信息光学实验讲义一

光信息处理（信息光学）复习提纲第一章线性系统分析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？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？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．何谓线性不变系统9．卷积的物理意义10．线性不变系统的传递函数及其意义11．线性不变系统的本征函数第二章标量衍射理论1．衍射的定义2．惠更斯-菲涅耳原理3．衍射的基尔霍夫公式及其线性表示4．菲涅耳衍射公式及其近似条件5．菲涅耳衍射与傅立叶变换的关系6．会聚球面波照明下的菲涅耳衍射7．夫琅和费衍射公式8．夫琅和费衍射的条件及范围9．夫琅和费衍射与傅立叶变换的关系10．矩形孔的夫琅和费衍射11．圆孔的夫琅和费衍射（贝塞尔函数的计算方面不做要求）12．透镜的位相变换函数13．透镜焦距的判别14．物体位于透镜各个部位的变换作用15．几种典型的傅立叶变换光路第三章光学成象系统的传递函数1．透镜的脉冲响应2．相干传递函数与光瞳函数的关系3．会求几种光瞳的截止频率4．强度脉冲响应的定义5．非相干照明系统的物象关系6．光学传递函数的公式及求解方法7．会求几种情况的光学传递函数及截止频率第五章光学全息1．试列出全息照相与普通照相的区别2．简述全息照相的基本原理3．试画出拍摄三维全息的光路图4．基元全息图的分类5．结合试验谈谈做全息实验应注意什么（没做过实验，只谈一些理论性的注意方面）6．全息照相为什么要防震，有那些防震措施，其依据是什么7．如何检测全息系统是否合格8．全息照相的基本公式9．全息中的物像公式及解题（重点）复 习第一章 线性系统分析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？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：由图1.7.3知：（设光在z x ,平面内传播，0=y ）cos xd λα=， 又 ∵ 1x xf d =联立得：cos x f αλ=讨论：① 当090,,<γβα时0,,>z y x f f f ，表示k沿正方向传播；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条纹密x d ↘→x f ↗→α↘→θ↗x x f d 1=λαcos =x f 条纹疏x d ↗→x f ↘→α↗→θ↘2．空间频率分量的定义及表达式？{}γβαcos ,cos ,cos k k ={}z y x r ,,=)cos cos cos (γβαz y x k r k ++=⋅代入复振幅表达式：()()()[]γβαμcos cos cos ex p ,,,,0z y x jk z y x z y x U ++=()⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛++=z y x j z y x λγλβλαπμcos cos cos 2exp ,,0 ()()[]z f y f x f j z y x z y ++=λπμ2ex p ,,0式中：λαcos =x f ，λβcos =yf ，λγcos =z f3．平面波的表达式和球面波的表达式？平面波()⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛++=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球面波()1,,jkr a U x y z e γ=()21212212121221⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++=++=z y x z z y x r近轴时()1,,U x y z ⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫⎝⎛++=1221021exp z y x jkz r a()⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⋅≈1221102exp exp z y x jkjkz z a ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=12202exp z y x jkU若球面波中心不在坐标原点，上式改为：()1,,U x y z ()()⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡++-=1202002exp z y y x x jk U4．相干照明下物函数复振幅的表示式及物理意义？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 dxdyπ∞-∞⎡⎤=-+⎣⎦⎰⎰ ()()(),exp 2x yxyxyf x y F f f j f x f y df dfπ∞-∞⎡⎤=+⎣⎦⎰⎰可见：物函数()y x f ,可以看作由无数振幅不同()x y x y F f f df df 方向不同()cos ,cos xyf f αλβλ==的平面波相干迭加而成。

信息光学实验实验讲义华南师范大学信息光电子科技学院信息光学实验目录实验一、透射型全息图的拍摄与再现....................................... II-3实验二、像全息图的拍摄与再现.............................................. II-9实验三、阿贝—波特成像及空间滤波..................................... II-12实验四、调制实验........................................................... I I-16全息照相又称全息术，是英国科学家Gabor 1947年为提高电子显微镜的分辨率提出并实现的物理思想。

