Το CAS MICROSTAR βοηθά ομάδα προπτυχιακών σπουδών να κερδίσει το δεύτερο βραβείο στον Εθνικό Διαγωνισμό Πειραμάτων Φυσικής για Προπτυχιακούς Φοιτητές

Πρόσφατα, ανακοινώθηκαν τα αποτελέσματα του 10ου Εθνικού Διαγωνισμού Πειραμάτων Φυσικής για Προπτυχιακούς Φοιτητές (Καινοτομία), ο οποίος χρηματοδοτήθηκε από την Κοινή Ένωση Εθνικών Κέντρων Πειραματικής Διδασκαλίας στην Ανώτατη Εκπαίδευση, την Εθνική Ένωση Έρευνας για τη Διδασκαλία Πειραματικής Φυσικής στην Ανώτατη Εκπαίδευση, την Επιτροπή Διδασκαλίας Φυσικής της Κινεζικής Φυσικής Εταιρείας και διοργανώθηκε από το Πανεπιστήμιο Αεροναυτικής και Αστροναυτικής του Πεκίνου (BUAA). Η ομάδα προπτυχιακών φοιτητών της Σχολής Φυσικής Επιστήμης και Τεχνολογίας του Πανεπιστημίου Xiamen, με τη βοήθεια του CAS MICROSTAR, ξεχώρισε ανάμεσα στις πολλές ομάδες που συμμετείχαν στον διαγωνισμό και κέρδισε το δεύτερο βραβείο στην κατηγορία των αυτοεπιλεγμένων θεμάτων.

Λεπτομέρειες Βραβείου

Τίτλος Συμμετοχής:Προσαρμοστικό Οπτικό Σύστημα Βασισμένο σε Συμβολομετρική Μέθοδο για την Εξαγωγή Πληροφοριών Φάσης

Συμμετέχοντες μαθητές:Luyao Wang, Wenhao Wang (Tianwen), Kaiyu Shi, Ankexin Wu

Εκπαιδευτής:Qinghong Lu, Jun Yin

Βραβευμένα Έργα

Εισαγωγή

Η προσαρμοστική οπτική είναι μια σημαντική τεχνολογία στη σύγχρονη αστρονομική παρατήρηση. Ο Αμερικανός αστρονόμος Babcock πρότεινε για πρώτη φορά την ιδέα της «μέτρησης σε πραγματικό χρόνο του σφάλματος μετώπου κύματος και της αντιστάθμισης σε πραγματικό χρόνο της εκτροπής μετώπου κύματος που προκαλείται από ατμοσφαιρικές αναταράξεις και άλλες δυναμικές διαταραχές χρησιμοποιώντας παραμορφώσιμα οπτικά στοιχεία» το 1953. Σήμερα, μεγάλα τηλεσκόπια στην Κίνα και στο εξωτερικό εφαρμόζουν ευρέως αυτήν την τεχνολογία. Το τηλεσκόπιο Keck στη Χαβάη, το VLT του Ευρωπαϊκού Νότιου Αστεροσκοπείου και το τηλεσκόπιο 2,16 μέτρων του Αστεροσκοπείου Xinglong του Εθνικού Αστρονομικού Αστεροσκοπείου έχουν πραγματοποιήσει τη διόρθωση σε πραγματικό χρόνο της ατμοσφαιρικής αναταραχής. Μετά την υλοποίηση στον τομέα της αστρονομικής απεικόνισης με τηλεσκόπια, η προσαρμοστική οπτική έχει αναπτυχθεί σε πολλούς βιομηχανικούς και πολιτικούς τομείς, ειδικά στους τομείς υψηλής ακρίβειας των μικροσκοπίων, των συστημάτων λέιζερ και της απεικόνισης αμφιβληστροειδούς κ.λπ. Το 2008, ιδρύθηκε το πρώτο Βασικό Εργαστήριο Προσαρμοστικής Οπτικής της Κίνας στο Ινστιτούτο Φωτονικής και Ηλεκτρονικής Τεχνολογίας. Σήμερα, το ερευνητικό επίπεδο της Κίνας στον τομέα της προσαρμοστικής οπτικής έχει ανέβει στις διεθνείς προηγμένες τάξεις.

