《现代光学导论》课程教学大纲
现代光学导论第八次-64页精品文档
多光谱摄影：同时获得可见光和近红外范围内多个波段的影像。分为： 多相机组合型：每架相机配置不同的胶片和滤光片； 多镜头组合型：同一架相机上配置多个镜头，配以不同波长的滤光片； 光束分离型：用一个镜头，通过二向反射镜或光栅分光，将不同波段在 各焦平面上记录影像；
数码摄影机：记录介质是光敏电子器件，如CCD（charge coupled device）
理学院 物理系 陈强
内容回顾—成像光谱仪
理学院 物理系 陈强
成像光谱仪参数
• 光谱分辨率，是指探测器在波长方向上的记录宽度，
被定义为仪器在达到50%光谱响应时的波长宽度。
• 空间分辨率，由仪器的角分辨力，即仪器的瞬时视
场角决定。遥感器的瞬时视场角是指遥感系统在某一 瞬间，探测单元对应的瞬时视场。决定了地面像元大 小。
• 吸收：产生大气窗口。
• 电磁辐射到达地表时， 会发生反射、透射和吸 收三种基本作用。
• 反射：得到光谱反射率
曲线。
• 吸收：改变地表温度，
进而形成地表自身的热 辐射（地球辐射的长波 部分）探测地物的红外 及微波辐射，并与相同 温度条件下的辐射率曲 线比较是遥感识别地物 的重要方法。
《现代光学》教学大纲
《现代光学》教学大纲课程名称：现代光学课程性质：专业选修课程代码：学分：4总学时：72适用专业：物理学先修课程：光学一、课程的性质、目的与任务：《现代光学》是物理学专业学生继光学之后的一门专业课。
目的在于引导高年级学生开阔视野，学习现代光学新的学科分支——傅里叶光学和全息光学的基础理论，了解全息技术的发展前景，以及在信息时代的重要地位和作用。
通过教学,使学生进一步加深对光学理论的认识；了解光学发展的新领域、新成就和新技术。
进一步提高科学素质，为今后从事科研和教学工作打下更加扎实的基础。
二、教学内容与教学基本要求：第一章数学预备知识（12学时）1.教学内容第一节几个常用函数第二节卷积第三节δ函数第四节傅里叶级数第五节傅里叶变换第六节可分离变量的傅里叶变换第七节常用傅里叶变换对2.教学要求1.掌握几个常用函数的定义公式。
2.掌握卷积的计算方法和基本性质。
3.了解相关运算以及相关与卷积的关系。
4.理解δ函数的概念，掌握δ函数的基本性质。
5.掌握傅里叶变换的定义公式和基本性质。
第二章二维傅里叶分析（8学时）1.教学内容第一节平面波和球面波的复振幅第二节光场中任一平面上的复振幅第三节二维傅里叶分析第四节线性系统和线性空不变系统2.教学要求1.理解复振幅的概念，掌握平面波和球面波复振幅的表达式。
2.理解空间频率的概念；掌握任一平面上平面波和球面波复振幅的表达式。
3.理解在相干照明和非相干照明条件下傅里叶变换的物理意义；4.理解系统和线性系统的概念，理解线性空不变系统、点扩展函数和光学传递函数的概念。
第三章衍射理论基础（10学时）1.教学内容第一节衍射现象和惠更斯-菲涅尔原理第二节基尔霍夫衍射公式第三节基尔霍夫衍射公式的讨论和瑞利-索末菲衍射公式第四节叠加积分和惠更斯-菲涅尔原理第五节衍射公式在频率域中的表述2.教学要求1.理解衍射的概念和次波的概念，掌握惠更斯-菲涅尔原理。
2.掌握基尔霍夫衍射公式。
3.了解瑞利-索末菲衍射公式和叠加积分的物理意义。
现代光学 教学大纲
现代光学一、课程说明课程编号：140310Z10课程名称：现代光学/Modern optic课程类别：选修课学时/学分：48/3先修课程：高等数学、光学、电动力学、激光物理适用专业：应用物理学、应用物理学T教材、教学参考书：[1] 刘继芳、忽满利等编著现代光学2012[2] 钟锡华、周岳明等编著，现代光学基础2005二、课程设置的目的意义本课程为物理专业本科生的专业选修课，是物理学、光学、应用物理、电子科学与技术、光信息科学与技术和材料科学等多门学科相结合的交叉性学科。
