信息光学绪论
信息光学原理
信息光学原理信息光学是一门研究光学与信息科学相结合的学科，它涉及到光学、电子学、计算机科学等多个领域的知识。
信息光学原理是信息光学领域的基础理论，它对于我们理解和应用信息光学技术具有重要意义。
信息光学原理主要涉及到光的产生、传输、调制、检测等基本过程。
光是一种电磁波，它具有波粒二象性，既可以像波一样传播，也可以像粒子一样产生和吸收。
在信息光学中，我们常常利用光的波动特性来传输和处理信息，因此光的产生和传输是信息光学原理的重要内容之一。
光的产生可以通过光源来实现，常见的光源包括激光、LED等。
激光是一种具有高亮度、单色性和方向性的光源，它在信息光学中有着广泛的应用。
LED则是一种常见的光源，它具有低成本、长寿命等优点，在信息光学中也有着重要的地位。
光源的选择和设计对于信息光学系统的性能有着重要的影响，因此光的产生是信息光学原理中的重要环节。
光的传输是信息光学中的另一个重要环节。
光可以通过光纤、空气、介质等传输介质进行传输，其传输过程中受到衍射、散射、吸收等影响。
了解光在传输过程中的特性，可以帮助我们设计高效的信息光学系统，提高信息传输的速度和质量。
除了光的产生和传输，信息光学原理还涉及到光的调制和检测。
光的调制是指改变光的某些特性来传输信息，常见的调制方式包括振幅调制、频率调制、相位调制等。
光的检测则是指利用光敏材料或光电探测器来接收和解析传输过来的光信号，从而获取所需的信息。
总的来说，信息光学原理是信息光学领域的基础理论，它涉及到光的产生、传输、调制、检测等多个方面。
了解和掌握信息光学原理，可以帮助我们更好地理解和应用信息光学技术，推动信息光学领域的发展和应用。
希望本文能够对读者有所帮助，谢谢阅读！。
信息光学导论第六章
第六章光学信息处理6.1光学信息◆什么是光学信息处理光学信息处理是20世纪60年代随着激光器的问世而发展起来的一个新的研究方向，是现代信息处理技术中一个重要组成部分，在现代光学中占有很重要的地位。
所谓光学信息，是指光的强度(或振幅)、相位、颜色(波长)和偏振态等。
光学信息处理是基于光学频谱分析，利用傅里叶综合技术，通过空域或频域调制，借助空间滤波技术对光学信息进行处理的过程。
较多用于对二维图像的处理。
光学信息处理通常有两种分类方法：一种是根据处理系统是否满足叠加原理而分为线性处理和非线性处理；另一种是根据光源的相干性分为相干光处理、非相干光处理和白光处理。
不同的照明方式，系统的性质和处理方法将完全不同。
◆光学信息处理简史事实上，光学信息处理的历史可以追溯到19世纪末、20世纪初。
早在1873年，著名德国科学家阿贝(E.Abbe,1840~1905) 提出了二次成像理论及其相应的实验，就已经为光学信息处理打下了一定的理论基础，是空间滤波与光学信息处理的先导。
1906年Porter首先提出了空间滤波的概念, 他在相干成像系统中的透镜后焦平面上作各种滤波处理，有意改变像的频谱，使成像发生了各种有趣的变化。
1935年荷兰物理学家泽尼克(F. Zernike，1888~1966 )相衬显微镜的发明, 他通过在相干成像系统的频谱面上放置一块位相板和一块吸收板，可以直接观察到位相物，从而荣获1953年度的诺贝尔物理学奖。
而后相干滤波技术被广泛的用来提高图像质量和实现图像的消模糊。
然而相干滤波最为成功的应用是直到60年代初Michigan大学雷达实验室的研究工作，Cutrona等人利用相干光学系统对综合孔径雷达收集到的数据进行处理，成功的绘制出了高分辨率的地貌图；V ander Lugt用离轴全息术制备出复空间滤波器，并成功地应用到光学相关识别和从噪声中提取信号。
到70年代，相干光信息处理已在光学频谱分析、解卷积逆滤波、图像微分和加减、复空间滤波器综合以及相关识别等领域得到应用。
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
信息光学导论 第一章
