信息光学第二引言.pptx

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1、 20世纪以前的光学古典光学传统光学 20世纪的光学传统光学现代光学 21世纪的光学光子时代的到来王大珩先生说：2121世纪 将是光子的世纪 第1页/共36页20世纪光学的 主要特点光学领域的扩展 应用功能的扩展 研究内容的扩展 应用范围的扩展第2页/共36页20世纪光学的 主要特点1、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第3页/共36页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

2、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、飞秒第4页/共36页20世纪光学的 主要特点 2、应用功能的扩展光学工程 综合技术学科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、智能化第5页/共36页20世纪光学的 主要特点 3、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

3、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第6页/共36页激光核聚激光核聚变变:神光神光II装置装置第7页/共36页载人航天飞行载人航天飞行:神舟神舟5 5号号第8页/共36页风云风云II号气象卫星号气象卫星第9页/共36页嫦娥一号第10页/共36页第11页/共36页绕地球轨道：16h轨道：近地点 200km，远地点 51000km，1.5圈。远地点加速：16h轨道：近地点 600km，远地点 51000km，1.5圈。近地点加速：24h：近地点 600km，远地点 71000km，3圈（停泊轨道）。近地点加速：48h：近地点 600km

4、，远地点 128000km，1圈。近地点加速：116h轨道：近地点600km，远地点 400000km（地月转移轨道）。三次轨道修正。绕月球轨道：第一次近月点制动：12h轨道：近月点200km，远月点8600km。第二次近月点制动：3.5h轨道：近月点200km，远月点1700km。第三次近月点制动：127min轨道：近月点200km，远月点200km。第12页/共36页2.16m 反射望远镜反射望远镜第13页/共36页微光夜视技微光夜视技术术第14页/共36页全息防伪全息防伪技术技术第15页/共36页4、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工生物工程

5、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第16页/共36页许多学科分支和方向 已形成大规模的产业全世界光学和光（电）子学技术产业规模 1995年 达 700亿美元 2000年 达 1030亿美元2010年，以光电子信息技术为主导的信息产业将形成5万亿美元的产业规模，2010年至2015年，光电子产业可能会取代传统电子产业。光电子技术将继微电子技术之后再次推动人类科学技术的革命和进步。光信息光信息科学科学光电子光电子技术技术光电子成为信息产

6、业的主角第17页/共36页机械领域：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第18页/共36页光纤通信：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

7、，人类感官接收客观世界总信息量的90%以上通过眼睛第19页/共36页采集传输处理存储超高速度超大容量信息时代 对 信息技术提出 更高 要求信息爆炸第20页/共36页重返大气层多弹头导弹的 拦截例1弹头数量大于1000枚的情况 要求：在数分钟内完成五项功能1015 次/秒要求达寻 的在329时间内分4阶段拦截、确认结果识 别跟 踪发 射迎 击计算速度第21页/共36页目前 电子计算机 的计算速度举例2005：中科院知识创新工程和上海市信息化建设的重大成果，曙光4000A，计算速度10 的13 次方/秒。2003年2月报道的是：3000亿次/秒。现在：美国国际商用机器公司(IBM)计划名为“红杉”

8、，最高运算速度可达每秒2万万亿次。可达现阶段普通笔记本电脑的200万倍。英国泰晤士报：如果以人类大脑运算能力为参照，“红杉”一天的运算量需要1200亿人花费50年才能完成。轻易超越现有“最快”计算机、每秒可完成大约1000万亿次运算的“走鹃”。任务用以确定核武器安全，“红杉”眼下处于技术研发阶段，定于2011年交付使用。”预计安装在美国能源部位于加利福尼亚州的劳伦斯-利弗莫尔国家实验室。科学家借助“红杉”完成复杂的计算机模拟实验，以确定某种核武器是否安全、能否达到能源部下属国家核安全局关于核武器库存管理的要求。“管理核武器库的难题与(管理)家庭车库中存放二三十年的汽车相似，”助理主管马克说，“

9、汽车老旧过程中如何小心保养，才能确保你能够正常发动它？”第22页/共36页例2高智能机器人计算速度1015 次/秒要求达学习联想推理识别记忆功能：形象声音气味感觉感知:快速计算、快速反应、达到人脑的水平目标：第23页/共36页“现代”机器人能做到吗？打打乒乒乓乓球球！过马路？第24页/共36页2003年2月23日报道v日本研制的世界第一个机器人能行走，能认识10个人会握手、挥手、跟在人后面走关于现代机器人结论电子系统速度慢，现代机器人比不上人第25页/共36页航空、航天中长期天气预报地震预测、预报超大量卫片的图像处理 例3其它领域灾难的避免快速反应快速处理计算速度1015 次/秒要求达第26页

10、/共36页光子技术的优越性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：10-9s光开关速度：飞秒（FS）10-15s对比第27页/共36页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问题滞后效应对比第28页/共36页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、更优第29页/共36页光子技术的优越性传输容量大对比高密度大容

11、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世纪投入使用第30页/共36页光子技术的优越性序言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，快速存储第31页/共36页全息信息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

12、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第32页/共36页 中国的光学中国的光学(光子学光子学)已经对高科技、国已经对高科技、国民经济与人民生活产生了影响。可以预期，民经济与人民生活产生了影响。可以预期，光学（光子学）在光学（光子学）在2121世纪将会像世纪将会像2020世纪的电世纪的电子学（微电子学）那样大发展。让我们一起子学（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为迎接光学（光子学）方面的重大突破而欢呼吧！呼吧！-王大珩王大珩认识

13、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第33页/共36页信息光学-傅里叶光学信号与系统的基本分析方法通信理论、傅里叶分析与现代光学的结合光学信息处理与全息学的基础数学基础二维线性系统分析标量衍射的角谱理论光学成像系统的频率特性光全息术光学信息处理第34页/共36页参考书参考书陈家璧、苏显渝主编：光学信息技术原理及应用（面向21世纪课程教材）高等教育出版社，2002参考书1.吕乃光编,傅里叶光学.机械工业出版社,19872.J.W.Goodman,Introduction to Fourier Optics中译本:美顾德曼著,傅里叶光学导论,科学出版社,19683.吕乃光等编,傅里叶光学-基本概念和题解第35页/共36页感谢您的观看！第36页/共36页