信息光学试卷及复习资料
信息光学期末测试题
《信息光学》期末测试题 班级： 姓名： 学号：
1、同轴全息图和离轴全息图的主要区别是什么？
2、画出4f 相干滤波系统的结构示意图，并描述相干滤波的基本原理。
3、列举至少2种进行图像识别的方法。
4、请设计一种制作全息光栅的光学系统，并阐述控制光栅的周期方法。
5、什么是激光散斑？
6、物体复振幅透过率为
()()0111cos 22x t x f x comb π⎛⎫=
+∙⎡⎤ ⎪⎣⎦∆∆⎝⎭ 其中，0
1f ∆>>。
试设计一个相干滤波系统，使输出像中不再有细光栅线，单纯是余弦分布，给出滤波器的结构尺寸，用图解法说明系统原理。
（10分）
7、已知光栅的透过率为
()144x x t x rect comb a a a ⎛⎫⎛⎫=* ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭
在4f 相干滤波系统中，用单位振幅单色平面波照明，如果仅让零频和12a ±周/单位长度的频率成分通过，而滤除其它频率成分，求此时在像面上输出的光场分布。
2006信息光学试卷
河 北 大 学 课 程 考 核 试 卷（2005 — 2006学年第2学期）考核科目 信息光学 课程类别 必修课 考核方式 闭卷 卷别 A一、填充题：（共20分，每小题4分）1、在非相干光学系统中，对光波强度分布而言，光学系统是线性空不变系统，对光波的复振幅而言，光学系统是非线性系统。
2、衍射受限成像系统是指不考虑几何像差，而仅考虑光瞳产生的衍射限制。
3、透镜实现傅立叶变换的条件为：1/p+1/q=1/f ，其中p 是照明光源到透镜距离，q是观察屏到透镜的距离。
4、按记录时物光和参考光位置分类，光学全息分为同轴全息和离轴全息。
5、在相干光学处理中实现图像相减分为：复振幅相减、强度相减，时实和非时实相减。
在强度相减中是采用空域编码和频域解码的方法 二、选择题：（共20分，每小题4分）1、一单位振幅的单色平面波，波矢Ｋ与x 轴夹角为45°,与y 轴夹角为45°，其复振幅在x, y 方向的空间频率为a. ζη=b. ζ=22，η= 22c. ζ=22π，η=22π 2、一个衍射屏的振幅透过率函数为 t(r)=A cos(ar 2) circ(r/r 0)，在成像和傅立叶变换性质上类似透镜，其焦距表达式a. f=∞b. f=π/λac. f=±π/λa3．白光通过干涉滤光片后，获得了波长宽度为1nm 的准单色光，当中心波长为600nm 时，若把光谱分布看作矩形线型，其相干时间为 a.τc = 0.36s b. τc =2×10-14s c. τc =1.2×10-12s4．利用一个焦距为f 的薄透镜对物函数进行傅立叶变换。
当采用单位振幅的相干平行光垂直照明物函数，欲在透镜的后焦面得到物的准确傅立叶频谱，物应放在。
a.透镜前焦面b.透镜前c.透镜后5．利用4F 相干光学信息处理系统，来实现图像S(x.，y)的识别。
其匹配空间滤波器应选择a. H(ζη)＝S(ζη),b. H(ζη)＝S*(ζη)c. H(ζη)＝1/S(x.，y) 三、问题与分析（共15分，每小题5分）1、什么是点扩展函数，给出透镜的点扩展函数表达式。
青岛大学信息光学期中试题
青岛大学信息光学期中试题《信息光学》期中考试试卷班级：2005级光信姓名：______学号：__________一简要回答或计算以下问题：1.什么是线性空间不变系统？2.对于一个线性光学成像系统，已知物函数uo和点扩散函数h，写出其像函数ui表达式？写出像函数频谱的表达式。
3.若上题中系统不仅是线性的，而且满足空间平移不变性，已知物函数uo和点扩散函数h，写出像函数频谱的表达式。
3.什么是传递函数H？写出它与点扩散函数h的关系式。
