信息光学
信息光学(第二版)01-引言
光电子
光电子成为现代产业的主角
机械领域： 激光加工： 打孔、切割、焊接、表面处理 激光光刻、激光微细加工、X射线光刻 能源领域： 太阳能电池、激光核聚变 —— 空间卫星的能源，地球能源
光信息科学
光 是最重要的信息载体，人类感官接收 客观世界总信息量的 90%以上通过眼睛 光纤通信： 以低损耗石英光纤和半导体激光器为基础， 成为当今通信的主体和方向 显示技术：液晶大屏幕显示成为下一代电视的主流;
存储 1万 幅二维图像，数据量达到10Gbit 计算机控制，快速存储
全息信息存储
探测器 参考光束 成像透镜 空间光 调制器 记录介质 变换透镜 数据页 信号 光束 激光器 待存储 的信息
中国的光学(光子学)已经对高科技、国民 经济与人民生活产生了影响。可以预期，光学 （光子学）在21世纪将会像20世纪的电子学 （微电子学）那样大发展。让我们一起为迎接 光学（光子学）方面的重大突破而欢呼吧！ --王大珩 你们这一代人 将成为最有希望的力量 是一支强大的生力军
光学领域的扩展 应用功能的扩展 研究内容的扩展 应用范围的扩展
20世纪光学的 主要特点 1、光学领域的扩展
• 波段： 向两端扩展
可见光 X射线 新学科
紫外
近红外 中红外 远红外
紫外光学、X射线光学、微光夜视、红外光学
• 波长：单色性、相干性
研究方向
激光器
激光全息
• 光强：单光子
激光光源
星际光源
20世纪光学的 主要特点 1、光学领域的扩展
信息光学 Information Optics
享受光 享受光学
光学科学与技术的成果已深深渗透到我们的生 活中
--王大珩
王大珩先生说：
• 20世纪以前的光学
信息光学课后习题解答_苏显渝主编
k 2 2 ( x0 y0 ) U0 ( x0 , y0 ) A0 P( x0 , y0 ) exp j 2f
x 0 y0 k 2 2 exp j ( x y A0 circ( ) 0 ) 2f 0 D1 / 2
2 2
将此式代入菲涅耳衍射公式
0 x1
0 1.5 计算下列一维卷积
x 1 (1) ( 2 x 3) rect( ) 2 x 1 x 1 ( 2) rect( ) rect( ) 2 2
其它
( 3) comb ( x ) rect( x )
解（1）
(1) ( 2 x 3) rect( x 1 1 3 x 1 ) ( x ) rect( ) 2 2 2 2
x y0
2 x 0 y0 e xp( jkf ) exp ( jkf ) D 1 circ( )dx0 dy0 A0 U (0,0, f ) A0 D1 / 2 j f j f 4 2 2 2 D1 I 0 106 I (0,0, z ) A0 4 f
f ( x ) cos2 x 的响应
试计算各自对输入函数 g1 ( x ) 和 g2 ( x ) 解： H1 ( ) rect( )
H 2 ( )
1 rect( ) 3 3
1 F ( ) ( 1) ( 1) 2 1 G1 ( ) H 1 ( ) ( 1) ( 1) 2 1 rect( ) ( 1) ( 1) 0 2
n
0
n
n为奇数
2 ( x 2n )
1.4 计算下面两个函数的一维卷积
信息光学智慧树知到答案章节测试2023年苏州大学
绪论单元测试1.“信息光学”又称为 ____。
