信息光学复习题
信息光电子30道复习题集答案.doc
1、电子与光子有哪些差别？光子有哪些显著的特征?光子具冇极高的信息容最和效率，极快的响应能力，极强的互联能力与并行能力，极人的存储能力。
光了静止质量为零，但是可以传输电磁能和动能，也可以传输偏振特性。
光了在真空中以光速传播，在其他介质中速度会有所减小。
光子没冇自旋，电了冇自旋•电了是费米了，带基本电荷，具冇空间局域性。
它可以是信息的载体, 也可以是能最的载体。
作为信息载体时，可以通过金局导线或无线电波在白由空间进行传递。
电载信息的主要储存方式为磁储存。
光子是玻色子，电中性，没有空间局域性而具有时间可逆性。
它可以是信息的载体，也可以是能量的载体。
作为信息载体时，可以通过光纤（光缆）或口由空间进行传递，光载信息的主要存储方式为光储存。
光子具有的优异特性：光子具有极高的信息容量和效率，光子具有极快的响应能力，具有极强的互连能力与并行能力，光子具有极人的存储能力。
2、为什么说光波是理想的信息载体，光纤是理想光信息传输介质？・＞发送信号的频率越高（波长越短）,可载送的信息量就越多.光波范围包括红外线、可见光、紫外线，波长范围为300um^6*10-3um,光波的波长远远比无线电波波长短，所以目前可以认为光波是理想的信息载体。
・＞光纤是理想的光信息传输介质：1.传输频带宽，通信容量大。
2.信息传输的损耗小，容易实现长中继距离的传输。
3.可用光纤作为传输，介质损耗小（可达到0.2dB/km），传输速率大（50Tbit/s）o3、描述半导体激光器激光产生的过程。
半导体激光器的材料应如何选择？首先，由外界的泵浦作用使增益介质处于激发态；然后，白发辐射开始发生，产生一系列具冇不同波长的光了源；冇些光了经过频率选择并获得了反馈，重新进入增益介质；这些被反馈会凹来的光子会使处于激发态的增益介质受激跃迁，并发生受激辐射，产生更多与Z相同的光子；上述过程反复发工，直到激光器中只有经过选频的频率和增益大于损耗的光频率存在。
这吋输出的激光实际上是从半导体激光器谐振腔中泄漏出來的激光，谐振腔小的激光强度要远大于输出的激光强度。
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B
一、选择题（每题2分，共40分）1．三角函数可以用来表示光瞳为________________的非相干成像系统的光学传递函数。
A 、矩形B 、圆孔C 、其它形状2．Sinc 函数常用来描述________________的夫琅和费衍射图样A 、圆孔B 、矩形和狭缝C 、其它形状3．高斯函数)](exp[22y x+-π常用来描述激光器发出的________________ A 、平行光束B 、高斯光束C 、其它光束4．圆域函数Circ(r)常用来表示________________的透过率A 、圆孔B 、矩孔C 、方孔5．卷积运算是描述线性空间不变系统________________的基本运算A 、输出-输入关系B 、输入-输出关系C 、其它关系6．相关（包括自相关和互相关）常用来比较两个物理信号的________________A 、相似程度B 、不同程度C 、其它关系7．卷积运算有两种效应，一种是展宽，还有一种就是被卷函数经过卷积运算，其细微结构在一定程度上被消除，函数本身的起伏振荡变得平缓圆滑，这种效应是________________A 、锐化B 、平滑化C 、其它8互相关是两个信号之间存在多少相似性的量度。
两个完全不同的，毫无关系的信号，对所有位置，它们互相关的结果应该为________________A 、0B 、无穷大C 、其它9．周期函数随着其周期逐渐增大，频率（即谱线间隔）________________。
当函数周期变为无穷大，实质上变为非周期函数，基频趋于零A ．愈来愈小B 、愈来愈大C 、不变10．圆对称函数的傅立叶变换式本身也是圆对称的，它可通过一维计算求出，我们称这种变换的特殊形式为________________。
这种变换只不过是二维傅立叶变换用于圆对称函数的一个特殊情况A 、贝塞尔变换B 、傅立叶-贝塞尔变换C 、贝塞尔-傅立叶变换11．函数)()(b x a x -+-δδ的傅立叶变换为________________A 、1B 、),(y x f f δC 、)](2exp[b f a f i y x +-π 12．函数),(y x δ的傅立叶变换为________________A 、1B 、),(y x f f δC 、)sgn()sgn(y x13．函数)()(y Comb x Comb 的傅立叶变换为________________A 、),(y x f f δB 、1C 、)()(y x f Comb f Comb 14．函数rect(x)rect(y)的傅立叶变换为________________A 、),(y x f f δB 、1C 、)(sin )(sin y x f c f c15．对于电路网络 ，输入和输出都是一维 的实值函数 ，即随时间变化的 电压 或电流信号 。
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。
信息光学基础复习
a
x
sin c
x
a
a
零点位置：
x na n 1, 2,3,
函数图形
6）高斯函数 (Gauss function)
经常见到
7）圆域函数 (Circle function)
定义
x2 y 2
Circ
r
0
1
0
x 2 y 2 r0
1 cos
1 cos
1 cos
fz
fy
fx ZΒιβλιοθήκη YX
平面波的空间频率
频率
传播方向
由于各个不同空间频率的空间傅里叶分量可
看作是沿不同方向传播的平面波，因此称空间频谱
为xy平面上复振幅分布的角谱。
以平面波传播方向的角度(方向余弦)为宗量，
复振幅分布的空间频谱(角谱)表示为
Nonlinear systems often use specialized methods
unique to each system. No general theory exists
for nonlinear systems.