4.菲涅尔传播近似条件？夫琅和费衍射传播近似条件5.根据傅里叶逆变换，一个物体的复振幅分布g(某,y)可表示为：g(某,y)=G(,)ei2(某+y)dd试写出该式的物理意义。
6.一束光的复振幅u=1+co(kl某)+co(kmy),写出其角谱。
二.计算推导题：1、有一个线性平移不变系统，它的脉冲响应为h=inc(3某)，试计算对输入函数f(某)=co(2某)的响应函数g(某)。
2、已知一物体的复振幅透过率：t(某0,y0)=(1/2)[1+co(2f0某)]，放在放大率为1的成像系统中的物面上，用单位振幅单色平面波以角倾斜入射u=e某p(ik某in),透镜焦距为f，孔径为D.1)求物体的频谱。
2）若想使像平面出现条纹，则入射光最大倾角为多少？并求此时像面上像的强度分布。
1．已知两函数f=(某)tep(某)、h=rect[(某-1)/2]，求二者卷积f(某)h(某)=2.利用卷积定理求inc(某)inc(某)频谱3.推导一点物C经透镜后的出射波函数u(某l，,yl)如图.C(0,0,zO)(某o,yo)(某l,yl)三.用傅里叶光学的方法，求解一有限正弦振幅光栅的夫琅和费衍射光强分布公式，并分析其极大点位置。
（设：光栅屏函数为t=[1+min(2fo某o)]rect(某o/a)rect(某o/b)，单位振幅单色平面波垂直入射,系统中无透镜。
）1ar1r四．已知：一圆环屏函数为t(某o,yo)= 0其它22试推导证明：圆环的菲涅尔衍射光强在光轴上分布为：I(0,0,z)=4in[(1-a)/2z],设单位振幅单色平面波垂直入射.五.已知：有一衍射受限成像系统，其光瞳是边长为a的正方形。
信息光学试题及答案
信息光学试题及答案一、选择题（每题4分，共20分）1. 以下哪个选项不是信息光学的研究范畴？A. 光波传播B. 光纤通信C. 激光加工D. 量子计算答案：D2. 光纤通信中，光信号的传输介质是什么？A. 真空B. 空气C. 光纤D. 水答案：C3. 在信息光学中，光的相干性是指什么？A. 光的强度B. 光的颜色C. 光的传播方向D. 光波的相位关系答案：D4. 以下哪个设备不是用于光纤通信的？A. 光纤B. 光端机C. 路由器D. 光放大器答案：C5. 光波的频率与波长之间的关系是什么？A. 成正比B. 成反比C. 无关D. 相等答案：B二、填空题（每题4分，共20分）1. 光纤通信中，光信号的传输介质是________。
答案：光纤2. 光的相干性是指光波的________。
答案：相位关系3. 光纤通信中，光信号的调制方式包括________和________。
答案：幅度调制、频率调制4. 光纤通信中，光信号的传输损耗主要由________和________造成。
答案：材料吸收、散射5. 光纤通信中，光信号的传输距离可以通过________来延长。
答案：光放大器三、简答题（每题10分，共30分）1. 简述信息光学在现代通信中的应用。
答案：信息光学在现代通信中的应用主要包括光纤通信、激光通信、无线光通信等。
光纤通信利用光纤作为传输介质，具有传输速度快、传输距离远、抗干扰能力强等优点。
激光通信则利用激光的高方向性和高相干性，实现远距离、高速度的通信。
无线光通信则通过大气或自由空间传输光信号，适用于移动通信和卫星通信。
2. 解释光波的相干性及其在信息光学中的重要性。
答案：光波的相干性是指不同光波之间能够相互干涉的能力，它与光波的相位关系密切相关。
在信息光学中，相干性是实现光信号调制、传输和检测的关键因素。
例如，在光纤通信中，相干光源可以提高信号的传输质量和距离。
在光学成像系统中，相干光源可以提高成像的分辨率和对比度。
信息光学复习题
