《信息光学》课程教学大纲

《信息光学》教学大纲课程名称：信息光学英文名称：InformationOptics课程编号：F098091601学分：4总学时/课内实践学时：64学时课程性质：必修课程开课单位：数理科学与学院光电系适应对象：光电信息科学与工程专业、应用物理学专业课程简介《信息光学》课程是应用物理学专业学生的专业核心课，是培养物理学人才整体知识结构的重要组成部分。通过本课程的学习，学生能够了解信息光学在应用物理学专业中的地位与作用；还可掌握信息光学的基本概念、基础理论及光信息处理的基本方法，了解光信息处理的发展近况和运用前景。为今后从事光学方面的生产，科研和教学工作打下基础。本课程通过介绍近期我国在信息光学领域的成就，提升学生的自豪感，培养其家国情怀。InformationOpticsisacoreprofessionalcourseforstudentsmajoringinoptoelectronicinformationscienceandengineeringandappliedphysics,andisanimportantpartoftheoverallknowledgestructureofoptoelectronicandphysicstalents.Throughthiscourse,studentscanunderstandthepositionandroleofinformationopticsinoptoelectronicengineeringandappliedphysics,andcanalsomasterthebasicconceptsandtheoriesofinformationopticsandthebasicmethodsofopticalinformationprocessingaswellasunderstandtherecentdevelopmentandapplicationprospectsofopticalinformationprocessing.Itwilllayafoundationforfutureopticalproduction,scientificresearchandteaching.ThiscourseintroducestherecentachievementsinthefieldofinformationopticsinChinatoenhancestudents'senseofprideandcultivatetheirfeelingsofhomeandcountry.课程目标思政目标：强化科学伦理教育，注重科学思维方法训练和科学精神培养，提高学生分析问题和解决问题的的能力，激发学生科技报国的家国情怀和使命担当。Ideologicalandpoliticalobjectives:strengthentheeducationofscientificethics,payattentiontothetrainingofscientificthinkingmethodsandscientificspirit,improvestudents'abilitytoanalyzeandsolveproblems,andstimulatestudents'nationalfeelingsandmissionofservingthecountrythroughscienceandtechnology.熟悉傅里叶变换的基本原理，性质和意义；熟悉系统的基本概念及线性系统分析的基本理论。Befamiliarwiththebasicprinciple,natureandsignificanceofFouriertransform,aswellasthebasicconceptsofsystemsandthebasictheoriesoflinearsystemanalysis理解光的标量衍射处理原理，掌握菲涅尔衍射和夫琅禾费衍射的计算方法；理解透镜的位相调制作用和傅里叶变换性质；掌握成像系统的频率分析方法。Understandthescalardiffractionprocessingprincipleoflight,andmasterthecalculationmethodsofFresneldiffractionandFraunhoferdiffractionaswellasthephasemodulationandFouriertransformpropertiesofthelens;Masterthefrequencyanalysismethodofimagingsystem.掌握研究光全息的基本理论方法；掌握光学信息处理的基本方法；能够协作设计光学信息处理系统。Masterthebasictheoreticalmethodsforstudyingopticalholographyandthebasicmethodsofopticalinformationprocessing.Beabletodesignopticalinformationprocessingsystemincollaboration.三、课程目标与毕业要求对应关系本课程的课程目标对应用物理学专业毕业要求指标点的支撑情况如表1所示：表1-1课程目标与毕业要求对应关系毕业要求指标点课程目标毕业要求1：3.1具有爱国主义情操，尊重生命，关爱他人，主张正义，具有人文知识、思辨能力、处世能力和科学精神。1毕业要求2：1.4掌握应用物理学专业基础知识，并能将其用于解决光信息处理、光电检测和处理工程领域的综合性工程实践和复杂工程问题。3,4毕业要求3：2.6掌握所需要的专业知识和开发工具，具备综合运用理论和技术手段设计复杂光电信息科学与工程领域问题的能力。3毕业要求4：2.7具备采用现代信息技术领域的新理论、新技术、新方法设计/开发复杂应用物理学与工程问题的能力。5毕业要求5：2.10具备基于数学、自然科学、信号处理和信息系统理论知识对应用物理学领域复杂工程问题进行分析、研究的能力。2毕业要求6：3.10理解光电信息科学与工程实施中团队合作的必要性，能够组织、指挥和协调开展工作，并有效发挥作用。