信息光学复习提纲

信息光学复习提纲 （自编）

第一章 二维线性系统

1．空间频率的定义是什么？如何理解空间频率的标量性和矢量性？ 2．空间频率分量的定义及表达式？

3．平面波的表达式和球面波的表达式？

对于单色光波。

时间量 空间量 22v T πωπ== 22K f ππλ== 时间角频率 空间角频率

其中：v ----时间频率 其中：f ---空间频率

T----时间周期 λ-----空间周期

物理意义： ① 当0

90,,<γβα时0,,>z y x f f f ， 表示k 沿正方向传播； 当0

90,,>γβα时0,,

沿负方向传播。

② 标量性， 当α↗时，αcos ↘→x f ↘→x d ↗； 当α↘时，αcos ↗→x f ↗→x d ↘。 ③标量性与矢量性的联系 x x f d 1= λαcos =x f

条纹密x d ↘→x f ↗→α↘→θ↗

条纹疏x d ↗→x f ↘→α↗→θ↘ 可见 ：条纹越密（x d 小），衍射角越大 条纹越疏（x d 大），衍射角越小

2．空间频率概念

光波的表示式为：

(,,)0(,,,)(,,)j t j x y z x y z t x y z e e ω?μμ-=? 0(,,)jK r j t x y z e e ωμ-=? (1.10.2)

显然，光波是时间和空间的函数，

具有时间周期性与空间周期性。

3．平面波的表达式 ① 单色平面波的公式 ()()()00,,,cos ,,j t jk r j t

U x y z t t k r e e U x y z e ωωμωμ-?-=-?=?= 式中复振幅为：

()0,,jk r U x y z e μ?=

()[]γβαμcos cos cos ex p 0z y x jk ++=

令 c z y x =++γβαcos cos cos 可见：等相面是一些平行平面 ②任一平面上的平面波表示式

()()()101,,exp cos exp cos cos U x y z jkz jk x y μγαβ=+????

(()exp exp cos cos 0jkz jk x y μαβ??=+?? ()[]βαcos cos ex p 0y x jk U +=

(1.10.36)

令 c y x =+βαcos cos 可见，等位线是一些平行线

③用空间频率表示的平面波公式 λαcos 1==x x T f ，1cos y y f T βλ==，1cos z z f T γλ== ()????????? ??++=z y x j z y x U λγλβλαπμcos cos cos 2exp ,,0 ()()[]z f y f x f j z y x U z y x ++=πμ2ex p ,,0 4、球面波的表达式 ⑴ 单色球面波的复振幅 发散波：(k 与γ一致) ()()0,,,,,jkr j t j t a U x y z t e e U x y z e r ωω--==

式中： ()0,,jkr a U x y z e r = (1.10.5) 会聚波：(k 与γ 反向)

()()0,,,,,jk r j t j t a

U x y z t e e U x y z e r ωω-?--==

式中： ()0,,jkr a U x y z e r

-= (1.10.6)

r ⑵ 球面波光场中任一平面上的复振幅分布 设球面波中心与坐标原点重合，则y x ,平面上的复

振幅为 ()01,,jkr a

U x y z e r

=

22012

1exp 12a x y jkz r z ????+=+?? ????

? ()?? ?+?≈220exp exp y x jk jkz a

4．相干照明下物函数复振幅的表示式及物理意义？

5．非相干照明下物光强分布的表示式及物理意义？

1、 相干照明

设()y x f ,为一物函数的复振幅，其傅氏变换对为 ()()(),exp 2x y x y F f f f x y j f x f y dxdy

π∞

-∞

??=-+???? ()()(),,exp 2x

y

x

y

x

y

f x y F f f j f x f y d f df

π∞

-∞

??=+???

?

可见：物函数

()y x f ,可以看作由无数振幅不同方向不同的平面

波相干迭加而成。

即：

()y x f ,可以分解成振幅不同，方向不同的无数平面波

6．线性系统的定义 7．线性系统的脉冲响应的表示式及其作用

8．何谓线性平移不变系统

9．卷积的物理意义 将输入函数分解为许多不同位置的函数的线性组合，每个脉冲按其位置不同分别加权然后叠加起来， 就得出系统对输入函数的整体响应。

（注意：与线性叠加的意义相似，不同的是它不随位置变化而变化----线性空不变。）

10．线性平移不变系统的传递函数及其意义

2、非相干照明

()()(),,exp ,x y x y x y F f f F f f j f f ???=??

代入上式得：

可见：

光强分布()y x f ,可以分解为大量余弦基元的 加权组合。

物理意义： 非相干光照明下的光强分布()y x f ,，可以分解成

无数不同取向，不同空间频率，不同幅值的余弦形式的

强度分布，即可以分解成无数对幅值各自相同，方向对

称的平面波。

2cos j j e e ααα-??=+??一对平面波 1． 线性系统的定义

若对所有的输入函数()y x f ,1和()y x f ,2和复常数21,a a ，输出满足下列关系式：

()(){}(){}(){}11221122,,,,a f x y a f x y a f x y a f x y +=+ (1.3.5)

则称系统为线性系统。 {组合的响应（变换）??→?化为响应（变换）的组合} 式中：

()(){}2211,;,,h x y x y ξηδξη=-- (1.5.5) — 称为系统的脉冲响应。 上式表明： 线性系统的性质完全由脉冲响应函数来决定，对于()22,;,h x y ξη已知的系统，任何输入函数所对应的输出

函数都可以用上述积分求出。

物理意义： 对于一个线性成像系统，只要知道了物场中各点的像，则任何物的像便可求出。

3．线性不变系统 ： 时间不变系统

空间不变系统 ①时间不变系统： 不同时间输入同一信号，其输出信号（函数）形式

不变。即对于相同的输入信号，其输出信号不随输入时间的改变而改变。

②空间不变系统： a.人不因站的位置不同而使象有所改变，

b.站在中间的人和两旁的人，拍出来的象都不变形。 (1) 线性不变系统的定义。 输入()y x f ,，通过系统后，其输出为

()y x g , 即： ()(){}

2211,g x y f x y = 如果()y x f ,有一位移(),ξη，其输出的函数形式不变 即： ()(){}

2211,,g x y f x y ξηξη--=-- 则该系统称为不变系统。

11．线性平移不变系统的本征函数（有两个本征函数，08级填空题）

第二章 光的标量衍射理论 1．衍射的定义

衍射规律是光波传播的基本规律

何谓衍射:

索末菲定义：不能用反射或折射来解释的光线对直线光路的任何偏离

惠更斯—菲涅尔定义：光波在传播过程中波面受到限制，使自由完整的波面产生破缺的现象称为衍射

现代定义：光波在传播过程中不论任何原因导致波前的复振幅分布（包括振幅分布和位相分布）的改变，使自由传播光场变为衍射光场的现象，都称为衍射。

2．惠更斯-菲涅耳原理（08级简答填空题）

任何时刻波面上的每一点都可作为次波的波源，各自发出球面次波；在以后的任何时刻，所有这些次波波面的包络面形成整个波在该时刻的新波面。

惠更斯原理的数学表达式：

设0P 点是点源P '发出的一个球面单色波阵面的瞬时位置，P 点是光扰动待定的一点。按惠更斯—菲涅耳原理，

得0P 点面元对P 点扰动的贡献为： ()()ds r

e r Ae K C P dU jkr

r jk ?'?='θ P 点的总扰动为： ()()ds r

e K r Ae C P U

jkr

r jk ??'=??

∑

'θ 式中：C 为常数，()θK 为倾斜因子 3．衍射的基尔霍夫公式及其线性表示

()()()ds r e r n r n r Ae j P U jkr

r jk ???

????'-?'=

??

∑

'2,cos ,cos 1

λ

()()ds r e K P U j jkr

?=??∑

θλ01

??-==dS

r T t r

K C

dE E )(2cos )(λ

πθ

线性表示：()()()000000,,,U

x y U x y h x x y y dx dy ∞

-∞

=--??

