信息光学复习提纲-(华南师范大学).docx

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1、信息光学复习提纲（自编）第一章二维线性系统1 .空间频星的定&是什么？如何理解空间频率的标量性和矢垃性？2 .空间频率重量的定义与表达式？3 .平面波的表达式和球面波的表达式？4 .相干照明下物函数熨振幅的表示式与物矍勒木J军照明5 .非相十照明卜物光强分布的表不式与物卫E意识7（,y）为非相干照明下的物函数（强或分6 .线性系统的定义布）.其州氏交换即；篇篇黑黑需表示式与其作用府山3）号依双初八将输入函数分解为很多不同位置的如幽咕励售/春避箭!嚼渣不同分SI1.i1.n加枕PiSiIn柠虫找性系统的tt质完仝由肤冲”应由数来决定对T别吗簪鬻髅；，代枇晒月知的系统.任何检入函数所小网输出就得出

2、尔统对输入函数的整体响应。rf郁:以用上述税分求凡（留意：与线性叠加的意义相像，不同的是它不随位置变更而变更线性空不变。）0线性平移不变系统的传递函数与其意义于；、的成梦峰只（WtG场中各卢的像.11.线性平移不变系统的本征函数（有两个邮f3如舐窗）,1其次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：索末非定义：不能用反射或折射来说明的光线对宜线光路的任何偏离惠更斯一菲涅尔定义：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缘由导致波前的熨振幅分布（包括振幅分布和位相分布）的变更，使自由传播光场变为衍射光场的现

3、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，全部这些次波波面的包络面形成整个波在该时刻的新波面。芝光扰动待定的一点。惠更斯原理的数学表达式：设J点是点源可发出的一个质按惠更斯一非涅耳原理，得日点面元时P点扰动的贡献为：P点的总扰动为：IXI式中:C为常数，1.rJ为倾斜因子3 .衍射的基尔霍夫公式与其线性表示线性表示：.n1.视察平面上光场的复振幅分布，等广孔经平面上透射光场的空振幅口与脉冲响应I一的卷积因此，衍射系统可以等效于个线性空不变系统，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

4、学相互结合的纽带之一。4 .菲涅耳衍射公式与其近似条件菲涅耳衍射条件：1ZXZ满意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：视察平面上的史振幅分布正比rX的傅里叶变换，视察平面上光场的函数分布随着目增大会发生变更。即沿a轴亮暗交替6 .会聚球面波照明卜的菲涅耳衍射为r消退菲氏衍射中r1.的影响，可以采纳会聚球曲波照明的方法即：视察屏上的非涅耳衍射图样的豆振幅分布与衍射屏上的更振幅透过率的傅里叶变换成正比。7 .夫琅和费衍射公式8 .夫琅和费衍射的条件与范围EH或：EKI9 .夫琅和费衍射与傅立叶变换的关系表明：视察屏上光场复振幅分布正比于

5、衍射屏上透射光笈振幅分布的傅里叶变换。特别地：当用泉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熨振幅为：10 .矩形孔的夫琅和费衍射衍射平面的光强度为:11 .圆孔的夫琅和费衍射强度分布为：I第三章光学成象系统的衍射特性与频率传递函数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依据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灯振幅分布物后：I_3*c1透镜后：后焦面上：1）透镜后便面上的光场分布正比于透亮物体透过率函数的傅里叶变换2）

6、它的空间频率取值与后焦面坐标EN1.给出。3）利用透镜能较便利地实JI.4）记录和视察平面的光强/IXZfIXI2 .物体放在透镜前焦面hj兴仅心砒J口用uuCrJ攵RK网分布重要的结论：的透亮物体放在透镜的前焦Ifnt.在单位振幅平面当豆振幅的透过山波垂直照明下，则在透镜的后焦面上获得的精确的傅里叶变换。傅里叶变换前的位相因子消逝。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熨振幅分布4 .一般状况1 .物在透镜前2 .物在透镜后考察上两式可知：不管物体置透镜前或后，只要视察面是光源共辄象面，其衍射都属于夫琅和费型衍射即：衍射物光场(象面

7、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1物体在透镜前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(xOO)(x0000)5,透镜的脉冲响应_对于一个线性系统，在空觥1.假如系统是线性空间不变系统，r-h是线性系统的脉冲响应在频率域中，输入输出的关系为：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三表征6 .相干传递函数与光瞄函数的关系相干传递函数的意义：1、它表征加不昭口日K衍射受限系统的成象特性2、可依1NJ式用乘法运算