本课程讲授现代光学的数学物理基础，现代光学的基本理论，傅里叶分析方法，线性系统理论，光的衍射理论，透镜的傅里叶变换特性，光学成像系统的线性特性，光学全息和数字全息，激光散斑及光信息处理技术。
现代光学的应用新发展，广义傅里叶变换，小波变换及其光学实现方法。
通过本课程的教学, 使学生对从事光学工程，物理电子学，光学，物理学等领域有关专业的基础理论概念略有理解，使学生能够理解光学领域，物理电子学领域的基本现象和问题，提高分析问题和解决问题的能力。
三、课程的基本要求本课程的目的，是让本专业的学生了解光学领域的现代光学的基本原理和方法，掌握几种光学测量技术，能够用所学的测量方法应用到以后的测量过程之中，体会到光学测量技术原理的特点和性能，为以后工作和进一步学习打下理论基础。
通过学习，会对光场傅里叶分析进行数据分析，会对光场光学全息、数字全息，激光散斑进行分析。
四、教学内容、重点难点及教学设计注：实践包括实验、上机等五、实践教学内容和基本要求无实践实验、上机等基本要求。
六、考核方式及成绩评定本课程的考核分为平时考核（40%）和期终考核（60%）两部分。
前者主要为平时成绩，包括考勤、作业、讨论发言、小论文等；后者为期末命题考试。
两七、大纲主撰人：大纲审核人：。
《现代光学导论》课程教学大纲
《现代光学导论》课程教学大纲课程名称：现代光学导论课程类别：专业选修课适用专业：物理学考核方式：考查总学时、学分：32学时 2 学分其中实验学时：0 学时一、课程性质、教学目标《现代光学导论》是依据四年制本科物理学专业培养目标而开设的专业选修课。
通过本课程的学习使学生系统学习从经典波动光学到现代变换光学的基本概念和规律、典型现象和重要应用，以及诸多方面的新进展。
培养学生理论联系实际，结合近代光学发展前沿，开拓学生理论用于实践的方法和创新思路，提高学生解决实际问题的能力。
为从事光学信息处理工作和近代光学信息处理技术的学习打下基础。
其具体的课程教学目标为：课程教学目标1：在经典光学基础上，利用线性系统理论和傅里叶分析方法分析光学问题；从光的物理本质电磁波出发，系统学习现代光学的基础理论,介绍光学信息处理技术的原理以及最新技术进展。
课程教学目标2：理解傅里叶变换所包含的光学变换的概念、思想基础和数理能力，使学生在以后的工作或者科学研究中遇到其他种类的变换比如分数傅里叶变换和小波变换等，也能较快地掌握，同时也可让学生感受数学工具在物理学中的重要地位。
课程教学目标与毕业要求对应的矩阵关系注：以关联度标识，课程与某个毕业要求的关联度可根据该课程对相应毕业要求的支撑强度来定性估计，H表示关联度高；M表示关联度中；L表示关联度低。
二、课程教学要求学生应预修普通物理、高等数学、光学等课程。
三、先修课程普通物理、高等数学、光学四、课程教学重、难点重点:现代光学的基础理论、基本概念。
难点:现代光学的物理机制。
五、课程教学方法与教学手段采用课堂讲授式、讨论式等教学方法，借助多媒体辅助教学手段。
通过阅读主要参考书目、网上查询、资料整理和专题讨论，加深对现代光学基本原理的了解，并了解该学科的发展前沿。
六、课程教学内容第一章：波动光学引论（8学时）1．教学内容（1）光波干涉引论；（2）光波衍射引论；（3）偏振光学引论；（4）光波的时空相干性。
现代应用光学教学大纲
