本科光学课程设计（论文）开题报告--信息光学综合实验

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1、08级本科课程设计（论文）开题报告题目信息光学综合实验学院物理与电子工程学院年级08专业光电信息工程班级学号姓名指导教师职称课程设计(论文)题目信息光学综合实验一、课题的国内外研究现状分析、研究目的和意义、光学是一门古老的科学，其起源可以追溯到3000年以前，我国的春秋战国时代的《墨经》中已记载了投影小孔成像等光学现象。古希腊学者欧几里德的《反射光学》一书，研究了光的直线传播原理和光的反射定律。事实上，人们对光现象的认识最初就是从光的传输方向等几何量的变化开始的。几百年来，经过伽利略、牛顿、惠更斯

2、、菲涅耳、夫琅和费、麦克斯韦、爱因斯坦等伟大先驱们持续的努力，光学已发展成为物理学中一门极为重要的基础学科，它运用严格的数学理论和方法，发展和形成了一套完整的理论体系及一套与理论相配合的实验方法。光学从诞生之日起，就是一门"仪器化"的科学。在它数百年发展的历程中，逐渐形成了一系列很有特色的实验装置和测试设备-光学仪器。从放大镜、眼镜到有几百万个光学镜片和复杂的电气、机械系统的大型天象仪、大型天文望远镜；从照相机、放大机、复印机到经纬仪、潜望镜、测距仪，光学仪器普遍用于人们生活、工作的各个领域。对光

3、学仪器的研究构成了光学学科的一个分支经典光学主要分为两部分：几何光学和波动光学。经过几百年漫长的道路，这两部分都已发展接近成熟。利用几何光学和波动光学非常成功地解释了大部分的光学现象和光学效应。但在二十世纪中叶，光学作为物理学的一个分支，发生了深刻的变化。1.1948年，全息术的诞生，物理学家第一次精确地拍摄下一张立体的物体像，它几乎记录了光波所携带的全部信息(这正是“全息”名称的来历)！2.1955年，科学家第一次提出“光学传递函数”的新概念，并用它来评价光学镜头的质量。3.1960年，一种全新

4、的光源-激光器诞生了，它的出现极大地推动了相关学科的发展。由于激光器的应用，全息术获得了新的生命。全息术和光学传递函数的概念结合，使光学研究不再限于用光强、振幅的空间分布来描述光学图像，而把图像看作是由缓慢变化的背景、粗的轮廓等比较低的"空间频率"成分和急剧变化的细节等比较高的"空间频率"成分构成的，用频率的分布和变化来描述光学图像。一门新的学科-信息光学(付里叶光学)从传统的经典波动光学中脱颖而出。信息光学（InformationOptics）又称傅立叶光学。傅立叶变换光学的主要内容：1、衍射系

5、统的屏函数2、夫琅和费衍射的傅立叶频谱分析3、阿贝成像原理变换光学处理光的衍射和干涉问题，最基本的方法是研究光的相干叠加。这是传统光学的一般方法。可以从另外一个角度分析这类问题。入射波场，遇到障碍物之后，波场中各种物理量重新分布。衍射障碍物将简单的入射场变换成了复杂的衍射场。所以可以从障碍物对波场的变换作用，来分析衍射。从更广义的角度，不仅仅是相干波场的障碍物，非相干系统中的一切使波场或者波面产生改变的因素，它们的作用都可以应用变换的方法处理。1873年阿贝（E.Abbe）首先提出显微镜成像原理以

6、及随后的阿贝—波特空间滤波实验，在傅里叶光学早期发展史上做出重要的贡献。这些实验简单、形象，令人信服，对相干光成像的机理及频谱分析和综合原理做出深刻的解释，同时这种用简单的模板作滤波的方法一直延续至今，在图像处理技术中仍然有广泛的应用价值。研究一个随时间变化的信号，可以在时域也可以在频域进行。实现信号从时域到频域或者从频域到时域变换的方法称为傅里叶变换。类似的，光学系统的成像过程既可以从信号空间分布的特点来理解，也可以从“空间频率”角度来分析，这就是所谓的光学傅里叶变换。由于会聚透镜对想干光信号具

7、有傅里叶变换特性，光信号的频域表示就从抽象的数学概念变成物理现实。与其他信息技术相比，光学信息处理实时性强，具有大容量和高度平行的特点。在特征识别、信息存储、光计算和光通信等领域有重要的应用前景。阿贝成像原理的意义在于:它以一种新的频谱语言来描述信息,它启发人们用改造频谱的方法来改造信息.二、主要研究内容论文的研究内容包括两个方面：一是研究已有的基础的阿贝成像与空间滤波实验，二是加入一些创新内容，从材料或者其他方面入手，研究阿贝成像与空间滤波原理。具体的研究内容包括以下几点：1.了解透镜的傅里叶变

8、换性质，加深空间频率、空间频谱和空间滤波等概念的理解在光学上，透镜是一个傅里叶变换器，它具有二维傅里叶变换的本领。理论证明，若在焦距为F的正透镜L的前焦面（X-Y面）上放一光场振幅透过率为g(x，y)的物屏，并以波长为l的相干平行光照射，则在L的后焦面（X¢-Y¢面）上就得到g(x，y)的傅里叶变换，即g(x，y)的频谱，此即夫琅禾费衍射情况。其空间频谱其中空间频率fx、fy与透镜像方焦面（频谱面）上的坐标有如下关系显然，就是空间频率为（）的频谱项的复振幅，是物的复振幅分布的傅里叶