8、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，回E空域坐1.1.rJ和频域坐标存在肯定的坐标缩放关系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：知其截止坐产人.IB传递函数为，I!XI比较两式得X故其截止频.最大施止频率为：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，Ib得传递函数为：E：=VXI比较两式得：得截止频率为：第四章光学总1.-1J光学传递函数1,强鹿院冲向后的京Y定.rIXJ为系统的曳振幅脉冲响应3 .光学传递函数的公式与求解方法非相干成像系统的光学传谈1.HJ

9、定义式：1.“实际的光学系统qI=式中：1.KJ林为明制传理出3三1.何像分布与强度脉冲响应的卷积览度是线性空不变系统记作祢为相位传递函数描写了系统对各空间频率重量对比度的传递特性；描述了系统对各空间频率由量产生的相移。是变更对比度和相对相位。是相干成像系统的相干传递函数，是非相干成像系统的光学传递函教求衍射受限系统的只不过是计算归一化由叠面r14 .会求几种状况的光学传递函数与截止频率J11、计算出射光瞳边长为/的正方形的衍射受限系统折（光学传递函数）和截止频率（07级计算题）r.解：已知光瞳函数；!X.依据对光学传递函数的几何说明公式【XI由图示的几何关系知：光瞳的总口三光瞳的重登旅I,代

10、入H式得：J-式中：式中：是系统在相干照明下沿方向的截上师率.而在非相干照明下，系统沿方向的截止频舁IIX.2、计算出射光瞄直径为1圆形ns工受限小与其截止频率（08级计算题）解：依据定义有：I）而光瞳总面1a两圆EI一K代入H式米1.XI由于圆频率空杯由J力向奥总任（网对称性），有：）由上式1.求截止频率而由图知：.又由图得:耐3亦可改写为：其截止频率为：第六章光学全息照相1 .试列出全息照相与般照相的区分全息照相的特点：（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,

11、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。再现时各场域可互不干扰.（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，必需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全息图：既记录物光的振幅信息（亮暗分布），又记录物光的位信任息（前后差异）的照相，得到物体的立体图象。干涉条纹的衬度（反差）：记录了物体光波的振幅，干涉条纹的疏密分布：记录了物体光波的位相。全息照相分两步进行：第一步是波前更振幅的记录：其次步是波前红振幅的再现。波前记录（造图）：将物体射出的光波与参考光相干涉，用照相方

12、法将干涉条纹记录下来，称为全息图或全息照片。（物波的记录过程中主要表现的是光的干涉）波前再现（建像）：是用与参考光波特别相像的光波照耀全息图，光通过全息图的衍射犹如光栅的衍射一样，衍射光波与物体光波相像，构成物体的再现像。（物波的再现过程主要表现的是光的衍射）3 .试时出拍摄三维全息的光路图全息照相的记录全息图的再现4 .基元全息图的分类1按记录介质的膜厚分类：平面全息图、体积全息图；2按投射率函数的特点分类：有振幅型全息图和位相型全息图，而位相型又分为表明浮雕型和折射率型：3按所记录的物光波的特点分类：菲涅耳全息图和夫娘和费全息图和傅里叶变换全息图；4按再现时比照明光的要求分类：激光再现全息

13、图和门光再现全息图；5按再现时视察者和光源的相对位置分类：投射型全息图和反射型全息图：6按所显示的再现像的特征分类：像全息图、彩虹全息图、360全息图、真彩色全息图等5 .结合试验谈谈做全息试脸应留意什么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物光、参考光和再现光的红振幅5记录时，全息图平面上物光与参充在线性纪录的状况下，全息图的巨振幅透亢用参考光照明再现时，透理金思图的光破复振幅为：U=qt.v）i+（.v.r）+C-（x,r）+C（.v）（.r）Ud+Ekc+qMff+c0Vff（625）象点的坐标y式中：假如用原参考元

14、件丹说无，可见：原始像的位置与物点像，放大或缩小。假如再现光与原始况结论：1.记录时的光栅结椅9 .全息中的物像公式与解题力笳T的乌力共挽象项。:点左边）共桅像可能是虚象或是实置均会变更。.置而确定。2.再现时除了与光栅布憎的六夕r,止月件理兀源的位世和波长有关。10 .试述卤化银乳胶记录时的光化学过程曝光：卤化银粒子汲取光能析出金属银微粒而形成一种潜象。金属银的多少随曝光量的大小而定。显影：以金属银微粒为显影（还原）中心，使整个卤化银晶粒变成金属银沉枳卜来,而不含显影中心的晶粒则不发生这种变更。定影：将乳剂中未曝光部分的卤化银和曝光部分残留的卤化银清除掉，防止它以后变质为金属银。11 .列出