现代应用光学教学大纲《现代应用光学》课程教学大纲课程代码：090631006课程英文名称：Modern Applied Optics课程总学时：56 讲课：56 实验：0 上机：0适用专业：光电信息科学与工程大纲编写（修订）时间：2017.10一、大纲使用说明（一）课程的地位及教学目标本课程是为光电信息科学与工程专业开设的一门培养学生的几何光学基本能力的必修专业基础课。
应用光学作为光学领域重要的技术基础，使学生了解和掌握光学系统成像的基本理论和成像关系；掌握典型光学系统的成像原理及设计方法，并可以对光学系统进行成像质量评价，为学生今后进行光学系统的设计工作奠定基础。
在光电专业培养计划中，它起到基础理论课程的作用。
本课程在教学内容方面更加入了光学系统设计及成像质量评价等方面，在完成基本知识及基本理论的教学同时，通过简单设计训练，着重培养学生光学系统设计的基本思维和设计能力。
通过本课程的学习，学生将达到以下要求：1．掌握通用光学零件的基本光学原理、方法和成像质量评价基础，具有设计一般光学系统设计的初步能力；2．树立正确的设计思想，了解国家当前的有关技术经济政策；3．具有运用标准、规范、手册、图册等有关技术的能力；4．了解光学系统设计的新发展。
（二）知识、能力及技能方面的基本要求1、知识方面的基本要求：通过本课程的学习，使学生掌握：实际光学系统与理想光学系统的概念、作用、二者的关系，以及它们的成像原理与计算方法；掌握平面光学元件的成像性质与在光学系统中的作用；掌握光阑的作用与对系统光束的限制；了解光度学的基本概念及掌握光学系统光能的传递与计算方法；掌握典型系统的成像原理及各性能参数之间的关系。
2、能力方面的基本要求：通过本科程的学习，培养学生：用几何光学的观点、理论和方法分析光学系统或光学仪器的成像性质，掌握光学系统的设计思想和方法，了解常用光学仪器的性能和应用。
3、技能方面的基本要求：通过本课程的学习，使学生达到能根据光学系统的设计指标要求，确定光学系统的外形尺寸、位置等参数，并能对所设计的光学系统进行成像质量评价。
Y13-现代光学-24页文档资料
二维图象的明暗的空间分布: g(x,y) 频率分布: G(fx,fy)--它的傅里叶变换
gx ,yG fxfye i2 fxx fyy dx d fyf
(1) 强光与被动介质相互作用的非线性现象， 如光学整流，光学倍频与混频，光自聚焦等等。
(2) 强光与激活介质相互作用的非线性光学现象， 如受激拉曼散射和受激布里渊散射等。
一. 光学倍频和混频
20
1 光学倍频
设入射光波的电场为 EE0cost
忽略介质的三次以上的非线性极化项，
P1E 0cots 2E 0co 2 s t 1E 0cots1 2 2E 0 21 2 2E 0 2co 2s t
一. 全息照片的拍摄
全息照相的第一步是全息记录， ---- 利用的是光的干涉 物光和参考光在感光底片上
形成干涉条纹图样 --- 全息图
2
全息记录
全 息 底 片
1) 设 物光O 和 参考光 R 在 波前 S上的复振幅分布分别为： 3
E ~ 0 x ,y O x ,y e ix ,y
基频项
光学整流
光学倍频
2 光学混频
21
当入射光中同时包含两种频率成分时，即当
E E 1c 0 o1 t sE 2c 0 o2 ts
空间频率: 三个分量 0 , +fx , -fx
正弦光栅的频谱和象
三. 空间滤波和光学信息处理
14
空间滤波: 4f 系统:
改变空间频谱 改变象的性质
4f系统
低通滤波器 高通滤波器
例: 正交网格
《现代光学》课件第5章
第5章 光学信息处理
如果滤波器中心的遮挡部分很小，只阻断频谱中的零 频分量，则有R→0，R sinc(Rxi)→1，rect(xi/l)*comb(xi/p)* ［R sinc(Rxi)］为一常数C′。所以,像面的复振幅分布为
