信息光學精品課件

1、信息光學課件第1頁，共36頁，2022年，5月20日，16點32分，星期一致謝北京郵電大學徐大雄院士提供了部分視頻資料中央民族大學朱偉利教授提供了部分ppt動畫資料特此致謝！第2頁，共36頁，2022年，5月20日，16點32分，星期一享受光享受光學 光學科學與技術的成果已深深滲透到我們的生活中-王大珩第3頁，共36頁，2022年，5月20日，16點32分，星期一 20世紀以前的光學古典光學傳統(tǒng)光學 20世紀的光學傳統(tǒng)光學現(xiàn)代光學 21世紀的光學光子時代的到來王大珩先生說：21世紀 將是光子的世紀 第4頁，共36頁，2022年，5月20日，16點32分，星期一20世紀光學的 主要特點 光學領域

2、的擴展 應用功能的擴展 研究內容的擴展 應用范圍的擴展第5頁，共36頁，2022年，5月20日，16點32分，星期一20世紀光學的 主要特點1、光學領域的擴展新學科紫外光學、X射線光學、微光夜視、紅外光學X射線 紫外近紅外 中紅外 遠紅外可見光 波段： 向兩端擴展 波長：單色性、相干性 研究方向激光器激光全息 光強：單光子 激光光源 星際光源第6頁，共36頁，2022年，5月20日，16點32分，星期一20世紀光學的 主要特點 1、光學領域的擴展 研究對象：宇宙、宏觀、介觀、微觀研究方向宏大光學微小光學天文望遠鏡微透鏡研究方向天文光學納米光學 空間尺度：百億光年 單原子尺度，介觀尺度 時間尺度

3、： 天文時間 原子反應時間 （10-15 秒）研究方向靜態(tài)光學 瞬態(tài)光學如超快速現(xiàn)象 納秒、 皮秒、飛秒第7頁，共36頁，2022年，5月20日，16點32分，星期一20世紀光學的 主要特點 2、應用功能的擴展光學工程 綜合技術學科光機電算材光學精密機械電子材料計算機現(xiàn)代精密儀器：多功能、高效率 光、機、電、算一體化技術手段：自動化、數(shù)字化、智能化第8頁，共36頁，2022年，5月20日，16點32分，星期一20世紀光學的 主要特點 3、研究內容的擴展望遠鏡、顯微鏡、放大鏡等 傳統(tǒng)光學 ： 研究 現(xiàn)代光學： 擴展到 光子已不僅是作為信息傳遞的手段，幫助人類認識世界 光子也能改變物質的形態(tài)， 幫

4、助人類改造世界 激光 核科學技術 光探測器 全息 航空航天 圖象處理 微光 光纖與光纖通信 圖象融合 光集成 光信息處理 靈巧結構 光計算 機器人視覺 等等 第9頁，共36頁，2022年，5月20日，16點32分，星期一激光核聚變: 神光II裝置第10頁，共36頁，2022年，5月20日，16點32分，星期一載人航天飛行: 神舟5號第11頁，共36頁，2022年，5月20日，16點32分，星期一風云II號氣象衛(wèi)星第12頁，共36頁，2022年，5月20日，16點32分，星期一2.16m 反射望遠鏡第13頁，共36頁，2022年，5月20日，16點32分，星期一微光夜視技術第14頁，共36頁，2

5、022年，5月20日，16點32分，星期一全息防偽技術第15頁，共36頁，2022年，5月20日，16點32分，星期一4、應用范圍的擴展空間20世紀光學的 主要特點能源材料微電子生物工程醫(yī)療環(huán)境保護遙感計量通信印刷核技術生態(tài)環(huán)境防災農業(yè)精密加工資源保護軍事信息科學遙測生命科學化學工程第16頁，共36頁，2022年，5月20日，16點32分，星期一許多學科分支和方向 已形成大規(guī)模的產業(yè)全世界光學和光（電）子學技術產業(yè)規(guī)模 1995年 達 700億美元 2000年 達 1030億美元光信息科學光電子技術光電子成為信息產業(yè)的主角第17頁，共36頁，2022年，5月20日，16點32分，星期一機械領域

6、： 激光加工： 打孔、切割、焊接、表面處理 激光光刻、激光微細加工、X射線光刻能源領域： 太陽能電池、激光核聚變 空間衛(wèi)星的能源，地球能源光電子光電子成為現(xiàn)代產業(yè)的主角第18頁，共36頁，2022年，5月20日，16點32分，星期一光纖通信： 以低損耗石英光纖和半導體激光器為基礎， 成為當今通信的主體和方向 顯示技術：液晶大屏幕顯示成為下一代電視的主流; 圖像顯示和復制設備：激光照排、印刷、分色、打印、復印、傳真， 構成龐大印刷產業(yè)成像和探測領域 CCD等數(shù)字圖像設備：掃描儀、傳真機、攝象機、攝錄機、數(shù)碼相機使光信息數(shù)字化; 光電子成像器件和探測器可以涉及到不可見光（微光和紅外）光信息科學 光