15、光导热朔料与银盐干版的的性能比较光导热塑料：是一种不须要故影、定影的位相型记录介质D性能比较银盐干板热塑料a）辨别率3000110005001b）灵敏度高相当高c）衍射效率1-5%30%d）环境条件暗室可以有照明e）显影方法湿干f）周期10分20秒g）运用次数1100h）实时原位难易.简述光导热朔料的光成像原理简洁原理（依次法）a）充电：片子在未曝光之前由电量充电器对其充电，这时间导体可以近似看作绝缘体，负电荷聚集在光导层下表面。b）曝光：片子充电后，光导体对光敏感，在光照区域光导体电阻下降，负电荷移到光导体和热塑料的界面上。由于电荷密度不变一电场不变。但距离短了，所以曝光区域的表面电位下降而

16、形成一个电位潜像.c）再充电：曝光后再充电，使片子的电位又趋向样，这样，电位潜像消逝了，但又产生了一个电荷潜像。d）显影：将片子加热到热塑料的软化温度，这时热塑料在与光场分布对应的静电子作用下变形，表面电荷密度大的区域静电力大，热塑层下陷，电荷密度小的区域热塑料隆起，这样热塑料表面的电荷潜像便转化为热塑料层的浮啜像。再冷却冻结。e）消相：将片子加热到热塑料的软化温度以上，在表面张力的作用下，热塑料表面更原平滑，可再次运用。14.各类型平面全息图的衍射效率如何第七章光显示技术1.试画出记录象全息的几种光路1 、二步拍摄法2、透镜成像法（像面全息3、透亮物像全息的记录2 .象全息为什么可以用白光再

17、现由于色散，再现像的X.可见：,ZjJ1/回国人眼的辨别率是一个zt遣，三a时，允许有比较大的值，即可用白光再现。由：可见：回，同理：三回c三:三回时，可允许较大，可用宽光源再现。3 .什么叫彩虹全息，其特点是什么定义：彩虹全息是用激光记录，白光照明再现单色象的一种新的全息技术。特点：在记录光路中适当位置加入一个狭缝限制再现象的光波以降低象的色模糊，因而能用白光再现。优点：与象全息一样，可以用白光再现，得到不同颜色的彩虹象，但比象全息景深大,有视差效应（在狭缝方向）。4 .画出二步彩虹全息图的记录光路并说明其特点（07、08级简答题画图，要会画拍摄方法的光路图）拍摄方法：第步：拍摄张离轴菲涅耳

18、全息图原全息图其次步：拍摄一张线全息图彩虹全息图第三步：再现：a、单色光再现，b、白光再现特点：由图知：由于物光束受狭缝S的限制，（缝宽为回，物时利卜H曷一束细光束（y方而回这样对应于一个物点Q回3的：山一厂W由图得：由F一个物点的全息图的大小，在y方向受到限制，在X方向不受限制这样，在y方向失去体视感，在X方向有体视感。所以说：彩虹全息能用白光再现，是以牺牲了y方向的体视感为代价的。5 .画出拍摄步彩虹全息的几种光路6.像散彩虹全息有哪些特点用柱面透镜：削减色模*回口回提高信噪比：a/一光通量大一信噪比高7.制作模压全息图有几步，制作金属模有那些过程模压全息图的制作：第一步制作原版全息图其次

19、步金属模的制作第三步热压金属模的制作1）原版全息图的援面处理2）原版全息图的敏化处理3）化学镀银清洗油污、杂质，表面离子化，保证镀银反应匀称进行。镀上一层颗粒极细的银，形成导电层，图象转移4)5)6)电铸像镀上一层0.1的电银版剥离清洗一银版（头版）银版表面纯化，氧化母模保存，用于翻铸工作版使得在翻转工作模板时简洁剥离7)翻转工作模版干脆用于生产，可用100万次以上工艺流程：8 .模压全息图热压时有哪几道I：序胶片的打算：聚氧乙烯的干燥处理等热压真空镀铝（膜）反射式（镀膜机）涂胶加爱护层切边成型9 .记录傅立叶全息图有那几种光路、傅里叶变换全息图的记录（08级简答题，写出光路名称、作用）二、傅

