信息光学课程设计
光学信息论课程设计
光学信息论课程设计1. 课程概述光学信息论是信息理论和光学的交叉领域，它研究光信号的传输和处理，涉及光场、统计光学、信噪比、信息熵等基础知识，对于理解和设计通信系统、光学信息处理系统、光学成像系统等具有重要意义。
本课程设计旨在通过实际操作，加深学生对光学信息论基础知识的理解和掌握，提高其实际运用能力。
2. 课程内容本课程设计包括以下三个实验：实验一光学传输系统的信噪比测试通过搭建一套基于 LASER、光纤、PIN 接收器的光纤传输系统，利用信噪比测试仪测量传输中各个环节的信噪比，并分析影响传输质量的因素。
通过此实验，理解光传输系统的优点和不足，为搭建更加完善的光传输系统提供指导。
实验二光学成像系统的分辨率测试利用一套光学成像系统，对不同的测试样品进行测试，通过分析 MTF （Modulation Transfer Function）曲线，计算得到该成像系统的最大分辨率，比较数据与理论值的差异，并分析影响分辨率的因素。
通过此实验，加深对光学成像系统的理解和分辨率计算方法的掌握。
实验三数字光学成像系统的信噪比和动态范围测试利用一套基于光电二极管和数字信号处理器的数字光学成像系统，对不同测量信号进行测试，获取成像系统的信噪比和动态范围，并对系统进行优化，通过分析实验数据，理解数字光学成像系统的优点和不足，为实际应用提供指导。
3. 实验要求1.本课程设计要求每位学生按照小组为单位完成全部三个实验，并根据实验结果撰写实验报告。
2.在实验中要注意安全，遵守实验室规定。
3.实验报告要求结构清晰、内容详实、数据准确，按照学校要求格式撰写。
4.实验完成后需要进行实验综合讨论，学生需要根据其他小组的实验结果撰写讨论报告，并进行组内评分。
4. 实验设备与器材1.光纤传输系统：LASER、单模光纤、PIN 接收器、信噪比测试仪；2.光学成像系统：物镜、衍射光栅、CCD 摄像头、计算机；3.数字光学成像系统：LED 光源、CMOS 摄像头、数字信号处理器。
光信息课程设计
光信息课程设计一、教学目标本课程的学习目标包括知识目标、技能目标和情感态度价值观目标。
知识目标要求学生掌握光的传播、反射、折射和吸收等基本概念；了解光的应用领域，如光纤通信、太阳能等。
技能目标要求学生能够运用光学知识解决实际问题，如设计简单的光学仪器、进行光学实验等。
情感态度价值观目标要求学生培养对光学科学的兴趣和热情，提高科学素养，认识到科学知识对社会发展的重要作用。
二、教学内容根据课程目标，本章节的教学内容主要包括光的传播、反射、折射和吸收等基本概念，以及光的应用领域如光纤通信、太阳能等。
具体的教学大纲安排如下：1.第一课时：光的传播，介绍光的传播特点和规律，以及光的传播在日常生活和科技中的应用。
2.第二课时：光的反射，讲解反射的原理，反射定律，以及反射在光学仪器中的应用。
3.第三课时：光的折射，介绍折射的原理，折射定律，以及折射在光学仪器和光纤通信中的应用。
4.第四课时：光的吸收，讲解光的吸收现象，以及吸收在太阳能电池等领域的应用。
三、教学方法为了激发学生的学习兴趣和主动性，本课程将采用多种教学方法。
主要包括讲授法、讨论法、案例分析法和实验法等。
1.讲授法：教师通过讲解基本概念、原理和规律，使学生掌握光学基础知识。
2.讨论法：教师引导学生分组讨论光学问题，培养学生的思考和合作能力。
3.案例分析法：教师通过分析光学仪器和光纤通信等实际案例，使学生了解光学在实际应用中的重要作用。
4.实验法：教师学生进行光学实验，让学生亲身体验光学现象，提高学生的实践能力。
四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施，丰富学生的学习体验，我们将选择和准备以下教学资源：1.教材：选用权威、实用的光学教材，为学生提供系统的光学知识。
2.参考书：提供相关的光学参考书籍，帮助学生拓展知识面。
3.多媒体资料：制作精美的光学教学PPT，运用动画、图片等形式展示光学现象，增强学生的直观感受。
4.实验设备：准备充足的光学实验设备，确保学生能够顺利进行实验操作。
信息光学课程设计
40倍
位移um
X/Y
Z
X/Y
Z
-12
-10
-8
-6
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-2
-1
0
1
2
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8
10
