信息光学专题数字全息
数字全息实验研究
数字全息记录和再现原理，即利用数字全息记录程序和光电器件记录全息图，并将全息图输入计算机，由计算机进行数字再现的方法早在1967年就由Goodman等人提出，现已广泛地应用于数字显微、干涉测量、三维图像识别、医疗诊断等领域。数字全息用光电器件替代了全息干版，免去了全息干版的冲洗工作以及降低了对全息工作台的隔振要求。给使用者带来了更大的方便。
实验目的
1．熟悉数字全息实验原理和方法；通过观察全息图的微观结构，深入理解全息记录和数字再现的原理。
2．熟悉数字全息记录光路。
3．用CMOS数字摄像头记录物体的全息图。
4．熟悉用全息图数字再现程序对所记录的全息图进行数字再现的过程。
实验原理
（a）
(b)
图1 数字全息实验光路
图2. 数字全息记录光路
L0k放大倍数20或40；L rk放大倍数60；
衰减器P可插入物光束；物体S为透过率物体；
BS2与SX之间的物参光方向应相同（夹角为0°）
图3 透射数字全息记录系统
数字全息波前测量的实验光路随被测物体的不同而异，从图1到图3的光路都可以用来
记录全息图。若用图1（a ）所示的实验光路进行数字全息波前的测量，则激光器发出的光经反射镜M 1反射，被分束器BSI 分成两束；一束经过反射镜M 2反射、进入扩束镜L K1扩束，并被准直镜L 1准直，变成平行光，再由反射镜M 3反射转向，照射到被记录物体上形成物波，经由物体物漫后透过分束镜BS 2照射到数字摄像头的光敏元件表面；另一束经衰减器P 、反射镜M 4、扩束镜L K2准直镜L 2变成平行光，再经分束镜BS 2转向，形成参考光，并与物波在CMOS （或CCD ）光电器件平面上叠加干涉，形成全息图；由CMOS （或CCD ）数字摄像头记录，并借助于计算机程序，实现全息图的数字再现。
图4 数字全息记录与再现光路坐标变换
设00oy x 平面内的被记录物体的透过率函数为t (x , y )，用振幅为A 的垂直平面波照明。则在相距为0z 处的记录介质CMOS 或CCD 光敏器件平面上(见图3)，衍射物波的复振幅u (x , y )分布可用菲涅尔衍射积分公式求得为
()()[]
o o o o o o dy dx y y x x z j y x t z j A y x u ??????-+-=??22ex p ),(),(λπλ （1） 若参考光R 为平面波，且传播方向与z 轴夹角为θ，则参考光在记录平面即全息平面上的复振幅分布r (x ,y )可简写为：
??
????=θλπsin 2Re ),(x j xp y x r （2） 物光和参考光在全息平面上相干叠加后的光强分布为：
),(),(),(),()
,(),(),(222y x r y x u y x r y x u r u y x r y x u y x I *+*++=+= （3） 式中，*u (x ,y )为u (x ,y )的复数共轭。*r (x ,y )为r(x ,y ) 的复数共轭。由数字摄像头记录下该光强分布，并输入计算机，就得到数字全息图，理想情况下，数字全息图的透过率h (x,y)正比于光强，即
)],(),(),(),([),(2
2y x r y x u y x r y x u r u C y x h *+*++= （4）
图5 全息图的再现光路示意图
全息图的数字再现就是通过在计算机中模拟全息图的再现过程，如图5所示，以得到被记录物体的透过率函数。具体过程如下：首先用与参考光相同的光作照明光照射全息图，即用如式（2）所示的照明函数乘式（4）所示的全息图透过率函数，然后进行下列逆菲涅尔衍射积分
式中),(00'
y x t C 就是再现图像， n (x ,y )是共轭像、零级衍射和其它因素引入的噪声项。这些图像均在i i oy x 像平面内，见图4。
要指出的是，实现数字全息记录的必要条件是必须满足Nyquist 定理：为了保证对图像采样的正确性，全息图上每一个干涉条纹的周期δ必须被至少两个CMOS 像素或CCD 像素采样，即
ξδ?≥2
或 ηδ?≥2 (6) 式中ξ?、η?是CMOS 或CCD 光敏面在两个正交方向上的像素。对于确定的照明光波，空间干涉条纹周期受物光和参考光之间夹角θ所限制，因此，θ只能是一个较小的角度。
在全息图平面，即CMOS 或CCD 平面上，干涉条纹的周期为
??? ??=2sin 2θλ
δ (7)
于是可得到近似的物光和参考光的夹角θ的最大值
η
λξλ
θ?=?=22 (8) 该式表明，物光和参考光的最大夹角有入射光波长和CMOS 或CCD 的光敏单元大小或叫像素尺寸ξ?、η?所决定。
图6 数字全息记录光路几何简图
在数字全息的记录中，为了能分离0级、±1级衍射光，必须使物光或参考光倾斜一定的角度，如图6所示。令平面参考光垂直入射CMOS 或CCD 光敏面，物体偏置，如仅考虑横向（x 方向）情况，则偏置物光光轴与参考光光轴的夹角有一个最小值min α，这可从数字再现时0级、±1级衍射像在频谱空间的分离条件得到，即
)3arcsin(min min λεα= (9) 式中m in ε为再现像空间频谱的最高频率。对于本实验的情况有
Z
L λε20min = (10) 其中0L 为被测物体W 在x 向的宽度，Z 为物平面到全息平面的距离。代入上式并作近似后得
Z
L 230min ≈α (11) 根据此式并考虑到式（8），可得到数字全息记录中物光和参考光夹角的范围为
Z
L 230≤≤θξλ?2 (12) 再分析数字全息记录的最小物距min Z 。根据图6 的几何关系可导得
max
0max 0min 2422θθL L b L L Z CMOS CMOS +=++= (13)
式中CMOS L 为CMOS 光敏面在x 方向的宽度，b 为被记录物体与CMOS 光敏面中心的距离，或称偏心距。
对于同轴数字全息，最小记录距离为
max
0min 2θL L Z CMOS += （14） 式（13）（14）就是同时满足记录采样和再现像分离的数字全息的最小记录距离，即如果记录物体和COMS （或CCD ）的尺寸固定不变，只要记录距离大于min Z ，数字全息再现光场的0级、±1级3个图像是完全分离的。
在实验中，为了得到较清晰的数字全息图应充分考虑上述条件。
另外，若记录时，参考光也为扩展光束，则可导得数字全图再现像的横向放大率和纵向放大率为 10021--=r
p z z z z m m M μ （15） 22M m M z μ= （16） 式中记录参考光波长和再现参考光波长比
'
λλμ= ， 全息图放大前后横向线度比 y
y x x m '
'==， 由式（15）可见，要得到放大的再现像有三种途径：放大全息图，即使1>m ；短波长记录，波长再现，即使1>μ；适当选用记录参考光和再现参考光波面的曲率半径（或适选记录时的最小记录距离和再现时的再现距离，即使1<=ξξ，r p z z ）。一般像的横向放大率与纵向放大率不相等。