信息光学复习题信息光学复习题一、光的本质和特性1. 什么是光的本质？光是由电磁波组成的，具有粒子和波动性质的物质。
2. 光的波长和频率之间有什么关系？光的波长和频率之间成反比关系，即波长越长，频率越低；波长越短，频率越高。
3. 什么是光的干涉？光的干涉是指两束或多束光波相互叠加而产生的干涉现象。
4. 什么是光的衍射？光的衍射是指光通过一个孔或绕过一个障碍物后，光波的传播方向发生了改变。
5. 什么是光的偏振？光的偏振是指光波中的电矢量在特定方向上振动的现象。
二、光的传播和折射1. 光在真空中的传播速度是多少？光在真空中的传播速度是每秒约300,000公里。
2. 什么是光的折射？光的折射是指光从一种介质传播到另一种介质时，光线的传播方向发生改变的现象。
3. 什么是折射定律？折射定律是描述光在两种介质间折射规律的定律，即入射角、折射角和两种介质的折射率之间满足的关系。
4. 什么是全反射？全反射是指光从光密介质射向光疏介质时，入射角大于临界角时，光线完全被反射回原介质内的现象。
5. 什么是光纤？光纤是一种能够将光信号传输的细长光导纤维，通常由光纤芯和包层组成。
三、光的色散和光谱1. 什么是光的色散？光的色散是指光通过某些介质或物体时，不同波长的光被分散成不同的角度或位置的现象。
2. 什么是光的光谱？光的光谱是指将光按照波长或频率进行排序后的光线分布图。
3. 什么是连续光谱？连续光谱是指包含了所有波长的光谱，如太阳光。
4. 什么是线状光谱？线状光谱是指只包含特定波长的光谱，如氢光谱。
5. 什么是衍射光谱？衍射光谱是指通过衍射现象产生的光谱，如菲涅尔衍射光谱。
四、光的偏振和偏振光器件1. 什么是偏振光？偏振光是指只在一个特定方向上振动的光波。
2. 什么是偏振片？偏振片是一种能够选择性地通过特定方向偏振光的光学器件。
3. 什么是偏振器？偏振器是一种能够将非偏振光转化为偏振光的光学器件。
4. 什么是偏振旋转？偏振旋转是指光在通过某些物质时，其偏振方向发生旋转的现象。
信息光学总复习
1 k 2 2 U ( x, y, z ) exp( jkz) exp j ( x y ) jz 2z x y U ( x0 , y0 ,0) f x , f y z z
除了一个与传播距离z及观察面坐标有关的位相因子以外,在 给定距离z的平面上衍射场的分布正比于衍射屏透射光场的傅 里叶变换, 其振幅及变换的尺度与距离z有关. 衍射图样的光强分布:正比于孔径透射函数的功率谱:
对于中心对称的光瞳(光瞳函数为实偶函数), OTF=MTF. 像的调制度 V的定义: IM : 最大光强; Im : 最小光强 由于|MTF|<|MTF(0,0)|=1, 所以成像后的对比度一定下降。
空频为f0 ,调制度为m的余弦条纹，经过非相干成像系统后,成为 空频f0 ,调制度为 m|OTF|fx=f0的余弦条纹. 这也是OTF的物理意义
二维傅里叶变换
函数f(x,y)在整个x-y平面上绝对可积且满足狄氏条件(有 有限个间断点和极值点,没有无穷大间断点), 定义函数
F ( f x , f y ) f ( x, y) exp[ j 2 ( f x x f y y)dxdy
为函数f(x,y)的傅里叶变换, 记作: F(fx,fy)= {f(x,y)}=F.T.[f(x,y)], 或 f(x,y) F.T. F(fx,fy) f(x,y): 原函数, F(fx,fy)是f(x,y)的频谱函数 F(fx,fy)一般是复函数, F(fx,fy) =A(fx,fy)e jf (fx,fy)
Hc 与系统结构 参数的关系:
H c f x , f y P di f x , di f y
对于实际光学系统，有一个由光瞳大小决定的有限 通频带。比例变化(difx, dify)决定了截止频率f0.