➢ Time or space invariant.
➢ Memoryless .
即系统对输入函数中不同频率基元成分的传递能力。
线性平移不变系统的脉冲响应h(x,y)与传递函数
H(u,v)构成一对FT对：
其根源在于：脉冲响应(信号)是在空域中描述系统
的性质，在空域中对输入函数进行分解，选用的基
元函数是δ(x- , y- ); 而传递函数是在频域中描述
信息光学考卷及答案
一、（12 分）
1、 以平面波为例说明光波空间频率的物理意义。 （3 分）
答：
平面光波的空间频率是光波沿某个方向传播时空间周期的倒数。
fx
cos
，
fy
cos
，
fz
cos
，
其物理意义为光波传播方向的分布，这种分布反映了衍射物的衍射特性。
2、用怎样的的滤波器可以消除由于光学元件污染或损伤形成的衍射光斑？（3 分）
可得：
fx
2 2
，
fy
1 ， 2
fz
3 2
2、用波长为 632.8nm 的平面光波垂直照射直径为 2mm 的衍射孔，若观察范围是 与衍射孔共轴、半径为 30mm 的圆域，试求实现夫琅禾费衍射的距离。（6） 答：z>>398.7mm
3、50mw 氦氖器发出波长λ=632.8nm 激光，若其波长宽度 Δλ =0.2nm 埃，问：能 产生干涉的最大光程差是多少毫米？（6 分）
答： 在扩束镜的后焦点处加低通滤波器，只让零级光通过。
3、 设光栅常数为 d，缝宽为 a 的光栅放置在 4F 系统的输入面，问：用怎样的滤 波器；在什么条件下，可使像面的亮度分布出现衬度反转？（3 分）
答:
滤波器只阻挡零级谱，并且在 2a>d 的情况下可使像面的亮度分布出现衬度反转
4、用红色激光记录菲涅尔全息图，用蓝色激光再现。问再现像会发生什么变化？ （3 分）
H fx ,fy hx, yexp j2 fx x fy ydxdy
是卷积的平移不变性。
五、（12 分） 1、试设计一个完整的光路。制造一个全息透镜，要求某单色平行光 以与 z 轴成 θ 角方向入射时，能在 f 点聚集。
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中科大研究生信息光学复习题
信息光学习题问答题1. 傅里叶变换透镜和普通成像透镜的区别。
答： 普通透镜 要求共轭面无像差，为此要消除各种像差。
由几何关系可计算平行光入射在透镜后焦面得到的像高u f h cos /ηλ=，因为λ=ηλη==⋅=uu f u u ftgu f h sin ,cos cos sin 。
傅里叶变换透镜 频谱面上能够获得有线性特征的位置与空间频率关系ηλ=f h 。
普通透镜和傅里叶透镜对平行光输入在后焦面上光点的位置差321sin 'fu u f ftgu y ≈-=∆称频谱畸变。
普通透镜只有在u 很小时才符合傅里叶变换透镜的要求。
要专门设计消除球差和慧差，适当保留畸变以抵消频谱畸变。
2. 相干光光学处理和非相干光光学处理的优缺点。
答：非相干光处理系统是强度的线性系统，满足强度叠加原理。
相干光信息处理满足复振幅叠加原理。
因为复振幅是复数，因此有可能完成加、减、乘、除、微分、积分等多种运算和傅里叶变换等。
在非相干光学系统中，光强只能取正值。
信息处理手段要少。
相干光学信息处理的缺点： （1）相干噪声和散斑噪声。
相干噪声：来源于灰尘、气泡、擦痕、指印、霉斑的衍射。
产生杂乱条纹，对图像叠加噪声。
散斑噪声：激光照射漫反射物体时（生物样品，或表面粗糙样品），物体表面各点反射光在空间相遇发生干涉，由于表面的无规则性，这种干涉也是无规则的，物体表面显出麻麻点点。
（2）输入输出问题相干光信息处理要求信息以复振幅形式在系统内传输，要制作透明片和激光照明。
而现代电光转换设备中CRT ，液晶显示，LED 输出均为非相干信号。
（3）激光为单色光，原则上只能处理单色光，不能处理彩色图像。
非相干光处理最大优越性是能够抑制噪声。
3. 菲涅耳衍射和夫琅和费衍射的区别与联系。
按照近似程度的不同，衍射场的计算可分（1）菲涅尔衍射―――――观察屏离衍射物不太远（2）夫琅和费衍射―――――光源与观察屏距屏都相当于无穷远 当满足菲涅耳衍射的充分条件[]2max20203)()(81y y x x z -+->>λ时)](2exp[*),()exp(12z)()(jk exp )y ,x (z j jkz)exp )y x,(220002020000y x zkj y x U jkz z j dy dx y y x x U U +λ-+-λ=⎰⎰∞∞＝〕〔（－可近似为000202000022)(2exp )(2exp ),()(2exp )exp(1),(dy dx y y x x z j y x z k j y x U y x z k j jkz z j y x U ⎥⎦⎤⎢⎣⎡+λπ-⨯⎥⎦⎤⎢⎣⎡+⨯⎥⎦⎤⎢⎣⎡+λ=⎰⎰∞∞- z 增大到⎥⎦⎤⎢⎣⎡+z y x jk 2exp 2020可略去，即π<<+λπ22)(2max2020z y x 或max 2020)(21y x z +λ>>该范围内的衍射为夫琅和费衍射{})y ,x (U )zy x jk exp(z j )jkz exp(dy dx )y y x x (z j exp )y ,x (U )z y x jk exp(z j )jkz exp()y ,x (U 0002000000222222F +λ=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+λπ-+λ=⎰⎰∞∞-观察面上的场分布正比于孔径面上出射场的傅里叶变换。