为增加选择性，本实验设计了多种实验光路，其中图3是记录透过率物体数字全息图的光路。
实验仪器
JSQ-1型数字全息实验仪：450单模氦氖激光器1、透反镜调节器1、反射镜调节器2、
可变光强衰减调节器1、扩束镜调节器（×20）1、扩束镜调节器（×60）1，准直镜调节器2、光束提升器1，试件夹持调节器1、分光棱镜调节台1、全反方镜调节台1，数字摄像头1、计算机1、工作台1、数字全息再现软件、数字摄像头操作软件、被摄物体
仪器光路简介：
本实验实际采用的实验光路如图1（c ）所示。氦氖激光器发出的激光经反射镜M 1反射，射入分束镜BS1、被分成两束，一束为物光，一束为参考光。物光被反射镜M 2反射 转向，进入扩束镜L O K 扩束，并经准直镜L O 准直后变为平行光束，在被矩形反射镜M 3反射后，照射到物体W 上，被物体W 漫反射，漫反射光通过分光棱镜BS 2后射到数字摄像头SX 的CMOS 光敏面。参考光透过可变光强衰减器P(可不用)和经反射镜M 4的反射，再通过扩束镜L rK 和准直镜L R 后变成平行光束，继而入射到分束棱镜BS 2，经其反射后抵达数字摄像头SX 的CMOS 光敏面，它与直接透过分光棱镜的物光的夹角应小于1°（离轴数字全息）或等于0°（同轴数字全息），由此形成的全息记录所需要的物光和相干参考光在数字摄像头的CMOS 光敏面叠加干涉，形成全息图，将该全息图输入计算机，利用计算机再现程序可再现得到物体的再现像。
实验内容
1. 安装计算机软件（由实验室预先安装好）
1.1. 安装数字摄像头应用软件
安装方法见软件说明
1.2. 安装全数字息图再现程序
安装方法见软件说明书。
2. 调节光路:
按照图1（c ）所示的光路图安排和调整好实验光路。调节要点：基本上与光学全息照
相相同：参考光和物光的光强比要合适(1：1——10：1 )等（物光的扩束镜头的放大倍数为20倍，参考光的扩束镜头的放大倍数为60倍（根据具体情况选择）。若参考光较强，则可调节参考光中的光强衰减片，以使光强比合适；参考光光程和物光光程要相等。
2.1、在分光棱镜前适当距离处置一观察屏，调节物光和参考光的射向，使参考光经分
光棱镜反射后的光束方向，与物光光束射向的夹角小于1°，则在观察屏上可形成光栅结构的干涉条纹。由于条纹过密，眼睛不易分辨。
2.2．估测条纹密度
取走两支光路光斑重合地方的观察屏P ，置换为透镜，在透镜的焦平面上两个光点， 测量两个光点之间的距离x ，微微调节4M 的角度，使x 值满足光栅间距的要求。 设光栅间距为40610-?m （物光和参考光两光束的夹角θ约为
1）：透镜焦距f=1000m ，激光波长 =λ=0.6328m μ。光栅方程为d sin θ=k λ。
由图7可知： )22(f
x tg f x tg ==
θθ 取k =1，在旁轴条件下有： d
f x λ= 条纹间距（光栅常数）为
m x f
d μλ16.365.171000106328.06=??==- 注：焦距f 可根据实际透镜定
可见，条纹是很密的，故数字摄像头要有高的分辨率才行。
图7 记录光栅参数计算用图
2.3．条纹密度（光栅间距）估测好后，将此辅助透镜L 取走， 在观察平面上用数字摄像头替代观察屏，并使数字摄像头的CMOS 光敏面垂直于入射光束，记下物体到摄像头CMOS 面的距离，即记录距离（以微米计）。注意：COMS 摄像头的光敏面应该与光束垂直。并被重在一起的物参光覆盖。
3. 记录全息图
3.1. 挡住参考光，在显示屏上观察记录物光光斑的光强分布；
3.2. 挡住物光，显示屏上 观察并记录参考光在记录平面上的强度分布；
3.3. 观察并记录物光和参考光叠加后的干涉图样，即全息图，注意观察干涉图上的干
涉条纹，使一些很细的平行的条纹（眼不易分辨，可用PHOTOSHOP 软件放大后看）。 注： 数字摄像头记录数字全息图的操作方法详见说明书。
4. 利用计算机软件进行数字全息再现。
双击桌面上“数字全息再现”图标，则显现界面：“数字全息图像再现程序”图样。 在“物到CCD 距离”一栏中输入物到CMOS 光敏面的距离；并点击“全息图再现”图标，则在界面上就显示物体的全息再现像。
注：实验中“物到CCD 距离”实为“物到CMOS 距离”，因为用的是CMOS 数字摄像头。
实验数据记录和处理
1. 实验条件和参数：
光源：5mW He-Ne 激光器，输出波长λ=0.6328m μ,单横模.
物到记录平面的距离o z = m μ
参考光和物光夹角的估测值θ≈
COMS 数字摄像头参数：
光敏面尺寸： 像素尺寸：
2． 数字全息图的实验记录：
图8. 被记录物波本身的照片
图9. 被记录物体在CMOS 记录平面上的漫反射物光的光强分布。
图10. 记录用参考光波在CMOS 记录平面上的分布图样。
图11. 数字全息图（物波和参考波的干涉图样）。
注：转换成PHOTOSHOP 图像，放大后观察。
3．数字全息图的计算机再现结果：
再现参数：
COMS数字摄像头参数：
μ
像素尺寸：x= m
μ
y= m
μ
物到CMOS光敏面的距离：m
图12. 全息图的数字再现像。
思考题
1．对实验结果作简要评述和分析。实验中有哪些值得注意的现象和问题。提出改进实验的建议。
2．比较物光的光强分布和物光与参考光相干叠加后的光强分布图样，说明两者的差别和参考光的作用。
3．如果数字再现时所设定的全息图的像素大小与记录时所用CMOS的实际像素大小不同，再现像的位置有什么变化？试利用记录和再现过程中得到物体和再现像的位置参数计算所用CMOS像素的实际大小。
4、试设计像面数字全息记录和再现光路，自拟实验步骤。
5、试述同轴数字全息记录光路的调节要点。
6、如用扩展光束记录同轴数字全息图时，全息图不放大，记录光束波长和再现波长一
样，那还能用何法得到放大的全息图的再现像？
注意：根据图3安排光路。在调节光路时，应使由反射镜M3反射到分光棱镜BS2 并进而经分光棱镜反射后抵达COMS光敏面的参考光束与物光光束的方向
一致，即参考光与物光的夹角为0°。
当要得到放大的再现像时，再现距离应小于记录距离（即物面到COMS摄像
头光敏面的距离）。例如记录距离为300mm，数字再现时物到CMOS的距离
可分别代入300mm，100mm，12mm，8mm等，观察和分析由此得到的再现
像的放大结果。
7、全息干涉图上的干涉条纹间距也可通过PHOTOSHOP软件测得，即将记录的全息干
涉图用该软件处理，将其放大后测量。具体做法自拟步骤。
光学滤波器与频谱分析