观察平面上光场的复振幅分布，等于孔经平面上透射光场的复振幅()00,y x U 与脉冲响应()00,y y x x h --的卷积 因此，衍射系统可以等效于一个线性空不变系统，故可用线性系统理论分析衍射现象，这一结论是傅里叶变换与光学互相结合的纽带之一。

4．菲涅耳衍射公式及其近似条件

菲涅耳衍射条件：

()

()[]

2

2

0203

4y y x x z -+->>λ

π 满足该条件的区域称为菲涅耳区

5．菲涅耳衍射与傅立叶变换的关系

-----菲涅尔衍射公式的傅里叶变换表达形式

可见：观察平面上的复振幅分布正比于()()

??

??

??+2020002ex p ,y x z jk y x U 的傅里叶变换，观察平面上光场的函数分布随着z 增大会发生变化。 ----即沿z 轴亮暗交替

6．会聚球面波照明下的菲涅耳衍射

为了消除菲氏衍射中 ()

??

??

??+20

202ex p y x z jk 的影响，可以采用会聚球面波照明的方法

即：观察屏上的菲涅耳衍射图样的复振幅分布与衍射屏上的复振幅透过率的傅里叶变换成正比。

7．夫琅和费衍射公式

()()22

1(,)exp exp 2k U x y jkz j x y j z z λ??=+????()()000000

2,exp j U x y xx yy dx dy z πλ∞

-∞???-+??????

8．夫琅和费衍射的条件及范围

2

20

()210x y k z π+≤

或：

22

00()210x y z λ+≤ 9．夫琅和费衍射与傅立叶变换的关系

()

()

{}),(2ex p )ex p(1,0022y x U y x z k j jkz z j y x U ???????+=

λ

表明：观察屏上光场复振幅分布正比于衍射屏上透射光复振幅分布的傅里叶变换。 特殊地：当用单位振幅平面波垂直照明衍射物时衍射屏平面上透射光场的复振幅为：

()()()000000,,1,y x t y x t y x U =?=

10．矩形孔的夫琅和费衍射

衍射平面的光强度为：

()2

22,sin sin ab ax by I x y c c z z z λλλ??????=? ? ? ?

?????? 11．圆孔的夫琅和费衍射

{})(2ex p )ex p(1)(02r t r z k j jkz z j r U B ??? ??=λ()??

???????? ??=z kar z kar J r z jk jkz z j ka //22exp )exp(2122 强度分布为：()()2

12

2

//22?????

????? ?

?=z kar z kar J z

ka

r I

第三章 光学成象系统的衍射特性及频率传递函数

1．透镜的位相变换函数

2．透镜焦距的判别

透镜的位相函数平面波入射时 只要按照符号规则去确定曲率半径的正负，求出透镜焦距的正负，就可知道该透镜在光路中所起的作用。 3．物体位于透镜各个部位的变换作用

1.物体放在紧贴透镜前平面时其在透镜后焦面上的复振幅分布

物后： 透镜后：

后焦面上：

1）透镜后焦面上的光场分布正比于透明物体透过率函数的傅里叶变换 2）它的空间频率取值与后焦面坐标的关系由 给出。 ()()

22,exp 2l k

t x y j x y f ??=-+????

00j j e e f f ?

?-?>???→?→?

发散球面波0000(,)(,)l U x y t x y =()2

200000

0(,)(,)exp 2l k

U x y t x y j x

y f

??'=-+??

?

?

{}2200,1

(,)exp (,)2f

f

x

y f f x

y f f f f f f

f

x y U x y jk t x y j f f λλλ==

??+=

? ???F ,f f x y x y f f ==

3）利用透镜能较方便地实现夫琅和费衍射 4）记录和观察平面的光强分布 式中：

2.物体放在透镜前焦面时其在透镜

后焦面上的复振幅分布

重要的结论：

当复振幅的透过率为 的透明物体放在透镜的前焦面上，在单位振幅平面波垂直照明下，则在透镜的后焦面上获得 的准确的傅里叶变换。傅里叶变换前的位相因子消失。后焦面上的位相分布与物体频谱的位相分布完全相同。

3. 物体放在紧贴透镜后平面上时它在透镜后焦面上的复振幅分布

4.一般情况 1.

2.物在透镜后

221(,),f f f f f x y I x y T f f f λλλ????= ? ?????(){}

,,f f x y T t x y f f λλ??= ???

F {},11

(,)(,)(,)f f

x

y x y f f f o x y o o f f f f

U x y A f f t x y j f j f λλλλ====F (,)o o t x y (,)o o t x y

考察上两式可知：不管物体置于透镜前或后，只要观察面是光源共轭象面，其衍射都属于夫琅和费型衍射即：衍射物光场（象面光场）与衍射物之间存在傅里叶变换关系。

4．几种典型的傅立叶变换光路

2 物体在透镜后

1.照明的圆形区域大于物体尺寸，投影光瞳函数可从式子中略去。

2.照明的圆形区域小于物体，后焦面上光场分布也正比于有效物体的傅里叶变换，这时，有效物体可表示

为t(x0,y0) (x0f/d0,y0f/d0) 。

5．透镜的脉冲响应

对于一个线性系统，在空间域中:

如果系统是线性空间不变系统，则：h是线性系统的脉冲响应

在频率域中，输入输出的关系为：

()()

22

00

0000

00

exp,exp

2()

i i i i

i i

i i

x y x x y y

U x y C jk t x y jk dx dy

d d d d

∞

-∞

????

++

=???-

????

--

????

??

()()

22

,exp,,

2

f f f f

f f f f f

x y x y

k

U x y C j x y T P

f f f f f

λλλλ

????

??

'

=+*

?? ? ?

??????

()

{}

00

,,

f f

x y

P p x y

f f

λλ

??

=

?

??

式中，F

()()

,

0000

2

0000

22

2

000000

exp()

,exp,,

2

exp()

exp,,

2

x y

f f

f f

x y

f f

f f

f f f

f f f f f f

x y

f jkd f f

U x y jk t x y p x y

j d d d d

x y x y x y

f jkd

jk T P

j d d d d d d

λλ

λ

λλλλλ

==

??

+??

??

= ???

?

???

??

??

??

??

+????

=*

? ? ?

?????

??

F

00

0000

,,

f f

x y f f

P p x y

d d d d

λλ

??

????

??

=??

? ?

??

????

??

式中，F

()

(,)(,),,,

g x y f h x y d d

ξηξηξη

∞

-∞

=??

()

(,)(,),

g x y f h x y d d

ξηξηξη

∞

-∞

=--

??

(,)(,)(,)

x y x y x y

G f f F f f H f f

=

系统的传递函数：

是脉冲响应的傅里叶变换，系统在频率域中的特性，完全由表征

6．相干传递函数与光瞳函数的关系

相干传递函数的意义：

1、它表征相干照明下衍射受限系统的成象特性

2、可根据式用乘法运算确定输入与输出的关系

3、上式表明，相干传递函数与光瞳函数相等，仅在空域坐标和频域坐标存在一定的坐标缩放关系7．会求几种光瞳的截止频率

1、求出射光瞳是边长为的正方型的衍射受限系统的截止频率

解：光瞳函数为：

知其截止坐标为：

传递函数为：

比较两式得：

故其截止频率为：

最大截止频率为：

2、出射光瞳是直径为的圆形孔径的衍射受限相干系统的截止频率

解：光瞳函数为：

知其截止坐标为：

得传递函数为：

比较两式得：

得截止频率为：

{}

(,)(,)(,)exp2()

x y x y

H f f h x y h x y j f x f y dxdy

π

∞

-∞

??

==-+

??

??

F

(,)

x y

H f f

()()

y

i

x

i

y

x

c

f

d

f

d

p

f

f

Hλ

λ,

,=

c

g

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H

G

G=

y

x,y

x

f

f,

()

??

?

?

?

