《信息光学》教学大纲
课程编号：PY5402
课程名称：信息光学英文名称：Information Optics
学分/学时：3/48 课程性质：必修
适用专业：应用物理学建议开设学期：第六学期
先修课程：光学、电动力学，信号与系统开课单位：物理与光电工程学院
一、课程的教学目标与任务
本课程为应用物理学专业的一门专业必修课。
在经典光学基础上，利用线性系统理论和傅里叶分析方法分析光学问题，从光的物理本质电磁波出发，系统学习现代光学的基础理论,其中包括标量衍射理论，光学成像系统频率特性以及光学全息等；学习空间光调制器、光信息存储、光学信息处理等应用技术原理以及最新技术进展。
二、课程具体内容及基本要求
(一) 二维线性系统分析 (2学时)
线性系统，二维线性不变系统，二维傅里叶变换，抽样定理
1.基本要求
（1）掌握二维线性不变系统特点和分析方法。
（2）掌握傅里叶变换性质和常用函数的傅里叶变换。
2.重点、难点
重点：二维线性不变系统的定义、传递函数以及本征函数
难点：将线性系统理论应用于光学系统分析的条件
3.作业及课外学习要求：本章主要复习线性系统理论和傅里叶变换相关概念，初步了解线性系统理论研究光学系统相关理论和方法的条件和特点。
（二）标量衍射的角谱理论（8学时）
光波数学描述，复振幅分布的角谱及角谱传播，标量衍射的角谱理论，菲涅耳衍射和夫琅和费衍射
1.基本要求
（1）掌握平面波空间频率的概念和计算方法。
（2）掌握标量衍射的角谱理论（基尔霍夫衍射、菲涅耳衍射和夫琅和费衍射）
（3）掌握夫琅和费衍射与傅里叶变换关系
（4）了解菲涅耳衍射与分数傅里叶变换关系
2.重点、难点
重点：平面波空间频率概念和标量衍射角谱理论
难点：（1）基尔霍夫衍射公式的光学物理意义
（2）复振幅分布和标量衍射理论的角谱理论物理意义
3.作业及课外学习要求：本章主要介绍光波传播过程中的空间域以及空间频域描述方法，是本课程理论基础，其研究方法、研究特点以及结论和公式是此后各章都要用到的，本
章掌握程度直接影响到本课程理解和掌握程度。
（三）光学成像系统的频率特性（8 学时）
透镜的相位变换作用，透镜的傅里叶变换性质，透镜的一般变换性质，衍射受限系统相干传递函数CTF和光学传递函数OTF, CTF和OTF的关系，相干与非相干成像系统的比较.
1.基本要求
（1）熟练掌握透镜的傅里叶变换性质
（2）掌握透镜的一般变换特性
（3）掌握光学系统相干传递函数CTF和光学传递函数OTF概念
（4）典型光瞳CTF和OTF计算方法
（5）了解相干与非相干成像特性与比较
2.重点、难点
重点：透镜的傅里叶变换特性和CTF、OTF概念
难点：相干与非相干成像比较
3.作业及课外学习要求：本章主要研究光经过单个透镜和复杂光学系统成像时空间域以
及空间频域描述方法，学习光学系统的传递函数描述方法和物理意义。
（四）光全息术（ 8学时）
光学全息原理，基元全息图分析，菲涅耳全息图、傅里叶变换全息，计算全息术，数字全息简介
1.基本要求
（1）熟练掌握光学全息原理
（2）掌握基元波带片和基元光栅制作方法和光学作用。
（3）掌握菲涅耳全息图、傅里叶变换全息图记录与再现原理
（4）了解计算全息术和数字全息技术
2.重点、难点
重点：光学全息原理
难点：基元波带片、基元光栅制作与光再现与光干涉、衍射关系
3.作业及课外学习要求：本章系统学习光学全息术理论，了解激光全息术不仅仅用于三维全息记录，而且是光学信息处理中各种滤波器制作的基础和各种全息光学元件制作的基础。