光学滤波器与频谱分析 摘要：空间滤波的目的是通过有意识的改变像的频谱，使像产生所希望的变换。光学信息处理是一个更宽广的领域，它主要是用光学方法实现对输入信息的各种变换和处理。 关键词：阿贝成像理论，二元振幅滤波器，振幅滤波器，相位滤波器，复数滤波器，泽尼克相称显微器，补偿滤波器。 一引言： 所谓空间滤波器，是指在光学系统的傅里叶频谱面上放置适当的滤波器，以改变光波的频谱结构，使其像按照人们的要求得到预期的改善。在此基础上，发展了光学信息处理技术。后者是一个更为宽广的领域，它主要是指用光学的方法实现对输入信息实施某种运算或变换，已达到对感兴趣的信息提取、编码、存储、增强、识别和恢复等目的。这种处理方法具有二维、并行和实时处理的优越性，从而激起了人们对光学信息处理的浓厚兴趣。 1873年的阿贝提出的二次成像理论及其相应的实验，是空间滤波与光学信息处理的先导。1935年，荷兰物理学泽尼克发明相称显微术[1]，将物光的位相分布转化为强度分布，成功地直接观察到微小的位相物体——细菌，并用光学方法实现了图像处理，解决了在系统的显微观察中由于采用染色技术而导致细菌死亡的问题。由于泽尼克为光学信息处理的发展做出了突出的贡献，荣获了1953年度的诺贝尔物理学奖。1946年，法国科学家杜费把光学成像系统堪称线性滤波器，采用傅里叶方法成功的分析了成像过程，发表了他的著作《傅里叶变换及其在光学中的应用》[2] .稍后，艾丽斯等人的经典论文《光学与通信理论》[3]、《光学过程的处理方法》[4]以及奥尼尔的论文《光学中的空间滤波》[4]相继发表，俄日光学信息处理提供个有力的数学工具，并未光学与通信科学的结合奠定基础。1963年，范德. 拉个特提出了复数空间滤波的概念,使光学信息处理进入了一个广泛应用的新阶段。此后，随着激光器、光学技术和全息照相技术的迅速发展，促使其理论系统和实用技术日渐成熟，称为十分活跃的一门新兴学科，并已渗透到各种应用领域。 到二十世纪初期，随着高新技术的迅速发展，人类进入信息时代，要求对超大容量信息进行快速处理。光以其长波速度快、抗干扰能力强、可大量并行处理等特点，显示
信息光学试卷及复习资料
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。
数字全息综合实验
数字全息综合实验 实 验 讲 义 前言
传统全息实验通过干涉记录与衍射再现描述了物体的振幅与相位信息，并使用银盐或光致聚合物干板做为记录介质，通过使用不同浓度、温度的药液，经过显影定影，再现物体信息，拍摄过程对环境要求较高，冲洗存在一定的安全隐患，实验结果不方便进行二次开发。 数字全息实验使用高精度CMOS相机和空间光调制器件（SLM）进行采集和再现，降低了对环境（暗室、防震）的要求，免去了冲洗的不安全隐患，可以对数据进行二次开发，如滤波、存储、传输、加密安全等，坧展了全息的应用领域，使经典光学再现现现代风采。 1. 实验目的 a.通过本实验掌握数字全息实验原理和方法；
b.通过本实验熟悉空间光调制器的工作原理和调制特性； c.通过本实验理解光信息安全的概念和特点； 2. 实验原理 全息技术利用光的干涉原理，将物体发射的光波波前以干涉条纹的形式记录下来，达到冻结物光波相位信息的目的；利用光的衍射原理再现所记录物光波的波前，就能够得到物体的振幅（强度）和位相（包括位置、形状和色彩）信息，在光学检测和三维成像领域具有独特的优势。由于传统全息是用卤化银、重铬酸盐明胶（DCG）和光致抗蚀剂等材料记录全息图，记录过程烦琐（化学湿处理）和费时，限制了其在实际测量中的广泛应用。 数字全息技术是由Goodman和Lawrence在1967年提出的，其基本原理是用光敏电子成像器件代替传统全息记录材料记录全息图，用计算机模拟再现取代光学衍射来实现所记录波前的数字再现，实现了全息记录、存储和再现全过程的数字化，给全息技术的发展和应用增加了新的内容和方法。目前常用的光敏电子成像器件主要有电荷耦合器件CCD、CMOS传感器和电荷注入器件CID三类。 (一)数字全息技术的波前记录和数值重现过程可分为三部分： a.数字全息图的获取。将参考光和物光的干涉图样直接投射到光电探测器上，经图像采集卡获得物体的数字全息图，将其传输并存储在计算机内。 b.数字全息图的数值重现。本部分完全在计算机上进行，需要模拟光学衍射的传播过程，一般需要数字图像处理和离散傅立叶变换的相关理论，这是数字全息技术的核心部分。 c.重现图像的显示及分析。输出重现图像并给出相关的实验结果及分析。 与传统光学全息技术相比，数字全息技术的最大优点是：(1)由于用CCD等图像传感器件记录数字全息图的时间，比用传统全息记录材料记录全息图所需的曝光时间短得多，因此它能够用来记录运动物体的各个瞬间状态，其不仅没有烦琐的化学湿处理过程，记录和再现过程都比传统光学全息方便快捷；(2)由于数字全息可以直接得到记录物体再现像的复振幅分布，而不是光强分布，被记录物体的表面亮度和轮廓分布都可通过复振幅得到，因而可方便地用于实现多种测量；(3)由于数字全息采用计算机数字再现，可以方便地对所记录的数字全息图进行图像处理，减少或消除在全息图记录过程中的像差、噪声、畸变及记录过程中CCD器件非线性等因数的影响，便于进行测量对象的定量测量和分析。 目前, 数字全息技术已开始应用于材料形貌形变测量、振动分析、三维显微观测与物体识别、粒子场测量、生物医学细胞成像分析以及MEMS器件的制造检测等各种领域。虽然国内外在数字全息技术方面已经开展了大量的研究工作，但对于这一全息学领域的最新发展成果及其相关知识的传播和教学方面目前明显落后于科研，在全息学的实验教学上仍然以传统全息成像方法为主，很少涉及现
生物科学前沿简介
第八讲生物科学前沿简介 一、20世纪生物科学发展的历史回顾 记者：匡先生，在展望生物学绚丽的发展前景之前，您能否简要的回顾20世纪生物学领域所取得的引人注目的成就呢？ 匡廷云院士：由于19世纪以来，物理学、化学、地学以及技术科学的理论成就和技术进步，为生物学家认识生物发展规律提供了许多新的手段、方法。所以19世纪末20世纪初，生命科学取得了巨大的发展。在20世纪在生命科学领域有两次革命性的突破。第一次是孟德尔遗传学的再认识和摩尔根的基因论。孟德尔开创了经典遗传学，揭示了生物遗传现象。摩尔根主要用实验手段证明了基因是有序排列在染色体上的。 到了20世纪中叶，迎来第二次突破性进展，即沃森和克里克发现DNA双螺旋结构。沃森是生物学家，当时刚刚在美国拿到博士学位，研究噬菌体，后来到了英国。而克里克是个物理学家，当时在剑桥读Ph.D，用X射线衍射研究蛋白质晶体结构。沃森的贡献是在于确定DNA 两对特异性碱基的配对。克里克的贡献在于他极力主张建立物理模型，从分子、原子之间的距离和角度就可以得到最大限度的变量和稳定条件。特别有规则的双螺旋结构大大减少了变量数目。物理学家和生物学家完美的结合发现了DNA双螺旋结构。这是第二个突破性的里程碑。 图2 玉米籽粒的孟德尔遗传 图3 DNA 双螺旋
DNA双螺旋结构的建立开辟了生物学的新纪元。在这个基础上产生了基因工程、蛋白质工程。因此生物技术的发展对科技的发展对科技的发展、社会的进步的推动力是巨大的。由于分子生物学的发展、信息科学的发展人类才有可能识破自身的基因。在20世纪末大规模的开展人类基因组计划，破译人类的基因全序列。这个计划与曼哈顿原子弹计划、阿波罗登月计划并称20世纪人类三大科学计划。可以说20世纪生物学是飞速发展，取得了巨大的成就，为21世纪生命科学的腾飞打下了坚实的基础。
