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《信息光学》课程教学大纲

课程英文名称：Information Optics

课程学时：64               学分：4

课程类型：专业核心课

适用学科专业：光学、光学工程、光电子技术、光信息科学与技术、应用物理、电子信息科学与技术、精密仪器等

先修课程：高等数学、电磁学、光学、数学物理方法

一、课程简介

本课程立足于教学改革和培养面向21世纪光电信息人才的要求，系统介绍信息光学基础理论及相关的应用技术。课程在内容上力求新与精，强调理论与实用的结合，特别是光学与光电子学的结合，并反映20世纪90年代末的信息光学面貌。

Based on the teaching reforms and the photoelectric information personnel training of 21st century, Information Optics introduces the basic theory of information optics and related applications systematically. By showing the frontier content and the optical appearance of information reflected in the late 1990 of the 20th century, the course emphasizes the combination of theory and practical, and the combination of optics and optoelectronics.

二、课程目标

本课程要求学生了解和掌握二维傅里叶变换、标量衍射理论、光学成像系统的频率特性、部分相干光理论、光学全息照相、空间滤波、相干光学处理、非相干光学处理、信息光学在计量学和光通信中的应用，能够对相应的原理和光路有较系统的认知，能够较有效地应用Matlab完成信息光学上述内容的建模与仿真分析。

By the requirements of the courses, the students have to solution and master two dimension Fourier Transform, and scalar diffraction theory, and optical imaging system of frequency characteristics, and part coherent optical theory, and optical holographic photography, and space filter, and coherent optical processing, and non-coherent optical processing, and information optical in measurement learn and optical communications in the of application. They need to know the principle and optical system systematically, and they need to simulation analysis some information optical application by using Matlab effectively.

三、课程内容安排和要求

（一）教学内容、要求及教学方法

• 教学内容和要求

全课程共分10章，MOOC课程讲授内容32学时，另有32学时自学。其内容和学时安排如下：

第一章  二维傅里叶分析（12学时）

1. 掌握光学中常用的几种非初等函数的概念及其计算；

2. 理解d函数；熟练掌握卷积与相关的概念和实际计算；

3. 理解傅里叶变换的基本概念和二维傅里叶变换的基本原理；了解傅里叶――贝塞耳变换；

4. 掌握常用函数的傅里叶变换对；

5. 理解线性系统与线性空不变系统，理解二维抽样定理。

第二章  标量衍射理论（8学时）

1. 理解基尔霍夫衍射理论；

2. 掌握衍射规律的频域表达式及其具体计算；

3. 理解菲涅耳衍射与夫琅和费衍射，理解菲涅耳衍射和夫琅和费衍射的理论计算，熟练掌握菲涅耳衍射和夫琅和费衍射的具体计算机计算；

4. 了解衍射的巴比涅原理。

第三章  光学成象系统的频率特性（10学时）

1. 理解透镜的傅里叶变换性质；

2. 理解光学成象系统的一般分析；

3. 掌握衍射受限相干成象系统的传递函数；

4. 掌握衍射受限非相干成象系统的传递函数；

5. 了解相干成象与非相干成象系统的比较。

第四章  光源的相干性（2学时）

1. 理解光源的时间相干性和空间相干性；

2. 了解实多色场的复值表示；

3. 理解互相干函数；

4. 掌握准单色光的干涉；

5. 了解激光的相干性；

第五章  光学全息照相（8学时）

1. 理解全息照相的基本原理；

2. 掌握菲涅耳全息图的记录原理和各干涉项意义；

3. 了解全息记录介质的性质和特点；

4. 理解傅里叶变换全息图的记录和再现特点；

5. 理解像全息图和彩虹全息图的记录与再现原理；

6. 理解体积全息图的原理；

7. 了解模压全息图的特点和制作过程；

8. 了解全息照相的应用。

第六章  空间滤波（4学时）

1. 理解空间滤波的基本原理；

2. 理解光学空间频谱分析系统的原理与应用分析；

3. 了解空间滤波器的一些应用实例

第七章  相干光学处理（6学时）

1. 理解图像相减的理论原理与分析；

2. 理解匹配滤波与图像识别的理论原理与分析；

3. 了解Vander Lugt相关器和联合变换相关器的基础原理；

4. 了解用逆滤波器消模糊的基本原理；

5. 了解非线性处理――半色调网屏技术。

第八章  非相干光学处理（4学时）

1. 了解基于几何光学的非相干处理系统；

2. 理解基于衍射的非相干处理――非相干频域综合；

3. 了解白光信息处理技术的原理和实例；

4. 了解位相调制假彩色编码的原理和实例

第九章  信息光学在计量学中的应用（6学时）

1. 了解全息干涉计量的原理和基本方法；

2. 理解全息干涉图的实验原理和数据处理方法；

3. 了解散斑效应及其基本统计特征；

4. 理解二次曝光散斑图的记录和处理；

5. 了解散斑干涉计量、面内云纹法的基本概念和衍射光栅云纹干涉法的基本特点。

第十章  信息光学在光通信中的应用（4学时）

1. 了解光纤的基本结构；

2. 理解光纤布拉格光纤光栅的原理与基本应用；

3. 了解超短脉冲整形的光路原理和基本工作原理；

4. 了解阵列波导光栅的光路原理和基本工作特点。

• 教学方法

在理论教学的基础上，结合Matlab编程和具体实际问题分析，从原理、模型、实际系统参数和具体原理应用细节的角度，实际地展现相关的信息光学图景；对于学生之前较陌生的特殊函数，通过实例说明其在信息光学中的表达和对应实际模型，便于学生的学习、深入与思考；总的是结合理论和应用实例进行对应讲解，使学生能够在整个信息光学理论与应用的体系的角度上进行学习和认知。

（二）自学内容和要求

考虑后续课程《光通信原理与技术》、《光通信》等对光纤有进一步的深入内容，因此第10章的信息光学在光通信中的应用部分章节安排自学，教师仅就布喇格光纤光栅、超短脉冲的整形等的思想进行介绍。

（三）实践性教学环节和要求

学生在答疑时，安排参观部分实验，相应的实验安排在《信息光学实验》课程中；课程对学生推荐各章节的光场计算实例，要求其自选适当题目分析、计算并完成一份课程报告。

四、考核方式

课堂测试与作业占30%、讨论和课程报告占20%、期末考试占50%，按百分制计分，60分至80分为合格、80分以上至100分为优秀。

五、建议教材及参考资料

（一）教材：

建议教材：《信息光学理论与应用》第3版，王仕璠编著，北京：北京邮电大学出版社，2013.3.1（普通高等教育“十一五”国家级规划教材）

（二）参考资料：

1.《现代光学原理》，王仕璠主编，成都：电子科技大学出版社，1998年11月

2.《现代光学基础》，钟锡华编著，北京：北京大学出版社，2003年8月

3.《信息光学》，苏显渝、李继陶编著，北京：科学出版社，1999年9月‍