(5.1-10) 即为光栅像减去一个常数。最后得到对比度翻转的像面光 强分布，其过程如图5.1-3 所示。
16
第5章 光学信息处理
图 5.1-4 二元振幅滤波器示意图 (a) 低通滤波器; (b) 高通滤波器； (c) 带通滤波器; (d) 方向滤波器
17
第5章 光学信息处理
5.1.2 泽尼克相衬显微镜和相位滤波器
为了说明相衬显微镜和相位滤波器空间滤波的原理，
我们把相位物体的振幅透射系数写成
其中j(x0,y0)为该相位物体的相位分布。假定j (x0,y0)很小，
(5.2-5)
27
第5章 光学信息处理
1) 单透镜滤波系统 单透镜滤波系统的光路如图5.2-3所示。
28
第5章 光学信息处理
图 5.2-3 单透镜滤波系统
29
第5章 光学信息处理
根据有关透镜的傅里叶变换作用的讨论可知，当用 轴上点光源照明，输入面位于透镜前d0(d0>f)处时，可以在 光源的共轭面得到输入物体的准傅里叶变换，而输出面P3 必须和输入面P1成像共轭。这时物像的横向放大率可由几 何光学方法得到： M=－d/d0。
第5章Байду номын сангаас光学信息处理
2. 光学滤波系统 典型的光学滤波系统如图5.2-2所示。
24
第5章 光学信息处理
图 5.2-2 典型光学滤波系统
25
第5章 光学信息处理
若输入面P1所放置的透明片的振幅透射系数为f(x0,y0)， 并由单位振幅的轴向平行光照明，透镜L2对其进行傅里叶 变换，则得到频谱面P2上的复振幅分布
现代光学基础讲稿
4、*干涉场的衬比度
（1）衬比度： 。
例：求两相干光束在无背景光情况下的衬比度
解：
（2）衬比度的范围
（3）双光束干涉强度公式
(4)成一定夹角的衬比度(课后自学)
5、相干叠加的两个补充条件。
6、*线性光学系统
(1)相干系统和非相干系统
预习思考:两束平行光的干涉场有什么特点?什么是空间频率?
1.68882
1.71303
1.72000
1.73780
1.75324
3. 色散
正常色散:随波长增加折射率减小.一般透明介质可见光波段发生正常色散.
色散本领:△=
例：图1.9石英的色散曲线(1/△)
4. 折射率与光速比
5. 折射率与波长比
§1.3光程
1. 定义
光程：光线路径的几何长度与所经过的介质折射率的乘积。
4、 *杨氏双孔干涉实验
5、*干涉条纹间距公式
干涉条纹特点：
间距公式： 。
6、杨氏双孔干涉实验的经典意义和现实意义。
人物简介：
§2.7两束平行光的干涉场
前言：波前的记录与再现。
例：固态激光武器-相干合成光束。
1、*干涉条纹间距公式
（1）干涉图
（2）干涉条纹特点
求:
2、*空间频率概念
空间频率公式：
上例题：f
★本讲重点
惠更斯-菲涅耳原理及其数学描述、基尔霍夫衍射积分式、圆孔衍射图样及其特征半波带方法；衍射程度的三个等级、衍射系统及其分类，基尔霍夫边界条件与傍轴衍射积分公式、圆孔菲涅耳衍射轴上光强变化函数；。
★本讲难点
惠更斯-菲涅耳原理及其数学描述、基尔霍夫衍射积分式、圆孔衍射图样及其特征半波带方法。
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《现代光学导论》课程教学大纲
课程名称：现代光学导论课程类别：专业选修课
适用专业：物理学考核方式：考查
总学时、学分：32学时 2 学分其中实验学时：0 学时
一、课程性质、教学目标
《现代光学导论》是依据四年制本科物理学专业培养目标而开设的专业选修课。
通过本课程的学习使学生系统学习从经典波动光学到现代变换