现代光学的发展历程
现代光学的发展 众所周知，因为有了光，人们才能看见这个色彩斑斓的世界，才能在这世界上生存。因此在我们的生活中有许许多多的光现象及其应用的产生。无论是建造艺术，还是雕塑、绘画及舞蹈艺术等众多领域都离不开光的存在，也因为有了光的存在，使其更加的炫目夺人。 那么，光在于现代是如何发挥它对人类的作用的呢？而光又是如何发展成 为现代光学呢？ 20世纪中叶随着新技术的出现，新的理论也不断发展，由于光学的应用十 分广泛，已逐步形成了许多新的分支学科或边缘学科。几何光学本来就是为设 计各种光学仪器而发展起来的专门学科，随着科学技术的进步，物理光学也越 来越显示出它的威力，例如光的干涉目前仍是精密测量中无可替代的手段，衍 射光栅则是重要的分光仪器，光谱在人类认识物质的微观结构(如原子结构、分 子结构等)方面曾起了关键性的作用，人们把数学、信息论与光的衍射结合起来， 发展起一门新的学科——傅里叶光学把它应用到信息处理、像质评价、光学计 算等技术中去。特别是激光的发明，可以说是光学发展史上的一个革命性的里 程碑，由于激光具有强度大、单色性好、方向性强等一系列独特的性能，自从 它问世以来，很快被运用到材料加工、精密测量、通讯、测距、全息检测、医 疗、农业等极为广泛的技术领域，取得了优异的成绩。此外，激光还为同位素 分离、储化，信息处理、受控核聚变、以及军事上的应用，展现了光辉的前景。 光学是物理学的一个分支, 是一门古老的自然学科, 已经有数千年发展历 史。在十七世纪前后, 光学已初步形成了一门独立的学科。以牛顿为代表的微 粒说和与之相应的几何光学；以及以惠更斯为代表的波动说和与之相应的波动 光学构成了光学理论的两大支柱。到十九世纪末, 麦克斯韦天才地总结和扩充 了当时已知的电磁学知识, 提出了麦克斯韦方程组, 把波动光学推到了一个更 高的阶段。然而, 人们对光的更进一步的认识是与量子力学和相对论的建立分 不开的。一方面, 十九世纪及其以前的光学为这两个划时代的物理理论的建立 提供了依据。另一方面, 这两个理论的建立, 更加深了人类对光学有关现象的 深入了解。从十七世纪到现在，光学的发展经历了萌芽时期、几何光学时期、 波动光学时期、量子光学时期、现代光学时期等五大历史时期。
数学科学前沿简介
第一讲数学科学前沿简介 第一讲数学科学前沿简介 一、20世纪数学研究的简单回顾 记者：林先生，您好。首先我们非常感谢您在百忙之中抽出时间接受这次访谈，为全国中小学教师介绍有关数学学科前沿的一些基本情况。科学研究跨入了新世纪的门槛，我们看到，各门学科一方面在回顾学科发展历程，另一方面也在展望本学科的发展前景。您从1956年进入中科院正式从事数学研究工作，到现在已经将近半个世纪，在这半个世纪里，您一直奋斗在数学研究的前沿。您能根据您这么多年对数学的研究，回顾一下20世纪数学的发展历程，在这个历程中，数学研究有哪些重大进展和重大成就？ 林群：据您所说的，站在数学内部看，上个世纪的数学必须归结到1900年8月6日，在巴黎召开的第二届国际数学家大会代表会议上，38岁的德国数学家希尔伯特(Hilbert, 1862--1943)所发表的题为《数学问题》的著名讲演。他根据过去特别是十九世纪数学研究的成果和发展趋势，提出了23个最重要的数学问题。这23个问题通称希尔伯特问题。这一演说成为世界数学史发展的里程碑，为20世纪的数学发展揭开了光辉的一页。在这23个问题中，头6个问题与数学基础有关，其他17个问题涉及数论、不定积分、二次型理论、不变式理论、微分方程、变分学等领域。 到了1905年，爱因斯坦创立了狭义相对论（事实上，有两位数学家，庞加莱和洛伦兹也已经走到了相对论的门口），1907年，他发现狭义相对论应用于物理学的其他领域都很成功，唯独不能应用于万有引力问题。为了解决这个矛盾，爱因斯坦转入了广义相对论的研究，并很快确立了“广义相对论”和“等效理论”，但数学上碰到的困难使他多年进展不大。大约在1911年前后，爱因斯坦终于发现了引力场和空间的几何性质有关，是时空弯曲的结果。因此爱因斯坦应用的数学工具是非欧几何。1915年，爱因斯坦终于用黎曼几何的框架，以及张量分析的语言完成了广义相对论。 还有您讲的德国女数学家诺特（Emmy Noether 1882~1935）发表的论文《Idealtheorie in Ringbereiche（环中的理想论）》标志着抽象代数现代化开端。她教会我们用最简单、最经济、最一般的概念和术语去进行思考：如同态、理想、算子环等等。
数字全息技术
数字全息技术 作者：王栎汉 专业：数字多媒体专业11界 指导老师：李德 概要：数字全息技术是随着现代计算机和CCD技术发展而产生的一种新的全息成像技术。文章主要介绍数字全息技术的基本原理。 关键词：全息技术、图像重建 一：数字全息技术背景 二：数字全息技术的应用 三：数字全息技术的制作过程
一：数字全息技术背景 全息技术是利用干涉和衍射原理记录并再现物体真实的三维图像的记录和再现的技术。 与传统的全息技术相比，数字全息是用光电传感器件（如CCD或CMOS）代替干板记录全息图，然后将全息图存入计算机的一种新技术。用计算机模拟光学衍射过程来实现被记录物体的全息再现和处理。即用计算机产生和重现全息图像。把物理成像过程扩展到数字过程。 计算机产生全息图像的基本特点是它不需要空间物体的真实存在，而是从物体的数学描述开始，计算出全息图。任何能够用数学描述的一维、二维、三维物体都能够做出计算机的全息图。
二：数字全息技术的应用 全息技术通过记录物光振幅和相位的方法能够达到记录和恢复物体三维信息的目的。全息技术的这一特性使得它被广泛应用于科学研究、工业检测、商业包装和艺术设计等领域。 数字全息技术是以传统光学全息为基础，使用CCD数字化地记录全息干涉条纹。 数字全息图能够通过计算机，实现数字再现以及物体变形的测量；同时数字全息图也可以利用空间光调制器实现物体三维信息的空间再现。 因此数字全息技术主要运用在水下侦探，固体无损检验，地球物理探测，雷达技术等方面。数字全息技术最成熟的应用之一是光学原件表面形状的检测。由透镜的设计数据在计算机上计算出标准波前，并制成全息图。
信息光学简介
