《信息光学》课程教学大纲

《信息光学》教学大纲一、课程基本信息课程名称信息光学InformationOptics课程编码SCC623111020开课院部理学院课程团队（未设置）学分2.0课内学时32讲授32实验0上机0实践0课外学时32适用专业光电信息科学与工程授课语言中文先修课程应用光学、物理光学课程简介（必修）本课程为光电信息科学与工程专业必修课程，是从事应用光学、光学信息处理、光学全息等方面研究需要学习的基础课程。课程用光学方法处理已经获取的二维光学信息，用各种光学技术承载、传播、记录、萃取和显示信息，其知识范围包括二维线性系统分析、光场复振幅的空间描述和角谱表示、二维光场在自由空间传播的衍射理论、衍射的角谱理论、衍射受限成像系统的相干传递函数与光学传递函数、全息信息处理等。通过本课程的学习使学生系统学习信息光学基础知识，培养学生理论联系实际，结合光学信息处理技术，开拓学生理论用于实践的方法和创新思路，提高学生解决实际问题的能力。为从事光学信息处理工作和学习使用近代光学信息处理技术打下基础。Thiscourseisacompulsorycourseforphotoelectricinformationscienceandengineeringmajor.Itisabasiccourseforresearchesengagedinappliedoptics,opticalinformationprocessing,opticalholography,etc.Thecourseusesopticalmethodstoprocesstheacquiredtwo-dimensionalopticalinformationandemploysvariousopticaltechnologiesforcarrying,propagation,recording,extractinganddisplayinginformation.Itsknowledgescopeincludestwo-dimensionallinearsystemanalysis,spatialdescriptionandangularspectrumrepresentationofcomplexamplitudeforlightfield,diffractiontheoryoftwo-dimensionallightfieldpropagationinfreespace,angularspectrumtheoryofdiffraction,coherenttransferfunctionandopticaltransferfunctionofdiffractionlimitedimagingsystem,holographyinformationprocessing.Throughthestudyofthiscourse,studentscansystematicallylearnthebasicknowledgeofinformationoptics.Thiscoursecanalsocultivatestudentstointegratetheorywithpractice,andcombiningopticalinformationprocessingtechnology,todevelopmethodsandinnovativeideasforstudentstoapplytheorytopracticeandimprovestudents'abilitytosolvepracticalproblems.Itlaysafoundationforthestudyofopticalinformationprocessingandmodernopticalinformationprocessingtechnology.负责人大纲执笔人审核人二、课程目标序号代号课程目标OBE毕业要求指标点任务自选1M1目标1：理解并掌握信息光学中有关傅里叶光学、线性系统的基本概念、原理等专业知识，能将所学的知识运用到解决光波经过自由空间、成像系统进行光电信息处理时遇到的具体问题。是1.11.12M2目标2：能够用信息光学中的线性系统理论、傅里叶光学原理、传递函数方法对光电信息处理应用中的具体问题进行推演和分析。是1.33M3目标3：基于与信息光学中相关测量与成像等光学信息处理的科学原理和数学模型方法，正确表达对应的复杂光电信息工程问题是2.24M4目标4：基于信息光学中菲涅尔衍射和光信息处理系统等原理和文献研究，能够对光电信息领域相干与非相干检测成像等具体问题的解决方案进行调研和分析。是4.1三、课程内容序号章节号标题课程内容/重难点支撑课程目标课内学时教学方式课外学时课外环节1第1章第1章绪论//////21.11.1信息科学与技术信息的一般含义，科学含义，基本特征；信息科学与技术。M10.5讲授0.5预习31.21.2光信息技术原理与应用及课程要求我国信息技术的发展与现状；光信息技术原理及应用，信息光学及应用；课程的基本特点，参考资料以及基本要求。M10.5讲授0.5预习4第2章第2章二维线性系统分析本章的重点和难点：脉冲响应函数的定义及引入该物理量的意义、几个特殊的非初等函数、卷积与相关的基本概念和计算。/////52.12.1线性系统及几个常用的非初等函数线性系统概念和定义。几个非初等函数定义和应用。M11讲授1预习62.22.2delta函数与梳状函数delta函数与梳状函数的定义和性质及应用。M11讲授1作业72.32.3二维傅里叶变换二维傅里叶变换和逆傅里叶变换的定义和存在条件，广义傅里叶变换。