驻波测量线观测匹配状态、驻波状态及混波状态，并测量不同状态下的驻波比与反射系数。进一步利用驻波节点位置测量波导波长，并结合频率计测量结果计算自由空间波长、相速度与群速度，实验结果满足vpvg=c²的理论关系。此外，通过测量驻波曲线并采用半高宽法和对数拟合法确定晶体检波器的检波指数，结果表明其满足平方律检波特性。实验结果与理论分析基本一致，加深了对微波产生机制、波导传播规律及微波测量方法的理解。 关键词： 体效应振荡器，Gunn效应，波导传播，驻波比，检波律 获取实验报告的PDF文件（仅供参考） 引言 微波是频率约在300 MHz至300...
【实验】通过热噪声与散粒噪声的统计特性测量物理常数
摘要： 本实验基于热噪声与散粒噪声的统计特性，通过频域分析与交叉相关方法，从随机涨落信号中提取有效物理信息。实验首先测量不同电阻条件下的热噪声功率谱密度，并验证其与电阻及温度之间满足〈V²〉=4kBTR的线性关系，从而估算玻尔兹曼常数kB。随后，通过光电二极管产生的散粒噪声，研究噪声强度与电流之间的依赖关系，并尝试测量元电荷e。在数据处理过程中，引入基于鲁棒统计的迭代加权方法，有效抑制了频谱中的窄带干扰与异常点，提高了对白噪声统计量的估计精度。实验结果表明，该方法能够显著改善热噪声测量的准确性，而散粒噪声测量受限于系统误差与器件特性，精度相对较低。本实验展示了利用噪声统计特性反推出基本物理常数的可行性，并体现了现代实验中信号处理方法的重要作用。 关键词： 热噪声，散粒噪声，功率谱密度，交叉相关，傅里叶变换 获取实验报告的PDF文件（仅供参考） 引言...
【实验】NaI(Tl)闪烁谱仪测定γ射线的能谱
摘要： 本实验利用NaI(Tl)闪烁谱仪对γ射线能谱进行了测量与分析。通过测量¹³⁷Cs和⁶⁰Co标准放射源的能谱，确定了闪烁谱仪的能量刻度关系，并对谱仪的能量分辨率和线性特性进行了检验。在此基础上，利用多道分析器测量了不同几何条件及混合放射源情况下的γ能谱，对全能峰、康普顿平台及反散射峰的形成机制及其变化规律进行了分析。实验结果表明，NaI(Tl)闪烁谱仪具有良好的能量线性关系，能够较好地实现γ射线能量测量与能谱分析，加深了对γ射线与物质相互作用及闪烁探测器工作原理的理解。 关键词： NaI闪烁谱仪，光电效应，康普顿散射，放射性物质能谱 获取实验报告的PDF文件（仅供参考） 引言 闪烁探测器是最早发展起来的一类电离辐射探测器之一，在核物理、医学成像以及环境辐射监测等领域具有重要应用。自1948年发现NaI(Tl)晶体具有优良的闪烁性能以来，卤化物闪烁体得到了迅速发展，并推动了无机闪烁探测技术的进步[1]。由于NaI(Tl)晶体具有较高的发光效率和较高的有效原子序数，其对γ射线具有较高的探测效率，因此很快被应用于γ能谱测量，并成为闪烁谱仪中最常用的探测材料之一[2]。...
【实验】He-Ne气体激光器放电条件
摘要： 本实验研究了He-Ne气体激光器在不同气体配比与总压强条件下的放电特性。通过测量激光输出功率随工作电流变化的关系，发现功率随电流先增大后减小，且峰值对应的电流随总压强增加而减小。同时，氦氖配比对输出功率存在明显影响，氖比例较高时功率较大。实验结果与粒子数反转及能量转移理论相一致，为理解He-Ne激光器的工作条件及动力学机制提供了实验依据。 关键词： He-Ne激光，真空环境，配气 获取实验报告的PDF文件（仅供参考） 引言 激光（Laser）是基于受激辐射原理实现光放大的相干光源，其理论基础可以追溯到20世纪中期。1958年，Schawlow和Townes在经典论文《Infrared and Optical Masers》中提出将微波波段的maser原理推广到光学频段，从而提出了光学激射器（laser）的基本概念[1]。这一理论工作奠定了激光器发展的基础。...