信息光学是现代光学前沿阵地的一个重要组成部分。 信息光学采用信息学的研究方法来处理光学问题，采用信息传递的观点来研究光学系统，这之所以成为可能，是由于下述两方面的原因。 首先，物理上可以把一幅光学图象理解为一幅光学信息图。一幅光学图象，是一个两维的光场分布，它可以被看作是两维空间分布序列，信息寓于其中。而信息学处理的电信号可以看作是一个携带着信息的一维时间序列，因此，有可能采用信息学的观点和方法来处理光学系统。 然而，仅仅由于上述原因就把信息学的方法引入光学还是远远不够的。在光学中可以引入信息学方法的另一个重要原因是光学信号通过光学系统的行为及其数学描述与电信号通过信息网络的行为及其数学描述有着极高的相似性。在信息学中，给网络输入一个正弦信号，所得到的输出信号仍是一个正弦波，其频率与输入信号相同，只不过输出波形的幅度和位相（相对于输入信号而言）发生了变化，这个变化与、且仅与输入信号的性质以及网络特点有关。在光学中，一个非相干的光强按正弦分布的物场通过线性光学系统时，所得到的像的光强仍是同一频率的正弦分布，只不过相对于物光而言，像的可见度降低且位相发生了变化，而且这种变化亦由、且仅由物光的特性和光学系统的特点来决定。很显然，光学系统和网络系统有着极强的相似性，其数学描述亦有共同点。正因为如此，信息学的观点和方法才有可能被借鉴到光学中来。 信息学的方法被引入光学以后，在光学领域引起了一场革命，诞生了一些崭新的光学信息的处理方法，如模糊图象的改善，特征的识别，信息的抽取、编码、存贮及含有加、减、乘、除、微分等数学运算作用的数据处理，光学信息的全息记录和重现，用频谱改变的观点来处理相干成像系统中的光信息的评价像的质量等。这些方法给沉寂一时的光学注入了新的活力。 信息光学和网络系统理论的相似是以正弦信息为基础的，而实际的物光分布不一定是正弦分布，因此，在信息光学中自然必须引入傅里叶分析方法。用傅里叶分析法可以把一般光学信息分解成正弦信息，或者把一些正弦信息进行傅里叶叠加。把傅里叶分析法引入光学乃是信息光学的一大特征。在此基础上引入了空间频谱思想来分析光信息，构成了信息光学的基本特色。 信息光学的基本规律仍然没有超出经典波动理论的范围，它仍然以波动光学原理为基础。信息光学主要是在方法上有了进一步的发展，用新的方法来处理原来的光学问题，加深对光学的理解。当然如果这些发展只具有理论的意义，它就不会像现在这样受到人们的重视，它除了可以使人们从更新的高度来分析和综合光现象并获得新的概念之外，还由此产生了许多应用。例如，引入光学传递函数来进行像质评价，全息术的应用等。
信息光学课程大纲-2014年版
《信息光学》教学大纲 课程编号：PY5402 课程名称：信息光学英文名称：Information Optics 学分/学时：3/48 课程性质：必修 适用专业：应用物理学建议开设学期：第六学期 先修课程：光学、电动力学，信号与系统开课单位：物理与光电工程学院 一、课程的教学目标与任务 本课程为应用物理学专业的一门专业必修课。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,其中包括标量衍射理论，光学成像系统频率特性以及光学全息等；学习空间光调制器、光信息存储、光学信息处理等应用技术原理以及最新技术进展。 二、课程具体内容及基本要求 (一) 二维线性系统分析 (2学时) 线性系统，二维线性不变系统，二维傅里叶变换，抽样定理 1.基本要求 （1）掌握二维线性不变系统特点和分析方法。 （2）掌握傅里叶变换性质和常用函数的傅里叶变换。 2.重点、难点 重点：二维线性不变系统的定义、传递函数以及本征函数 难点：将线性系统理论应用于光学系统分析的条件 3.作业及课外学习要求：本章主要复习线性系统理论和傅里叶变换相关概念，初步了解线性系统理论研究光学系统相关理论和方法的条件和特点。 （二）标量衍射的角谱理论（8学时） 光波数学描述，复振幅分布的角谱及角谱传播，标量衍射的角谱理论，菲涅耳衍射和夫琅和费衍射 1.基本要求 （1）掌握平面波空间频率的概念和计算方法。 （2）掌握标量衍射的角谱理论（基尔霍夫衍射、菲涅耳衍射和夫琅和费衍射） （3）掌握夫琅和费衍射与傅里叶变换关系 （4）了解菲涅耳衍射与分数傅里叶变换关系 2.重点、难点 重点：平面波空间频率概念和标量衍射角谱理论 难点：（1）基尔霍夫衍射公式的光学物理意义 （2）复振幅分布和标量衍射理论的角谱理论物理意义 3.作业及课外学习要求：本章主要介绍光波传播过程中的空间域以及空间频域描述方法，是本课程理论基础，其研究方法、研究特点以及结论和公式是此后各章都要用到的，本
信息光学论文(精品)
信息光学研究发展现状 【摘要】从全息思想的提出至今已经有半个多世纪的历史。期间，全息技术的发展取得了很大的成就。梳理一下全息技术的发展以及当今的研究和应用现状，有助于我们深入了解全息技术对生产、生活的重要影响以及其今后的发展方向。 【关键词】全息防伪存储全息透镜 【引言】全息技术一门正在蓬勃发展的光学分支，主要运用了光学原理，是一种不用透镜，而用相干光干涉得到物体全部信息的二部成像技术。如果说全息技术在照相方面的应用与普通照相技术的最大区别，那就是全息技术能够利用激光的相干性原理，将物体对光的振幅和相位反射（或透射）同时记录在感光板上，也就是把物体反射光的所有信息全部记录下来，并能够再现出立体的三维图像。也就是全息技术所记录不是图像，二是光波。全息技术近年来已渗透到社会生活的各个领域并被广泛地应用于近代科学研究和工业生产中，特别是在现代测试、生物工程、医学、艺术、商业、保安及现代存储技术等方面已显示出特殊的优势。随着全息技术的快速发展，全息技术的产品正越来越多地走向市场、应用于现代生活中。 一、全息技术的发展简介 全息照相技术是1948年英国科学家丹尼斯·伽伯(Dennis Gabor)为改善电子显微镜成像质量提出的重现波前的理论，并因此获得了诺贝尔奖。但当时由于缺乏纯净的能够相互干涉的光，全息图的质量很差。直到十二年以后的1960年，激光器问世，美国密执安大学的埃梅蒂·利斯与朱里斯·尤佩尼克拍成了第一张全息相片，全息技术才有了蓬勃快速的发展。 1948年，伽伯为提高电子显微镜的分辨率，在布拉格的“x射线显微镜”、泽尼克的相衬原理的启示下，提出了一种用光波记录物光波的振幅和相位的方法，并用实验证实了这一想法。为了进一步证实其原理，他先后采用电子波与可见光进行了验证，并在可见光中得到了证实，同时制成了第1张全息图。从那时起至20世纪5O年代末期，全息图都是用汞灯作为光源，而且是参考光与物光共
苏州大学信息光学工程研究所研究情况介绍
苏州大学信息光学工程研究所研究情况介绍 苏州苏大维格光电科技股份有限公司（SVG Optronics）是在苏州大学信息光学工程研究所的基础上组建的企业，是苏州大学的下属企业。即将于2010年10正式登陆创业板。 维格光电科技股份有限公司（SVG Optronics）作为世界上“干涉光刻”、“卷对卷纳米压印”技术的领先者，致力于微纳光学结构制造设备的生产、行业应用以及激光直写光刻技术的研发。产品应用领域包括: 高级印刷包装、微光学应用、Displays、光学防伪、微米与纳米技术、MEMS 以及许多相关领域。 我公司现已发展成为集研发和制造并举的基于干涉光刻、精密图形化直写、微纳结构压印方面的领军型企业。拥有行业最先进的研发条件、生产设施和一流的人才团队。在微纳光学应用做出开创性工作：在定制化镭射薄膜材料、高端光学防伪器件、微纳光学制造设备和激光干涉光刻设备方面，形成规模化制造能力，成为中国具有自主知识产权的创新企业。 我公司的客户包括了全球以微米与纳米技术为研究方向的科技公司，以及在电子、防伪、信息技术和高档印刷包装方面最前沿的企业。 