信息光学复习题

1、电子与光子有哪些差别？光子有哪些显著的特征?光子具冇极高的信息容最和效率，极快的响应能力，极强的互联能力与并行能力，极人的存储能力。

光了静止质量为零，但是可以传输电磁能和动能，也可以传输偏振特性。

光了在真空中以光速传播，在其他介质中速度会有所减小。

光子没冇自旋，电了冇自旋•电了是费米了，带基本电荷，具冇空间局域性。

它可以是信息的载体, 也可以是能最的载体。

作为信息载体时，可以通过金局导线或无线电波在白由空间进行传递。

电载信息的主要储存方式为磁储存。

光子是玻色子，电中性，没有空间局域性而具有时间可逆性。

它可以是信息的载体，也可以是能量的载体。

作为信息载体时，可以通过光纤（光缆）或口由空间进行传递，光载信息的主要存储方式为光储存。

光子具有的优异特性：光子具有极高的信息容量和效率，光子具有极快的响应能力，具有极强的互连能力与并行能力，光子具有极人的存储能力。

2、为什么说光波是理想的信息载体，光纤是理想光信息传输介质？・＞发送信号的频率越高（波长越短）,可载送的信息量就越多.光波范围包括红外线、可见光、紫外线，波长范围为300um^6*10-3um,光波的波长远远比无线电波波长短，所以目前可以认为光波是理想的信息载体。

・＞光纤是理想的光信息传输介质：1.传输频带宽，通信容量大。

2.信息传输的损耗小，容易实现长中继距离的传输。

3.可用光纤作为传输，介质损耗小（可达到0.2dB/km），传输速率大（50Tbit/s）o3、描述半导体激光器激光产生的过程。

半导体激光器的材料应如何选择？首先，由外界的泵浦作用使增益介质处于激发态；然后，白发辐射开始发生，产生一系列具冇不同波长的光了源；冇些光了经过频率选择并获得了反馈，重新进入增益介质；这些被反馈会凹来的光子会使处于激发态的增益介质受激跃迁，并发生受激辐射，产生更多与Z相同的光子；上述过程反复发工，直到激光器中只有经过选频的频率和增益大于损耗的光频率存在。

这吋输出的激光实际上是从半导体激光器谐振腔中泄漏出來的激光，谐振腔小的激光强度要远大于输出的激光强度。

信息光学试题及答案一、选择题（每题4分，共20分）1. 以下哪个选项不是信息光学的研究范畴？A. 光波传播B. 光纤通信C. 激光加工D. 量子计算答案：D2. 光纤通信中，光信号的传输介质是什么？A. 真空B. 空气C. 光纤D. 水答案：C3. 在信息光学中，光的相干性是指什么？A. 光的强度B. 光的颜色C. 光的传播方向D. 光波的相位关系答案：D4. 以下哪个设备不是用于光纤通信的？A. 光纤B. 光端机C. 路由器D. 光放大器答案：C5. 光波的频率与波长之间的关系是什么？A. 成正比B. 成反比C. 无关D. 相等答案：B二、填空题（每题4分，共20分）1. 光纤通信中，光信号的传输介质是________。

答案：光纤2. 光的相干性是指光波的________。

答案：相位关系3. 光纤通信中，光信号的调制方式包括________和________。

答案：幅度调制、频率调制4. 光纤通信中，光信号的传输损耗主要由________和________造成。

答案：材料吸收、散射5. 光纤通信中，光信号的传输距离可以通过________来延长。

答案：光放大器三、简答题（每题10分，共30分）1. 简述信息光学在现代通信中的应用。

答案：信息光学在现代通信中的应用主要包括光纤通信、激光通信、无线光通信等。

光纤通信利用光纤作为传输介质，具有传输速度快、传输距离远、抗干扰能力强等优点。

激光通信则利用激光的高方向性和高相干性，实现远距离、高速度的通信。

无线光通信则通过大气或自由空间传输光信号，适用于移动通信和卫星通信。

2. 解释光波的相干性及其在信息光学中的重要性。

答案：光波的相干性是指不同光波之间能够相互干涉的能力，它与光波的相位关系密切相关。

在信息光学中，相干性是实现光信号调制、传输和检测的关键因素。

例如，在光纤通信中，相干光源可以提高信号的传输质量和距离。

在光学成像系统中，相干光源可以提高成像的分辨率和对比度。

一、选择题（每题2分，共40分）1．三角函数可以用来表示光瞳为________________的非相干成像系统的光学传递函数。

A 、矩形B 、圆孔C 、其它形状2．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 、其它形状3．高斯函数)](exp[22y x+-π常用来描述激光器发出的________________ A 、平行光束B 、高斯光束C 、其它光束4．圆域函数Circ(r)常用来表示________________的透过率A 、圆孔B 、矩孔C 、方孔5．卷积运算是描述线性空间不变系统________________的基本运算A 、输出-输入关系B 、输入-输出关系C 、其它关系6．相关（包括自相关和互相关）常用来比较两个物理信号的________________A 、相似程度B 、不同程度C 、其它关系7．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 、其它8互相关是两个信号之间存在多少相似性的量度。