Σύμφωνα με διαφορετικά σενάρια εφαρμογής, τα προσαρμοστικά οπτικά συστήματα έχουν πολλές διαφορετικές δομικές μορφές. Μεταξύ αυτών, το προσαρμοστικό οπτικό σύστημα που βασίζεται στην αρχή της σύζευξης φάσεων είναι η πιο συχνά χρησιμοποιούμενη δομή. Το προσαρμοστικό οπτικό σύστημα αυτής της δομής αποτελείται από τρία μέρη: αισθητήρα κύματος, ελεγκτή κύματος και διορθωτή κύματος. Το φως που εκπέμπεται από το αντικείμενο-στόχο επηρεάζεται από την ατμοσφαιρική αναταραχή, η οποία παράγει εκτροπές κύματος. Αφού η εκτροπωμένη δέσμη περάσει από τον διαχωριστή δέσμης, ένα μέρος του φωτεινού κύματος εισέρχεται στο σύστημα απεικόνισης και το άλλο μέρος εισέρχεται στον αισθητήρα κύματος. Ο αισθητήρας κύματος μετρά σε πραγματικό χρόνο τη φάση του προσπίπτοντος φωτεινού κύματος, τα αποτελέσματα της μέτρησης μετά την επεξεργασία από τον ελεγκτή κύματος, δημιουργώντας τον ρόλο του διορθωτή κύματος, ο διορθωτής κύματος δημιουργεί και αποτελέσματα μέτρησης φάσης κύματος ίσα σε μέγεθος αλλά προς την αντίθετη κατεύθυνση από το ποσό της διόρθωσης φάσης, για να αντισταθμίσει την ατμοσφαιρική αναταραχή που παράγεται από την εκτροπή φάσης κύματος, έτσι ώστε το διορθωμένο φωτεινό κύμα να μετατραπεί σε ένα κύμα κοντά στο επίπεδο.

Λόγω της σημασίας της επιστημονικής έρευνας για την προσαρμοστική οπτική και της σημασίας της σε πρακτικές εφαρμογές για διάφορες βιομηχανίες, η παροχή εικόνων και δεδομένων υψηλής ποιότητας έχει λάβει ολοένα και μεγαλύτερη προσοχή τα τελευταία χρόνια. Σήμερα, υπάρχουν μεμονωμένοι κατασκευαστές οπτικών οργάνων που μπορούν να παρέχουν λύσεις προσαρμοστικής οπτικής κατάλληλες για εργαστήρια, με τα πλεονεκτήματα της υψηλής χωρικής ανάλυσης και της εξαιρετικά γρήγορης ταχύτητας απόκρισης, αλλά υπάρχουν γενικά συσκευές υψηλής ενοποίησης, υψηλές απαιτήσεις για χειριστές και ακριβά προβλήματα, γεγονός που περιορίζει σε μεγάλο βαθμό την προώθησή της στη διδασκαλία. Σύμφωνα με την έρευνα, η τρέχουσα διδασκαλία φυσικής και αστρονομίας σε εγχώρια κολέγια και πανεπιστήμια ουσιαστικά δεν περιλαμβάνει πειράματα σχετικά με την προσαρμοστική οπτική. Για το σκοπό αυτό, μια ομάδα προπτυχιακών φοιτητών από το Πανεπιστήμιο Xiamen, υπό την καθοδήγηση καθηγητών, κατασκεύασε ένα σύνολο προσαρμοστικών οπτικών συστημάτων βασισμένων σε συμβολομετρική μέθοδο για την εξαγωγή πληροφοριών φάσης, αντικαθιστώντας ακριβούς αισθητήρες μετώπου κύματος με οπτικό συμβολομετρικό σύστημα, ανακτώντας τη φάση του μετώπου κύματος μέσω ορισμένων αλγορίθμων. αντικατάσταση παραμορφώσιμων κατόπτρων ή συστοιχιών μικροφακών με χωρικούς διαμορφωτές φωτός (SLM) για τη διαμόρφωση της φάσης και του πλάτους των φωτεινών κυμάτων, πραγματοποίηση της βαθμονόμησης των δοκιμαστικών εικόνων στο εργαστήριο και πραγματοποίηση της διόρθωσης των δοκιμαστικών εικόνων χωρίς να επηρεαστεί το κόστος της συσκευής έχει μειωθεί σημαντικά χωρίς να επηρεαστεί το διδακτικό αποτέλεσμα, γεγονός που καλύπτει το κενό της προσαρμοστικής οπτικής στην πειραματική διδασκαλία.