苏州苏大维格光电科技股份有限公司（SVG Optronics）是中国从事微纳光学制造、激光图像与全息包装、微光学薄膜产业化领域的技术领先性公司，也是中国规模最大的“定制化镭射转移材料”研发者和制造商。拥有自主研发的激光干涉制版系统，掩膜制造设备、精密电铸制版系统，精密镭射图形模压，薄膜PMMA 涂层涂布，薄膜真空镀膜（金属化、介质），UV 纳米压印系统和激光转移（复合）纸张的设备。目前，建成的定制化微结构光学薄膜的产能（1500 万平方米/月），通过ISO9001：2000 质量管理体系认证。 产品与业务领域： 1、新型镭射转移材料（膜、纸）规模化与市场推广。 ?定制化镭射薄膜（转移、烫金） ?无缝镭射与光学转移薄膜 ?微纳光学薄膜 2、光学防伪：中国高端安全防伪解决方案提供者。 ?法律证卡系统 ?交通安全系统 ?金融安全系统 3、微纳光学在先进显示与照明：具有表面微纳结构制造设备等完整研发、设计、打样和规模生产。 ?微透镜阵列器件 ?导光薄膜 ?微光学器件 ?LED 照明 4、微纳光学制造装备：自主研发“大型激光制版设备”“高速紫外激光干涉光刻设备”“DMD 并行激光直写系统”“纳米压印设备”拥有行业领先水平的紫外激光光刻/刻蚀设备（自主研发），幅面可达700mmx1000mm。具有检测精密图形微结构的检测条件。 ?图形化制造 ?微纳压印 ?LIGA 维旺科技属于维格光电科技控股的子公司，专注于手机与平板显示关键光学薄膜和材料
全息照相技术
全息照相技术 建电131 徐芳勤 02
内容摘要： 全息照相是应用光的干涉来实现的，它用激光作光源，通过全息记录和再现过程实现，全息照相较之普通照相有许多优点，它既记录光波的振幅，又记录位相的全部信息，是一种利用波的干涉记录被摄物体反射（或透射）光波中信息（振幅、相位）的照相技术。全息摄影是通过一束参考光和被摄物体上反射的光叠加在感光片上产生干涉条纹而成。全息摄影不仅记录被摄物体反射光波的振幅（强度），而且还记录反射光波的相对相位。为了满足产生光的干涉条件，通常要用相干性好的激光作光源，而且光和照射物体的光是从同一束激光分离出来的。感光片显影后成为全息图。所以全息照相技术有重要的实际应用。 关键词： 全息照相，波的干涉，全息照片，全息摄影 引言： 我们看到的世界是三维的、彩色的，这是因为每个物体发射的光被人眼接受时，光的强弱、射向和距离、颜色都不同。从波动光学的观点看，是由于各物体发射的特定的光波不同，光的特征主要取决于光波的振幅、相位、和波长。如果能看到景物光波的完全特征，就能看到景物逼真的三维像，这就是全息术。全息术诞生到现在60年来取得了很大的进展，已经被广泛应用于近代科学研究和工业生产中。
1947年匈牙利出生的英国物理学家D.伽柏（D.Gabor）最先提出全息术的设想，意图提高电子显微镜的分辨本领。方法是完全撇开电子显微物镜，用胶片纪录经物体衍射的末聚焦的电子波，得到全息图。 1962年苏前联科学家U.丹尼苏克（Denisyuk)提出了反射全息图的方法，第一次用普通的白织灯照明全息图观察到全息像。 1965年，R.L.鲍威尔，K.A.斯泰特森提出全息干涉术。物体在施加应力前后经过两次全息曝光，再现的全息像上的等高线显示物体变形的状况。 1968年，S.A.本顿发明彩虹全息术，由于可用白光观察全息图，看到记录物体的彩虹像，成为显示全息术的重要进展。它使后来通过模压技术批量生产全息图成为现实。从此全息术才真正的走出实验室，在生产实践和科学研究领域中成为了重要角色，以全息电影和全息电视，全息储存、全息显示及全息防伪商标等各种形式存在。 全息照相原理： 全息照相分为两步。第一步利用干涉法拍摄全息图（全息照片），如图1（a）所示。从激光器发出的相干光束，被分束镜分成两束光，一束光照明到被摄物体，从物体上反射或散射的物光射到感光胶片上。另一部分光束投射到反射镜，被反射的光波直接照射到感光胶片上，这束光称为参考光。物光与参考光在胶片上迭加干涉，产生的干涉图样即记录了物体振幅和位相的全部信息。这张具有干涉图样的胶片经过适当曝光与冲洗处理后，就是一张全息图（全息照片）。这一拍摄
光学微腔的原理及制作研究
科研实践文献综述 学院物理与信息工程学院 专业应用物理学 学号110800703 姓名 指导教师 题目光学微腔的原理及制作研究
光学微腔的原理及制作研究 一、光学微腔发展背景 光学微腔是一种尺寸在微米量级或者亚微米量级的光学谐振腔，它利用在折射率不连续的界面上的反射、全反射、散射或者衍射等效应，将光限制在一个很小的区域。基于回音壁模式( Whispering Gallery Mode，简称WGM[1])的光学微腔成为了近年来研究的热点。首先它作为一种尺寸可与光波长相比拟的光学谐振腔，使得凝聚态中的一些量子电动力学现象得以研究[2]；其次作为一种低阈值激光微腔，在集成光学、信息光学等诸多应用领域有很好的应用前景。目前光学介质微腔的形状也多种多样，主要有微球腔[3]、微盘腔[4]、微环腔[5]、微芯环腔[6]几种。本文主要总结了近年来国内外光学微腔的一些研究现状及成果，并分析了未来的发展趋势。 目前信息与通信技术正以前所未有的速度发展,根据摩尔定 律的预测,大约每18个月处理器的速度和内存的大小就会翻倍, 而且这个速度还将持续十年。如果光学能够在信息与通信领域发挥重大的作用,无疑它将以飞快的速度发展。全光信号处理技术,由于不需要进行光-电-光转换,逐渐成为全光网络系统中前景广 阔的领域之一。对于全光网络设想的实现更需要一些体积更小,结构简单,性能较稳定的光学器件。光学谐振腔是一个重要的光学器件,它在光通讯器件、光纤传感等领域里得到了广泛的应用,同时也是激光器的重要组成部分。所以具有高集成度的微纳米光学谐振腔器件必将成为一个研究的热点。 二、光学微腔的常用制备方法 硅基二氧化硅回音壁模式光学微腔具有高品质因子和小模式体积，使得腔内有较高的光场能量密度。微腔位于硅基之上，与成熟的硅加工工艺相兼容，制作工艺简单，且能够与光纤锥进行高效的耦合，具有可在硅片上单片集成的特点。基于以上特点，回音壁模式微腔可以广泛应用于光纤通信无源器件、非线性光学、低阈值激光器以及腔量子电动力学方面的研究。 光纤拉锥的基本原理是利用火焰产生高温使得光纤硬度变
信息光学