4表1-2课程目标与毕业要求对应关系（应用物理）毕业要求指标点课程目标毕业要求1：3.3具有良好的社会价值观，能够独立处理生活、学习和以后工作中的各种问题；1毕业要求2：1.1具有科学的世界观，较系统和完整地掌握物理学的基本理论、基本知识和基本技能以及所需的数学、计算机、电工电子学等方面的基础知识。对物理学相关专业方向前沿、发展动态、应用前景有所了解；2，3,4毕业要求3：1.4了解物理学的理论前沿、应用前景和最新发展，相关产业的发展状况；3毕业要求4：2.4熟悉科学研究的基本规律，具备基本的科学研究、实验能力，能够利用本专业学习的知识分析和解决本专业领域生产实践中的基本问题；4课程教学安排课程共有8项教学内容，具体安排如下。表2：课程教学安排表序号教学内容思政元素课堂教学学时实验/实践教学学时学时小计1绪论傅里叶分析爱国教育882二维线性系统科学素养443标量衍射理论家国情怀12124透镜的位相调制作用职业素养665成像系统分析奉献精神14146部分相干理论科学精神667光学全息中国成就668光学信息处理中国成就88合计6464教学安排1.绪论傅里叶分析教学要求：了解信息光学的研究对象、发展历程以及信息光学的学科领域和研究内容；掌握傅里叶分析的基本内容。重点难点：傅里叶分析；卷积、相关运算思政元素：介绍傅里叶光学发展历史，突出60年代艰苦条件下我国激光的发明，激发同学们爱国热情。教学内容：0绪论（支撑课程目标1）1.1常见函数1.2脉冲函数1.3卷积和相关（支撑课程目标2）1.4正交函数系1.5傅里叶级数（支撑课程目标2）1.6傅里叶分析（支撑课程目标2）2.线性系统教学要求：掌握线性系统的含义及其性质、线性不变系统的含义及其性质，了解抽样定理。重点难点：线性不变系统的性质；抽样定理成立的条件思政元素：介绍线性不变的定义，培养学生的科学素养。教学内容：2.1线性系统（支撑课程目标2）2.2线性不变系统（支撑课程目标2）2.3抽样定理（支撑课程目标2）2.4空间带宽积（支撑课程目标2）3.标量衍射理论教学要求：掌握复振幅的含义；了解基尔霍夫衍射理论、角谱衍射理论；理解菲涅尔衍射成立条件，掌握菲涅尔衍射方程的三种表达形式；掌握夫琅禾费衍射核巴比涅原理、衍射光栅；了解光衍射的计算机模拟方法。重点难点：光的标量衍射；菲涅尔衍射的计算；夫琅禾费衍射的计算；光的角谱理论。思政元素：介绍我国在信息光学方面的成就，培养家国情怀。教学内容：3.1光的标量衍射理论（支撑课程目标3）3.2衍射的基尔霍夫理论和角谱衍射理论（支撑课程目标3）3.3菲涅尔衍射（支撑课程目标3）3.4夫琅禾费衍射（支撑课程目标3）3.5巴比涅原理、衍射光栅（支撑课程目标3）3.6光衍射的计算机模拟（支撑课程目标3）4.透镜的位相调制作用教学要求：掌握透镜调制作用的数学表达；掌握透镜的傅里叶变换性质；了解透镜调制作用的来源，理解非理想透镜傅里叶变换的数学表达。重点难点：透镜的位相调制作用，透镜的傅里叶变换性质思政元素：介绍透镜磨制过程，培养学生职业素养。教学内容：4.1透镜的位相调制作用（支撑课程目标3）4.2透镜的傅里叶变换作用（支撑课程目标3）5.成像系统的频率特性教学要求：掌握透镜的成像性质；掌握光学频谱的含义；掌握对不同出瞳函数时相干成像系统频率响应的计算；掌握对不同出瞳函数时非相干成像系统频率响应的计算；了解有像差时传递函数的推导、光学链含义。重点难点：透镜成像性质；成像系统的频率响应；相干和非相干成像系统的比较思政元素：介绍阿贝先生关心工人的事，培养学生奉献精神。教学内容：5.1透镜成像性质（支撑课程目标3）5.2成像系统的一般分类（支撑课程目标3）5.3衍射受限的相干成像系统的频率响应（支撑课程目标3）5.4衍射受限的非相干成像系统的频率响应（支撑课程目标3）5.5像差对成像系统传递函数的影响（支撑课程目标3）5.6相干和非相干成像系统的比较（支撑课程目标3）5.7光学链（支撑课程目标3）6.部分相干理论教学要求：了解多色场含义及其复值表示方法；理解相干性一般概念、互相干函数；了解部分相干光的时间干涉；理解傅里叶变换光谱的原理；了解空间相干性的概念；了解范西特-泽尼克定理及其应用。重点难点：互相干函数；光的时间相干性；光的空间相干性思政元素：介绍迈克尔逊功成名就，年老体弱依然在一线探索的科学精神。教学内容：6.1光场相干性的一般概念（支撑课程目标3）6.2互相干函数（支撑课程目标3）6.3相干度的测量（支撑课程目标3）6.4傅里叶变换光谱学（支撑课程目标3）6.5准单色光的干涉、传播和衍射（支撑课程目标3）6.6范西特-泽尼克定理（支撑课程目标3）7.光学全息教学要求：了解全息的概念和发展历史；理解全息原理；了解不同形式的全息图；了解全息术的应用。重点难点：全息原理；全息术的应用；数字全息。思政元素：介绍我国全息照相、全息显示方面的最新成就，增强同学报国热情。教学内容：7.1绪论（支撑课程目标4）7.2全息原理（支撑课程目标4）7.3不同形式的全息图（支撑课程目标4）7.4全息术的应用（支撑课程目标4）7.5数字全息和计算机模拟（支撑课程目标4）8.光学信息处理教学要求：了解光学信息处理的含义；理解相干滤波的基本原理；掌握振幅、位相滤波方法；了解图像识别、复原的光学方法；了解阿贝-波特实验的计算模拟方法。重点难点：相干滤波的基本原理；位相滤波方法；光学的计算模拟方法。思政元素：介绍我国全在光学处理方面的最新成就，增强同学报国热情。教学内容：8.1引言（支撑课程目标4）8.2相干滤波（支撑课程目标4）8.3振幅和相位滤波（支撑课程目标4）8.4图像的光学识别、微分、加减运算（支撑课程目标4）8.5阿贝-波特实验的计算机模拟（支撑课程目标4）课内实践教学内容及要求无。课程考核与评价表4：成绩评定方式表考核环节分值考核/评价细则平时作业及课堂表现3015次作业，1次2分，计30分；旷课一次扣5分，三次无故缺勤，本课程无学分；迟到、早退酌情扣分。期末考试70采用开卷考试形式进行，期末成绩为百分制，计入总成绩时乘以60%，由教务处安排考试流程，考试内容须覆盖支撑全部毕业要求指标的授课内容，考试完成后在综合教务系统中按照设定的占比系数录入成绩。合计100课程学习资源教材：傅里叶光学（第3版）.吕乃光.北京：