《信息光学》教学大纲--2013以前

1《信息光学》教学大纲（2014年）课程编号：课程名称：信息光学英文名称：InformationOptics学时：48学分：3课程类型：选修课程性质：专业课适用专业：应用物理学电子信息科学与技术先修课程：光学、电动力学，电磁场理论、信号与系统开课学期：第六学期开课院系：物理与光电工程学院一、课程的教学目标与任务本课程为物理系各专业的一门专业选修课，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，部分相干光理论以及光学全息等；介绍晶体光学、光学信息处理等应用技术原理以及最新技术进展。二、本课程与其它课程的联系和分工前修课程：光学，信号与系统，电动力学或电磁场理论三、课程内容及基本要求(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）熟练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.说明：本章主要复习线性系统理论和傅里叶变换相关概念，初步了解光学系统可用线形系统理论方法研究的条件和特点。（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）熟练掌握平面波空间频率的概念和计算方法。（2）熟练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）函数抽样公式和傅里叶变换公式的光学物理意义2（2）复振幅分布和标量衍射理论的角谱理论物理意义3.说明：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，本章掌握程度直接影响到本课程理解和掌握程度。（三）光学成像系统的频率特性（8学时）透镜的相位变换作用，透镜的傅里叶变换性质，透镜的一般变换性质，衍射受限系统相干传递函数CTF和光学传递函数OTF,CTF和OTF的关系，相干与非相干成像系统的比较.1.基本要求（1）熟练掌握透镜的傅里叶变换性质（2）掌握透镜的一般变换特性（3）掌握光学系统相干传递函数CTF和光学传递函数OTF概念（4）典型光瞳CTF和OTF计算方法（5）了解相干与非相干成像特性与比较2.重点、难点重点：透镜的傅里叶变换特性和CTF、OTF概念难点：相干与非相干成像比较3.说明：本章主要研究光经过单个透镜和复杂光学系统成像时空间域以及空间频域描述方法，学习光学系统的传递函数描述方法和物理意义。（四）部分相干理论（6学时）光场相干性的一般概念，互相干函数与复相干度，准单色光的干涉，范西特-泽尼克定理，相干度的测量1.基本要求（1）掌握光学相干性的概念（2）熟练掌握互相干函数和复相干度定义，理解其意义（3）掌握范西特-泽尼克定理（4）了解相干度的测量方法2.重点、难点重点：光学相干性概念的理解和其定量描述（互相干函数和复相干度）难点：互相干函数和复相干度的定义及其测量方法3.说明：本章全面介绍光的相干性概念，在此基础上讨论部分相干光的传播及其光学系统频谱分析的影响，为近代光学将许多光传播过程当作随机过程研究打下基础。（五）光全息术（8学时）光学全息原理，基元全息图分析，菲涅耳全息图、傅里叶变换全息，计算全息术1.基本要求（1）熟练掌握光学全息原理（2）掌握基元波带片和基元光栅制作方法和光学作用。（3）掌握菲涅耳全息图、傅里叶变换全息图记录与再现原理（4）了解计算全息术2.重点、难点重点：光学全息原理难点：基元波带片、基元光栅制作与光再现与光干涉、衍射关系3.说明：本章系统学习光学全息术理论，了解激光全息术不仅仅用于三维全息记录，而3且是光学信息处理中各种滤波器制作的基础和各种全息光学元件制作的基础。（六）空间光调制器（6学时）概述，液晶光阀，电光效应器件，磁光空间光调制器。1.基本要求（1）学习空间光调制器基本功能和基本参数（2）了解液晶光阀器件工作原理（3）学习电光效应原理，了解电光效应器件工作原理（4）学习磁光效应原理，了解磁光效应器件工作原理2.重点、难点重点：液晶光阀、晶体电光效应和磁光效应难点：晶体电光效应和磁光效应3.说明：本章介绍空间光调制器基本性能和参数，在此基础上学习晶体的电光和磁光效应，了解常用电光和磁光效应器件特性。（七）光学信息处理技术（8学时）光学频谱分析系统和空间滤波系统，相干光学信息处理（图像相加减，光学微分，光学图像识别，图像消模糊等，合成孔径雷达），非相干光学处理（图像相加减，图像相关与卷积等）1.基本要求（1）熟练掌握光学频谱分析系统和空间滤波系统工作原理（2）掌握典型相干光学信息处理方法原理（3）掌握典型非相干光学处理方法原理2.重点、难点重点：阿贝-波特实验原理难点：相干与非相干光学信息处理中各种滤波器制作与信息处理原理。3.说明：本章介绍光学信息处理的一般方法。四、教学安排及方式总学时48学时，讲课46学时，实验（或上机或多种形式教学）2学时。教学环节教学时数课程内容讲课实验习题课讨论课上机参观或看录像小计二维线性系统分析22标量衍射的角谱理论88光学成像系统的频率特性88部分相干光66光全息术88空间光调制器66光学信息处理技术88五、考核方式4笔试：待定各教学环节占总分的比例:日常考勤：不定期点名作业：大作业及报告：期末考试：六、推荐教材与参考资料1.陈家璧等编《光学信息技术原理及应用》（第二版），北京：高等教育出版社，20112.钟锡华编《现代光学基础》北京：北京大学出版社，20033.苏显渝等编《信息光学》北京：科学出版社，1999（执笔人：韩香娥审核人：韩一平）2013年8月10日