Πειραματική ρύθμιση

Υποστήριξη και Όραμα Εταιρείας

Ως προγραμματιζόμενη ψηφιακή οπτική συσκευή πυρήνα σε πραγματικό χρόνο, ο διαμορφωτής χωρικού φωτός έχει πολλές δυνατότητες εφαρμογής στον Εθνικό Πανεπιστημιακό Διαγωνισμό Πειραμάτων Φυσικής. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως προγραμματιζόμενο στοιχείο περίθλασης σε πραγματικό χρόνο για μονής σχισμής, διπλής σχισμής, πλέγματος, τριγώνου, πεντάγραμμου, εξαγώνου κ.λπ. μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως προγραμματιζόμενο φίλτρο για φίλτρα χαμηλής διέλευσης, υψηλής διέλευσης και σχισμής. μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως εναλλακτική λύση σε μια πλάκα μάσκας. μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την εκτέλεση προβολής. μπορεί να δημιουργήσει φως στροβίλου. μπορεί να παράγει φως στροβίλου, φως Bessel, δέσμη Airy. μπορεί να αντικαταστήσει το περιστρεφόμενο γυαλί τρίχας για να παράγει ψευδοθερμικό πεδίο φωτός. μπορεί να προσομοιώσει ατμοσφαιρική αναταραχή. μπορεί επίσης να είναι ένα ολογραφικό στοιχείο. η έρευνα και τα πειράματα που βασίζονται στον διαμορφωτή χωρικού φωτός θα ωφελήσουν σημαντικά την άσκηση των ικανοτήτων αυτοανάπτυξης και της πρωτοποριακής σκέψης των μαθητών.

Ως εταιρεία που επικεντρώνεται στον τομέα της οπτοηλεκτρονικής επιστήμης και τεχνολογίας, η CSC MicroStar έχει πάντα δεσμευτεί να προωθεί την επιστημονική και τεχνολογική καινοτομία και την καλλιέργεια ταλέντων. Αυτή τη φορά, η CSC MicroStar παρείχε στην συμμετέχουσα ομάδα έναν δωρεάν πειραματικό εξοπλισμό του διαμορφωτή χωρικού φωτός της εταιρείας μας (FSLM-2K39-P), ο οποίος τους παρείχε ισχυρή εγγύηση για την επίτευξη καλών αποτελεσμάτων στον διαγωνισμό. Οι τεχνικές παράμετροι αυτού του διαμορφωτή χωρικού φωτός (FSLM-2K39-P) είναι οι εξής:

Χαρακτηριστικά προϊόντος:

Βασιλιάς της εγχώριας και ξένης αναλογίας τιμής/απόδοσης στην αγορά προϊόντων ανακλαστικής καθαρής φάσης. Συγχρονισμένη λειτουργία ενεργοποίησης, εξαιρετικά χαρακτηριστικά ανακλαστικού μετώπου κύματος. Υψηλή αξιοποίηση, υψηλός συντελεστής πλήρωσης, χαμηλό jitter φάσης, υψηλή απόδοση περίθλασης. Μετρημένη ικανότητα διαμόρφωσης φάσης, καλή γραμμικότητα φάσης. Μπορεί να προσαρμοστεί ανάλογα με τις ανάγκες του χρήστη.

Περιοχές εφαρμογής:

Διόρθωση μετώπου κύματος (μπορεί να χρησιμοποιηθεί για προσαρμοστική οπτική)· διαμόρφωση δέσμης (παραγωγή φωτός στροβίλου, διαμόρφωση φωτός επίπεδης κορυφής, δακτυλιοειδής δέσμη)· έλεγχος δέσμης (εκτροπή δέσμης, διαχωρισμός επίπεδης δέσμης, διαχωρισμός δέσμης καμπύλης επιφάνειας, επέκταση βάθους εστίασης)· ευθυγράμμιση δέσμης, διόρθωση εκτροπής, προγραμματιζόμενη μάσκα φάσης· υπολογιστική ολογραφία· και ούτω καθεξής.

Το CAS MICROSTAR ανέκαθεν ενδιαφερόταν ενεργά και υποστήριζε κάθε είδους επιστημονικούς και τεχνολογικούς διαγωνισμούς. Παρέχουμε δωρεάν πειραματικό εξοπλισμό στις συμμετέχουσες ομάδες σε αυτόν τον διαγωνισμό, με στόχο τη βελτίωση της ικανότητας των φοιτητών πανεπιστημίου σε πειράματα φυσικής, την ενίσχυση του πνεύματος καινοτομίας και της ομαδικής εργασίας, και την προώθηση της μεταρρύθμισης της πειραματικής διδασκαλίας της φυσικής και την ανάπτυξη της πειραματικής τεχνολογίας. Ελπίζουμε ότι αξιοποιώντας αυτήν την ευκαιρία, μπορούμε να κεντρίσουμε το ενδιαφέρον και τον ενθουσιασμό περισσότερων νέων για τα πειράματα οπτικής και να καλλιεργήσουμε περισσότερα επιστημονικά και τεχνολογικά ταλέντα για τη χώρα. Ταυτόχρονα, ελπίζουμε επίσης ότι αυτή η ευκαιρία θα εμπνεύσει περισσότερους νέους να ενδιαφέρονται και να ενθουσιάζονται με τα οπτικά πειράματα, ώστε να καλλιεργήσουν περισσότερα επιστημονικά και τεχνολογικά ταλέντα για τη χώρα.