12
（三）光纤与光纤的耦合（同时模拟了光源与准直器耦合）
在确定光轴后，参照上图所示连接各器件，调整两个准直器之间的距离和角度(两准直器之间的距离约为1cm)，使功率计上的读数最大，并记录下来。通过实验分析此耦合系统的1dB容差（包括横向位移、纵向位移和角度的1dB容差）。
其中α为光纤的折射率轮廓因子，m为和光源有关的参数，一般LED， m=1，对于LD，m=20。例如，NA＝0.14，η≈5％。
（二）透镜耦合
透镜耦合方法能否提高耦合效率？可能提高，也可能不提高。这里有一个耦合效率的概念。对于朗伯型光源（例如发光二极管），不管中间加什么样的光学系统，它的耦合效率都不会超过一个极大值。
-30-43.49
光纤系统中，必须考虑光源的辐射空间分布（角分布）、发光面积，光纤的数值孔径、纤芯尺寸和光纤的折射率剖面等等，使尽可能多的光能量进入光纤当中。对于耦合系统，通常要求具有以下几个特点：
1.大的1dB容差。大的容差是工业生产的一个基本条件，容差越大，才可能产量越大，成本越低。
2.弱的光反馈。目前低成本光源一般不配置隔离器，所以对于耦合系统来说，弱的光反馈意味着光源的稳定性的提高。
（二） 调整光路元器件的光轴与光路“重合”
在光源输出位置加一光阑，然后依次加入光路设计中的其他元器件，要求所有元器件的光轴与光路基本重合。方法参照下图所示，根据元件（例如透镜）反射到光阑的光斑位置，一般如果将光斑调整到光阑孔内，就认为元件的光轴与光路重合了。需要注意的是，如果光源没有隔离器，这个光斑是只能调整到孔附近，不能进入孔内，因为那样意味着光被反射到光源内，可能造成光源输出功率不稳定。
信息光学方面的课程设计
信息光学方面的课程设计一、课程目标知识目标：1. 了解信息光学的基础知识，掌握光的传播、反射、折射等基本原理；2. 理解光学元件的作用，如透镜、反射镜、光栅等，并能运用相关公式进行计算；3. 掌握光纤通信的基本原理，了解光在光纤中的传输特性。
技能目标：1. 能够运用光学原理分析实际问题，设计简单的光学系统；2. 学会使用相关仪器进行光学实验，如测定光的折射率、光纤通信实验等；3. 培养学生的实验操作能力、数据处理能力和团队协作能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对信息光学的兴趣，激发学生探索光学领域的好奇心；2. 培养学生的创新意识和科学精神，使他们认识到光学技术在现代科技中的重要性；3. 培养学生严谨、求实的学术态度，提高学生的自主学习能力和终身学习能力。
课程性质：本课程为学科拓展课程，旨在加深学生对光学知识的理解，提高学生的实践能力和创新能力。
学生特点：学生具备一定的物理基础，对光学知识有一定的了解，但缺乏深入探讨和实践经验。
教学要求：结合学生特点，注重理论与实践相结合，充分调动学生的积极性，引导他们主动探究光学领域的奥秘。
通过课程学习，使学生能够达到上述课程目标，为后续学习打下坚实基础。
二、教学内容1. 光的传播与波动理论：包括光的直线传播、光的波动性、干涉与衍射现象等，关联教材第二章内容。
2. 光学元件及其应用：透镜、反射镜、光栅等元件的工作原理和设计应用，关联教材第三章内容。
3. 光的折射与反射：光的折射定律、反射定律，以及透镜、反射镜中的光线追踪，关联教材第四章内容。
4. 光纤通信原理：光纤的结构、光在光纤中的传输特性、光纤通信系统的组成，关联教材第五章内容。
5. 光学实验：测定光的折射率、光纤通信实验等，关联教材实验部分。
教学安排与进度：第一周：光的传播与波动理论；第二周：光学元件及其应用；第三周：光的折射与反射；第四周：光纤通信原理；第五周：光学实验。
教学内容确保科学性和系统性，结合教材章节进行深入讲解。
《信息光学(双语)》课程教学大纲(本科)
信息光学（双语）Introduction toInformation Optics课程编号：（ 03410064 ）学分： 3学时：45 （其中：讲课学时：45 实验学时：0 上机学时：0）先修课程：大学物理、光学、数学物理方法、数理统计适用专业：光信息科学与技术、测量技术与控制教材：《Introduction to information optics》，Francis T.S.Yu等，Academic Press，2001年第1版一、课程性质与课程目标（一）课程性质（需说明课程对人才培养方面的贡献）“信息光学”是相关专业教学计划中具有承上启下意义的技术基础课，建立在数学、物理学、光学、数学物理方法、计算机技术等课程知识的基础上，在对光通信、光开关、光学传感、光信息显示、光网络、光学存储、等光信息技术的基本内涵、关键技术进行系统地、深入地、清晰地论述的同时，又及时总结了前沿的发展成果和方向，能够为光电信息科学与工程专业课程的学习打好坚实的基础。