Floquet工程及其在能带拓扑性上的应用
Floquet engineering是一种利用周期性驱动（如激光、微波等）调控量子系统动力学和能带结构的技术，其核心思想基于Floquet理论（由法国数学家Gaston Floquet于1883年提出）。该领域在凝聚态物理、冷原子物理和光学等领域有广泛应用，尤其在拓扑物态和非平衡系统研究中具有重要意义。 本文主要介绍Floquet engineering的发展历程（一些关键性的文章导览）、Floquet的基本数学理论以及其在能带拓扑性上的应用。第三个问题的研究更偏向于一种对于Floquet工程的现代化应用，增强拓扑性质的认知将为我们理解材料的横向量子Hall效应以及Dirac半金属打开Dirac锥形成手性边缘态，甚至向Floquet Weyl半金属的转换提供帮助。 Floquet工程的发展 Floquet理论是在19世纪末到20世纪初建立的，最早由Gaston Floquet在1883年的文章"Sur les équations différentielles linéaires à coefficients...
【Cpp程序设计】输入输出流
在面向对象编程中，我们定义了类的概念并讲解了如何使用。下面我们通过标准输入输出的流类来进一步加深对于类和对象的理解。 本章的主要内容是流类，标准流对象，使用流操纵算子控制输出格式，调用cout的成员函数，以及cin的高级用法。在了解C++程序输入输出的规则的同时，我们也要进一步理解继承多态的概念。 流类 我们在程序中，常常使用cin和cout输入和输出数据，另外，我们的程序还应该可以在文件中读入数据，以及向文件中写入数据。数据输入和输出的过程也是数据传输的过程，数据像水流一样从一个地方流动到另一个地方，因此，在C++中将此过程称为“流”（stream），而在C++的标准模板库中，将用于进行数据输入输出的类统称为“流类”。例如cin就是istream类的对象，cout是ostream类的对象。图1展示出了流类中的派生关系。 图1：C++类库中的流类...
【Cpp程序设计】面向对象的编程(五)
在面向对象编程的概念中，有封装、继承和多态三种机制，正是因为这些机制，提高了程序的可读性，可扩充性和可重用性。多态就是我们介绍面向对象编程的最后一个概念，所以这一部分就是【Cpp程序设计】面向对象编程所有内容的结尾了。“多态”(polymorphism)这个概念是指同一个名字的事物可以完成不同的功能。多态可以分为编译时多态和运行时多态，前者主要为函数的重载，在Cpp文件进行编译时，编译器就可以根据传入的实参形式确定调用的函数是哪一个；而后者则是一个全新的使用方法，我们本章就主要介绍这种方法的使用，他与继承和虚函数有着紧密的联系。 本章主要内容：多态的基本概念，运行时多态的两种实现方法，多态的实现原理，以及一些注意事项。 运行时多态的两种实现方法 通过基类指针实现多态...
【Cpp程序设计】面向对象的编程(四)
一个编程语言的好坏，不仅取决于其运行效率，还有代码重用的能力，开发的效率也是一个非常重要的环节。在面向对象的编程中，我们引入了“继承”和“派生”的概念，用来帮助程序员进行代码重用，尽管可能会牺牲一部分运行效率，但是这将为开发的工作提供极大的遍历。例如，当我们想为一个大学建立一个学生的管理系统时，我们会写一个基本类，比如叫“学生”，但是同时，学生也分为物院的同学、信科的同学、中文的同学等等，如果我们还为其编写一个独立的类，显然工作量将随着学生的种类的增多而增加，尤其使有很多相同功能的成员函数时，开发的效率会变得十分低。但是如果各种种类的同学可以继承“学生”这个基本类，在其中继承其函数和成员，就可以极大的简化开发过程。 本节我们主要介绍C++中类的继承与派生，内容相对简单，但是这些都是第五章多态的基础。 何为“继承”与“派生”...