≤

=

=

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

=

其它

2

1

,

l

y

x

l

y

rect

l

x

rect

y

x

p

2

l

y

x=

=

()()

,

c x y i x i y

H f p d f d f

λλ

=i y

i x

d f

d f

rect rect

l l

λ

λ??

??

=? ?

?

????

2

i x i y

l

x y d f d f

λλ

====

2

x y

i

l

f f

d

λ

==

i

i

i

y

x d

l

d

l

d

l

f

f

f

λ

λ

λ2

2

2

2

2

2

2

2

?

=

??

?

?

?

?

+

??

?

?

?

?

==

+

=

()

??

?

?

?≤

+

=

??

?

?

?

?

?+

=

其它

2

1

2

,

2

2

2

2l

y

x

l

y

x

circ

y

x

p

2

2

2l

y

x

r≤

+

=

()()

,

c x y i x i y

H f f p d f d f

λλ

=

()()

??

?

?

?

?

?+

=

2

2

2

l

f

d

dif

circ y

i

x

λ

λ

()()()()

2

22

2222

i x i y i x y

r x y d f d f d f f

λλλ

=+=+=+()2

2

l

f

d

f

d

i

i

≤

=

=λ

λ

i

d

l

f

λ2

=

第四章 光学成像系统的光学传递函数 1．强度脉冲响应的定义

定义： 为系统的复振幅脉冲响应 则： 2．非相干照明系统的物象关系

上式表明：1、非相干照明下，系统的像分布是几何像分布与强度脉冲响应的卷积

2、非相干照明下的衍射受限系统对强度是线性空不变系统

3．光学传递函数的公式及求解方法 非相干成像系统的光学传递函数 记作OTF 定义式： 实际的光学系统中： 式中： 称为调制传递函数MTF ； 称为相位传递函数PTF MTF 描写了系统对各空间频率分量对比度的传递特性；PTF 描述了系统对各空间频率分量产生的相移。 OTF 是改变对比度和相对相位。

CTF 是相干成像系统的相干传递函数，OTF 是非相干成像系统的光学传递函数。 求衍射受限系统的OTF 只不过是计算归一化重叠面积 4．会求几种情况的光学传递函数及截止频率 1、计算出射光瞳边长为

的正方形的衍射受限系统折OTF （光学传递函数）和截止频率（07级计算题）

解：已知光瞳函数为

根据对光学传递函数的几何解释公式有：

由图示的几何关系知： 光瞳的总面积： 光瞳的重叠面积： 代入 H 式得： 式中：

式中：

是系统在相干照明下沿x,y 方向的截止频率，而在非相干照明下， 系统沿x,y 方向的截止频率为 即： 2、计算出射光瞳直径为 圆形孔径的衍射受限系统的 OTF （光学传递函数）及其截止频率（08级计算题）

()()()

i

i i i i i i y x y x h y x y x h y x y x h ,;,,;,,;,00*

0000=()

200,;,i i y x y x h =()()()00*0000~,~~,~~,~y y x x h y y x x h y y x x h i i i i i i i ----=--()

20

0~,~y y x x h i i --=()()()0

,,,i i i g

i

i

i

I x y I x y h x x y y dx dy ∞

-∞

=--?

?(,)i x y f f H (,)(,)(,)i x y g x y i x y f f f f f f =H A A (,)(,)exp (,)x y x y x y f f m f f j f f ???=??H (,)x y

m f f (,)x y f f ?{}(,)c x y H f f h =F ()0,(,)x y x y S f f f f S ==重叠区域面积光瞳总面积H ()?

?

??????l y l x ()

0()

()x y S f f S =重叠面积总面积H 2

0l

S =()()()???

?

??????≤=-?-=?=其它0,i y x y i x i y x d l f f f d l f d l y x f f S λλλ()()()20,i x i y x y l d f l d f S f f S l λλ--==H 11i y i x d f d f l l λλ????=-- ? ?????????

?

??

?-????? ???-=i

y i x d l f d l f λλ221221i d l f λ20=???

? ??-???? ??-=002121f f f f y x ???? ?????? ??=0022f f tri f f tri y x i

d l

f λ20=i y x d l f f λ==000222x y i i

l l f f f d d λλ===?=

解：根据定义有：I ） 而光瞳总面积： 两圆重叠的面积为： 代入 H 式得：

由于圆频率坐标的方向任意性（圆对称性），有：

II ）由上式 时， 求截止频率 而由图知：

，即

又由图得： 故 亦可改写为：

其截止频率为： 第六章 光学全息照相

1．试列出全息照相与普通照相的区别 全息照相的特点：

（1）全息照相以光的干涉和衍射等物体光学规律为基础。 （2）所再现的物体是逼真的三维立体图象。

（3）全息照相在物体和底片（全息图）之间是点面对应的关系。将全息图分成若干小块，其中任一小块都能再现原物体的完整像

（4）全息照相在一张全息感光板（底片）用多次曝光法可重叠拍摄若干各场景。再现时各场景可互不干扰。

（5）全息照相记录的是物光波和参考光波的干涉条纹，要求物光和参考光是相干光，必须用时间相干性和空间相干性很高的激光作光源。

2．简述全息照相的基本原理

()()

()0x y f f S =

总面积H 222

042l l R S πππ=??? ??==()弓形S f S x ?=20,()

θθ2sin 22122-?=R ()2

22sin cos 2l θθθ??=- ???()()22022sin cos 2,04

x

l S f S l θθθπ??

- ???

==H ()

π

θθ

θ

cos sin 2-=()()2sin cos 0i

l d θθθρπ

λρ?-≤

?=???其它H 0=θ()0ρ=

→H 22cos 22i x i i d f d d l l l

λλρλρ

θ===1cos =∴o 1≤l d i ρλi d l λρ≤

?→?得0222cos ρρ

λρλρρλθ=?

===i

i i d l d l l d i

d l λρ20=?

??? ??=∴2arccos ρρθ22221222sin 122i i i d l l d l l l l d λρλρρθλ??????-??- ? ? ??????? ?==- ? ???202

21221???? ??-=?????? ???-=ρρλρi d l ()ρH ()200002cos 122220i l acr d ρρρρρρπρρρλ??

??????-≤

=? ? ??=??????

???其它H i d l

λρρ=≤0

2

信息光学复习重要知识点

1.常用的非初等函数：矩形函数、Sinc函数、三角形函数、符号函数、阶跃函数、圆柱函 数。 2.δ函数的定义：a.类似普通函数定义b.序列极限形式定义c.广义函数形式定义 δ函数的性质：a.筛选性质 b.坐标缩放性质 c.可分离变量性 d.与普通函数乘积性质 4.卷积，性质：线性性质、交换律、平移不变性、结合律、坐标缩放性质 5.互相关，两个函数f(x,y）和g(x,y)的互相关定义为含参变量的无穷积分 6.惠更斯-菲涅尔原理：光场中任意给定曲面上的诸面元可以看作是子波源，如果这些子 波源是相干的，则在波继续传播的空间上任意一点处的光振动都可看作是子波源各自发出的子波在该点相干叠加的结果。 7.基尔霍夫理论：在空域中光的传播，把孔径平面上的光场看作点源的集合，观察平面上 的场分布则等于他们所发出的带有不同权重的因子的球面子波的相干叠加。 8.角谱理论：孔径平面和观察平面上的光场分布都可以分别看成是许多不同方向传播的单 色平面波分量的线性组合。 9.点扩散函数：面元的光振动为单位脉冲即δ函数时，这个像场分布函数叫做~。 10.菲涅尔衍射成立的充分条件： 传递函数： 11.泰伯效应：当用单色平面波垂直照明一个具有周期性透过率函数的图片时，发现在该透 明片后的某些距离上出现该周期函数的现象，这种不用透镜就可以对周期物体成像的现象称为~。 12.夫琅禾费衍射： 13.衍射受限系统：不考虑系统的几何像差，仅仅考虑系统的衍射限制。 14.单色信号的复表示：去掉实信号的负频成分，加倍实信号的正频成分。 多色信号的复表示： 16.如果两点处的光扰动相同，两点间的互相干函数将变成自相干函数。 18.光学全息：利用干涉原理，将物体发出的特定光波以干涉条纹的形式记录下来，使物光 波前的全部信息都储存在记录介质中，做记录的干涉条纹图样被称为“全息图”，当用光波照射全息图时，由于衍射原理能能重现出原始物光波，从而形成与原物体逼真的三维像，这个波前记录和重现的过程成为~ 19.+1级波（虚像），-1级波（实像），±1级波（赝像） 20.从物光与参考光的位置是否同轴考虑：同轴全息、离轴全息。 从记录时物体与全息图片的相对位置分类：菲涅尔全息图、像面全息图、傅里叶变换全息图。 从记录介质的厚度考虑：平面全息图、体积全息图。 21.菲涅尔全息图：记录平面位于物体衍射光场的菲涅尔衍射区，物光由物体直接照到底片 上 傅里叶全息图：物体或图像频谱的全息记录。

