信息光学精品课件

1、信息光学课件第1页，共36页，2022年，5月20日，16点32分，星期一致谢北京邮电大学徐大雄院士提供了部分视频资料中央民族大学朱伟利教授提供了部分ppt动画资料特此致谢！第2页，共36页，2022年，5月20日，16点32分，星期一享受光享受光学 光学科学与技术的成果已深深渗透到我们的生活中-王大珩第3页，共36页，2022年，5月20日，16点32分，星期一 20世纪以前的光学古典光学传统光学 20世纪的光学传统光学现代光学 21世纪的光学光子时代的到来王大珩先生说：21世纪 将是光子的世纪 第4页，共36页，2022年，5月20日，16点32分，星期一20世纪光学的 主要特点 光学领域

2、的扩展 应用功能的扩展 研究内容的扩展 应用范围的扩展第5页，共36页，2022年，5月20日，16点32分，星期一20世纪光学的 主要特点1、光学领域的扩展新学科紫外光学、X射线光学、微光夜视、红外光学X射线 紫外近红外 中红外 远红外可见光 波段： 向两端扩展 波长：单色性、相干性 研究方向激光器激光全息 光强：单光子 激光光源 星际光源第6页，共36页，2022年，5月20日，16点32分，星期一20世纪光学的 主要特点 1、光学领域的扩展 研究对象：宇宙、宏观、介观、微观研究方向宏大光学微小光学天文望远镜微透镜研究方向天文光学纳米光学 空间尺度：百亿光年 单原子尺度，介观尺度 时间尺度

3、： 天文时间 原子反应时间 （10-15 秒）研究方向静态光学 瞬态光学如超快速现象 纳秒、 皮秒、飞秒第7页，共36页，2022年，5月20日，16点32分，星期一20世纪光学的 主要特点 2、应用功能的扩展光学工程 综合技术学科光机电算材光学精密机械电子材料计算机现代精密仪器：多功能、高效率 光、机、电、算一体化技术手段：自动化、数字化、智能化第8页，共36页，2022年，5月20日，16点32分，星期一20世纪光学的 主要特点 3、研究内容的扩展望远镜、显微镜、放大镜等 传统光学 ： 研究 现代光学： 扩展到 光子已不仅是作为信息传递的手段，帮助人类认识世界 光子也能改变物质的形态， 帮

4、助人类改造世界 激光 核科学技术 光探测器 全息 航空航天 图象处理 微光 光纤与光纤通信 图象融合 光集成 光信息处理 灵巧结构 光计算 机器人视觉 等等 第9页，共36页，2022年，5月20日，16点32分，星期一激光核聚变: 神光II装置第10页，共36页，2022年，5月20日，16点32分，星期一载人航天飞行: 神舟5号第11页，共36页，2022年，5月20日，16点32分，星期一风云II号气象卫星第12页，共36页，2022年，5月20日，16点32分，星期一2.16m 反射望远镜第13页，共36页，2022年，5月20日，16点32分，星期一微光夜视技术第14页，共36页，2

5、022年，5月20日，16点32分，星期一全息防伪技术第15页，共36页，2022年，5月20日，16点32分，星期一4、应用范围的扩展空间20世纪光学的 主要特点能源材料微电子生物工程医疗环境保护遥感计量通信印刷核技术生态环境防灾农业精密加工资源保护军事信息科学遥测生命科学化学工程第16页，共36页，2022年，5月20日，16点32分，星期一许多学科分支和方向 已形成大规模的产业全世界光学和光（电）子学技术产业规模 1995年 达 700亿美元 2000年 达 1030亿美元光信息科学光电子技术光电子成为信息产业的主角第17页，共36页，2022年，5月20日，16点32分，星期一机械领域

6、： 激光加工： 打孔、切割、焊接、表面处理 激光光刻、激光微细加工、X射线光刻能源领域： 太阳能电池、激光核聚变 空间卫星的能源，地球能源光电子光电子成为现代产业的主角第18页，共36页，2022年，5月20日，16点32分，星期一光纤通信： 以低损耗石英光纤和半导体激光器为基础， 成为当今通信的主体和方向 显示技术：液晶大屏幕显示成为下一代电视的主流; 图像显示和复制设备：激光照排、印刷、分色、打印、复印、传真， 构成庞大印刷产业成像和探测领域 CCD等数字图像设备：扫描仪、传真机、摄象机、摄录机、数码相机使光信息数字化; 光电子成像器件和探测器可以涉及到不可见光（微光和红外）光信息科学 光