答案:第一章测试1.高斯函数的傅里叶变换是（）A:B:C:D:答案:B2.函数的傅里叶变换是（）。
A:B:C:D:答案:A3.某平面波的复振幅分布为，那么它在不同方向的空间频率，也就是复振幅分布的空间频谱为（）。
A:，B:，答案:A4.圆域函数Circ（r）的傅里叶变换是。
（）A:错B:对答案:B5.尺寸a×b 的不透明矩形屏，其透过率函数为rect(x/a)rect(y/b)。
（）A:错B:对答案:A6.卷积是一种 ____，它的两个效应分别是_和_，两个函数f(x, y)和h(x, y)卷积的积分表达式为____。
答案:7.什么是线性空不变系统的本征函数？答案:8.基元函数是不能再进行分解的基本函数单元，光学系统中常用的三种基元函数分别是什么？答案:第二章测试1.在衍射现象中，当衍射孔径越小，中央亮斑就____。
答案:2.点光源发出的球面波的等相位面为_，平行平面波的等相位面为_。
答案:3.平面波角谱理论中，菲涅耳近似的实质是用_来代替球面的子波；夫琅和费近似实质是用_来代替球面子波。
答案:4.你认为能否获得理想的平行光束？为什么？答案:5.菲涅尔对惠更斯的波动光学理论表述主要有哪两方面的重要贡献？答案:6.已知一单色平面波的复振幅表达式为，请问该平面波在传播方向的空间频率以及在x，y，z方向的空间频率分别是什么？答案:第三章测试1.物体放在透镜（）位置上时，透镜的像方焦面上才能得到物体准确的傅里叶频谱。
A:之后B:之前C:前表面D:前焦面答案:D2.衍射受限光学系统是指（），仅考虑光瞳产生的衍射限制的系统。
A:考虑像差的影响B:不考虑像差的影响答案:B3.相干传递函数是相干光学系统中（）的傅里叶变换。
A:点扩散函数B:脉冲响应函数C:余弦函数D:复振幅函数答案:A4.（）是实现对空间物体进行信息处理和变换的基本光路结构。
A:光学系统B:4f光路C:准直系统D:单透镜系统答案:D5.成像的本质是衍射光斑的叠加结果。
信息光学 ppt课件
许多电子学网络和成像装置都具有线性和不变性. 任何具有这两种性质的网络或装置(电子学的、光学的 或其他)，在数学上都很容易用频谱分析方法来描述.
一门新的学科——信息光学从传统的经典波动 光学中脱颖而出.
信息光学又称傅里叶光学，它是应用光学、计 算机和信息科学相结合而发展起来的一门新的光学 学科，是信息科学的一个重要组成部分，也是现代 光学的核心.
光信息科学与技术的基础是傅里叶光学(通常 称之为信息光学).
信息光学的特点：引用通信和信息理论中的普 遍概念和思想阐述光学现象，使光学和通信信息理 论相结合，光学和信息科学相互渗透.
计算速度
要求达 1015 次/秒
关于现代机器人
2003年2月23日报道
❖ 日本 研制的 世界第一个机器人
能行走，能认识10个人 会握手、挥手、跟在人后面走
结论 电子系统速度慢，现代机器人比不上 人
光子技术的 优越性
响应 速度快
对比
光传播速度 30万km /s ( 3*108 m/s )
光开关速度：飞秒 (fs) 10-15 s
信息光学中采用傅里叶分析和线性系统理论分析 光波的传播、衍射和成像现象，将光学系统看成是 收集和传输信息的系统，把光学现象用通信和信息 理论进行阐述，因而信息光学是信息科学的一个重 要部分.
在光学工程、光学仪器检测、模式识别、图像处 理、显示、传感器、通信、数据处理和成像系统等 领域有许多应用.