应用光学课程设计

上海电力学院 《应用光学课程设计》课程设计报告 课题名称应用光学课程设计 课题代码132601904 院（系）计算机与信息工程学院 专业 班级 学生 指导教师 时间 2011 /2012学年第 2学期

一、课程设计目的： 1、 通过本课程的学习，学会使用ZEMAX 软件，了解并掌握使用该软件绘制光路原理图和光路优化的方法。 2、同时学会使用该软件设计、绘制以及添加各种元器件的基本技巧、基本 方法和步骤。 二、课程设计要求： （1） 请建立一个以“学号+姓名”为文件名建立一个文件夹，用来存放所有文 件，报告中的截图采用“学号+姓名”为名。 （2） 绘制光学系统图；绘制优化前后的像差曲线图。 （3） 熟悉ZEMAX 软件光学设计的步骤和方法 （4） 熟悉各种像差产生的原因 （5） 能够在软件中察看7种像差的大小 （6） 完成设计内容，提交设计报告，通过答辩。 三、设计内容与过程: mm f 180'=，?=82ω，6/1'/=f D ，mm D 30=∴ 083.012 118015'1',152 ====== f h u mm D h 58.124tan 180tan ''+=?+=+=ωf y 04.158.12083.01'''=??==y u n J ' 'u in Si -=∴2 ()083.02'?-=L δ2()106088005.0?=-?-5 ''u n Sic -=2()083.0'-=?FC L 21088.6001.0?=?-6 1088.6p 15?=?== n p Si -5 0=Sii ()15=Sic 2Ci 1088.6?=-6 1058.4?=p -6 0=W 1005.3?=Ci -8 108?=∞p -5 0=∞W 105.5?=Ci -6 ()1 .085.00+?-=∞W P P 2 00842 .0-=

信息光学重点解答题

（1）()?? ? ? ?-=?? ? ??-?? ? ? ?-=?? ? ??--2 5.22 121*232121*32x rect x rect x x rect x δδ （2）()()1*=x rect x comb （3）??? ??+21x rect *?? ? ??-21x rect 设卷积为()x g ，当0≤x 时，()x g =220+=?+x d x α，当0>x 时，()x g =x d x -=?22α ()?????>-<+=0,2 10 ,212x x x x x g 即 ()?? ? ??Λ=22x x g （4）已知()2 ex p x π-的傅里叶变换为()2 ex p πξ-，求 (){}()222 ex p ex p ξππ-=-x (){}() 2 2222 2ex p 22/ex p ξσππσ-=-x （5）单位振幅的单色平面波垂直入射到一半径为a 的圆形孔径上，试求菲涅耳衍射图样在轴上的强度分布 解：孔径平面撒谎能够的透射场为()??? ? ??+=a y x circ y x U 2020000,由菲涅耳公式，当0==y x 时，得到轴上点的复振幅分布为 ()()0020 202 020 2exp exp ;0,0dy dx z y x jk a y x circ z j jkz z U ??? ? ??+??? ? ? ?+=??∞∞-λ ()rdr z r jk d z j jkz a ?????? ??=02202exp exp π θλ()??? ? ?????? ??-=z a z a jk jkz j λπ2sin 4exp exp 222 ()??? ? ??=z a z I λπ2sin 4;0,022 (6)焦距 mm f 500=，直径mm D 50=的透镜将波长nm 8.632=λ的激光束聚焦，激光束的截面mm D 201=。试求透镜焦点处的光强是激 光束光强的多少倍？ 解：设入射激光束的复振幅为0A ，强度为200A I =，通过透镜后的出射光场为，将此式代入菲涅耳衍射公式，并令0==y x 得焦点处的复振幅 和光强为 ()()()4exp 2/exp ;0,02100012 020 0D z j jkz A dy dx D y x circ z j jkz A f U πλλ=??? ? ? ?+=??∞∞- ()6 02120 104;0,0?≈??? ? ??=I f D A f I λπ （14）彩虹全息照相系统中使用狭缝的作用是什么?为什么彩虹全息图的色模糊主要发生在狭缝垂直的方向上？ 在彩虹全息照相中使用狭缝的目的是为了能在白光照明下再现准单色像。在普通全息照相中，若用白光照明全息图再现时，不同波长的光同时进入人眼，我们将同时观察到相互错位的不同颜色的再现像，造成再现像的模糊，即色模糊。在彩虹全息照相中，由于狭缝起了分色作用，再现过程中不同波长的光对应不同的水平狭缝位置，通过某一狭缝位置只能看到某一准单色的像，从而避免了色模糊。 在彩虹全息照相中，为了便于双眼观察，参考平面波的选择总是使全息图的光栅结构主要沿水平方向，因而色散沿竖直方向。狭缝沿水平方向放置，这样色散方向与狭缝垂直，即色模糊主要发生在与狭缝垂直的方向上，这样做的结果便于人眼上下移动选择不同颜色的准单色像

应用光学课程设计(终)

第一类题目：双目望远镜 要求： 1）双镜筒之间可以调节距离，调节范围56～72mm 2）右眼目镜可以调节视度，调节距离 1000 52 e f x ' ±= 3）透镜间空气间隔公差05.0±mm 4）透镜装调光轴偏心5'（角分） 参考： 目镜2-28， 焦距216.20='e f mm （参考光学仪器设计手册P295） 目镜2-25 焦距597.15='e f mm （参考光学仪器设计手册P294） 别汉屋脊棱镜 （参考光学仪器设计手册P92） 普罗I 型棱镜 （参考工程光学郁道银P47） 1、设计一个10倍的双目望远镜 全视场： 0 62=ω；出瞳直径：d=4.0,镜目距：5.10=p ；分辨率："6=α；渐晕系数： 6.0=k ；棱镜的出射面与分划板之间的距离：3.28=a ；棱镜：普罗I 型棱镜；材料：BAK7；目镜： 2-25 2、设计一个8倍的双目望远镜 全视场： 0 72=ω；出瞳直径：d=5,镜目距：20=p ；分辨率："6=α；渐晕系数： 55.0=k ；棱镜的出射面与分划板之间的距离：3.26=a ；棱镜：普罗I 型棱镜；材料：BAK7；目镜： 2-28

3、设计一个8倍的双目望远镜 全视场： 0 72=ω；出瞳直径：d=4,镜目距：5.10=p ；分辨率："6=α；渐晕系数： 6.0=k ；棱镜的出射面与分划板之间的距离：3.28=a ；棱镜：普罗I 型棱镜；材料：K9；目镜： 2-25 4、设计一个8倍的双目望远镜 全视场： 0 72=ω；出瞳直径：d=5,镜目距：20=p ；分辨率："6=α；渐晕系数： 55.0=k ；棱镜的出射面与分划板之间的距离：3.26=a ；棱镜：普罗I 型棱镜；材料：BAK7；目镜： 2-28 5、设计一个10倍的双目望远镜 全视场： 0 62=ω；出瞳直径：d=4.0,镜目距：5.10=p ；分辨率："6=α；渐晕系数： 6.0=k ；棱镜的出射面与分划板之间的距离：3.28=a ；棱镜：别汉屋脊棱镜；材料：BAK7； 目镜：2-25