《信息光学》简单重点及题目
一、选择题（每题2分，共40分）1．三角函数可以用来表示光瞳为________________的非相干成像系统的光学传递函数。
A 、矩形B 、圆孔C 、其它形状2．Sinc 函数常用来描述________________的夫琅和费衍射图样A 、圆孔B 、矩形和狭缝C 、其它形状3．高斯函数)](exp[22y x +-π常用来描述激光器发出的________________A 、平行光束B 、高斯光束C 、其它光束4．圆域函数Circ(r)常用来表示________________的透过率A 、圆孔B 、矩孔C 、方孔5．卷积运算是描述线性空间不变系统________________的基本运算A 、输出-输入关系B 、输入-输出关系C 、其它关系6．相关（包括自相关和互相关）常用来比较两个物理信号的________________A 、相似程度B 、不同程度C 、其它关系7．卷积运算有两种效应，一种是展宽，还有一种就是被卷函数经过卷积运算，其细微结构在一定程度上被消除，函数本身的起伏振荡变得平缓圆滑，这种效应是________________A 、锐化B 、平滑化C 、其它8互相关是两个信号之间存在多少相似性的量度。
两个完全不同的，毫无关系的信号，对所有位置，它们互相关的结果应该为________________A 、0B 、无穷大C 、其它9．周期函数随着其周期逐渐增大，频率（即谱线间隔）________________。
当函数周期变为无穷大，实质上变为非周期函数，基频趋于零A ．愈来愈小B 、愈来愈大C 、不变14．函数rect(x)rect(y)的傅立叶变换为________________A 、),(y x f f δB 、1C 、)(sin )(sin y x f c f c16．一个 空间 脉冲 在输入平面位移，线性系统的响应函数形式不变 ，只产生相应的位移，这样的系统称为________________A、时不变系统B、空间不变系统或位移不变系统C、其它系统17．线性空间不变系统的脉冲响应的傅立叶变换称为系统的________________。
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1、二维矩形函数
表达式为：⎪⎪⎩
⎪
⎪⎨⎧>->-≤-≤-=-⋅-2
1||,21||0
21
||,21||
1)()(000000b y y a x x b y y a x x b y y rect a x x rect
其函数图形为：
二维矩形函数可以用来描述屏上矩形孔的透过系数。
对于单缝，则单缝的透过率函数可以写为
)(
rect ).(0
a
x x y x f -=， 其中x=x 0是单缝的中心，单缝宽度为a 。
矩形函数是一个十分有用的函数，它可以用来以任意幅度和任意宽度截取某个函数的任一段。
例如x x rect πsin )1(-，其截取的是sin πx 的[1/2，3/2]间的一段，其图形为
二、 sinc 函数
sinc 函数的定义是
b
x x )b x x sin()b
x x (
sinc 00
-π
-π
=- 其函数图形为
-15
-10
-5
5
10
15
20
-0.4
-0.20.00.20.40.6
0.81.01.2s i n c (x )
X
单缝夫琅和费衍射的振幅分布函数就是sinc(x)函数。
单缝夫琅和费衍射的光
强分布函数则为sinc 2(x)，函数在x=x 0 有一极大值1，零点在x-x 0=±nb ，图形为
-10
-5
5
10
15
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
s i n c 2
(x )
X
二维sinc 函数的定义为
a
y y )a y y sin(b x x )b x x
sin()a
y y (sinc )b x x (
sinc 00
000
0-π
-π⋅-π-π
=-- 其函数图形为(矩孔夫琅和费衍射空间振幅分布)
单矩孔衍射空间光强分布
三、
符号函数
符号函数定义为
⎪⎩
⎪
⎨⎧<-=>=0,10,00,1)sgn(x x x x
四、
阶跃函数
阶跃函数的定义为
f
⎪⎪⎩⎪
⎪⎨⎧<=>=0
x ,00x ,210x ,1)x (step
作用相当于一个“开关”。