学生应有大学物理基础，有较好的光学和电磁学的学习基础

除振幅、相位和频率之外，偏振作为光场具有波动特性的重要信息，在成像、探测、目标识别等应用物理领域用重要的应用。近年来，以偏振作为信息载体的现代光学技术发展迅速，如椭偏测量术、激光全息术、仿生偏振光学、涡旋光学等新兴技术。尤其是具有空间偏振结构的矢量光场，受益于现代精密加工技术和微纳光子技术的发展，在空间光通信、显微成像、光学捕获与操控、激光精密加工等领域的研究与应用日益广泛。相对于传统的偏振概念，现代偏振光学意指具有空间偏振结构光场的生成、调控、传输、聚焦及其应用技术，已经成为现代光学技术和应用物理技术的重要核心内容之一。应用物理实验是应用物理专业学生的专业实验，和物理前沿应用相关的高阶性、创新性和具有一定挑战度的专业实验，一方面可以作为提升学生综合实践能力、解决复杂物理问题的重要载体，另一方面，也是探索前沿技术领域，掌握现代物理技术的重要训练，本虚拟仿真实验即从这一角度出发，借助现代偏振光学领域科学研究的进展和成果，进行实验课程建设和教学。

本实验教学项目按照空变偏振光场的生成、调控、传输和聚焦的顺序，分为两个实验项目，按照实验仪器学习、实验系统搭建、实验参数调试、实验结果分析与优化的顺序进行各操作步骤设计。

引擎模块功能设计：图形界面设计，让用户可以直观感官交互的界面，包括各种光场的2D图形界面。3D渲染，对实验室环境，各个仪器模型进行渲染，提高画面质量，给用户提供更好的操作体验。物理引擎，仪器防碰撞功能，仪器拖动等。人机交互，根据用户的操作能产生对应的反馈。消息事件，整个实验各个操作之间的消息传递和逻辑事件处理模块。

虚拟场地和仪器模型设计：当把开发引擎部分开发完毕之后，则进行虚拟场地（实验室场景和光学防震台等物体），虚拟仪器模型开发工作（每一个仪器都有对应的代码来实现移动，水平旋转，光路效果等功能），并且对每个仪器采用数学建模，参数封装定义，提高功能完备性。

实验逻辑控制设计：将所有对象添加到控制变量中，统一管理，调配，基本实现实验一体化。接着开发具体实验内容模块，让用户可以按照流程完成实验。开发实验指导模块，指导用户一步步完成实验。

   实验考核模块设计：对实验中的关键性步骤和测量的数据进行记录，存储。最后是数据接口模块，按照数据接口规范，将当前用户操作的数据与网站进行交互，可以直接传到网站上，供教师评阅，根据用户实验成绩，找出不足的地方，再因材施教。

本实验教学项目的课程目标为，通过仿真实验的操作，学生应学会有关现代偏振光学中有关矢量光场的生成、调控、传输及聚焦，掌握相关的实验分析方法，主要包括以下内容或知识点：

（1）液晶空间光调制器的光场调控原理与实现技术

（2）激光场的模态生成与叠加（LG模式、HG模式和IG模式）原理与技术

（3）全斯托克斯偏振信息的测量原理与技术

（4）高阶矢量偏振光场的合成与分析

（5）偏振器件的矩阵描述与空变偏振光的矩阵传输理论与分析方法

（6）电－磁偶极子与偶极阵的辐射电磁场与其时间反演场

（7）Richards-Wolf矢量光场的衍射积分与聚焦

（8）聚焦光场的三维偏振分析方法

（9）偶极子阵列结构参数对聚焦光场结构设计的影响

（10）三维平顶光场的结构结构特性分析方法。