1、 若对函数)(sin )(ax c a a h =进行抽样，其允许的最大抽样间隔为 ||1a 因为)()}({sin f rect x c F = 所以)(1)}({sin a f rect a ax c F = )()}({a f rect a h F =（根据尺度变换得出） 2、 一列波长为λ，振幅为A 的平面波，波矢量K 与x 轴夹角为α，与y 轴夹角 为β，与z 轴夹角为γ，则该列波在d z =平面上的复振幅表达式为)]cos cos cos (exp[),,(γβαd y x jk A d y x U ++=。 3、 透镜对光波的相位变化作用是透镜本身的性质决定的，在不考虑透镜的有限孔径效应时，焦距为f 的薄凸透镜的相位变化因子为)](2exp[22y x f jk +-。 4、 两束夹角为o 30的夹角波在记录平面上产生干涉，已知光波波长为532nm ，在对称情况下，该平面上记录的全息光栅的空间频率为mm cy /973 由于λθ=sin 2d ，（切记此θ值为光线夹角的一半） 得出λθ sin 2=d ； d 是空间的周期，则频率mm cy d f /9731053215sin 216 =?==- 5、 在直角坐标系xyz 中平面的波动方程为 )])cos cos cos (exp[),,(),,(γβαz y x jk z y x U z y x U ++=傍轴球面光波的波动方程为)2exp(|)|exp(||),,(2 20z y x jk z jk z U z y x U += 。 6、 就全息图的本质而言，散射物体的平面全息图，记录过程是物光与参考光的干涉过程，记录在全息记录介质上的是干涉条纹 。再现过程是在再现光照明情况下光的 衍射 过程，若再现光刚好是记录的参考光，其再现像有3个【+1级像 中央0级 -1级共轭像】 7、 写出菲涅尔近似条件下，像光场（衍射光场）),(y x U 与物光场),(000y x U （初始光场） 间的关系，并简述如何在频域中求解菲涅尔衍射积分？
激光传感器原理及其应用
激光传感器原理及其应用 摘要：激光技术和激光器是二十世纪六十年代出现的最重大的科学技术之一。激光传感器是利用激光技术进行测量的传感器，在生产生活领域有独特的优势和应用。 关键字：激光；传感器；优势 1 引言 激光技术和激光器是二十世纪六十年代出现的最重大的科学技术之一。激光技术与应用的迅猛发展，已与多个学科相结合，形成新兴的交叉学科，如光电子学、信息光学、激光光谱学、非线性光学、超快激光学、量子光学、光纤光学、导波光学、激光医学、激光生物学、激光化学等。这些交叉技术与新的学科的出现，大大地推动了传统产业和新兴产业的发展，使得激光器的应用范围扩展到几乎国民经济的所有领域。本文主要介绍激光传感器的原理以及其主要应用领域。 [1] 2 激光传感器原理 激光传感器是利用激光技术进行测量的传感器。它由激光器、激光检测器和测量电路组成。激光传感器是新型测量仪表，它的优点是能实现无接触远距离测量，速度快，精度高，量程大，抗光、电干扰能力强等。 激光与普通光不同，需要用激光器产生。激光器的工作物质，在正常状态下，多数原子处于稳定的低能级E1，在适当频率的外界光线的作用下，处于低能级的原子吸收光子能量激发而跃迁到高能级E2。光子能量E=E2-E1=hv，式中h 为普朗克常数，v 为光子频率。反之，在频率为v 的光的诱发下，处于能级E2 的原子会跃迁到低能级释放能量而发光，称为受激辐射。激光器首先使工作物质的原子反常地多数处于高能级（即粒子数反转分布),就能使受激辐射过程占优势，从而使频率为v 的诱发光得到增强，并可通过平行的反射镜形成雪崩式的放大作用而产生大的受激辐射光，简称激光。激光具有3 个重要特性。[1] 2.1 高方向性（即高定向性，光速发散角小），激光束在几公里外的扩展范围不过几厘米。 2.2 高单色性，激光的频率宽度比普通光小10 倍以上。
光电信息科学与工程专业简介
“光电信息科学与工程”专业简介 一、培养目标 光电信息科学与工程专业的培养目标是：培养具有较高的思想道德和文化素质修养、敬业精神和社会责任感，掌握光电信息科学与工程领域的基本理论、基本知识和基本技能，具备光电信息科学与工程专业的创新精神和应用研究的能力以及高度科学文化素养的，学生毕业后能在光电子学、应用光学、光通信技术、光电集成技术、光电信号检测处理与控制技术、光电子器件制造技术等领域从事科学研究、教学、产品设计、生产技术或管理工作的高级应用型人才。 二、培养规格 本专业学生主要学习光电信息科学与工程的基本理论和技术，掌握光学、电子学等相关学科领域的基本理论和基本知识，了解光电信息技术的前沿理论，把握当代光电信息技术的发展动态，受到科学实验与科学思维的训练，具有在本学科及跨学科的相关领域从事科研、教学、开发的基本能力。毕业生应获得以下几方面的知识和能力： （1）热爱社会主义祖国、拥护中国共产党领导，树立科学的世界观、正确的人生观和价值观，养成高尚的思想道德素质； （2）具有一定的人文、艺术、社会科学、法律等方面的知识，有一定的交流能力和社会适应能力。具有健康的身体和良好的心理素质，了解体育运动的基本知识，掌握一定的体育锻炼技能。 （3）扎实地掌握光电信息科学与工程领域的基础理论及实验技能，具有一定的创新意识和创新能力；在光信息、光电子等方面具有一定的研究、开发应用能力；善于将现代物理应用到工程技术领域，具有一定的分析、处理和解决实际问题的能力。 （4）掌握光信息获取、传输、处理技术、光电子元器件与设备及光信息处理系统的基础理论及专业知识；具有研究、设计、开发、集成及应用光电信息系统及科学研究的基本能力。 （5）掌握一门外语，具有较好的听说读写能力和外语应用能力；具有较好的计算机技能和一定的编程能力。 三、学制、学位、学分与学时 学制：4年(不少于3年，不超过6年,具体按学校有关文件执行) 学位：工学学士 学分：165 学时：2672 四、相关和相近专业 电子信息工程、电子科学与技术、通信工程 五、专业主要课程 工程光学、信息光学、激光原理与技术、电路分析基础、数字电路、通信原理技术、信号系统分析、微机原理、电磁场与电磁波、光电检测技术及系统、光通信技术基础、光电子学、光电图像处理、光学基础实验、光学综合实验、光电综合实验等。
数字全息术综述
数字全息术综述 zzj 摘要本文对数字全息进行较为全面的叙述，谈及数字全息的发展历史与其应用。传统的全息技术是利用高分辨率记录介质，如银盐全息干板、光刻胶等记录介质来记录全息图，难以实现实时、快速及数字化处理。近年来，随着计算机技术特别是高分辨率CCD电荷耦合器件的发展，全息技术的一个重要发展趋势是利用CCD记录全息图并直接输入计算机进行数字处理与再现，即所谓的数字全息术。数字全息最早由顾德门在1967年提出，它是一种光电混合系统，其记录光路和普通光学全自、基本相同，所不同的是它的记录介质和再现方式。数字全息术可方便的用来进行多种测量，具有较广泛的应用前景。 关键字数字全息发展历史应用 1.1数字全息的发展 图1 传统光学全息术流程图 图2 数字全息术流程图 全息术是英国科学家丹尼斯·加伯(Dennis Gabor)在1947年为提高电子显微镜的分辨率，在布喇格(Bragg)和泽尼克(Zernike)工作的基础上提出的。由于需要高度相干性和大强度的光源，直到1960年激光器出现，以及1962年利思（Leith）—乌帕特尼克斯(Upatnieks)提出离轴全息图以后，全息术的研究才进入了一个新阶段。全息术的出现是光学学科中一个划时代的进展，全息图再现物体三维像的能力是其它技术所无法比拟的。但是，全息图的记录通常涉及曝光，显影、定影等一系列比较繁琐的处理过程，难于做到实时记录和再现。1967年，顾德门最先提出数字全息【1】，它是一种光电混合系统，其记录光路和普通全息基本相同，不同的是用CCD摄像机等光敏电子元件代替普通照相干版来拍摄全息图，并将所记录的数字全息图存入计算机，然后用数字计算的方法对此全息图进行数字再现。同传统全息相比，数字全息有它突出的优点：首先它采用光敏电子元件作记录介质，大大缩短了曝光时间，没有了繁琐的湿处理过程，很适合记录运动物体的各个瞬时状态；其次它采用数字再现，不需要光学元件聚焦，方便、灵活，并且对于记录过程中引入的各种诸如像差、噪声等不利因素可以通过编程来消除其影响，使得再现像的质量大大提高。而且更为重要的是数字全息可定量地得到被记录物体再现像的振幅和位相信息，而不只是光强信息，这也是它较普通全息最为优越的一点，由此可得到被记录物体的表面亮度和形貌分布等信息，因此可方便的用来进行多种测量，具有较广泛的应用前景【2~5】。 由于数字全息对记录设备的精度和计算机的性能要求较高，所以此方法在提出后很长一