由于需要相干性良好的光源，直至60年代初激光的出现和Leith、Upatnieks提出离轴全息术后，全息术的研究才进入了实用和昌盛的研究阶段，成为现代光学的一个重要分支。

Gabor因提出全息术的思想而获得1971年诺贝尔物理学奖。

全息术是利用光的干涉，将物体发出的光波以干涉条纹的形式记录下来，并在一定条件下，用光的衍射原理使其再现。

由于用干涉方法记录下的是物体明暗、远近和颜色的全部信息，可以形成与原物体逼真的三维图像，因此称为全息术或全息照相。

经过科学家们近40年的努力，全息术在技术和记录材料方面都有了快速的发展。

在应用方面，全息术不仅作为一种显示技术得到了很大的发展，而且在信息存贮和处理、检测、计量、防伪、光学图像实时处理、光学海量存贮、光计算和制作有特殊功能的全息光学元件等方面都有广泛的应用。

实验一、透射型全息图的拍摄与再现一、实验目的1.学习和掌握透射型全息照相的基本原理；2.通过实验了解和掌握透射型全息照相基本技术；3.了解和掌握透射型全息图的激光再现方法；4.通过实验了解全息照相的特点；5.进一步加深对光波复振幅、波前及共轭光波的理解。

实验一、光学CAD实验1、利用光学软件作CAD的初步训练一、实验目的通过对OSLO软件的了解和使用，了解OSLO软件的基本功能并初步掌握模拟、分析和设计光学系统的基本方法，为较专门、高级的光学CAD实验打下基础。

二、实验内容1、熟悉OSLO光学软件。

2、建立光学系统的数据。

3、计算光学系统的像差，分析光学系统的性能[3-5]。

4、研究单透镜的光学和结构参数与像差的关系[3-5]。

5、对简单透镜做优化设计。

三、实验方法与步骤1光学系统数据的输入图11 帮助 9 成像分析 17 点扩散函数分析2 表面数据表格 10 用缺省光线画平面透镜3 总的操作条件表格 11 画立体透镜4 高斯束表格 12 光线像差分析5 表面容差数据表格 13 波前像差分析6 表面数据 14 MTF分析7 傍轴常数 15 MTF通过焦点分析8 光线轨迹分析 16 点列图首先运行《OSLO LT》进入它的主窗口，打开“File”，选“New”，则出现一个子窗口，如图2所示。