7、 是最重要的信息載體，人類感官接收客觀世界總信息量的 90%以上通過眼睛第19頁，共36頁，2022年，5月20日，16點32分，星期一采集傳輸處理存儲超高速度超大容量信息時代 對 信息技術提出 更高 要求信息爆炸第20頁，共36頁，2022年，5月20日，16點32分，星期一重返大氣層多彈頭導彈的 攔截例1彈頭數(shù)量大于1000枚的情況 要求：在數(shù)分鐘內完成五項功能1015 次/秒要求達尋 的在 3 29 時間內分 4 階段攔截、確認結果識 別跟 蹤發(fā) 射迎 擊計算速度第21頁，共36頁，2022年，5月20日，16點32分，星期一目前 電子計算機 的計算速度舉例中國科學院知識創(chuàng)新工程和上海市

8、信息化建設的重大成果2005-1-14 報道計算速度10 13 次/秒 3000億 次/秒高性能計算機 曙光4000A10萬億次而在2003年2月報道的是：第22頁，共36頁，2022年，5月20日，16點32分，星期一例2高智能機器人計算速度1015 次/秒要求達學習聯(lián)想推理識別記憶功能：形象聲音氣味感覺感知:快速計算、快速反應、達到人腦的水平目標：第23頁，共36頁，2022年，5月20日，16點32分，星期一 “現(xiàn)代”機器人能做到嗎 ？ 打乒乓球！過馬路 ？第24頁，共36頁，2022年，5月20日，16點32分，星期一2003年2月23日報道 日本 研制的 世界第一個機器人能行走，能認

9、識10個人會握手、揮手、跟在人后面走關于現(xiàn)代機器人結論電子系統(tǒng)速度慢，現(xiàn)代機器人比不上 人第25頁，共36頁，2022年，5月20日，16點32分，星期一航空、航天中長期天氣預報地震預測、預報超大量衛(wèi)片的圖像處理 例3其它領域災難的避免快速反應快速處理計算速度1015 次/秒要求達第26頁，共36頁，2022年，5月20日，16點32分，星期一光子技術的優(yōu)越性20世紀光學的 主要特點響應速度快以光速傳播30萬 km / s （3x108 m / s）電信號傳輸速度：105 m / s電子開關速度：10-9 s光開關速度：飛秒（FS） 10-15 s對比第27頁，共36頁，2022年，5月20日

10、，16點32分，星期一光子技術的優(yōu)越性抗干擾能力強 不受外界電磁場干擾 相互間幾乎不干擾 可共用一個空間，不“串音” 電子受外界電磁場干擾 RC問題 滯后效應對比第28頁，共36頁，2022年，5月20日，16點32分，星期一光子技術的優(yōu)越性處理速度快 電子 在電線里傳輸串行傳輸：“瓶頸”問題并行傳輸： 由于線徑影響 出現(xiàn)RC問題對比光子 可在自由空間傳播 可在波導內傳播并行傳輸并行處理速度快二維圖像處理，更快、更優(yōu)第29頁，共36頁，2022年，5月20日，16點32分，星期一光子技術的優(yōu)越性傳輸容量大對比高密度大容量三維空間傳輸高帶寬一根光纖可同時傳送多少路電話？ 106 108路一路微波

11、通道，傳送 103 路 電話 或 1 路 彩電信號 美、日報道：超大容量傳輸系統(tǒng) 1012 bits / s （Tb / s） 21世紀投入使用第30頁，共36頁，2022年，5月20日，16點32分，星期一光子技術的優(yōu)越性序言 存儲密度大海量存儲例1200mm雙面光盤，2.4mm厚可存儲 2 部電影的全部聲、像信息例2全息存儲 1cm3 光折變晶體存儲 1萬 幅二維圖像，數(shù)據(jù)量達到10Gbit計算機控制，快速存儲第31頁，共36頁，2022年，5月20日，16點32分，星期一全息信息存儲空間光調制器探測器成像透鏡變換透鏡參考光束 信號光束激光器待存儲的信息數(shù)據(jù)頁記錄介質第32頁，共36頁，2

12、022年，5月20日，16點32分，星期一 中國的光學(光子學)已經對高科技、國民經濟與人民生活產生了影響。可以預期，光學（光子學）在21世紀將會像20世紀的電子學（微電子學）那樣大發(fā)展。讓我們一起為迎接光學（光子學）方面的重大突破而歡呼吧！ -王大珩認識光, 駕馭光發(fā)展光學你們這一代人 將成為最有希望的力量 是一支強大的生力軍第33頁，共36頁，2022年，5月20日，16點32分，星期一信息光學-傅里葉光學信號與系統(tǒng)的基本分析方法通信理論、傅里葉分析與現(xiàn)代光學的結合光學信息處理與全息學的基礎數(shù)學基礎二維線性系統(tǒng)分析標量衍射的角譜理論光學成像系統(tǒng)的頻率特性光全息術光學信息處理第34頁，共36頁，2022年，5月20日，16點32分，星期一教材和參考書教材陳家璧、蘇顯渝主編：光學信息技術原理及應用（面向21世紀課程教材）高等教育出版社，2002參考書1.呂乃光編,傅里葉光學.機械工業(yè)出版社, 19872. J.W.Goodman, Introduction to Four