2) 光学信息及其特点
• 20世纪以前的光学 古典光学
信息光学一些知识点总结
信息光学一些知识点总结信息光学的基础原理1. 光学基础知识在信息光学中，光学基础知识是非常重要的，它涉及到了光的产生、传播、反射、折射、干涉、衍射等方面的知识。
光是一种电磁波，它具有波粒二象性，既可以表现出波的干涉和衍射现象，也可以表现出粒子的光电效应。
这些特性对于信息光学的应用至关重要，比如在信息传输和光学成像中，都需要利用光的波动特性来实现。
2. 光学成像光学成像是信息光学中一个重要的话题，它主要探讨了光学成像系统的原理和性能。
在信息光学中，光学成像主要有两种方式：几何光学成像和波动光学成像。
几何光学成像主要研究物体和像的位置关系，而波动光学成像则研究了光的干涉和衍射现象对成像质量的影响。
同时，信息光学中的成像系统还包括了透镜、镜面、成像光学系统等重要的光学元件，它们在成像过程中起着重要的作用。
3. 光学通信光学通信是信息光学中的一个重要应用领域，它利用光作为信息传输的介质，通过调制、调制、传输、解调等方式来实现信息的传输。
光通信系统由光源、调制器、传输介质、接收器等部分组成，其中每个部分都有其特定的原理和技术。
光通信系统具有传输速率高、传输距离远、抗干扰能力强等优势，因此在现代通信中得到了广泛的应用。
信息光学的技术应用1. 光学图像处理光学图像处理是信息光学中的一个重要应用技术，它主要涉及图像采集、图像预处理、图像特征提取、图像分割、图像识别等领域。
光学图像处理可以通过数字图像处理、光学成像等技术手段来对图像进行分析和处理，以实现对图像信息的获取和利用。
光学图像处理在医学影像诊断、遥感图像分析、生物医学图像处理等方面具有重要的应用价值。
2. 光学成像技术光学成像技术是信息光学中的一个重要应用领域，它主要包括摄影成像、医学成像、遥感成像、工业检测成像等方面。
光学成像技术利用透镜、镜面等光学元件，将物体的光学信息转化成图像，以实现对物体的观察和分析。
光学成像技术在现代科学技术和生活中得到了广泛的应用，比如摄影、医学诊断、遥感探测等方面。
信息光学1.2 脉冲函数
( x , y ) lim n2 rect( nx )rect( ny )
n
( x, y ) lim n2 si nc(nx ) si nc( ny )
n
随着 n的增大，所取的矩形函数和高斯函数对应的曲线将变得 越来越窄，峰值却越来越高，而曲线下的面积始终保持为 1 。 当n时，它们的函数曲线趋近于一般定义 中的“脉冲”。
二、函数的表示
( x)
1
( x, y )
1
y
0
x
0
x
三、函数的性质
1、 函数和其它函数的乘积
f ( x, y) ( x x0 , y y0 ) f ( x0 , y0 ) ( x x0 , y y0 )
f ( x)
( x x0 ) f ( x0 , y0 )
...
3
2 1
...
0
1
2
3
x
利用坐标缩放性质，可以把间隔为x0的等间距脉冲序列表示为
1 ( x nx0 ) x0 n
x 1 x ( n) comb( ) x0 x0 x0 n
梳状函数与普通函数的乘积是
1 x f ( x) comb( ) f ( nx0 ) ( x nx0 ) x0 x0 n 因此，可以利用梳状函数对普通函数作等间距抽样。
0
x0
x
2、筛选性质
( x x , y y
0
0
) f ( x, y )dxdy f ( x0 , y0 )
3、坐标缩放性质
(a x, by)
1 ( x, y ) ab
2024年信息光学重点总结（二篇）
2024年信息光学重点总结____年信息光学重点总结____年是信息光学领域发展的关键一年，新技术的不断涌现和应用前景的拓展使得信息光学在各个领域中发挥了重要作用。