信息光学试卷(A)

B 卷 第 1页 蚌埠学院2013—2014学年第二学期 《信息光学》期末考试试题（B ） 注意事项：1、适用班级：11级光信息科学本 2、本试卷共1页。满分100分。 3、考试时间120分钟。 4、考试方式：“闭卷” 一、选择题（每小题3分，共24分） 1、Sinc 函数常用来描述（ ）的夫琅和费衍射图样 A 、圆孔 B 、矩形和狭缝 C 、三角形 D 、其它形状 2、卷积运算有两种效应，一种是展宽，还有一种就是被卷函数经过卷积运算，其细微结构在一定程度上被消除，函数本身的起伏振荡变得平缓圆滑，这种效应是（ ） A 、锐化 B 、平滑化 C 、放大化 D 、缩小化 3、函数rect(x)rect(y)的傅立叶变换为（ ） A 、),(ηεδ B 、1 C 、)(sin )(sin ηεc c D 、)sgn()sgn(ηε 4、光学成象系统类似一个（ ）滤波器，它滤掉了物体的高频成分，只允许一定范围内的低频成分通过系统，这正是任何光学系统不能传递物体全部细节的原因。 A 、高通 B 、低通 C 、带通 D 、带阻 5、光学传递函数是非相干光学系统中（ ）的付里叶变换。 A 、复振幅点扩散函数 B 、光强 C 、强度点扩散函数 C 、相干点扩散函数 6、衍射受限成像系统，出瞳是边长为l 的正方形，则相干传递函数的截止频率是（ ） A 、i c d l λρ2= B 、i c d l λρ22= C 、i c d l λρ2= D 、i c d l λρ= 7、()x rect 的自相关函数的峰值出现在（ ） A 、1 B 、2 C 、3 D 、0 8、通过全息技术可以记录物体的全息图，光波再次照明全息图。由于（ ）可产生 物体全部信息的三维象。 A 、干涉效应 B 、衍射效应 C 、投影效应 D 、其它效应 二、名词解释（每小题5分，共20分） 1、线性移不变系统 2、光学传递函数 3、脉冲响应，点扩散函数 4、傅立叶变换全息 三、计算题（每小题5分，共15分） （1）() )1(142-*-x x δ （2）)4()23 ( -*+x x rect δ （3）求)()6 (61)(x rect x comb x f *=的频谱函数 四、综合题（共41分） 1、单色平面波的复振幅表达式为()????????? ??++=z y x j A z y x U 14314214 1exp ,,，求此波在传播方向的空间频率以及ζηε,,。（10分） 2、用单位振幅的单色平面光波垂直照射一半径为1的圆孔，试分析其夫琅禾费衍射光场的光强分布。 (已知夫琅禾费衍射公式)],([2exp )exp(1),(0002 2y x U z y x jk jkz z j y x U F ????? ? ?+=λ）（12分） 3、设有一透镜带有一mm 2020?的方形光阑，像距为mm 40，设入射波长为m μ6328 .0，试求：在相干光照明下，该透镜的相干传递函数和截止频率。（10分） 4、制作一全息图，记录时用的是氩离子激光器波长为488.0nm 的光，而成像时则是用He-Ne 激光器波长为632.8nm 的光：设,10,2,00cm z z z z r p ==∞=问i z 是多少？放 大率M 是多少？（已知1012121-??? ? ??±=z z z z r p i λλλλ 1 20101--=p r z z z z M λλ ）（9分） 装 订 线 内 不 要 答 题

光学课程设计报告二

光学课程设计报告 姓名： 学号： 班级： 学校：

EDFA掺铒光纤放大器 一、设计任务与要求 设计目的与要求： 掺饵光纤放大器的设计，系统要求为： 1、进一步熟练Optisystem软件的使用，双向系统的模拟； 2、掌握掺铒光纤放大器的工作原理； 3、设计前向泵浦的EDFA，并采用光学延迟工具来解决双向模拟问题； 4、研究掺铒光纤放大器的增益与噪声指数随信号光波长的变化。 5、掺铒光纤的长度（2 m~40m）范围内进行优化，使得EDFA的增益最大，记录优化后的光纤长度。 二、设计原理 EDFA（Erbium Doped Fiber Amplifier）掺铒光纤放大器作为新一代光通信系统的关键部件，具有增益高、输出功率大、工作光学带宽较宽、与偏振无关、噪声指数较低、放大特性与系统比特率和数据格式无关等优点。 掺铒光纤放大器是利用掺铒光纤中掺杂离子在泵浦光的作用下，形成粒子数反转，从而对入射光信号提供光增益。对于波长为980nm的泵浦源，掺铒光纤相当于一个三能级的系统。铒离子通过受激吸收入射波长为980nm的光子的能量，从N1能级跃迁到N3能级，由于N3能到N2能级的驰豫时间很短，N3能级上的粒子很快跃迁到N2能级，N3能级上的粒子数基本上可认为是零。

掺饵光纤放大器的工作原理图 N2能级到N1能级的驰豫时间比较长，为毫秒量级，是一个亚稳态。当有波长1550nm左右的信号光子输入时，N2能级的粒子受激辐射向N1能级跃迁，产生和入射光子同频、同相、同方向的光子，于是，入射光就得到放大。N2能级没有受激辐射的粒子会以自发辐射的方式向N1能级跃迁，产生波长1550nm左右的光子，其频率、相位、方向时随机的。 掺铒光纤放大器的基本物理结构： 在输入端和输出端各有一个隔离器，目的是使光信号单向传输。泵浦激器波长为 980nm或1480nm，用于提供能量。耦合器的作用是把输入光信号和泵浦光耦合进掺铒光纤中，通过掺铒光纤作用把泵浦光的能量转移到输入光信号中，实现输入光信号的能量放大。实际使用的掺铒光纤放大器为了获得较大的输出光功率，同时又具有较低的噪声指数等其他参数，采用两个或多个泵浦源的结构，中间加上隔离器进行相互隔离。为了获得较宽较平坦的增益曲线，还加入了增益平坦滤波器。 EDFA有前向泵浦、后向泵浦和双向泵浦三种泵浦方式，不同的泵浦方式放大器具有不同的性能，结构图如下：

光学课程设计 光波在介质中界面上的反射及透射特性的仿真

西安邮电大学 光学报告 学院：电子工程 学生姓名： 专业名称：光信息科学与技术班级：光信1103班

光波在介质中界面上的反射及透射特性的仿真 一、课程设计目的 1．掌握反射系数及透射系数的概念； 2．掌握反射光与透射光振幅和相位的变化规律； 3．掌握布儒斯特角和全反射临界角的概念。 二、任务与要求 对n1=1、n2=及n1=、n2=1的两种情况下，分别计算反射光与透射光振幅和相位的变化，绘出变化曲线并总结规律 三、课程设计原理 根据麦克斯韦电磁理论，利用电矢量和磁矢量来分析光波在两介质表面的反射特性，把平面光波的入射波、反射波和折射波的电矢量分成两个分量：一个平行于入射角，另一个垂直于入射角，对平面光波在电介质表面的反射和折射进行分析，推导了菲涅尔公式，并结合MATLAB研究光波从光疏介质进入光密介质，以及光波从光密介质进入光疏介质时的反射率、透射率、相位等随入射角度的变换关系。同时对光波在不同介质中传播时的特性变化进行仿真研究，根据仿真结果分析了布鲁斯特角、全反射现象及相位变化的特点。有关各量的平行分量与垂直分量依次用指标p和s来表示，s分量、p分量和传播方向三者构成右螺旋关系。 假设界面上的入射光，反射光和折射光同相位，根据电磁场的边界条件及S分量，P分量的正方向规定，可得Eis+Ers=Ets. 由着名的菲涅耳公式： rs=E0rs/E0is=-(tanθ1-tanθ2)/(tanθ1+tanθ2); rp=E0rp/E0ip=(sin2θ1-sin2θ2)/ (sin2θ1+sin2θ2); ts=E0ts/E0is=2n1cosθ1/n1cosθ1+n2cosθ2; tp=E0tp/E0ip=2n1cosθ1/n2cosθ1+n1cosθ2;

(整理)信息光学导论第二章.