第一章信息光学的物理基础1.1光是一种电磁波◆特定波段的电磁波光的波动性由大量的光的干涉、衍射和偏振现象和实验所证实，这是19世纪上半叶的 事．到了19世纪下半叶，麦克斯韦电磁场理论建立以后，光的电磁理论便随之诞生．光是一种特定波段的电磁波．可见光的波长A 在380~760 nm ，相应的光频按λ/c f =计算约为 1414104~108⨯⨯Hz 。
虽然齐整个电磁波增中光波仅占有一很窄的波段，它却对人类的生 命和生存、人类生活的进程和发展，有着巨大的作用和影响，还由于光在发射、传播和接收方面具有独特的性质，以致很久以来光学作为物理学的一个工要分支—直持续地皮勃发展着．◆主要的电磁性质光的电磁理论全面地揭示了光波的主要性质．现扼要分列如下，在以后的章节中不免时 有引用这其中的某些性质．(1)光扰动是—种电磁扰动．光扰动随时间变化和随空间分布的规律，遵从麦克斯韦电磁场方程组，这是普遍的麦充斯卡韦方程组在介质分区均匀空间中的表现形式．这里没有自由电荷，也没有传导电流，人们称其为自内空间．其中，ε是介质的相对介电常数、μ是介质的相对磁导率；),(t r E 表水电场强度矢量， ),(t r H 表示磁场强度矢量。
(2)光波是一种电磁波．由方程组(1.1)按矢量场论运算规则，推演出以下方程这里，2∇称为拉普拉斯算符，其运算功能在直角坐标系中表现为由此可见，(1.2)式正是波动方程的标准形式，这表明白由空间中交变电磁场的运动和变化具有波动形式，而形成电磁波．不论它是多么复杂的电磁波，具传播速度v 已被方程制约为由此获得真空中的电磁波速度公式为这里，00,με是两个可以由实验确定的常数，故真空电磁波速是一个恒定常数．按数据22120/1085.8m N C ⋅⨯=-ε，270/104A N -⨯=πμ，得真空电磁波速s m C /1038⨯=，如此巨大约波速惟有光速可以相比且惊人地相近．莫非光就是一种电磁波。
第八章信息光学
第八章信息光学第八章Technique光学信息处理技术Optical Information Processing概述光学频谱分析系统和空间滤波相干光学信息处理非相干光学信息处理白光信息处理§1 1概述光学信息就是指光的强度（或振幅），相位，颜色，波长，和偏振态等。
光学信息处理是基于光学频谱分析，利用傅立叶综合技术，通过空域或频域调综合技术通过空域或频域调制，借助空间滤波对光学信息进行处理的过程，较多用于对二维图象的处理。
发展历史1、理论基础。
1873年，阿贝创建了二次成像理论，创建了年阿贝创建了二次成像理论创建了2、分布转化为强度分布；1935年，策尼克发明了相衬显微镜，将相位年策尼克发明了相衬显微镜将相位3、成功地用傅立叶方法分析成像过程。
1946年，杜费把光学系统看作线性滤波器，4、力的数学力的数学工具。
50年代，艾里亚斯为光学信息处理提供了有具3、概念概念，使光信息处理进入了一个新的阶段；1963年，范德拉格特提出了复数空间滤波的使光信息处理进入了个新的阶段4、的发展使光信息处理获得了更大发展1980年以后，计算机技术以及其他相关技术概述光学频谱分析系统和空间滤波相干光学信息处理非相干光学信息处理白光信息处理§2光学频谱分析系统和空间滤波1、阿贝成像理论阿贝成像论将物体看成是不同空间频率信息的结合，相干成像过程分两步完成。
第第一步是入射光场经过物平面发生夫琅禾步是入射光场经过物平面发生夫琅禾费衍射，在透镜的后焦面形成一系列衍射斑；第二步是衍射斑作为新的次波源发出球面次波次波，在像面上互相叠加，形成物体的像。
在像面上互相叠加形成物体的像阿贝二次成像理论示意图衍射干涉叠加2、阿贝阿贝－波特实验波特实验网格图傅立叶频谱图横向窄带滤波频谱面上的横向分布是物的纵向结构信息纵向窄带滤波频谱面上的纵向分布是物的横向结构信息保留零频分量零频分量是一个直流分量，它只代表像零频分量是个直流分量它只代表像的本底。
信息光学导论第三章
线性系统概论◆引言在信息光学系统中光学装置被看成收集、传递或变换信息的系统。
一个光学系统的理想成像，就是将无空间的物体信息传递、变换物空间，在像面上形成不变的物体的像。
这样的理想光学系统显然是一线性系统。
