可视化光波相位实验系统哈特曼探测器设计开题报告

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测，学生对相位的概念不易理解。采用传统干涉仪测量光束相位的方法，因其需要两束光进行干涉，根据干涉条纹计算相位分布，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。哈特曼探测器主要由微透镜阵列和 ccd 相机组成。微透镜阵列将待探测波面划分为若干个小单元区域，入射波前按照每一个微透镜对应的面积在空间分割成许多子波前，经过微透镜阵列后，在其焦平面上得到光斑点列图象。首先采集平面波作为参考光斑（下图的上半部分），并记录参考位置。当畸变波前入射时（下图的下半部分），会产生微透阵列光斑的位置偏移，根据偏移方向和偏移量即可反推出波前斜率，从而求出相位。

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。

2. 研究内容和预期目标

研究内容

完成哈特曼探测器标定，光斑质心误差和波前数据处理。具体内容包括：

（1） 分析哈特曼探测器工作原理；

3. 研究的方法与步骤

研究方法

针对哈特曼探测器工作原理的研究，本课题采用文献研究法。搜集有关哈特曼结构参数、微透阵列以及波前重构方法等文献资料，通过对这些文献进行整理和归纳，对文献中的研究成果进行反复思考，最终分析哈特曼探测器工作原理。

通过模拟分析法，利用matlab进行仿真波前重构并依据微透镜阵列参数计算微透镜衍射焦距和焦斑大小。

4. 参考文献

[1] 朱沁雨,陈梅蕊,陆焕钧,樊丽娜,彭建涛,孙会娟,徐国定,毛红敏,曹召良.微透镜阵列衍射效应对夏克一哈特曼波前探测器的影响分析[j].中国光学(中英文),2023,16(01):94-102.

[2] 夏明亮. 高精度人眼像差哈特曼探测器的研制[d].中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）,2011:17-29.

[3] 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.

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