选“Custom lens”，并填写表面数，然后“√”，便出现“重建透镜数据表格”。

当发现表面数目不够或多余时，可用鼠标点按表面序号，以便编辑插入新表面或删除多余表面。

字母串“OBJ”，“AST”，“IMS”分别表示物、光阑和像表面。

利用此方法可在物面和像面之间建立你要研究的光学系统所需要的表面数目。

但应注意，该软件所容许的系统最多不能超过10个表面。

比如，要研究一个单透镜，它具有两个表面，所以在物像表面之间至少应包含两个表面。

图2建起光学系统数据表格（如图3反示出物面和镜面）之后，即可按你所准备好的数据按位置填好。

其中包括曲率半径（Radius ）、厚度（Thickness ）、界面之间的介质参数（Glass ）、入射光束半孔径、视场和工作波长（以μ为单位）。

对于某些特殊表面（比如非球面、衍射光栅面、全息图表面等）还应在special 一列填写相应的参量数据。

光学信息处理实验报告光学信息处理实验报告引言光学信息处理是一门研究如何利用光学原理和技术来处理和传输信息的学科。

它在通信、计算机科学、图像处理等领域有着广泛的应用。

本实验旨在通过实际操作和观察，探索光学信息处理的原理和技术，并对其应用进行分析和评估。

实验一：光的干涉与衍射在实验一中，我们使用干涉与衍射现象来实现光的信息处理。

首先，我们将一束激光通过一个狭缝，产生一条狭缝衍射的光斑。

然后，我们将光斑通过透镜进行聚焦，并观察光斑的衍射现象。

通过调整透镜的位置和焦距，我们可以改变光斑的大小和形状，从而实现对光的信息进行处理。

实验二：光的全息术实验二中，我们使用全息术来实现光的信息存储和再现。

首先，我们使用激光将被记录的物体进行照射，并将光波与参考光波进行干涉。

然后，我们使用光敏材料记录干涉图样，形成全息图。

最后，我们使用激光将全息图进行照射，通过光的衍射和干涉效应，将记录的物体再现出来。

通过调整照射光的角度和波长，我们可以改变再现物体的位置和形状，实现对光的信息进行存储和再现。

实验三：光的调制与解调实验三中，我们使用光的调制与解调技术来实现光的信息传输。

首先，我们将待传输的信息通过光电调制器将其转化为光信号。

然后，我们使用光纤将光信号传输到接收端。

在接收端，我们使用光电解调器将光信号转化为电信号，并通过解调器将其还原为原始的信息。

通过调整调制器和解调器的参数，我们可以实现对光信号的调制和解调，从而实现对光的信息进行传输。

实验四：光的图像处理实验四中，我们使用光的图像处理技术来实现对图像的处理和分析。

首先，我们将待处理的图像通过光学透镜进行聚焦，并通过光敏材料记录图像。

然后，我们使用图像处理软件对记录的图像进行数字化处理，包括滤波、增强、分割等操作。

最后，我们使用激光将处理后的图像进行再现。

通过调整图像处理软件的参数，我们可以实现对图像的不同处理效果，从而实现对光的信息进行处理和分析。

结论通过本次实验，我们深入了解了光学信息处理的原理和技术，并通过实际操作和观察，对其应用进行了分析和评估。

光学实验讲义实验⼀薄透镜参数的测定引⾔：透镜是光学仪器中最基本的元件，反映透镜特性的⼀个主要参量是焦距，它决定了透镜成像的位置和性质(⼤⼩、虚实、倒⽴) 以便了解透镜成像的规律，掌握光路调节技术，⽐较各种测量⽅法的优缺点，为今后正确使⽤光学仪器打下良好的基础。

[实验⽬的]1.学会测量透镜焦距的⼏种⽅法。

2.掌握简单光路的分析和光学元件同轴等⾼的调节⽅法。

3.熟悉光学实验的操作规则实验原理：薄透镜是指透镜中⼼厚度d ⽐透镜焦距f ⼩很多的透镜。

透镜分为两⼤类：⼀类是凸透镜（也称为正透镜或会聚透镜），对光线起会聚作⽤，焦距越短，会聚本领越⼤；另⼀类是凹透镜（也称负透镜或发散透镜），对光线起发散作⽤，焦距越短，发散本领越⼤。

透镜的焦距测量⽤到的成像公式是⾼斯公式：fp p 111=-'⼀、凸透镜焦距的测定：透镜的焦距测量主要⽤到⾼斯公式计算焦距1.粗略估测法：以太阳光或较远的灯光为光源，⽤凸透镜将其发出的光线聚成⼀光点(或像)，此时，p →∞，s’≈f’，即该点(或像)可认为是焦点，⽽光点到透镜中⼼(光⼼)的距离，即为凸透镜的焦距，此法的测量误差约在10％左右。

由于这种⽅法误差较⼤，⼤都⽤在实验前作粗略估计，如挑选透镜等。

2.利⽤物像公式求焦距：根据(1)式，则薄透镜焦距为'''ss s s f f -=-= (2)如图1所⽰，若在实验中分别测出物距s 和像距s′，即可⽤式(2)求出该透镜的焦距f 。

但应注意:测得量须添加符号，求得量则根据求得结果中的符号判断其物理意义。

3.⾃准法：如图2所⽰，在待测透镜L 的⼀侧放置被光源照明的“1”字形物屏AB ，在另⼀侧放⼀与主光轴垂直的平⾯反射镜M ，移动透镜(或物屏)，当物屏AB 正好位于凸透镜之前的焦平⾯时，物屏AB 上任⼀点发出的光线经透镜折射后，将变为平⾏光线，然后被平⾯反射镜反射回来。

再经透镜折射后，仍会聚在它的焦平⾯上，即原物屏平⾯上，形成⼀个与原物⼤⼩相等⽅向相反的倒⽴实像A′B′。