（二）课程目标（根据课程特点和对毕业要求的贡献，确定课程目标。
应包括知识目标和能力目标。
）课程目标1：能解释信息光学中所涉及的核心器件的基本原理，能应用信息光学中的基本理论分析光通信、光开关、光存储及光传感中相关基础问题，并得到解决方案。
课程目标2：能设计开发简单的光电器件，结合光传感、光通信及光开关等基础知识，能设计符合目标需求的传感器，并对传感参数进行分析，以利用解决其他复杂工程问题。
课程目标3：能够应用相关技术标准，对光纤，光开关等生产工艺，制造流程进行分析、比较和优化。
课程目标4：能够熟练使用相当数量的专业应用词汇，能够应用英语和业界同行进行交流。
课程目标5：能针对实际问题以团队的形式，开展光电信息技术相关的文献调研，并完成相应的PPT制作和口头报告。
（三）课程目标与专业毕业要求指标点的对应关系本课程支撑专业培养计划中毕业要求1、毕业要求6和毕业要求10：1. 毕业要求1-3：具有光电信息科学与工程专业基础知识及其应用能力，并了解光电信息行业的前沿发展现状和趋势。
关于信息光学的课程设计
关于信息光学的课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解信息光学的基本概念，掌握光的传播、反射、折射和衍射等基本原理；2. 学会运用数学方法描述和分析光信息传输的过程；3. 掌握光学器件的设计原理及其在信息处理中的应用。
技能目标：1. 能够运用所学知识分析和解决实际光学问题，具备一定的光学设计能力；2. 能够运用光学软件进行模拟实验，观察和分析光学现象；3. 能够熟练操作光学实验设备，进行基本的光学实验。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对信息光学的兴趣，激发他们探索光学领域的热情；2. 培养学生的团队合作精神，学会与他人共同探讨、分析和解决问题；3. 增强学生的创新意识，培养他们在光学领域勇于尝试、不断创新的品质。
本课程针对高年级学生，结合学科特点，注重理论与实践相结合，旨在提高学生解决实际光学问题的能力。
课程目标具体、可衡量，便于教学设计和评估。
在教学过程中，将根据学生特点和教学要求，分解目标为具体的学习成果，确保课程的有效性。
二、教学内容本章节教学内容围绕以下三个方面展开：1. 光学基本原理：包括光的传播、反射、折射和衍射等现象，以及相关数学描述方法。
教学内容涉及课本第1-3章，具体包括：- 光的波动性和电磁理论基础；- 光在不同介质中的传播规律；- 反射、折射和衍射现象的原理及数学表达。
2. 光学器件与应用：介绍各种光学器件的设计原理及其在信息处理、通信等领域的应用。
教学内容涉及课本第4-6章，具体包括：- 透镜、反射镜等基本光学元件的设计原理；- 光学滤波器、光栅等器件的工作原理；- 光学器件在光纤通信、激光技术等领域的应用案例。
3. 光学实验与模拟：通过实验和软件模拟，使学生更好地理解和掌握光学知识。
教学内容涉及课本第7章，具体包括：- 基本光学实验操作技巧；- 光学软件（如Zemax、OptiSystem等）的使用方法；- 实验和模拟在光学设计中的应用实例。
教学内容安排和进度根据课程目标和学生的实际情况进行制定，确保科学性和系统性。
《信息光学》课程实验讲义与教案(0708级)
六、注意事项
1) 在进行实验过程中，不要振动测量台。 2) 严禁用手触摸各光学元件。 3) 实验结束后注意将激光器电源关闭。
7
θ调制
θ调制技术是阿贝原理的应用。第一步入射光经物平面发生夫琅禾费衍射， 在透镜的后焦面上形成一系列衍射斑（即物的频谱）这一步称“分频” 。第二步 是各衍射斑发出的球面波在像平面上相干叠加，像就是像平面上的干涉场，这一 步称“合频” ，形成物的像。如果用白光光源照明光栅物片，这会在频谱上得到 色散彩色频谱。每个彩色铺板的原色分布都是从外相里按红、橙、黄、绿、蓝、 靛、紫的顺序排列。这是一位光栅的衍射角与入射光的波长有关。红光的波长最 大，衍射角最大，分布在最外面；紫光相反。如果在频谱面上放置一个空间滤波 器，让不同方向的谱斑通过不同的颜色，这在像面上得到彩色像。这是利用不同 方向的光栅对图像进行调制，因此称为θ调制法。又因为它将图像中的不同部位 “编”上不同的颜色，故又称空间假彩色编码。