光学的基本概念和规律、典型现象和重要应用，以及诸多方面的新进展。
培养学生理论联系实际，结合近代光学发展前沿，开拓学生理论用于实践的方法和创新思路，提高学生解决实际问题的能力。
为从事光学信息处理工作和近代光学信息处理技术的学习打下基础。
其具体的课程教学目标为：
课程教学目标1：在经典光学基础上，利用线性系统理论和傅里叶分析方法分析光学问题；从光的物理本质电磁波出发，系统学习现代光学的基础理论,介绍光学信息处理技术的原理以及最新技术进展。
课程教学目标2：理解傅里叶变换所包含的光学变换的概念、思想基础和数理能力，使学生在以后的工作或者科学研究中遇到其他种
类的变换比如分数傅里叶变换和小波变换等，也能较快地掌握，同时也可让学生感受数学工具在物理学中的重要地位。
课程教学目标与毕业要求对应的矩阵关系
注：以关联度标识，课程与某个毕业要求的关联度可根据该课程对相应毕业要求的支撑强度来定性估计，H表示关联度高；M表示关联度中；L表示关联度低。
二、课程教学要求
学生应预修普通物理、高等数学、光学等课程。
三、先修课程
普通物理、高等数学、光学
四、课程教学重、难点
重点:现代光学的基础理论、基本概念。
难点:现代光学的物理机制。
五、课程教学方法与教学手段
采用课堂讲授式、讨论式等教学方法，借助多媒体辅助教学手段。
通过阅读主要参考书目、网上查询、资料整理和专题讨论，加深对现代光学基本原理的了解，并了解该学科的发展前沿。
六、课程教学内容
第一章：波动光学引论（8学时）
1．教学内容
（1）光波干涉引论；
（2）光波衍射引论；
（3）偏振光学引论；
（4）光波的时空相干性。
2．重、难点提示
（1）光波的干涉与衍射的原理；
（2）时间相干性与空间相干性的关系。
第二章近代光学引论（6学时）
1．教学内容
（1）光波描绘与特点；
（2）菲涅耳近似与夫琅禾费近似；
（3）位相可视技术；
（4）光速引论。
2．重、难点提示
（1）菲涅耳衍射与夫琅和费衍射的关系
（2）弱位相编码、相速度与群速度。
第三章系统理论（8学时）
1．教学内容
（1）傅立叶变换及其性质；
（2）卷积与相关；
（3）线性系统理论；
（4）抽样定理。
2．重、难点提示
（1）傅里叶变换、卷积与相关的光学对应；
（2）线性不变系统、函数抽样与还原。
第四章标量衍射理论（6学时）
1．教学内容
（1）基尔霍夫衍射理论
（2）衍射的角谱理论
（3）透镜的相位变换作用与傅立叶变换特性
（4）光学成像系统的频谱分析
2．重、难点提示
（1）空间频率和空间频谱的概念、角谱理论；
（2）透镜的相位变换作用；
（3）傅里叶变换的光学实现。
第五章光学信息处理技术（4学时）
1．教学内容
（1）阿贝成像原理与空间滤波实验；
（2）光学信息处理；
（3）傅里叶变换轮廓术；
（4）光学测量。
2．重、难点提示
阿贝成像理论、空间滤波、傅里叶光学的应用。
七、学时分配
八、课程考核方式
1.考核方式：
笔试；开卷
2.成绩构成：
期末考试成绩+平时成绩
九、选用教材和参考书目
[1]《现代光学基础》（第二版），钟锡华编，北京大学出版社，2012年；
[2]《现代光学工程》，沃伦.史密斯编，化学工业出版社，2011年；
[3]《现代光学》（第二版），刘继芳、忽满利编，西安电子科技大学出版社，2009年；
[4]《光学教程》（第五版），华东师范大学教材编写组改编（姚启钧原著），高等教育出版社, 2014年；
[5]《傅里叶光学》(第三版)，吕乃光编,机械工业出版社，2016年；
[6]《傅里叶光学导论》（第三版），古德曼编，电子工业出版社，2011年；
[7]《信息光学》,苏显渝编, 科学出版社,1999年;。