虽然实际光学成像系统由于不可避免的存在相差，总会产生失真，是非线性的，但在把研究的问题看成线性的而不会引起明显误差，或只在某个小范围满足现行性质时，就可以将其当作现行未提来处理。
所以线性系统理论与傅立叶分析方法一样，是研究信息光学中成像系统和信息处理系统的重要理论基础。
本章主要介绍线性系统特别是空间不变线性系统的定义、特点和分析方法。
3.1线性系统的基本概念◆系统及其分类所谓系统，是指一组相互关联的事物构成的总体。
这样的系统可分为物理系统和非物理系统。
这里仅讨论物理系统。
如图所示一个物理系统，它是这样的装置，当对其作用一个激励时，他就产生一个响应。
从数学上着眼，很多现象都可抽象为使函数)(x f 通过一定的变换，形成)(x g 函数的运算过程．这种实现函数变换的运算过程称为系统．这种意义下的系统，既可以是特定功能的 元器件组合，例如电子线路、光学透镜组等，也可以是与实际元件无关的物理现象，如光学系统，通讯系统，管理系统和指挥系统等。
系统论的引入，使得我们在研究一个光学系统时，所关心的是系统对于给定的激励产生什么样的响应，而不去考虑系统内部的具体结构和具体工作原理。
线性系统理论是从总体上研究系统输入输出之间的对应关系和他们的共同特性。
◆线性系统的定义及其算符表示假设一个激励)(1x f 作用于某系统产生的响应为)(1x g ，而激励)(2x f 作用于某系统产生的响应为)(2x g ，用符号表示为)()(),()(2211x g x f x g x f →→如果系统满足可加性)()()()(2121x g x g x f x f +=+和奇次性（均匀性）)()(),()(22221111x g c x f c x g c x f c →→则这样的系统为线性系统。
《光学》课程教学电子教案 第0章 前言绪论(32P)
绪论
目录
1. 光学的研究对象、地位和特点 2. 光的本性 3. 现代光学的主要标志 4. 光学的发展趋势——光子学的崛起 5. 光学课程的学习方法
绪论
1. 光学的研究对象、地位和特点
光是一种重要的自然现象 光学是物理学的一个重要分支 光学学科是一门应用性极强的基础学科
第8章激光基础第0章第1章第2章第3章第4章绪论光波光线与光子光学成像的几何学原理光的干涉与相干性光的衍射与变换第5章第6章光学成像的波动学原理光的双折射与光调制第7章光的吸收色散及散射目录光学教案简介绪论光学教案赵建林编著普通高等教育十五国家级规划教材高等教育出版社高等教育出版社高等教育电子音像出版社目录1
光学 教案
简介
致谢
本教案中给出的所有插图仅供用于课堂教学参考。其中绝大多数 插图中系作者自己制作，个别图片取自网络共享文献，在此向原作者表 示感谢。
在本电子教案的编写和出版过程中，高等教育出版社胡凯飞、庞 永江、王文颖、郭亚嫘等编辑付出了辛勤的努力，西北工业大学教务处 为作者提供了精神和经费上的重要支持，西北工业大学教材建设委员会 的诸位专家对提出了许多宝贵的建设性修改意见。此外，作者的研究生 徐宏来曾协助作者编制教案的PPT版初稿，谢嘉宁、曲伟娟、陆红强、 王军等曾协助制作了部分仿真实验图片。作者在此一并表示衷心感谢。
(8) 量子论的提出
普朗克（M. Planck）的黑体辐射公式 爱因斯坦的光电效应方程 “光子（photon）”概念的提出
(9) 光的本性的再认识
激光与新效应 光是一种特殊的客体，具有波粒二象性
绪论
3. 现代光学的主要标志
传统光学的研究对象：
以望远镜、显微镜、光谱仪、干涉仪、照相机等为代表的各种光学仪 器及其在精密测量、光谱分析以及成像等方面的应用
信息光学课件
电磁场与麦克斯韦方程
电磁场的基本概念
电磁场是由电场和磁场组成的， 它们之间存在相互作用。
麦克斯韦方程
描述了电磁场变化的四个基本方程 ，包括电场的散射方程、磁场的散 射方程、电场的波动方程和磁场的 波动方程。
电磁场的能量守恒
电磁场在空间中传播时，其能量不 会消失也不会凭空产生，即电磁场 的能量守恒。
将光学传感技术应用于物联网领域，实现智能化 、远程化和自动化的监测和控制。
3
光学传感器的集成与小型化