7、 是最重要的信息载体，人类感官接收客观世界总信息量的 90%以上通过眼睛第19页，共36页，2022年，5月20日，16点32分，星期一采集传输处理存储超高速度超大容量信息时代 对 信息技术提出 更高 要求信息爆炸第20页，共36页，2022年，5月20日，16点32分，星期一重返大气层多弹头导弹的 拦截例1弹头数量大于1000枚的情况 要求：在数分钟内完成五项功能1015 次/秒要求达寻 的在 3 29 时间内分 4 阶段拦截、确认结果识 别跟 踪发 射迎 击计算速度第21页，共36页，2022年，5月20日，16点32分，星期一目前 电子计算机 的计算速度举例中国科学院知识创新工程和上海市

8、信息化建设的重大成果2005-1-14 报道计算速度10 13 次/秒 3000亿 次/秒高性能计算机 曙光4000A10万亿次而在2003年2月报道的是：第22页，共36页，2022年，5月20日，16点32分，星期一例2高智能机器人计算速度1015 次/秒要求达学习联想推理识别记忆功能：形象声音气味感觉感知:快速计算、快速反应、达到人脑的水平目标：第23页，共36页，2022年，5月20日，16点32分，星期一 “现代”机器人能做到吗 ？ 打乒乓球！过马路 ？第24页，共36页，2022年，5月20日，16点32分，星期一2003年2月23日报道 日本 研制的 世界第一个机器人能行走，能认

9、识10个人会握手、挥手、跟在人后面走关于现代机器人结论电子系统速度慢，现代机器人比不上 人第25页，共36页，2022年，5月20日，16点32分，星期一航空、航天中长期天气预报地震预测、预报超大量卫片的图像处理 例3其它领域灾难的避免快速反应快速处理计算速度1015 次/秒要求达第26页，共36页，2022年，5月20日，16点32分，星期一光子技术的优越性20世纪光学的 主要特点响应速度快以光速传播30万 km / s （3x108 m / s）电信号传输速度：105 m / s电子开关速度：10-9 s光开关速度：飞秒（FS） 10-15 s对比第27页，共36页，2022年，5月20日

10、，16点32分，星期一光子技术的优越性抗干扰能力强 不受外界电磁场干扰 相互间几乎不干扰 可共用一个空间，不“串音” 电子受外界电磁场干扰 RC问题 滞后效应对比第28页，共36页，2022年，5月20日，16点32分，星期一光子技术的优越性处理速度快 电子 在电线里传输串行传输：“瓶颈”问题并行传输： 由于线径影响 出现RC问题对比光子 可在自由空间传播 可在波导内传播并行传输并行处理速度快二维图像处理，更快、更优第29页，共36页，2022年，5月20日，16点32分，星期一光子技术的优越性传输容量大对比高密度大容量三维空间传输高带宽一根光纤可同时传送多少路电话？ 106 108路一路微波

11、通道，传送 103 路 电话 或 1 路 彩电信号 美、日报道：超大容量传输系统 1012 bits / s （Tb / s） 21世纪投入使用第30页，共36页，2022年，5月20日，16点32分，星期一光子技术的优越性序言 存储密度大海量存储例1200mm双面光盘，2.4mm厚可存储 2 部电影的全部声、像信息例2全息存储 1cm3 光折变晶体存储 1万 幅二维图像，数据量达到10Gbit计算机控制，快速存储第31页，共36页，2022年，5月20日，16点32分，星期一全息信息存储空间光调制器探测器成像透镜变换透镜参考光束 信号光束激光器待存储的信息数据页记录介质第32页，共36页，2

12、022年，5月20日，16点32分，星期一 中国的光学(光子学)已经对高科技、国民经济与人民生活产生了影响。可以预期，光学（光子学）在21世纪将会像20世纪的电子学（微电子学）那样大发展。让我们一起为迎接光学（光子学）方面的重大突破而欢呼吧！ -王大珩认识光, 驾驭光发展光学你们这一代人 将成为最有希望的力量 是一支强大的生力军第33页，共36页，2022年，5月20日，16点32分，星期一信息光学-傅里叶光学信号与系统的基本分析方法通信理论、傅里叶分析与现代光学的结合光学信息处理与全息学的基础数学基础二维线性系统分析标量衍射的角谱理论光学成像系统的频率特性光全息术光学信息处理第34页，共36页，2022年，5月20日，16点32分，星期一教材和参考书教材陈家璧、苏显渝主编：光学信息技术原理及应用（面向21世纪课程教材）高等教育出版社，2002参考书1.吕乃光编,傅里叶光学.机械工业出版社, 19872. J.W.Goodman, Introduction to Four