本文将重点总结____年信息光学领域的关键进展和应用领域，以及相关的重要研究成果和技术发展。
一、光纤通信技术的突破在____年，光纤通信技术在速度和容量方面取得了重大突破。
首先，光纤通信的传输速率有了大幅提升，千兆级甚至万兆级的传输速率已经成为现实。
其次，光纤通信的容量也大幅增加，单根光纤可以传输更多的数据，实现高速宽带接入。
此外，在光子晶体光纤、软玻璃光纤等新型光纤材料的研究中，取得了令人振奋的成果，提高了光纤传输的性能和可靠性。
二、光学显微镜技术的创新光学显微镜是生命科学和材料科学中常用的工具，____年，光学显微镜技术取得了重要的创新。
首先，超分辨率显微镜技术的发展使得显微镜的分辨率得到了大幅提升，可以观察到更小的细胞结构和分子细节。
其次，基于光学编码的显微镜技术在多参数成像方面取得了突破，可以同时观察和分析多个生物标记物，为生命科学的研究提供了更全面的数据。
三、激光技术的应用拓展激光技术是信息光学领域的核心技术之一，在____年，激光技术的应用领域得到了广泛拓展。
首先，激光器的功率密度得到了大幅提升，激光切割、激光打印等领域的应用进一步扩大。
其次，激光测速技术在运动物体测量和三维重建中得到了广泛应用，为物体测量提供了高精度和高速度的解决方案。
此外，激光雷达在自动驾驶、智能交通等领域中的应用也取得了突破性进展。
四、光学传感技术的创新应用光学传感技术是信息光学领域的重要应用领域，在____年，光学传感技术的创新应用成为研究的热点。
首先，利用纳米结构和光子晶体等新材料设计的传感器具有高灵敏度和高选择性，可以实现对环境中各种物质和参数的实时监测。
其次，光学传感技术在农业、医疗、环境监测等领域的应用不断拓展，为解决实际问题提供了有效的手段。
信息光学实验报告
信息光学实验报告信息光学实验报告引言信息光学是一门研究光学与信息科学交叉的学科，它利用光的特性和技术手段来处理和传输信息。
本实验旨在通过实际操作，探索信息光学的基本原理和应用。
一、光的干涉与衍射光的干涉与衍射是信息光学中重要的现象，本实验使用双缝干涉装置和单缝衍射装置来观察和研究这些现象。
1. 双缝干涉装置实验中使用的双缝干涉装置由一束激光器发出的平行光束照射到一个有两个狭缝的屏上。
通过调节狭缝的间距和光源到屏的距离，我们可以观察到干涉条纹的形成。
实验结果显示，当两个狭缝的间距适当时，干涉条纹清晰可见。
这是因为光波经过两个狭缝后，形成了相干的光波，相干光波的叠加产生了干涉现象。
通过测量干涉条纹的间距，我们可以计算出光的波长。
2. 单缝衍射装置实验中使用的单缝衍射装置由一束激光器发出的平行光束照射到一个有一个狭缝的屏上。
通过调节狭缝的宽度和光源到屏的距离，我们可以观察到衍射现象。
实验结果显示，当狭缝的宽度适当时，我们可以看到在中央明亮的主极大附近有一系列暗纹和亮纹。
这是因为光波经过狭缝后发生衍射，形成了衍射图样。
通过测量衍射图样的角度和宽度，我们可以计算出光的波长和狭缝的宽度。
二、全息术全息术是信息光学中的一项重要技术，它利用光的干涉和衍射原理，将物体的全息图像记录在光敏材料上，并通过光的衍射再现出物体的三维图像。
实验中，我们使用了全息干涉术来记录和再现物体的全息图像。
首先，我们将物体放置在激光器照射下，将物体的全息图像记录在光敏材料上。
然后，我们使用激光束照射光敏材料，通过光的衍射，我们可以再现出物体的三维图像。
实验结果显示，通过全息术记录和再现，我们可以获得物体更加真实和立体的图像。
全息术在三维成像、光学存储和光学计算等领域有着广泛的应用。
三、光纤通信光纤通信是信息光学中的一项重要应用，它利用光的传输特性来实现信息的高速传输。
实验中，我们使用了一根光纤来传输信息。
我们将一束激光束通过光纤发送到接收端，通过调节激光的强度和频率，我们可以实现不同的信号传输。