两个完全不同的，毫无关系的信号，对所有位置，它们互相关的结果应该为________________A 、0B 、无穷大C 、其它9．周期函数随着其周期逐渐增大，频率（即谱线间隔）________________。

当函数周期变为无穷大，实质上变为非周期函数，基频趋于零A ．愈来愈小B 、愈来愈大C 、不变10．圆对称函数的傅立叶变换式本身也是圆对称的，它可通过一维计算求出，我们称这种变换的特殊形式为________________。

这种变换只不过是二维傅立叶变换用于圆对称函数的一个特殊情况A 、贝塞尔变换B 、傅立叶-贝塞尔变换C 、贝塞尔-傅立叶变换11．函数)()(b x a x -+-δδ的傅立叶变换为________________A 、1B 、),(y x f f δC 、)](2exp[b f a f i y x +-π 12．函数),(y x δ的傅立叶变换为________________A 、1B 、),(y x f f δC 、)sgn()sgn(y x13．函数)()(y Comb x Comb 的傅立叶变换为________________A 、),(y x f f δB 、1C 、)()(y x f Comb f Comb 14．函数rect(x)rect(y)的傅立叶变换为________________A 、),(y x f f δB 、1C 、)(sin )(sin y x f c f c15．对于电路网络 ，输入和输出都是一维 的实值函数 ，即随时间变化的 电压 或电流信号 。

信息光学复习题信息光学复习题一、光的本质和特性1. 什么是光的本质？光是由电磁波组成的，具有粒子和波动性质的物质。

2. 光的波长和频率之间有什么关系？光的波长和频率之间成反比关系，即波长越长，频率越低；波长越短，频率越高。

3. 什么是光的干涉？光的干涉是指两束或多束光波相互叠加而产生的干涉现象。

4. 什么是光的衍射？光的衍射是指光通过一个孔或绕过一个障碍物后，光波的传播方向发生了改变。

5. 什么是光的偏振？光的偏振是指光波中的电矢量在特定方向上振动的现象。

二、光的传播和折射1. 光在真空中的传播速度是多少？光在真空中的传播速度是每秒约300,000公里。

2. 什么是光的折射？光的折射是指光从一种介质传播到另一种介质时，光线的传播方向发生改变的现象。

3. 什么是折射定律？折射定律是描述光在两种介质间折射规律的定律，即入射角、折射角和两种介质的折射率之间满足的关系。

4. 什么是全反射？全反射是指光从光密介质射向光疏介质时，入射角大于临界角时，光线完全被反射回原介质内的现象。

5. 什么是光纤？光纤是一种能够将光信号传输的细长光导纤维，通常由光纤芯和包层组成。

三、光的色散和光谱1. 什么是光的色散？光的色散是指光通过某些介质或物体时，不同波长的光被分散成不同的角度或位置的现象。

2. 什么是光的光谱？光的光谱是指将光按照波长或频率进行排序后的光线分布图。

3. 什么是连续光谱？连续光谱是指包含了所有波长的光谱，如太阳光。

4. 什么是线状光谱？线状光谱是指只包含特定波长的光谱，如氢光谱。

5. 什么是衍射光谱？衍射光谱是指通过衍射现象产生的光谱，如菲涅尔衍射光谱。

四、光的偏振和偏振光器件1. 什么是偏振光？偏振光是指只在一个特定方向上振动的光波。

2. 什么是偏振片？偏振片是一种能够选择性地通过特定方向偏振光的光学器件。

3. 什么是偏振器？偏振器是一种能够将非偏振光转化为偏振光的光学器件。

4. 什么是偏振旋转？偏振旋转是指光在通过某些物质时，其偏振方向发生旋转的现象。

信息光学习题问答题1. 傅里叶变换透镜和普通成像透镜的区别。

答： 普通透镜 要求共轭面无像差，为此要消除各种像差。

由几何关系可计算平行光入射在透镜后焦面得到的像高u f h cos /ηλ=，因为λ=ηλη==⋅=uu f u u ftgu f h sin ,cos cos sin 。

