CAS MICROSTAR מסייעת לצוות הסטודנטים לתואר ראשון לזכות בפרס השני בתחרות ניסויים בפיזיקה לתואר ראשון

לאחרונה נחשפו תוצאות תחרות הניסויים בפיזיקה ה-10 לתואר ראשון (חדשנות), בחסות האיגוד המשותף של מרכזי הדגמה להוראה ניסויית לאומית בהשכלה גבוהה, האיגוד הלאומי למחקר להוראת פיזיקה ניסויית בהשכלה גבוהה, ועדת הוראת הפיזיקה של החברה הסינית לפיזיקה, ובאירוח אוניברסיטת בייג'ינג לאווירונאוטיקה ואסטרונאוטיקה (BUAA). צוות הסטודנטים לתואר ראשון, בסיוע CAS MICROSTAR, מבית הספר למדעי הפיזיקה והטכנולוגיה של אוניברסיטת שיאמן, בלט בין הצוותים הרבים שהשתתפו בתחרות וזכה בפרס השני בקטגוריית הנושאים שבחרו באופן עצמאי.

פרטי הפרס

כותרת הערך:מערכת אופטית אדפטיבית המבוססת על שיטה אינטרפרומטרית לחילוץ מידע פאזה

סטודנטים משתתפים:Luyao Wang, Wenhao Wang (Tianwen), Kaiyu Shi, Ankexin Wu

מַדְרִיך:Qinghong Lu, Jun Yin

עבודות עטורות פרסים

מָבוֹא

אופטיקה אדפטיבית היא טכנולוגיה חשובה בתצפיות אסטרונומיות מודרניות. האסטרונום האמריקאי באבקוק הציג לראשונה את הרעיון של "מדידה בזמן אמת של שגיאת חזית גל ופיצוי בזמן אמת של סטיית חזית גל הנגרמת על ידי מערבולת אטמוספרית והפרעות דינמיות אחרות באמצעות אלמנטים אופטיים ניתנים לעיוות" בשנת 1953. כיום, טלסקופים גדולים בארץ ובחו"ל מיישמים טכנולוגיה זו באופן נרחב, טלסקופ קק בהוואי, VLT של מצפה הכוכבים הדרומי האירופי וטלסקופ 2.16 מטר של מצפה הכוכבים שינגלונג של המצפה האסטרונומי הלאומי הבינו את התיקון בזמן אמת של מערבולת אטמוספרית. לאחר המימוש בתחום הדמיית טלסקופים אסטרונומיים, פותחה אופטיקה אדפטיבית בתחומים תעשייתיים ואזרחיים רבים, במיוחד בתחומים מדויקים של מיקרוסקופים, מערכות לייזר והדמיית רשתית וכו'. בשנת 2008 הוקמה המעבדה המרכזית הראשונה של סין לאופטיקה אדפטיבית במכון לפוטוניקה וטכנולוגיית אלקטרוניקה. כיום, רמת המחקר של סין בתחום האופטיקה האדפטיבית עלתה לשורות המתקדמות הבינלאומיות.

בהתאם לתרחישי יישום שונים, למערכות אופטיקה אדפטיבית יש צורות מבניות רבות ושונות. ביניהן, מערכת האופטיקה האדפטיבית המבוססת על עקרון צימוד הפאזה היא המבנה הנפוץ ביותר. מבנה מערכת האופטיקה האדפטיבית מורכב משלושה חלקים: חיישן חזית גל, בקר חזית גל ומתקן חזית גל. האור הנפלט מהאובייקט המטרה מושפע מערבולות אטמוספריות, מה שיוצר סטיות חזית גל. לאחר שהקרן המעוותת עוברת דרך מפצל הקרן, חלק מגל האור נכנס למערכת ההדמיה והחלק השני נכנס לחיישן חזית הגל. חיישן חזית גל מודדים בזמן אמת את הפאזה של גל האור הפוגע, לאחר עיבוד בקר חזית הגל, יוצרים את תוצאות המדידה באמצעות אותות בקרה של מתקן חזית הגל. מתקן חזית הגל מייצר תוצאות מדידת פאזה של חזית הגל בגודל שווה אך בכיוון ההפוך לכמות תיקון הפאזה, כדי לפצות על מערבולת אטמוספרית הנוצרת על ידי סטיית הפאזה של חזית הגל, כך שגל האור המתוקן הופך לגל כמעט-מישורי.

