信息光学1.ppt

《信息光学1.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《信息光学1.ppt（39页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、信息光学讲义：信息光学作者苏显渝，李继陶科学出版社主讲：王克逸TP:13033050910要求背景知识：（1）普物光学（2）数理方法Historyofoptics(恩贝多克利:fire,air,water,andearth;believedthatlighttravelledwithafinitevelocity)欧几里得lighttravelledinstraightlines笛卡儿HistoryofopticsHistoryofopticsHistoryofopticsHistoryofoptics 20世纪以前的光学传统光学传统光学 20世纪的光学 21世纪的光学光子时代的到来光子时代的

2、到来21世纪 将是光子的世纪 古典光学古典光学现代光学现代光学20世纪光学的主要特点1、光学领域的扩展、光学领域的扩展新学科紫外光学、X射线光学、微光夜视、红外光学X射线 紫外近红外 中红外 远红外可见光波段：向两端扩展波长：单色性、相干性研究方向激光器激光全息光强：单光子激光光源星际光源20世纪光学的主要特点 1、光学领域的扩展研究对象：宇宙、宏观、介观、微观研究方向宏大光学微小光学天文望远镜微透镜研究方向天文光学纳米光学空间尺度：百亿光年单原子尺度，介观尺度时间尺度：天文时间原子反应时间（10-15秒）研究方向静态光学瞬态光学如超快速现象纳秒、皮秒、飞秒20世纪光学的主要特点 2、应用功能

3、的扩展、应用功能的扩展光光机机电电算算材材光学精密机械电子材料计算机计算机现代精密仪器：多功能、高效率光、机、电、算一体化技术手段：自动化、数字化、智能化光学工程 综合技术学科20世纪光学的主要特点 3、研究内容的扩展、研究内容的扩展望远镜、显微镜、放大镜等传统光学：研究现代光学：扩展到光子已不仅是作为信息传递的手段，帮助人类认识世界光子也能改变物质的形态，帮助人类改造世界激光核科学技术光探测器全息航空航天图象处理微光光纤与光纤通信图象融合光集成光信息处理灵巧结构光计算机器人视觉等等激光核聚变:神光II装置载人航天飞行:神舟风云II号气象卫星2.16m 反射望远镜微光夜视技术全息防伪技术4、应

4、用范围的扩展、应用范围的扩展空间空间20世纪光学的 主要特点能源能源材料材料微电子微电子生物生物工程工程医疗医疗环境环境保护保护遥感遥感计量计量通信通信印刷印刷核技术核技术生态生态环境环境防灾防灾农业农业精密精密加工加工资源资源保护保护军事军事信息科学信息科学遥测遥测生命生命科学科学化学化学工程工程机械领域：激光加工：打孔、切割、焊接、表面处理激光光刻、激光微细加工、X射线光刻能源领域：太阳能电池、激光核聚变空间卫星的能源，地球能源光电子光电子光电子成为现代产业的主角光电子成为现代产业的主角光纤通信：以低损耗石英光纤和半导体激光器为基础，成为当今通信的主体和方向显示技术：液晶大屏幕显示成为下一

5、代电视的主流;图像显示和复制设备：激光照排、印刷、分色、打印、复印、传真，构成庞大印刷产业成像和探测领域CCD等数字图像设备：扫描仪、传真机、摄象机、摄录机、数码相机使光信息数字化;光电子成像器件和探测器可以涉及到不可见光（微光和红外）光信息科学光信息科学光是最重要的信息载体，人类感官接收客观世界总信息量的90%以上通过眼睛采采集集传传输输处处理理存存储储超高速度超大容量信息时代信息时代 对对 信息技术信息技术提出提出 更高更高 要求要求信息爆炸信息爆炸光子技术的优越性20世纪光学的主要特点响应速度快以光速传播30万km/s（3x108m/s）电信号传输速度：105m/s电子开关速度：10-9

6、s光开关速度：飞秒（FS）10-15s对比对比光子技术的优越性抗干扰能力强不受外界电磁场干扰相互间几乎不干扰可共用一个空间，不“串音”电子受外界电磁场干扰RC问题滞后效应对比对比光子技术的优越性处理速度快电子在电线里传输串行传输：“瓶颈”问题并行传输：由于线径影响出现RC问题对比对比光子可在自由空间传播可在波导内传播并行传输并行处理速度快二维图像处理，更快、更优光子技术的优越性传输容量大对比对比高密度大容量三维空间传输高带宽一根光纤可同时传送多少路电话？106108路一路微波通道，传送103路电话或1路彩电信号美、日报道：超大容量传输系统1012bits/s（Tb/s）21世纪投入使用光子技术