信息光学清考试卷
天津工业大学（2011—2012学年）《信息光学》清考试卷 (2012. 5理学院)特别提示：请考生在密封线左侧的指定位置按照要求填写个人信息,若写在其它处视为作弊。
本试卷共有5 道大题,请认真核对后做答,若有疑问请与监考教师联系。
满分 3010203010总分 复核 题目一 1-9 二 10 三11-12 四 13-15 五 16-17得分评阅人一. 填空题(每空3分,请将答案写在空格处)1.已知连续函数()x f ，则()()()=-=02x x x f x h δ________________。
2.若()()()x g x h x f =*，则()()=*-x h x x f 0 ______________。
3. 函数)155(-x rect 的傅里叶变换为______________。
4. 当光源位于00y x 平面的坐标原点上，傍轴近似下，发散球面波在xy 平面的复振幅分布为 ____________________________________。
5.衍射受限的相干成像系统，其出瞳函数是边长为l 的正方形，光瞳函数是()⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛=l rect l rect P ηξηξ,，则系统的截止频率为____________________________。
6. 透镜具有傅里叶变换性质和成像性质的根本原因在于___________________________________________。
-------------------------------密封线----------------------------------------密封线----------------------------------------密封线---------------------------------------学院专业班学号姓名-------------------------------装订线----------------------------------------装订线-----------------------------------------装订线---------------------------------------满分 30得分7.消除图像上的周期性网格可以采用的滤波器是________________（请在三者之中选择：低通滤波器，高通滤波器，方向滤波器）。
信息光学复习提纲--重点
信息光学复习提纲信息光学的特点Ch1. 线性系统分析1.矩形函数：①定义②图像③作用④傅里叶变换谱函数2.sinc函数：①定义②图像③作用④傅里叶变换谱函数3.三角函数：①定义②图像③作用④傅里叶变换谱函数4.符号函数：①定义②图像③作用④傅里叶变换谱函数5.阶跃函数：①定义②图像③作用④傅里叶变换谱函数6.余弦函数：①定义②图像③作用④傅里叶变换谱函数7. 函数：①三种定义②四大性质③作用8.梳状函数：①定义②图像③作用④傅里叶变换谱函数9.高斯函数：①定义②图像③作用④傅里叶变换谱函数10.傅里叶变换（常用傅里叶变换对）11.卷积：四大步骤，两大效应12.互相关、自相关的定义、物理意义13.傅里叶变换的基本性质和有关定理14.线性系统理论15.线性不变系统的输入输出关系，脉冲响应函数，传递函数16.抽样定理求抽样间隔Ch2. 标量衍射理论1. 标量衍射理论成立的两大条件2.平面波及球面波表达式:exp[(cos cos cos )]A ik x y z αβγ++（求平面波的空间频率）)](2exp[]exp[22y x zik ikz z A + 3.惠更斯——菲涅耳原理：()⎰⎰∑=dsrikr K P U cQ U )exp()()(0θ 4.基尔霍夫衍射理论： ⎰⎰∑-=dsrikr r n r n r ikr a j Q U )exp(]2),cos(2),cos([)exp(1)(0000λ令()()θλK rikr j Q P h )exp(1,=所以()⎰⎰∑=ds Q P hP UQ U ,)()(0当光源足够远，且入射光在孔径平面上各点的入射角都不大时，(),1,cos 0≈r n(),1,cos ≈r n ().1≈∴θK故()z ikr j Q P h )exp(1,λ=，]})()[(211{20020zy y z x x z r -+-+≈ 5. 