《傅里叶光学》长春理工大学

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1、傅里叶光学FourierOptics薛常喜光电工程学院1）光学是一门古老的学科，主要研究光波的本性、光波的传播以及光与物质的相互作用。2）光学的发展历史可以追溯到公元前5世纪，到目前已经有2000多年的历史，并逐渐在物理学中形成了一门独立的基础学科。3）光学的发展历史可以看成是人们对光本性认识的历史，以及人们利用光学技术推动社会不断进步的历史。4）在整个发展历史中，光学也从经典光学发展到现代光学，人们对光学的认识不断深入，而光学在整个社会中的应用也越来越广泛。1、傅里叶光学的发展历史光学的发展历程第一阶段：17世纪中叶之

2、前经典光学的早期发展阶段【几何光学】触觉论、发射论直线传播、小孔成像、光的反射和凹凸面镜反射成像公元前5世纪公元前4世纪Snell折射定律、费马原理公元前3世纪到公元17世纪中叶第二阶段：17世纪中叶至19世纪经典光学的快速发展阶段【波动光学】波动学说和粒子学说之争17世纪初至19世纪末Maxwell电磁波理论迈克尔逊-莫雷以太实验19世纪60年代第三阶段：20世纪现代光学的诞生及发展阶段量子力学、相对论、波粒二像性、物质波理论20世纪上半叶全息术、光学传递函数及激光器的诞生20世纪40年代至60年代量子光学、傅里叶光学、

3、薄膜光学、集成光学、非线性光学、光纤光学等现代光学分支的诞生20世纪60年代以来19世纪80年代5）现代光学发展的三件大事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)！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。1960年，一种全新的光源-激光器诞生了，它的出现极大地推动了相关学科的发展。6）20世纪50年代数学、电子技术、通信理论与光学相结合，给光学引入了频谱、空间滤波、载波、线性变换及相关运算等概

4、念，从而形成了一门新的光学学科—傅里叶光学！傅里叶变换和通信中的线性系统理论使光学与通信在信息学领域统一起来，从“空域”走向“频域”。光学不再仅限于用光强、振幅和透过率的空间分布描述光学图像，也用空间频率的分布变化描述光学图像。1、傅里叶光学的发展历史6）20世纪60年代以来由于激光器的应用，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，光学研究的内容和方法发生了改变7）随着计算机技术的发展，信息光学也获得了巨大发展，信息光学逐渐发展成为集光学、计算机和信息科学相结合的一门技术，成为信息科学的一个重要组成部分和现代

5、光学的核心之一。传统上，用光强、振幅的空间分布来描述光学图像现在，则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。“空域”“频域”傅里叶光学（又称信息光学）最终形成一个重要的学科分支。1、傅里叶光学的发展历史1）课程将从三个方面介绍傅里叶光学的基本内容一、信息光学的基础理论，包括傅里叶变换、线性系统理论、标量衍射理论、传递函数理论等；二、信息光学的主要应用，包括光学全息、计算全息、空间滤波、光学相干和非相干处理等；三、信息

6、光学的最新发展动态，如激光散斑、分数傅里叶变换等。2）具体安排见下页3、本课程的主要内容1）傅里叶光学基于傅里叶变换的方法研究光学信息在线性系统中的传递、处理、变换与存储等。2）傅里叶光学主要的研究内容包括：光在空间的传播（衍射和干涉问题）光学成像（相干与非相干成像系统）全息术（包括计算全息）光学信息处理（相干滤波、相关识别等）光学变换、光计算、光学传感等3）傅里叶光学主要的研究方法：傅里叶变换+线性系统理论2、傅里叶光学的研究内容和研究方法课程内容安排第一章傅里叶变换第二章二维线性系统第三章标量衍射理论第四章透镜的位相调

7、制和傅里叶变换性质第五章光学成像系统的频率特性第六章部分相干理论第七章光学全息第八章光学信息处理第九章激光散斑及其应用3、本课程的主要内容主要内容1.引言——信息2.光学信息光信息处理的优势3.光信息处理发现的历史4.光信息处理作为一个新的技术科学分支还远远没有达到成熟和广泛实用阶段。5.具体体现：6.课程学习要求达到目的从信息光学角度进一步阐述傅里叶光学一．引言——信息科学技术是组成社会生产力的一个重要因素，社会生产水平最终决定人类改造自然的能力和范围，也就决定了科学技术工作的任务，性质和规模。信息分为两种类型：1.能量

8、传递和转换为特征18世纪60年代的工业革命，以纺纱机和蒸汽机的发明为先导。2.信息科学的形成20世纪中叶以来，随着自动控制，通讯，电子计算机的迅猛发展。从而认识到信息运动是物质运动总体的一个方面，它与能量运动存在于统一的物质运动中。信息的表现形式多种多样例如：①人的语言是社会信息②遗传密码是生物信息③计