לאור חשיבות המחקר המדעי באופטיקה אדפטיבית וחשיבותה ביישומים מעשיים עבור תעשיות שונות במטרה לספק תמונות ונתונים באיכות גבוהה, בשנים האחרונות זוכה הדבר לתשומת לב גוברת. כיום, ישנם יצרנים בודדים של מכשירים אופטיים שיכולים לספק פתרונות אופטיקה אדפטיבית המתאימים למעבדה, עם יתרונות של רזולוציה מרחבית גבוהה ומהירות תגובה מהירה במיוחד, אך בדרך כלל ישנם מכשירים משולבים מאוד, דרישות גבוהות למפעילים ובעיות יקרות, מה שמגביל במידה רבה את קידומם בהוראה. על פי הסקר, הוראת הפיזיקה והאסטרונומיה הנוכחית במכללות ואוניברסיטאות מקומיות אינה כוללת בעיקר ניסויים הקשורים לאופטיקה אדפטיבית. לשם כך, צוות של סטודנטים לתואר ראשון מאוניברסיטת שיאמן, בהדרכת מורים, בנה מערכת של מערכת אופטיקה אדפטיבית המבוססת על שיטה אינטרפרומטרית לחילוץ מידע פאזה, תוך החלפת חיישני חזית גל יקרים במערכת אינטרפרומטרית אופטית, תוך שחזור פאזת חזית הגל באמצעות אלגוריתמים מסוימים; החלפת מראות ניתנות לעיוות או מערכי מיקרו-עדשות במווסתי אור מרחביים (SLM) כדי לווסת את הפאזה והמשרעת של גלי האור, למימוש כיול תמונות הבדיקה במעבדה, ולממש את תיקון תמונות הבדיקה מבלי להשפיע על עלות המכשיר הופחתה משמעותית מבלי להשפיע על אפקט ההוראה, מה שממלא את הפער באופטיקה אדפטיבית בהוראה ניסיונית.

מערך ניסיוני

תמיכה וחזון החברה

כמכשיר ליבה אופטי דיגיטלי הניתן לתכנות בזמן אמת, למודולטור האור המרחבי אפשרויות יישום רבות בתחרות הניסויים בפיזיקה של האוניברסיטה הלאומית; ניתן להשתמש בו כאלמנט דיפרקטיבי הניתן לתכנות בזמן אמת עבור מסנני חריץ יחיד, חריץ כפול, סורג, משולש, פנטגרם, משושה וכו'; ניתן להשתמש בו כמסנן הניתן לתכנות עבור מסנני מעביר נמוכים, מעביר גבוהים וסדק; ניתן להשתמש בו כחלופה לצלחת מסכה; ניתן להשתמש בו לביצוע הקרנה; ניתן לייצר אור מערבולת; ניתן לייצר אור מערבולת, אור בסל ואוויר; ניתן להחליף את זכוכית השיער המסתובבת כדי לייצר שדה אור פסאודו-תרמי; ניתן לדמות מערבולת אטמוספרית; ניתן גם לשמש כאלמנט הולוגרפי; מחקר וניסויים המבוססים על מודולטור האור המרחבי יהיו בעלי תועלת רבה למימוש יכולות הפיתוח העצמי של התלמידים ולחשיבה החלוצית שלהם.

כחברה המתמקדת בתחום המדע והטכנולוגיה האופטואלקטרונית, CSC MicroStar תמיד הייתה מחויבת לקידום חדשנות מדעית וטכנולוגית וטיפוח כישרונות. הפעם, CSC MicroStar סיפקה לצוות המשתתף ציוד ניסיוני חינמי של מודולטור האור המרחבי של החברה שלנו (FSLM-2K39-P), שסיפק להם ערובה חזקה להשגת תוצאות טובות בתחרות. הפרמטרים הטכניים של מודולטור האור המרחבי (FSLM-2K39-P) הם כדלקמן:

תכונות מוצר:

מלך שוק מוצרי פאזה טהורה רפלקטיבית מקומית וזרים, יחס מחיר/ביצועים; פונקציית טריגר מסונכרנת, מאפייני חזית גל רפלקטיבית מצוינים; ניצול גבוה, גורם מילוי גבוה, ריצוד פאזה נמוך, יעילות דיפרקציה גבוהה; יכולת אפנון פאזה מדודה, ליניאריות פאזה טובה; ניתן להתאמה אישית בהתאם לצורכי המשתמש.

תחומי יישום:

תיקון חזית גל (ניתן להשתמש בו לאופטיקה אדפטיבית); עיצוב קרן (יצירת אור מערבולת, עיצוב אור שטוח, קרן טבעתית); בקרת קרן (הסטת קרן, פיצול קרן מישורית, פיצול קרן משטח מעוקל, הרחבת עומק מיקוד); קולימציה של קרן, תיקון סטייה, מסיכת פאזה ניתנת לתכנות; הולוגרפיה חישובית; וכן הלאה.

CAS MICROSTAR תמיד דאגה ותמכה באופן פעיל בכל מיני תחרויות מדעיות וטכנולוגיות. אנו מספקים ציוד ניסיוני בחינם לקבוצות המשתתפות בתחרות זו, במטרה לשפר את יכולתם של סטודנטים באוניברסיטה בניסויים בפיזיקה, לטפח את רוח החדשנות ועבודת הצוות, ולקדם את הרפורמה בהוראת הניסויים בפיזיקה ופיתוח טכנולוגיות ניסוייות, ואנו מקווים שעל ידי ניצול הזדמנות זו נוכל לעורר עניין והתלהבות בקרב צעירים רבים יותר בניסויים אופטיים, ולטפח כישרונות מדעיים וטכנולוגיים נוספים עבור המדינה. יחד עם זאת, אנו מקווים גם שהזדמנות זו תעורר השראה בקרב צעירים רבים יותר להתעניין ולהתלהב מניסויים אופטיים, על מנת לטפח כישרונות מדעיים וטכנולוגיים נוספים עבור המדינה.