菲涅耳衍射——近场衍射：0000202000022)](2exp[)](2exp[),()](2exp[)exp(),(dy dx yy xx zj y x z jk y x U y x zjkz j jkz y x U +-++=⎰⎰∞∞-λπλ6. 夫琅禾费衍射——远场衍射：（根据屏函数求衍射光强分布）000000022)](2exp[),()](2exp[)exp(),(dy dx yy xx zj y x U y x zjkz j jkz y x U +-+=⎰⎰∞∞-λπλ 7.衍射的角谱理论：（角谱的传播，求角谱分布）Ch.3 光学成像系统的频率特性1.透镜的傅里叶变换性质： ①相位变换作用：)](2exp[),(),(22y x f jky x p y x t +-=（二次位相因子）②透镜的傅里叶变换特性：（满足条件？什么情况下实现准确傅立叶变换） a. 物在透镜前b.物在透镜后 2. 衍射受限系统的点扩散函数：⎰⎰∞∞--+--=--yd x d y y y x x x j y d x d P d K y y x x h i i i i ii i ~~]}~)~(~)~[(2exp{)~,~()~,~(002200πλλλ 光瞳相对于i d λ足够大时，理想情况：点物成点像)~,~()~,~(22o i o i i o i o i y y x x d K y y x x h --≅--δλ3. 相干照明下衍射受限系统的成像规律：),(),(~),(i i g i i i i i y x U y x h y x U *=其中，)]~,~([),(~y d x d P F y x h i i i i λλ=，),(1),(0My M x U M y x U i i i i g =4.衍射受限系统的相干传递函数（CTF ）：()()ηλξληξi i d d P H ,,=（坐标轴反演）5. 截止频率：圆形光瞳：o c oc i c d DM d D λρρλρ2,2=== 正方形光瞳：不同方向的截止频率不同，45度时最大)22max ic d aλρ= 6. 衍射受限系统的非相干传递函数（OTF ） 7. OTF 与CTF 的关系Ch.4 光学全息1. 普通照相与全息照相的比较2. 全息照相的核心：波前记录和再现①方法：干涉法（标准方法，即将空间相位调制→空间强度调制） ②特点：全息图实际上就是一幅干涉图 ③全息图的分类：a 。
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总分
核分人
卷号：A
信息光学试题
题
号
一二三四五六七八九十题
分
30203812
得
分
注意：学号、姓名和所在年级班级不写、不写全或写在密封线
外者，试卷作废
一单项选择题（10x3=30分）
1.下列可用来描述点光源的函数是（）；
（A）矩形函数；（B）三角型函数；
（C）函数；（D）圆柱函数；2. 设其中大括号前面的
表示正傅立叶变换算符，关于傅立叶变换的基本定理，下列关系错误的是（）；
（A）
（B）
（C）
（D）
3. 波长λ的单位振幅平面波垂直入射到一孔径平面上，在孔
径平面上有一个足够大的模板，其振幅透过率为
，则透射场的角谱为（）；
(A) ；
(B) ；
(C) ；
(D) ；
4. 三角孔的衍射图样的形状为（）；
(A) 三角形；(B) 十字形；(C) 星形；(D) 矩形
5. 某光学系统的出瞳是一个边长为D的正方形，其出瞳到像
☆
☆
面的距离为，若用波长为的相干光照明，则其相干传递函数为（）；
(A)；
(B);
(C)；
(D)；
6. 关于光学全息的下列说法，错误的是（）；
(A) 全息照相记录的是干涉条纹；
(B) 全息照片上每一点都记录物体的全息信息；
(C) 全息照相记录的是物体的像；
(D) 全息的波前记录和再现的过程，实质上是光波的于涉和衍射的结果；
7. 要想再现出菲涅耳全息图的原始像，其再现条件为（）；
(A) 用原参考光进行再现；(B) 用白光进行再现；
(C) 用共轭参考光进行再现；(D) 用原物光进行再现；；8. 设物光波函数分布为，其频谱函数为，平面参