M11讲授1作业82.42.4卷积与相关卷积与相关的基本概念，卷积的计算，卷积的基本定理。M12讲授2作业92.52.5傅里叶变换的基本性质和定理二维傅里叶变换的性质和定理；几个特殊函数的傅里叶变换对。M12讲授2作业102.62.6线性系统分析线性系统的数学描述，线性平移不变系统，线性平移不变系统的传递函数和本征函数。M11讲授1作业11第3章第3章光波标量衍射的线性系统分析本章的重点和难点：球面波的近场近似形式，标量衍射的角谱理论，角谱的传播。/////123.13.1二维光场分析单色光波场的复振幅表示，平面波的空间频率和复振幅的空间频谱。M21讲授1预习133.23.2光波的数学描述光波的电磁理论基础，光波标量衍射近似的条件和表达，两种衍射的近似。M21讲授1大作业143.33.3复振幅分布的角谱及角谱的传播复振幅分布的空间频谱表示，标量衍射的角谱理论，角谱的传播，衍射屏及其复振幅透过率，衍射孔径对角谱的影响；光波衍射的线性系统分析，相干光场在自由空间传播的平移不变性。M21讲授1大作业153.43.4菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射系统分析菲涅尔衍射和夫琅禾费衍射的比较，相干光场在自由空间传播的脉冲响应函数，菲涅尔衍射和夫琅禾费衍射分析及其脉冲响应函数。M22讲授2作业163.53.5菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射应用实例菲涅尔衍射和夫琅禾费衍射举例分析。M22讲授2作业17第4章第4章光学成像系统的频率特性本章的重点和难点：衍射受限系统的相干传递函数（CTF）。非相干成像系统的光学传递函数（OTF）。调制传递函数，相位传递函数，OTF与CTF的关系，衍射受限非相干成像系统的OFT，相干与非相干成像的比较。/////184.14.1透镜的傅里叶变换性质透镜的相位变换作用，透镜的傅里叶变换特性。M32讲授2复习194.24.2相干照明衍射受限系统的点扩散函数单透镜相干成像的点扩散函数，孔径光栏、入瞳、出瞳，衍射受限系统的点扩散函数。M31讲授1作业204.34.3相干照明衍射受限系统的成像规律和相干传递函数相干照明衍射受限系统的成像规律，衍射受限系统的相干传递函数（CTF）。M31讲授1作业214.44.4衍射受限系统的非相干传递函数非相干成像系统的光学传递函数（OTF）。频域中描述非相干成像系统的成像特性。调制传递函数，相位传递函数，OTF与CTF的关系，衍射受限非相干成像系统的OFT。M42讲授2调研与研讨224.54.5相干与非相干成像系统的比较相干与非相干成像的比较，截止频率，像强度的频谱，两物点的分辨能力——分辨率。M31讲授1复习23第5章第5章全息术本章的重点和难点：波前记录与再现，全息图的基本类型；同轴全息图与离轴全息图，平面全息图，体全息图。/////245.15.1引言光学全息的基本思想和原理，光学全息的发展历史和四个基本阶段：同轴汞灯全息，激光离轴全息，激光记录、白光再现，白光记录、白光再现。M22讲授2预习255.25.2全息记录与再现波前记录与再现，全息图的基本类型。M21讲授1预习265.35.3同轴全息图与离轴全息图同轴全息图，离轴全息图，基元全息图。M22讲授2作业275.45.4抽样定理抽样定理；奈奎斯特抽样定理；函数的抽样与恢复。M22讲授2作业285.55.5数字全息与相移数字全息国内数字全息技术的发展与现状；数字全息的基本概念和原理，相移数字全息的基本概念和原理。M42讲授2调研和讨论四、考核方式序号考核环节操作细节总评占比1平时表现和测试1.成绩采用百分制，根据作业完成准确性、是否按时上交、是否独立完成评分，考察学生平时对基本工程知识的掌握和利用能力。2.考核学生对信息光学课程的基本知识的掌握程度，学生综合运用所学知识分析问题、解决问题的能力。3.由平时课堂测试和课堂回答问题决定，课堂上考察学生分析问题、解决问题的能力。30%2大作业1.研讨一种现代光信息技术，技术原理对应信息光学课程的相应原理。2.搜集支持题目的文献资料，要求查找期刊论文10篇以上，也可以有专利和学位论文。写成学术论文的形式，在正文中需要对各相关的文献进行分类和评论，考察学生文献调研和技术前沿性判断能力。3.整理所选技术涉及的原理，说明实现步骤。说明适用的的条件和各自的优缺点。如有可能，给出对最优秀的技术的改进和进一步优化的方案。20%3期末考试1.闭卷考试，成绩采用百分制，卷面成绩总分100分。2.主要考核学生对信息光学基本知识的掌握能力，学生综合运用所学知识分析问题、解决问题的能力，题型主要有简答题、分析题、计算题等。50%五、评分细则序号课程目标考核环节大致占比评分等级1M1平时表现和测试80%A:独立思考、按时完成，作图规范，解题思路清晰、步骤完整、格式合理、答案准确B:独立思考、按时完成，作图比较规范，解题思路比较清晰、步骤比较完整、格式合理、答案准确C:独立思考、按时完成，作图比较规范，解题思路比较清晰、步骤比较完整、格式比较合理、答案准确D:作业抄袭，未能按时完成，作图不规范，解题思路混乱。课堂测试和回答问题成绩由课堂测试答题情况和回答问题情况累积确定。2M1期末考试20%根据期末试卷评定3M2期末考试100%根据期末试卷评定4M3期末考试100%根据期末试卷评定 5M4大作业100%A：能够调研规定的信息光学技术，文献评论适当，原理描述正确，结构条理，格式符合期刊论文要求。B：能够调研规定的信息光学技术，文献评论基本