傅里叶变换透镜 频谱面上能够获得有线性特征的位置与空间频率关系ηλ=f h 。

普通透镜和傅里叶透镜对平行光输入在后焦面上光点的位置差321sin 'fu u f ftgu y ≈-=∆称频谱畸变。

普通透镜只有在u 很小时才符合傅里叶变换透镜的要求。

要专门设计消除球差和慧差，适当保留畸变以抵消频谱畸变。

2. 相干光光学处理和非相干光光学处理的优缺点。

答：非相干光处理系统是强度的线性系统，满足强度叠加原理。

相干光信息处理满足复振幅叠加原理。

因为复振幅是复数，因此有可能完成加、减、乘、除、微分、积分等多种运算和傅里叶变换等。

在非相干光学系统中，光强只能取正值。

信息处理手段要少。

相干光学信息处理的缺点： （1）相干噪声和散斑噪声。

相干噪声：来源于灰尘、气泡、擦痕、指印、霉斑的衍射。

产生杂乱条纹，对图像叠加噪声。

散斑噪声：激光照射漫反射物体时（生物样品，或表面粗糙样品），物体表面各点反射光在空间相遇发生干涉，由于表面的无规则性，这种干涉也是无规则的，物体表面显出麻麻点点。

（2）输入输出问题相干光信息处理要求信息以复振幅形式在系统内传输，要制作透明片和激光照明。

而现代电光转换设备中CRT ，液晶显示，LED 输出均为非相干信号。

（3）激光为单色光，原则上只能处理单色光，不能处理彩色图像。

非相干光处理最大优越性是能够抑制噪声。

3. 菲涅耳衍射和夫琅和费衍射的区别与联系。

按照近似程度的不同，衍射场的计算可分（1）菲涅尔衍射―――――观察屏离衍射物不太远（2）夫琅和费衍射―――――光源与观察屏距屏都相当于无穷远 当满足菲涅耳衍射的充分条件[]2max20203)()(81y y x x z -+->>λ时)](2exp[*),()exp(12z)()(jk exp )y ,x (z j jkz)exp )y x,(220002020000y x zkj y x U jkz z j dy dx y y x x U U +λ-+-λ=⎰⎰∞∞＝〕〔（－可近似为000202000022)(2exp )(2exp ),()(2exp )exp(1),(dy dx y y x x z j y x z k j y x U y x z k j jkz z j y x U ⎥⎦⎤⎢⎣⎡+λπ-⨯⎥⎦⎤⎢⎣⎡+⨯⎥⎦⎤⎢⎣⎡+λ=⎰⎰∞∞- z 增大到⎥⎦⎤⎢⎣⎡+z y x jk 2exp 2020可略去，即π<<+λπ22)(2max2020z y x 或max 2020)(21y x z +λ>>该范围内的衍射为夫琅和费衍射{})y ,x (U )zy x jk exp(z j )jkz exp(dy dx )y y x x (z j exp )y ,x (U )z y x jk exp(z j )jkz exp()y ,x (U 0002000000222222F +λ=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+λπ-+λ=⎰⎰∞∞-观察面上的场分布正比于孔径面上出射场的傅里叶变换。

一、选择题（每题2分，共40分）1．三角函数可以用来表示光瞳为________________的非相干成像系统的光学传递函数。

A 、矩形B 、圆孔C 、其它形状2．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 、其它形状3．高斯函数)](exp[22y x +-π常用来描述激光器发出的________________A 、平行光束B 、高斯光束C 、其它光束4．圆域函数Circ(r)常用来表示________________的透过率A 、圆孔B 、矩孔C 、方孔5．卷积运算是描述线性空间不变系统________________的基本运算A 、输出-输入关系B 、输入-输出关系C 、其它关系6．相关（包括自相关和互相关）常用来比较两个物理信号的________________A 、相似程度B 、不同程度C 、其它关系7．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 、其它8互相关是两个信号之间存在多少相似性的量度。

两个完全不同的，毫无关系的信号，对所有位置，它们互相关的结果应该为________________A 、0B 、无穷大C 、其它9．周期函数随着其周期逐渐增大，频率（即谱线间隔）________________。

当函数周期变为无穷大，实质上变为非周期函数，基频趋于零A ．愈来愈小B 、愈来愈大C 、不变14．函数rect(x)rect(y)的傅立叶变换为________________A 、),(y x f f δB 、1C 、)(sin )(sin y x f c f c16．一个 空间 脉冲 在输入平面位移，线性系统的响应函数形式不变 ，只产生相应的位移，这样的系统称为________________A、时不变系统B、空间不变系统或位移不变系统C、其它系统17．线性空间不变系统的脉冲响应的傅立叶变换称为系统的________________。