通过集成和优化光学器件，实现光学传感器的微 型化和便携化，满足不同应用场景的需求。
05 信息光学实验与实践教学 环节设计
实验内容与目标设定
实验内容
信息光学实验包括干涉、衍射、光学 信息处理等基本实验，以及一些综合 性和创新性实验。
信息光学课件
目录
CONTENTS
• 信息光学概述 • 信息光学基础理论 • 信息光学器件与系统 • 信息光学前沿技术与发展趋势 • 信息光学实验与实践教学环节设计 • 信息光学课程评价与总结反思环节设计
01 信息光学概述
信息光学定义与特点
信息光学定义
信息光学是一门研究光学信息的 获取、传输、处理、存储和显示 的科学。
傅里叶变换与信息光学
傅里叶变换
是一种将时域信号转换为频域信号的数学工具，常用于信号处理 和图像处理等领域。
信息光学的基本概念
信息光学是一门研究光波在空间和时间上传递、处理和存储信息的 科学。
信息光学的应用
信息光学在通信、生物医学成像、军事等领域有着广泛的应用，如 光纤通信、光学显微镜、光学雷达等。
03 信息光学器件与系统
光学器件分类与特点
主动光学器件
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
要求背景知识： （1）物理光学 （2）复变函数与积分变 换
姓名： 易迎彦 yiyingyan@
参考书目
1《光信息科学与技术应用》，郑光昭，电子工业大学出版社 2《信息光学》，苏显渝 ，科学出版社－－教材 3《近代光学信息处理》，宋菲君，北京大学出版社 4《光学传递函数及其数理基础 》，麦伟麟 ，国防工业出版 社 5《傅立叶光学》，吕乃光， 机械出版社 6《Introduction to Fourier optics 》，J.W.Goodman, San Francisco, :McGraw-Hill,1968 7 《光学信息技术及应用》，陈家璧等 ，高等教育出版社
当前信息光学的前沿课题：
（1）图像特征信息的提取，在大量图像信息中选择所 需要的信息，排除冗余的信息，以便传输和识别；
（2）利用光学或光电手段，实现图像识别；
（3）图像的智能化处理，例如对图像信息的相关、联 想及综合处理
（4）图像处理的实时化
（5）多维并联的光学或光计算机
（6）光学信息仿生学，研究动物和人的视觉及神经网 络系统等。
本课程讲授主要内容
一、数学基础及线性系统分析 二、标量衍射理论 三、光学成像系统的传递函数 四、空间滤波 五、光学全息 六、部分相干理论
本课程重点讲授 一、二、三、五、八章
学完本课程后要对光学现象有一个新的认识：
1、衍射场的计算； 2、透镜成像的本质； 3、光学成像系统的传递函数； 4、光学全息技术与应用； 5、光学信息处理的理论基础及应用；
信息光学的发展
光学发展经历了几百年
伽利略，牛顿
―――几何光学
惠更斯、菲涅尔、夫琅禾费－－－波动光学
麦克斯韦
―――电磁波
爱因斯坦
―――光量子
已形成了完整的理论体系以及与理论配套的试验方法。
信息光学经历40年的发展，已形成较为完整的学科。
信息光学产生于三件大事:
（1）1948年全息术诞生，获得全息图； （2）1955年提出“光学传递函数”概念，用于评价光学镜头质 量（；3）1960年激光器诞生，出现了有高度相干性的光源。
通信系统
光学系统
作用 调制电信号
成像
信号 特点
一维 随号的变换和传递
此外，还具有相同的基本性质，比如一定条件 下，两者均具有线性性和不变性。 通信系统：时间脉冲响应和时间频率响应 光学系统：空间脉冲响应和空间频率响应
光学信息处理的特点：高度并行、大容量、高速
1、透镜的傅立叶变换的特性 2、全息记录、读取是整页进行 3、图像处理、图像识别
构成了信息光学的基础。而透镜的傅里叶变换效应则 构成了信息光学的理论框架。
在信息光学中，从“空域”，“空间坐标系”观念对图 像的描述过渡到用“频域”或“频率坐标系”描述。开 辟了新天地，由传统的波动光学，在引入傅立叶变换后， 形成了新的学科－－信息光学（或傅立叶光学）
信息光学
光学 通信 信息理论
光学系统与通信系统的共性