第二章 信息光学的数学基础 ◆引言 在这一节，我们将以简明的格式，全面地罗列傅里叶变换和卷积、相关及其主要性质，着重从光学眼光看待那些公式和数学定理，给出相应的光学显示或光学模拟，这有助于生动地理解、掌握傅里叶变换和卷积、相关，其意义就不仅仅限于光学领域了。 2.1傅里叶变换 ◆傅里叶级数 首先．让我们回忆周期函数的傅里叶级数展开式， 这里，)(x g 称为原函数，n G 称为博里叶系数或频谱值，它是傅里叶分量n f x i e 2π的 幅值． ◆频谱的概念 频谱的概念，广义上讲就是求一个函数的傅立叶级数或一个函数的傅立叶变换。因此，傅立叶分析也称频谱分析。频谱分为振幅型频谱和相位型频谱。相位型频谱用的较少，通常提到的频谱大都指振幅型频谱。 为了更深刻的理解不同形式的频谱概念，以实例来进一步说明。对于光栅我们可以用透过率函数)(x g 来描述,一维透射光栅的透过率函数是一矩形波函数。为了讨论问题方便, 设光栅狭缝总数N 无限大 . )(x g 是周期性函数 则： 上式表明，图中表示的矩形波可以分解为不同频率的简谐波,这些简谐波的频率为 ), ()(md x g x g +=) ,2,1,( ±±=m ++-+=)52cos(52)32cos(32)2cos(221)(000x p x f x f x g ππππππ

这里f 称为空间频率. 0f 是f 的基频.。周期性函数的频谱都是分立的谱,各谱线的频率为基频整数倍.在f =0处有直流分量. 透过率函数也可用复数傅里叶级数表示: 再回到光栅装置.由光栅方程, 在近轴条件下 因此透镜后焦面上频率为 当单色光波入射到待分析的图象上时,通过夫琅和费衍射,一定空间频率的信息就被一定特定方向的平面衍射波输送出来. 这些衍射波在近场彼此交织在一起,到了远场它们彼此分开,从而达到分频的目的. 故傅立叶变换能达到分频的目的。 ◆傅里叶变换 在现实世界中，不存在严格意义下的周期函数，非周期变化是更为普遍的现象．从数学眼光看，非周期函数可看作周期∞→d 的函数．据此，可将上述傅里叶级数求和式过渡到积分表达式．结果如下， 上式(*******)称为傅里叶变换，下式******)称为博里叶逆变换．对于二维情形，傅里叶变换和逆变换的积分式为 简单地表示为 ,5 ,3,1, d d d f =x f i n x f i x f i x f i x p i x f i x f i n e G e e e e e e x g 25252323222 )(51)(31)(121)(000000ππππππππ ππ∑ =++++-++=--- ,sin λθn d =) ,2,1,0( ±±=n ,sin 0λλθnf d n f x =='≈λ f x nf f '==0

光学期中测试

《光学》期中测试 一、单项选择题. (3×10=30分) 1． 如图，S 1、S 2 是两个相干光源，它们到P 点的距离分别 为r 1 和r 2 ，路径S 1P 垂直穿过一块厚度为t 2 ，折射率 为n 1的介质板，路径S 2P 垂直穿过厚度为t 2折射率为n 2 的另一介质板，其余部分可看作真空，这两条路径的 光程差等于 [ B ] （A ）（r 2+n 2t 2）－(r 1+n 1t 1)； （B ）[r 2+(n 2－1)t 2－[r 1+(n 1－1)t 1 ]； （C ）(r 2－n 2t 2)－(r 1－n 1t 1)； （D ）n 2t 2－n 1t 1。 2． 如图所示，折射率为n 2 、厚度为e 的透明介质薄膜的上方和下方 的透明介质的折射率分别为n 1和n 3 。已知n 1< n 2 < n 3 λ束①与②的光程差是 [ A ] （A ）2 n 2e ； （B ） 2 n 2e - ? λ ； （C ） 2 n 2e - λ ； （D ） 2 n 2e - ? n 2 λ。 3．用白光源进行杨氏双缝干涉实验，若用一个纯红色的滤光片遮盖一条缝，用一个纯蓝色滤光片 遮盖另一条缝，则 [ D ] （A ）纹的宽度将发生改变； （B ）产生红色和蓝色的两套彩色干涉条纹； （C ）干涉条纹的亮度将发生变化； （D ）不产生干涉条纹。 4． 把一平凸透镜放在平玻璃上，构成牛顿环装置当平凸透镜慢慢的向上平移时， 由反射光形成的牛顿环 [ B ] （A ） 向中心收缩，条纹间隔变小； （B ） 向中心收缩，环心呈明暗交替变化； （C ） 向外扩张，环心呈明暗交替变化； （D ） 向外扩张，条纹间隔变大。 5．在单缝夫琅和费衍射装置中，将单缝宽度b 稍稍变宽，同时使单缝沿y 轴正方向作为微小位移， 则屏幕上的中央衍射条纹将 [ C ] （A ） 变窄，同时向上移； （B ） 变窄，同时向下移； （C ） 变窄，不移动； （D ） 变宽，同时向上移； （E ） 变宽，不移动。 S S ① 3

信息光学公式整理1

信息光学公式 1·矩形函数 ? ??? ? ≤-=??? ??-其它 , 021,10 0a x x a x x rect F { a sinc(a x ) } = rect(f /a ) F ?? ? ??Λ= b f b 1 (bx)}{sinc 2 2·inc s 函数 ()()a x x a x x a 0 00sin x x sinc --= ??? ??-ππ 3·三角形函数 ? ????≤-=??? ??Λ其它 , 0,1a x a x a x 4·符号函数 ()?? ? ??<-=>=0,10,00, 1sgn x x x x 5·阶跃函数 ()? ??<>=0,00 ,1x x x step 6·圆柱函数 ?? ???<+=???? ??+其它 ,0, 12 22 2a y x a y x circ 极坐标内 ?? ?><=??? ??a r o a r a r , ,1circ 7·δ函数的定义 普通函数形式的定义 ()()????? ?? =? ? ?==∞≠≠=∞ ∞ -?? 1 ,0,0,0, 0,dxdy y x y x y x y x δδ 广义函数形式的定义 ()()()0,0,,φφδ=∞ ∞ -?? dxdy y x y x 其中()y x ,φ在原点处连续 δ函数的性质 设函数()y x f ,在()00,y x 点出连续，则有 筛选性质 ()()()y x f dxdy y y x x y x f ,,,00=--∞ ∞ -?? δ 坐标缩放性质 ()()y x ab by ax ,1,δδ= 可变性 ()()()y x y x δδδ=, 8·梳状函数性质 ()()()∑∑∞ -∞ =∞∞ -=-= m nx j m x x πδ2exp comb ()∑∞ ∞ -?-?=??? ???x m x x x x δcomb ()∑∞ -∞=?? ? ?? ?-?=?m x m x x δ1 xx comb ()()ξcomb x comb ??→←? ()ξx comb x x comb ????→←?? ? ????x ()()()y x comb comb y x,comb = 9·傅里叶变换 ()()(){}dxdy y x j y x f F ηξπηξ+-=∞ ∞-?? 2exp ,, ()()()[]ηξηξπηξd d y x j F y x f += ∞ ∞ -?? 2exp ,, 10·阶跃函数step(x)的傅里叶变换 (){}(){}()? ?????-= +=??πξξδj 21x sgn 12 1 x step 11·卷积的定义 ()()()()()x h x f d x h f x g *=-= ?∞ ∞ -α αα 定义()x f 和()x h 的二维卷积： ()()()()()y x h y x f d d y x h f y x g ,*,,,,=--= ??∞ ∞ -β αβαβα 卷积的几个重要性质： 线性性质： {) ,(),(),(),(),()},(),(y x g y x bh y x g y x af y x g y x bh y x af *+*=*+卷积符合交换律： ,(),(),(),(y x f y x h y x h y x f *=* 卷积符合结合律： [][] ),(),(),(),(),(),(y x g y x h y x f y x g y x h y x f **=**卷积的坐标缩放：若),(),(),(y x g y x h y x f =*，则