考光是位于物平面上（0，－b）点处的点光源产生的，将其放在透镜的前焦面记录傅里叶变换全息图，则傅里叶变换全息图的复振幅透过率函数为( ）；
(A)
(B)
(C)
(D)
9. 对一个带宽为的带限函数在空间
域范围内进行抽样时，满足抽样定理所需的抽样点数至少为（）；
(A) ; (B) ; (C) ; (D) ;
10. 为了避免计算全息图的各频谱分量的重叠，博奇全息图要
求载频满足（）；
A ;
B ;
C ;
D ；二填空题（共10x2=20分）
11. ，其中F表示傅里叶变换。
12. 平面波的波长为800 ，与轴的方向角，则它在轴
方向上的空间频率为。
13. 从傅立叶光学的角度看，透镜的作用是。
14. 从空域看，孔径的作用限制了入射波面的大小，从频域看
则是了入射光场的角谱。
15. 光学全息照相术包括物光波前的记录和再现两个过程，全
息照片同时记录了波前的信息和信息。
16. 傅立叶变换全息图记录的是物的信息。
17. 限制色模糊的方法：一方面要进一步减小，
另一方面要限制再现光源的。
18. 卤化银乳胶通常用于记录型全息图漂白处理后，转变为型全息图。
19. 计算全息的编码就是利用计算机把全息平面上光波的复
振幅分布编码成全息图的变化。
20. 迂回相位编码技术中对振幅和相位的编码的思想实际上
是分别采用了通信理论中的空间脉冲和空间
脉冲。
三计算题（共38 分）
21. 应用卷积定理求的频谱。
（6分）
22. 已知一平面波的复振幅表达式为
试计算此波的波长以及在x, y, z各方向的空间频率（7分）
23. 一光学成像系统的出瞳函数为
，其中，,是光波长，
是出瞳到像面的距离。
求出该成像系统的：
1）相干传递函数；（5分）；2）相干点扩散函数。
（5分）
24. 如图1所示，点光源A（0，-40，150）和B（0，30，100）
发出的球面波在记录平面上产生干涉：（15分）
（1）写出两个球面波在记录平面上复振幅分布的表达式；（4
分）
（2）写出干涉条纹强度分布的表达式；（4分）
（3）设全息干板的尺寸为100×1002， =632.8，求全息图上
最高和最低空间频率；说明这对记录介质的分辨率有何要
求？（7分）
四．光路设计（共12 分）
图1
25．利用所学的知识，设计一个一步彩虹全息的记录光路，并
表明光学元件的名称和作用以及说明设计记录光路时该
注意哪些问题。
（12分）
卷号：A 信息光学答案
一单项选择题（10x3=30分）
1. C,
2. B, 3 B, 4 C, 5 D, 6 C, 7 A, 8 A, 9 A, 10 B
二填空题（共10x2=20分）
11. ；12.1/1600(1); 13. 傅里叶变换；14.展宽；15.振幅，相位；
16.频谱；17.物距，带宽；18. 振幅，相位；19.透过率；20.宽度调制，位置调制
三计算题（共40 分）
21. 解：根据卷积定理有
解: (1分)
(1分)
(1分)
(3
分)
22. 解：平面波复振幅的一般表达式为
可知
由于波长在可见光范围内，故 取0.628 ，此时圆频率的单位为因而系数的单位是
，对应
的空间频率为
23. 解：1）由传递函数与光瞳函数的关系有
（2分）
（3分）
2）由传递函数与点扩散函数的关系有
（2分）
（3分）
24. 解： （1）两点光源在记录平面上的复振幅分别为 .
(2分)
3分
2分
2分
(2分)
（2）干涉条纹强度分布的表达式为
(2分)
（3）透过率的峰值出现在其相位为整数倍的地方，即
整理上式得(2分)
即
可见，干涉条纹是一族同心圆，圆心位于（0，170）处。
(2分)
(2分)
则全息图上最高空间频率(1分)
全息图上最低空间频率(1分) 所以记录介质的分辨率要要大于1429周才能记录该干涉条纹。
(1分)
四．光路设计（共12 分）
图占8分
记录彩虹全息图需注意的问题：
1、狭缝的宽度应选择适当: （2分）
1）狭缝过宽，再现时各波长对应的衍射区展宽，引起“混频”，像的单色性差
2）狭缝过窄，像的单色性好，色彩鲜艳，但光能量损失较大，增加曝光时间，对系统的稳定度要求提高。
2、注意狭缝的放置方位: 狭缝应垂直于光路平面。
（1分）
3、注意物体的放置方位: 为了保证再现像是正立的，记录时，
物体应“卧”在光路平面内，即与狭缝相垂直。
（1分）。