光波相位实验系统的可视化及结构设计研究开题报告

1. 研究目的与意义

大学物理教学中，光束相位因无法直接观察，学生不易理解。采用传统干涉仪测量光束相位的方法，因其对振动非常敏感，不适合用于物理教学演示。哈特曼波前探测器主要应用于光束波前探测、光学元件表面检测、光学系统像差检测、自适应光学系统等方面，和干涉仪相比，其可以实现单束光波前信息探测，具有环境振动不敏感、测量速度快、能量效率高等优势。适合用于教学演示设备。

研制基于哈特曼探测器，设计和制作可应用于物理教学的相位实验系统，此系统可以直观显示测量的二维和三维等相位面图像、聚焦光斑的轴向移动以及近视和远视的度数，从而加深学生对重要物理概念相位的理解。

2. 研究内容和预期目标

主要研究内容：

实验系统功能为在克服环境振动的影响下测量单束光相位，测量并计算近视镜度数及平面镜表面突起。通过此系统的应用加深学生对重要物理概念相位的理解。设计整体仪器分为光源、由微透镜阵列、ccd相机组成的哈特曼探测仪和基本光学仪器。

通过软件记录ccd相机上光斑的标准坐标和光强及光斑位置偏移量的数据采集，并通过采集得到的数据模拟出光的干涉条纹。可以通过对光斑偏移量进行归一化处理并代入泽尼克多项式计算象差。从而测出近视镜度数，并在电脑端显示。

3. 研究的方法与步骤

首先，根据系统功能设计确定软件功能为采集光斑数据，处理数据并展示；将软件分为数据采集模块、数据处理模块和界面显示模块。

然后，根据模块功能设计相应函数，根据设计的函数进行编程，不断调试，使软件能实现预先设计的软件功能且流畅运行。

最后，对哈特曼系统、整体光路进行结构设计并装调，最终制作出能够辅助于教学的光束相位测量实验系统并进行检测。

4. 参考文献

[1]张锐,杨金生,田雨等.焦面哈特曼传感器波前相位复原[j].光电工程,2013,40(02):32-39. [2]程少园,曹召良,胡立发等.用夏克-哈特曼探测器测量人眼波前像差[j].光学精密工程,2010,18(05):1060-1067.

[3]魏平. 低信噪比条件下哈特曼波前传感器图像信号处理方法研究[d].电子科技大学,2021.doi:10.27005/d.cnki.gdzku.2021.000248.

[4]沈锋,姜文汉.夏克-哈特曼波前传感器的波前相位探测误差[j].光学学报,2000(05):666-671.

5. 计划与进度安排

2024年第1周(2月20日-2月24日) 下发毕业论文任务书

1—2周(2月20日-3月3日) 完成开题报告

3—14周(3月6日-5月21日) 毕业论文写作，按开题报告撰写论文