信息光学参考答案

名词解释 单色平面波 波函数E 取余弦或正弦形式，对应的光波等相面为平面，且等相面上个点的扰动大小时刻相等的光波称为单色平面波。 光学全息 利用光的干涉原理将物体发出的特定光波以干涉条纹形式记录下来，使物光波前的全部信息都贮存在记录介质中形成全息图，当用适当光波照射全息图时，由于光的衍射原理能重现原始物光波，从而形成与原物相同的三维像的过程称为光学全息。 色模糊 由于波长不同而产生的像的扩展的现象叫做像的色模糊。 范西泰特—策尼克定理 指研究一种由准单色（空间）非相干光源照明而产生的光场的互强度，特别指研究干涉条纹可冗度。 11222(,) exp()2(,;,)(,)exp ()()j J x y x y I j x y d d z z ψπαβαβαβλλ+∞-∞?? = -?+??????? 其中 22 2222221121[()()]()x y x y z z ππψρρλλ= +--=- 12ρρ分别是点11(,)x y 和点22(,)x y 离光轴的距离 基元全息图 指单一物点发出的光波与参考光波干涉所形成的全息图。 彩虹全息 只利用纪录时在光路的适当位置加一个夹缝，使再现的同时再现狭缝像，观察再现像将受到狭缝再现像的调制，当用白光照明再现时，对不同颜色的光波，狭缝和物体的再现像位于不同颜色的像，犹如彩虹一样的全息图。 判断 1.衍射受限系统是一个低通滤波器。 2.物 000(,)x y μ通过衍射受限系统后的像分布(,)i i i x y μ是000(,)x y μ的理想像和点扩散 (,)i i h x y 的卷积。 3.我们把(,)H ξη称为衍射受限系统的想干传递函数。 4.定义：()()f x h x 为一维函数，则无穷积分 ()()()()() g x f h x d f x h x ααα+∞ -∞ =-=*? 5.二维卷积 (,) (,)(,)(,)(,)(,) g x y f h x y d d f x y h x y αβαβαβ+∞-∞= --=*?? 6.1,()()() ,x x x x x a rect rect a a a a a o ?-≤?*==Λ???其他 7.透镜作用 成像；傅里叶变换；相位因子。

光学课程设计望远镜系统结构参数设计

光学课程设计 ——望远镜系统结构参数设计

一设计背景：在现在科学技术中，以典型精密仪器透镜、反射镜、棱镜等及其组合为关键部分的大口径光电系统的应用越来越广泛。如：天文、空间望远镜；地基空间目标探测及识别；激光大气传输、惯性约束聚变装置等等…… 二设计目的及意义 （1）、熟悉光学系统的设计原理及方法； （2）、综合应用所学的光学知识，对基本外形尺寸计算，主要考虑像质或相差；

（3）、了解和熟悉开普勒望远镜和伽利略望远镜的基本结构及原理，根据所学的光学知识（高斯公式、牛顿公式等）对望远镜的外型尺寸进行基本计算； （4）、通过本次光学课程设计，认识和学习各种光学仪器（显微镜、潜望镜等）的基本测试步骤； 三设计任务 在运用光学知识，了解望远镜工作原理的基础上，完成望远镜的外形尺寸、物镜组、目镜组及转像系统的简易或原理设计。并介绍光学设计中的PW法基本原理。同时对光学系统中存在的像差进行分析。四望远镜的介绍 1．望远镜系统：望远镜是一种利用凹透镜和凸透镜观测遥远物体的光学仪器。利用通过透镜的光线折射或光线被凹镜反射使之进入小孔并会聚成像，再经过一个放大目镜而被看到。又称“千里镜”。望远镜的第一个作用是放大远处物体的张角，使人眼能看清角距更小的细节。望远镜第二个作用是把物镜收集到的比瞳孔直径（最大8毫米）粗得多的光束，送入人眼,使观测者能看到原来看不到的暗弱物体。2．望远镜的一般特性 望远镜的光学系统简称望远系统，是由物镜和目镜组成。当用在观测无限远物体时， 物镜的像方焦点和目镜的物方焦点重合，光学间隔d＝o。当月在观测有限距离的物体时， 两系统的光学问隔是一个不为零的小数量。作为一般的研究，可以认

光学课程设计大纲

《光学软件课程设计》教学大纲 适用专业：光电、通信工程、电子信息工程专业 （学分：1学分，学时：20学时） 一、课程的性质和任务 光学软件课程设计是在学习工程光学，光学等基础课程的基础上，基于光学软件进行光学系统的设计，让学生了解光学设计中的主要环节，掌握光学系统的设计、开发的基本方法，以便今后从事光学仪器的设计、研发工作。 通过光学软件课程设计,以求达到如下目的： 1）要求综合运用工程光学课程中所学到的理论知识，独立完成一个设计课题。 2）通过查阅手册和文献资料，培养学生独立分析和解决实际问题的能力。 3）培养学生严肃认真的工作作风和严谨的科学态度。 二、课程的教学内容 题目1：双高斯物镜的优化设计 设计一组双高斯物镜镜头，镜头的技术指标要求如下： 1、焦距：f’=40mm； 2、相对孔径D/f’不小于1/2 ； 3、视场 5、在可见光波段设计(取d、F、C三种色光，d为主波长)； 6、成像质量，MTF 轴上>35% @100 lp/mm，轴外0.707 >25%@100 lp/mm。 7、校正球差、色差、场曲、像散。 在满足前面要求的前提下，尽可能减少镜头的片数，在相同的结构情况下，MTF值越高越好。 题目2：摄影物镜的优化设计 镜头的技术指标要求如下 1、焦距：f’=12mm； 2、相对孔径D/f’不小于1/2.8； 3、图像传感器为1/2.5英寸的CCD，成像面大小为4.29mm×5.76mm； 4、后工作距>6mm

5、在可见光波段设计(取d、F、C三种色光，d为主波长)； 6、成像质量，MTF 轴上>40% @100 lp/mm，轴外0.707 >35%@100 lp/mm。 7、最大畸变<1% 在满足前面要求的前提下，尽可能减少镜头的片数，在相同的结构情况下，MTF值越高越好。 三、课程的教学基本要求 1)要独立完成设计任务，通过课程设计，锻炼自己综合运用所学知识的能力，并 初步掌握镜头优化设计的方法和步骤。 2)学会查阅资料和手册,根据我们的设计目标，选择合适的初始结构。 3)ZEMAX是一套综合性的光学设计仿真软件，它将实际光学系统的设计概念、优化、 分析、公差以及报表集中在一起，学生可以运用是ZEMAX进行镜头的优化设计，并对设计的镜头系统进行像质评价。 4)学会进行镜头优化设计及像差分析，并得出像质评价报告。 5)能够写出完整的课程设计总结报告。 四、课程的学时分配 教学内容进度 布置任务，仿真软件介绍第一周 学习ZEMAX像差控制和优化方法第一周 查询资料，确定初始结构，并进行优化设计第二周 验收设计结果第三周 验收课程设计报告第四周 五、实践性教学环节（含实验、设计、实习等）的内容安排及要求 （1）设计报告需包含：设计要求、初始结构选择与分析、像差校正、评价函数的设置、优化方法的选择、像差结果分析与评价报告、总结与体会、参考文献和辅助软件。 ①说明设计题目及要求。 ②对题目进行剖析并选择合适的初始结构。 ③对初始结构的像差结果进行分析，与我们设计目标进行比较。 ④根据选择的初始结构，进行像差控制和优化设计 ⑤对设计优化结果给出像质评价报告并与我们的设计目标进行比较。 ⑥写出自己在仿真的过程中遇到的问题、如何排除故障以及仿真结果。