信息光学考试经典试题
信息光学试题经典浓缩版~~ 一、选择题（每题2分） 1、《信息光学》即《付里叶光学》课程采用的主要数学分析手段是________________。 A 、光线的光路计算 B 、光的电磁场理论 C 、空间函数的付里叶 变换 2、高斯函数)](exp[22y x +-π的付里叶变换为________________。 A 、1 B 、),(y x f f δ C 、)](exp[22y x f f +-π 3、1的付里叶变换为_________________。 A 、),(y x f f δ B 、)sgn()sgn(y x C 、)()(y x f Comb f Comb 4、余弦函数x f 02cos π的付里叶变换为_________________。 A 、)]()([2 1 00f f f f x x ++-δδ B 、)sin()sin(y x f f C 、1 5、圆函数Circ(r)的付里叶变换为_________________ A 、 ρ πρ) 2(1J B 、1 C 、),(y x f f δ 6、在付里叶光学中，通常是以_________________理论为基础去分析各种光学问题的。 A 、非线性系统 B 、线性系统 7、_________________是从空间域内描述相干光学系统传递特性的重要光学参量。 A 、脉冲响应 B 、相干传递函数 8、_________________是从空间频域内描述相干光学系统传递特性的重要光学参量。 A 、脉冲响应 B 、相干传递函数 9、_________________是从空间域内描述非相干光学系统传递特性的重要光学参量。 A 、点扩散函数 B 、非相干传递函数（光学传递函数） 10、_______________是从空间频域内描述非相干光学系统传递特性的重要光学参量。
《信息光学》教学大纲
《信息光学》教学大纲 （理论课程及实验课程适用） 一、课程信息 课程名称（中文）：信息光学 课程名称（英文）：Information Optics 课程类别：专业方向课 课程性质：必修 计划学时：48 （其中课内学时：48 ，课外学时：0 ） 计划学分： 3 先修课程：物理光学、波动光学、高等数学 选用教材：《信息光学》第二版，苏显渝主编，科学出版社，2011；非自编；“十一五” 国家级规划教材 开课院部：理学院 适用专业：光电信息科学与工程专业 课程负责人：郭焱 课程网站： 二、课程简介（中英文） 《信息光学》是光电信息科学与工程专业的一门必修课程。信息光学是近年来发展起来一门新兴学科，它已渗透到科学技术的各个领域，成为信息科学的重要分支，得到越来越广泛的应用。本课程主要内容有线性系统分析，标量衍射理论，光学成像系统的传递函数，相干光理论，光学变换，光全息和信息处理。本课程要求学生掌握线性系统理论、标量衍射理论和光学成像系统理论，初步掌握全息技术、光信息处理技术，了解光信息存储、光学三维传感等前沿领域的技术原理。通过学习本课程，使学生从频域复习和巩固《应用光学》和《物理光学》的部分内容，掌握傅里叶变换的基本定理及应用，熟练使用空间滤波系统和理论来进行光学信息处理。 Information optics is a required course for the specialty of photoelectric information science and engineering. Information optics is a new subject in recent years, it has penetrated into all fields of science and technology, and become an important branch of information science, and it has been widely used in the field of information science. The main contents of this course are linear system analysis, scalar diffraction theory, optical imaging system transfer function, coherent light theory, optical transformation, optical holography and information processing. This course requires students to master the linear system theory, the scalar diffraction theory and optical imaging system theory, preliminary master holographic technology, optical information processing technology and understanding of optical information storage, optical 3D sensing frontier technology principle. Through the study of this course, to enable students to grasp basic theorem and application of Fourier transform from the frequency domain to review and consolidate "Applied Optics" and "physical optics" part of the contents of, skilled in the use of spatial filtering system and the theory of optical information processing. 三、课程教学要求 序号专业毕业要求课程教学要求关联程度