7、的优越性存储密度大海量存储例1200mm双面光盘，2.4mm厚可存储2部电影的全部声、像信息例2全息存储1cm3光折变晶体存储1万幅二维图像，数据量达到10Gbit计算机控制，快速存储全息信息存储空间光空间光空间光空间光调制器调制器调制器调制器探测器探测器探测器探测器成像透镜成像透镜成像透镜成像透镜变换透镜变换透镜变换透镜变换透镜参考光束参考光束参考光束参考光束 信号信号信号信号光束光束光束光束激光器激光器激光器激光器待存储待存储待存储待存储的信息的信息的信息的信息数据页数据页数据页数据页记录介质记录介质记录介质记录介质 中国的光学(光子学)已经对高科技、国民经济与人民生活产生了影响。可以预期

8、，光学（光子学）在21世纪将会像20世纪的电子学（微电子学）那样大发展。让我们一起为迎接光学（光子学）方面的重大突破而欢呼吧！-王大珩认识光,驾驭光发展光学你们这一代人将成为最有希望的力量是一支强大的生力军参考书：1.，宋菲君，科学出版社 高级科普读物，适合于光学背景弱或想尽快了解信息光学全貌。可提高学习趣味;2.，宋菲君，北京大学出版社;3.J.W.Goodman,Introduction to Fourier Optics,Mcgraw-Hill,New York,1968.A.W.罗曼著（虞祖良、金国藩）;4.光学信息处理，清华大学出版社，1987;5.美杨振寰著（母国光、羊国光、庄松林

9、译）光学信息处理，南开大学出版社，1986;6.麦伟麟著,光学传递函数及其数理基础，国防工业出版社，1979。信息光学的发展光学发展经历了几百年几何光学波动光学惠更斯(ChistainHuygens1629-1695)菲涅耳(AugustinJeanFresnel1788-1827)夫琅禾费麦克斯韦 电磁波爱因斯坦 光量子已形成了完整的理论体系以及与理论配套试验方法。信息光学经历40年的发展，已形成较为完整的学科。信息光学产生于三件大事 (1)1948年全息术诞生，获得全息图；(2)1955年提出“光学传递函数”概念，用于评价光学镜头 质量；(3)1960年激光器诞生，出现了有高度相干性的光源

10、。构成了信息光学的基础。而透镜的傅里叶变换效应则构成了信息光学的理论框架。信息光学研究物体的衍射行为规律，标量衍射理论是本课的理论基础。该理论有其特定的适用范围（空间上）。包括菲涅耳衍射夫琅禾费衍射傅里叶光学是一个体系完整的学科。有完整的数学描述，表达式中各部分有明确的物理意义。该理论要求接收面离物较远z.在近距离（）上，光与物质相互作用可用矢量衍射理论或电磁场理论处理。例如BPM、FDTD法。在以后的微光学课程中介绍。在信息光学中，从“空域”“空间坐标系”观念对图像的描述过渡到用“频域”或“频率坐标系”描述。开辟了新天地。由传统的波动光学，在引入傅里叶变换后，形成了新的学科信息光学（或傅里叶

11、光学）。光学信息处理特点是高度并行、大容量、高速。（1）透镜的傅里叶变换特性可视为模拟计算机（与数字计算机类比）（2）全息记录、读取过程是整页进行（3）图像处理、图像识别本课重点讲授一、二、三、五、八、九、十章本课学完后可以对光学现象有一个新认识。1衍射场计算；2透镜成像本质；3显微镜分辨本领，改进方法。新成像技术；共焦、近场、暗场、相位显微镜；4图像处理原理,图像识别；5光学传感器（指纹识别）；6理解高级光学仪器原理；遥感技术成像光谱仪工业检测细丝测量军事技术相关器科研仪器傅里叶变换光谱仪、光学显微镜日常生活相机使用当前信息光学的前沿课题有：(王大绗）（1）图像特征信息的提取，在大量图像信息中选择所需要 的信息，排除冗余的信息，以便于传输和识别；（2）利用光学或光电手段，实现图像识别；（3）图像的智能化处理，例如对图像信息的相关、联想以及综合处理等；（4）图像处理的实时化；（5）多维并联的光学或光电计算机；（6）光学信息仿生学，研究动物和人的视觉及神 经网络系统等。这都说明信息光学的发展正处于方兴未艾阶段。课程考核作业10考试90（开卷）讲稿PDF文件上载到ftp:/202.38.71.103