《信息光学》课程实验讲义与教案
编写者：翁嘉文 参考教材：自编《信息光学讲义》
华南农业大学 应用物理系 2009 年 5 月
目 录
实验一 阿贝成像原理与空间滤波………………………………………………… 2 实验二θ调制 ……………………………………………………………………… 8 实验三 三维形貌测量 …………………………………………………………… 13 实验四 数字全息 ………………………………………………………………… 19 实验 教案 ………………………………………………………………………… 23
一、实验目的
1. 了解信号与频谱的关系以及透镜的傅里叶变换功能。
2. 掌握现代成像原理和空间滤波的基本原理，理解成像过程中“分频”和
信息光学课程设计
燕山大学
课程设计说明书
题目：1.单透镜的设计与优化
2. 人眼的几何光学仿真及远视校正
3.“内六角螺钉”光源的创建
学院(系)：信息工程学院
年级专业：09级光信息科学与技术
学号：0901********
学生姓名：于丽影
指导教师：王朝晖
教师职称：副教授
燕山大学课程设计（论文）任务书
曲线和Diffraction Image
改变眼镜前、后表面的形状，使其呈现一种“free-form”形状。
“远视眼”戴上优化后的眼镜后，对近处，中等距离远和相当远的物就均能良好成像了。
Surface 2(glasses-front)和Surface 3
48个变量，并在现在的MFE内插入限定
燕山大学课程设计评审意见表。
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08 级本科课程设计（论文）开题报
告
题目信息光学综合实验
学院物理与电子工程学院
年级08 专业光电信息工程
班级学号
姓名
指导教师职称
函数的概念结合，使光学研究不再限于用光强、振幅的空间分布来描述光学图像，而把图像看作是由缓慢变化的背景、粗的轮廓等比较低的"空间频率"成分和急剧变化的细节等比较高的"空间频率"成分构成的，用频率的分布和变化来描述光学图像。
一门新的学科-信息光学(付里叶光学)从传统的经典波动光学中脱颖而出。
信息光学（Information Optics）
又称傅立叶光学。
傅立叶变换光学的主要内容：
1、衍射系统的屏函数
2、夫琅和费衍射的傅立叶频谱分析
3、阿贝成像原理
变换光学
处理光的衍射和干涉问题，最基本的方法是研究光的相干叠加。
这是传统光学的一般方法。
可以从另外一个角度分析这类问题。
入射波场，遇到障碍物之后，波场中各种物理量重新分布。
衍射障碍物将简单的入射场变换成了复杂的衍射场。
所以可以从障碍物对波场的变换作用，来分析衍射。
从更广义的角度，不仅仅是相干波场的障碍物，非相干系统中的一切使波场或者波面产生改变的因素，它们的作用都可以应用变换的方法处理。
1873年阿贝（E.Abbe）首先提出显微镜成像原理以及随后的阿贝—波特空间滤波实验，在傅里叶光学早期发展史上做出重要的贡献。
这些实验简单、形象，令人信服，对相干光成像的机理及频谱分析和综合原理做出深刻的解释，同时这种用简单的模板作滤波的方法一直延续至今，在图像处理技术中仍然有广泛的应用价值。
研究一个随时间变化的信号，可以在时域也可以在频域进行。
实现信号从时域到频域或者从频域到时域变换的方法称为傅里叶变换。
类似的，光学系统的成像过程既可以从信号空间分布的特点来理解，也可以从“空间频率”角度来
图1 阿贝成像原理
上形成一系列衍射斑。
第二步是各衍射斑作为新的次波源，其发出球面次波，
相叠加，形成物体的像。
将显微镜成像过程看成是上述两步成像的过程，是波动光学的观点，后来人们称其为阿贝成像理论。
阿贝成像理论不仅用傅里叶变换阐述了显微镜成像的机理，更重要的是首次引入频谱的概念，启发人们用改造频谱的手段来改造图像信息。
（b）(c)
(e)
图2 阿贝-波特实验
用平行相干光束照明一张细丝网格，在成像透镜的后焦面上出现周期性网格的傅立叶频由于这些傅立叶频谱分量的再组合，从而在像平面上复现网格的像。
若把各种遮挡物如：光圈、狭缝或小光栏）放在频谱平面上，就能以不同方式改变像的频谱，从而在像平面上得到由改变后的频谱分量重新组合得到的对应的像。
图中2（a）表示网格（正交光栅）所对应的频谱分布；2（b）是使用一条水平狭缝时透过的频谱，对应的像只包括网格的垂直结构。
如果将狭缝旋转9°，则透过的频谱和对应的像如2（c）所示。
若在透镜的焦面上放。