20、里叶变换全息的其他光路布置1、球面波照明的傅里叶变换全息图的记录2、准傅里叶变换全息图的记录4.夫琅和费全息图的记录5.无透镜夫3、无透镜傅里叶变换全息图的记录琅和黄全息图的记录第八章光学空间滤波1 .何谓阿贝成像理论原理：物是系列不同空间频率的集合.入射光经物平面发生夫琅和费衍射,在透镜焦面（频谱面）上形成一系列衍射光斑，各衍射光斑发出的球面次波在相面上相干叠加,形成像.成像过程分为两步:第一步“分频”；其次步“合成”.2 .如何求解显微镜的辨别率3 .空间港波的试验与结果间频率信息.允的像是一条条H条位光栅的夫琅和费衍射图样,记录卜.光栅的空口民重上的先闵让军9RMItdtft.频谱面上的

21、光阑使物的频谱通过得越多，所成的像与物Orwse越接近.试验结果:阿贝-波特试验的傅里叶分析结果：原物振幅较小处，象的强度较大：原物振幅较大处，象的强度较小，称为衬度反转。可见利用空间滤波技术可以变更象的质量。4 .空间滤波的基本系统（1）自系统（三透镜系统）（2）双透镜系统（3）单透镜系统5 .空间滤波器的分米振幅泄沐IX1传-（1）低通滤波器滤出高频成分，使图象变软，变柔软，更清楚（2）高通灌波器滤去低频成分，能突出图像边缘，使调子变硬（3）带通滤波器让须要的频谱通过，在滤去噪音方面有应用（4）方向滤波器可突出某方面的特征EIIII患IyqtpTrf图例（二元振幅滤波器）MAMMMB（*（

22、5）位相滤沪;明一如移M.J1.jW（6）更数滤波器，（混合滤波器）6.空间滤波器的制作方法镀膜法：在透亮玻璃片基上按要求蒸镀金属膜或多层介质膜,制成振幅或位相滤波器.胶片曝光法：按要求在底片的某些区域曝光或限制曝光量制成。摄制全息图法：用全息摄制法或计算机限制制作全息图法制作有连续变更的振幅或位相调制滤波器。第九章相干光学信息处理1 .图像相加减的光路、原理与应用两幅图A、B：取相同部分，弃去不同部分，用相加法；取不同部分，弃去相同部分,用相减法。则：I获图像相减特点：（1）光路，原理尚洁（2）调整困难，（精确重合难）二、利用光栅准波实现图像相加减：A、B两图离轴的距离1.j透镜焦距IA田你

23、加或有位移3光栅专%j物干漉波器.在攫而卜晶入一报市昉/即他山的两片小工业皿的1(1) iII以处），图豕和城。(2):回tJ:仕中，3叵1应用：除去不须要的叠加图案，如电视制作的蓝屏技术。2.图像识别的,如上见配滤波器的制作日必也”乏处的物平面上，频谱平面放置上述全息滤波器。设待识别的图像为频谱面上的输入却选经涌波后的频谱在输出平面（像【匹配泄波器的工作原理示意图一个平面波照到一个物函数上，物后的光波受到物函数的调制，经透镜1后经过谱面.若在51上放置物E的匹配滤波器，则正好可将被物函数调制过的波再调制过来回:原为原来的平面波，这平面波经透镜2后聚焦在像面上，为一白相关亮点（聚焦）。周期性网点的消退：方法：低通滤波器光路：4F系统4.图像边缘增加的意义意义：有些图像衬底很低，图像的各部分的强度变更很小，不简洁分辨。假如能使图像各部分结构的边缘与中间部分比较变得较为光亮，成为一个轮廓分明的图像，就会一目了然，这种图像处理方法，称为图像的边缘增加。方法：1、用豆数滤波器实现图像的边缘增加2.用熨合光栅实现图像边缘增加（高通港波器是图像边缘增加的最简洁的方法）5.如何观看位相物体（08级选择题：暗场法、相衬法对于位相物体来说，透过的光强呈现片匀称，看不到轮廓方法：设法将位相变更转换为强度变更1暗场法像的强度分布与物的位相分布有关，使位相物体可见（因拦住了零极，视物变暗，故称为暗场法）