信息光学试题及答案一、选择题1. 光学成像的基本条件是：A. 物距等于像距B. 物距大于像距C. 物距小于像距D. 物距等于两倍焦距2. 光的干涉现象说明光具有：A. 波动性B. 粒子性C. 直线传播性D. 反射性3. 在全息照相中，记录的是：A. 物体的实像B. 物体的虚像C. 物体的像差D. 物体的光强分布二、填空题4. 光的衍射现象表明，光波在遇到障碍物或通过狭缝时，会发生______现象。

5. 光纤通信利用的是光的______原理，可以实现长距离、大容量的信息传输。

三、简答题6. 简述迈克尔逊干涉仪的工作原理。

7. 光学信息处理技术在现代通信中的应用有哪些？四、计算题8. 已知一个凸透镜的焦距为10厘米，物体距离透镜15厘米，求像的性质和位置。

9. 一个光源发出波长为600纳米的光，通过一个双缝干涉装置，求在屏幕上距离中心亮纹1毫米处的条纹间距。

五、论述题10. 论述光学信息存储技术的发展及其对未来信息技术的影响。

参考答案：一、选择题1. D2. A3. D二、填空题4. 衍射5. 总反射三、简答题6. 迈克尔逊干涉仪通过将一束光分成两束，分别照射到两个反射镜上，再反射回来，通过观察两束光的干涉条纹，可以测量光波的波长或物体的微小位移。

7. 光学信息处理技术在现代通信中应用广泛，如光纤通信、光电子器件、光存储技术等，它们提高了信息传输的速度和容量，降低了传输损耗。

四、计算题8. 根据透镜成像公式，1/f = 1/u + 1/v，其中f为焦距，u为物距，v为像距。

代入数据得1/10 = 1/15 + 1/v，解得v = 30厘米，由于v > u，可知成像为倒立、放大的实像。

9. 根据双缝干涉条纹间距公式，Δx = λL/d，其中λ为波长，L为观察屏到双缝的距离，d为双缝间距。

由于题目中未给出L和d，无法直接计算条纹间距。

五、论述题10. 光学信息存储技术，如光盘存储、全息存储等，具有存储密度高、读取速度快、耐用性好等优点。

重庆邮电大学《信息光学》历年期末考试试卷（含答案）一、选择题（每题2分，共20分）1. 下列哪项不是信息光学的研究内容？A. 光的传播与成像B. 光的干涉与衍射C. 光的通信与传输D. 光的量子特性答案：D2. 下列关于光波的说法，错误的是：A. 光波是一种电磁波B. 光波的传播速度与介质无关C. 光波可以发生干涉与衍射现象D. 光波的频率与波长成反比答案：B3. 下列关于光学透镜的说法，正确的是：A. 凸透镜具有放大作用，凹透镜具有缩小作用B. 凸透镜的焦距与凹透镜的焦距相等C. 透镜的放大倍数与焦距成正比D. 透镜的放大倍数与焦距成反比答案：A4. 下列关于光的干涉现象的说法，错误的是：A. 干涉现象是光波相互叠加的结果B. 干涉现象分为相干干涉和非相干干涉C. 相干干涉的条纹间距与光源的波长成正比D. 非相干干涉的条纹间距与光源的波长成反比答案：D5. 下列关于光的衍射现象的说法，正确的是：A. 光的衍射现象仅发生在光遇到障碍物时B. 光的衍射现象与光的传播方向无关C. 光的衍射现象与光的波长成正比D. 光的衍射现象与光的波长成反比答案：C二、填空题（每题2分，共20分）6. 光的传播速度在真空中的数值为______。

答案：3×10^8 m/s7. 光的频率与波长的关系式为______。

答案：v = λf8. 透镜的放大倍数与焦距的关系式为______。

答案：M = 1/f9. 光的干涉现象分为______干涉和______干涉。

答案：相干干涉，非相干干涉10. 光的衍射现象与______有关。

答案：光的波长三、计算题（每题20分，共60分）11. 一束波长为600nm的单色光通过一个焦距为10cm的凸透镜，求成像距离。

解：根据透镜成像公式 1/f = 1/u + 1/v，其中u为物距，v为像距，f为焦距。

已知 f = 10cm，u = ∞（因为无穷远的光线经过透镜后成像于焦点），代入公式得：1/10 = 1/∞ + 1/v1/v = 1/10v = 10cm答案：成像距离为10cm。