（五）空间光调制器（ 6学时）
概述，液晶光阀，电光效应器件，磁光空间光调制器。
1.基本要求
（1）学习空间光调制器基本功能和基本参数
（2）了解液晶光阀器件工作原理
（3）学习电光效应原理，了解电光效应器件工作原理
（4）学习磁光效应原理，了解磁光效应器件工作原理
2.重点、难点
重点：液晶光阀、晶体电光效应和磁光效应
难点：晶体电光效应和磁光效应
3.作业及课外学习要求：本章介绍空间光调制器基本性能和参数，在此基础上学习晶体的电光和磁光效应，了解常用电光和磁光效应器件特性。
（六）光学存储
光盘存储原理，超高分辨存储，三维存储技术
1.基本要求
（1）光盘存储原理和基本参数
（2）了解超高分辨存储工作原理
（3）了解三维存储工作原理
2.重点、难点
重点：光盘存储原理
（七）光学信息处理技术（ 8学时）
光学频谱分析系统和空间滤波系统，相干光学信息处理（图像相加减，光学微分，光学图像识别，图像消模糊等，合成孔径雷达），非相干光学处理（图像相加减，图像相关与卷积等）
1.基本要求
（1）熟练掌握光学频谱分析系统和空间滤波系统工作原理
（2）掌握典型相干光学信息处理方法原理
（3）掌握典型非相干光学处理方法原理
2.重点、难点
重点：阿贝-波特实验原理
难点：相干与非相干光学信息处理中各种滤波器制作与信息处理原理。
3.作业及课外学习要求：
三、教学安排及方式
总学时 + 学时，其中：讲授学时，实验（或上机或综合练习或多种形式）学时。
注：教学方式填写“讲授、实验或实践、上机、综合练习、多种形式”。
四、本课程对培养学生能力和素质的贡献点
本课程在内容上是经典光学理论和知识的延续和发展，在理论方法上，将传
统线性系统理论和信号分析方法应用于光学领域，对于学生学习、了解现代光学最新应用技术具有重要意义。
五、考核及成绩评定方式
最终成绩由平时作业成绩、期中和期末考试成绩和小论文成绩等组合而成。
各部分所占比例如下：
平时作业成绩：15%。
主要考核对每堂课知识点的复习、理解和掌握程度。
期中考试成绩：20%.主要考核学生信息光学基本理论的理解和掌握程度。
期末考试成绩：50%。
主要考核信息光学应用技术方面知识的掌握程度。
期中和期末考试均为书面考试形式。
题型为：问答题和计算题等。
课程论文成绩：15%。
主要考核学生对信息光学的基本理论，特别是现代光学技术的原理、技术现状以及发展前景的学习、了解程度、以及语言及文字表达能力。
学生可自拟题目或根据任课教师提出的题目撰写课程学习小论文，并在一定形式下进行宣讲、答辩，最后评定课程论文成绩。
六、教材及参考书目
教材：陈家璧等编《光学信息技术原理及应用》（第二版），北京：高等教育出版社，2011 参考书目：
（此处应列出至少三本与授课内容相关的参考书目，示例如下)
1.王仕璠编著《信息光学理论与应用》（第二版），北京邮电大学出版社，2004
2. 苏显渝等编《信息光学》北京：科学出版社，1999
3.[美]Joseph W. Goodman 《傅里叶光学导论》（第三版）《Introduction to Fourier Optics》Third Edition，秦克诚等译电子工业出版社 2011
七、说明
（一）与相关课程的分工衔接
本课程是在光学、电动力学和信号与系统等课程的基础上进行的，上述课程学习内容均比较系统和深入，完全满足本课程的需要。
该课程与其它专业课程无密切关联关系。
（二）其他说明
无
（执笔人：韩香娥审核人：×××）
2014年08 月日。