信息光学习题答案

信息光学习题答案 信息光学习题答案第一章线性系统分析简要说明以下系统是否有线性和平移不变性. g?x??df?x?;g?x???f?x?dx; dx?g?x??f?x?; g?x??????f????h?x????d?; 2???f???exp??j2????d? 解：线性、平移不变；线性、平移不变；非线性、平移不变；线性、平移不变；线性、非平移不变。证明comb(x)exp(j?x)?comb(x) ???comb????x? ?x??1?证明：左边＝comb???????n?????(x?2n)??2??(x?2n) ?2?n????2?n????2?n??????x??2?右边?comb(x)?comb(x)exp(j?x)?? ?n?????(x?n)??exp(j?x)?(x?n)n?????n???? ??(x?n)??exp(jn?)?(x?n)n???? n?????(x?n)??(?1)n???n?(x?n)?当n为奇数时，右边＝0，当n为偶数时，右边＝

2所以当n为偶数时，左右两边相等。n?????(x?2n) (x) 证明??(sin?x)?comb证明：根据复合函数形式的δ函数公式?[h(x)]??i?1n?(x?xi)h?(xi ),h?(xi)?0 式中xi是h(x)=0的根，h?(xi)表示h(x)在x?xi处的导数。于是??(sin?x)??n?????(x?n)???co mb(x) 1 计算图题所示的两函数的一维卷积。解：设卷积为g(x)。当-1≤x≤0时，如图题(a)所示，g(x)??1?x0(1??)(1?x??)d??111?x?x3 326 图题当0 2??2?2??2?2?2?x?2设卷积为g(x)，当x≤0时，如图题(a)所示，g(x)??0d??x?2 当0 2 图题g(x)??d??2?x x2?x?1?2,x?0 g(x)?2?x?1?,x?0?2即g(x)?2??? ?x??2?(x)?rect(x)?1已知exp(??x2)的傅立叶变换为exp(???2)，试求?exp?x2???exp?x2/2?2

华中科技大学光学课程设计报告

光学课程设计报告 姓名：罗风光 学号：U201013534 班级：光电1005

一、课程设计要求 (3) 二、设计步骤 (3) 1. 外形尺寸计算 (3) 2. 选型 (5) 3. 物镜设计 (5) （1）初始结构计算 (5) i. 求h、hz、J (5) ii. 平板的像差 (5) iii. 物镜像差要求 (6) ?求P、W (6) ?归一化处理 (6) ?选玻璃 (7) ?求Q (7) ?求归一化条件下透镜各面的曲率及曲率半径 (7) ?玻璃厚度 (8) （2）像差容限计算 (8) （3）像差校正 (9) （4）物镜像差曲线 (11) 4. 目镜设计 (12) （1）初始结构计算 (12) i. 确定接眼镜结构 (12) ii. 确定场镜结构 (14) （2）像差容限计算 (15) （3）像差校正 (16) 三、光瞳衔接 (19) 四、像差评价 (20) 五、总体评价 (20) 六、零件图、系统图 (20) 七、设计体会 (23) 八、参考资料 (24)

一、 课程设计要求 设计要求：双筒棱镜望远镜设计，采用普罗I 型棱镜转像。 1、望远镜的放大率Γ＝6倍； 2、物镜的相对孔径D/f ′＝1：4（D 为入瞳直径，D ＝30mm ）； 3、望远镜的视场角2ω＝8°； 4、仪器总长度在110mm 左右，视场边缘允许50%的渐晕； 5、棱镜最后一面到分划板的距离>＝14mm ，棱镜采用K9玻璃，两棱镜间隔为2～5mm 。 6、l z ′>8～10mm 二、 设计步骤 1. 外形尺寸计算 物镜焦距' 14120f D mm =?= 出瞳直径' 5D D mm = =Γ 目镜焦距'' 12120206 f f mm ===Γ 分划板直径' 21216.7824D f tg mm =ω= 分划板半径2 8.39122 D = 由设计要求：视场边缘允许50%的渐晕，可利用分划板拦去透镜下部25%的光，利用平板拦去透镜上部的25%的光，这样仅有透镜中间的50%的光能通过望远系统。 7.51208.39127.5120 h a --= -

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

信息光学复习提纲--重点

信息光学复习提纲 信息光学的特点 Ch1. 线性系统分析 1.矩形函数：①定义②图像③作用④傅里叶变换谱函数 2.sinc函数：①定义②图像③作用④傅里叶变换谱函数 3.三角函数：①定义②图像③作用④傅里叶变换谱函数 4.符号函数：①定义②图像③作用④傅里叶变换谱函数 5.阶跃函数：①定义②图像③作用④傅里叶变换谱函数 6.余弦函数：①定义②图像③作用④傅里叶变换谱函数 7. 函数：①三种定义②四大性质③作用 8.； ②图像③作用④傅里叶变换谱函数 9.梳状函数：①定义 10.高斯函数：①定义②图像③作用④傅里叶变换谱函数 11.傅里叶变换（常用傅里叶变换对） 12.卷积：四大步骤，两大效应 13.互相关、自相关的定义、物理意义 14.傅里叶变换的基本性质和有关定理 15.线性系统理论 16.线性不变系统的输入输出关系，脉冲响应函数，传递函数 17.抽样定理求抽样间隔 ~

Ch2. 标量衍射理论 1. 标量衍射理论成立的两大条件 2.平面波及球面波表达式: exp[(cos cos cos )]A ik x y z αβγ++ （求平面波的空间频率） )](2exp[]exp[22y x z ik ikz z A + 3.惠更斯——菲涅耳原理： ()?? ∑ =ds r ikr K P U c Q U )exp()()(0θ ? 4.基尔霍夫衍射理论： ?? ∑ -= ds r ikr r n r n r ikr a j Q U ) exp(]2),cos(2),cos([)exp(1 )(0000 λ 令()()θλK r ikr j Q P h ) exp(1,= 所以()??∑ = ds Q P h P U Q U ,)()(0 当光源足够远，且入射光在孔径平面上各点的入射角都不大时， (),1,cos 0≈r n (),1,cos ≈r n ().1≈∴θK 故()z ikr j Q P h ) exp(1,λ=，]})()[(211{20020z y y z x x z r -+-+≈ 5. 菲涅耳衍射——近场衍射： 0000202000022)](2exp[)](2exp[ ),()](2exp[)exp(),(dy dx yy xx z j y x z jk y x U y x z jk z j jkz y x U +-++= ?? ∞ ∞ -λπ λ6. 夫琅禾费衍射——远场衍射：（根据屏函数求衍射光强分布）

《傅里叶光学》试题A

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 、)]()([21 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 、ρπρ) 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。 A 、点扩散函数 B 、非相干传递函数（光学传递函数） 11、某平面波的复振幅分布为)](2exp[),(y f x f i A U y x y x +=π那么其在不同方向的空间频率为_________________，它也是复振幅分布的空间频谱。 A 、λα cos =x f λβc o s =x f B 、αλ cos =x f βλ c o s =y f 12、在衍射现象中，当衍射孔越小，中央亮斑就_________________。 A 、越大 B 、越小 C 、不变 13、物体放在透镜_________________位置上时，透镜的像方焦面上才能得到物体准确的付里叶频谱（付里叶变换）。 A 、之前 B 、之后 C 、透镜前表面 D 、透镜的前焦面