信息光学课程设计
光学信息论课程设计
光学信息论课程设计1. 课程概述光学信息论是信息理论和光学的交叉领域，它研究光信号的传输和处理，涉及光场、统计光学、信噪比、信息熵等基础知识，对于理解和设计通信系统、光学信息处理系统、光学成像系统等具有重要意义。
本课程设计旨在通过实际操作，加深学生对光学信息论基础知识的理解和掌握，提高其实际运用能力。
2. 课程内容本课程设计包括以下三个实验：实验一光学传输系统的信噪比测试通过搭建一套基于 LASER、光纤、PIN 接收器的光纤传输系统，利用信噪比测试仪测量传输中各个环节的信噪比，并分析影响传输质量的因素。
通过此实验，理解光传输系统的优点和不足，为搭建更加完善的光传输系统提供指导。
实验二光学成像系统的分辨率测试利用一套光学成像系统，对不同的测试样品进行测试，通过分析 MTF （Modulation Transfer Function）曲线，计算得到该成像系统的最大分辨率，比较数据与理论值的差异，并分析影响分辨率的因素。
通过此实验，加深对光学成像系统的理解和分辨率计算方法的掌握。
实验三数字光学成像系统的信噪比和动态范围测试利用一套基于光电二极管和数字信号处理器的数字光学成像系统，对不同测量信号进行测试，获取成像系统的信噪比和动态范围，并对系统进行优化，通过分析实验数据，理解数字光学成像系统的优点和不足，为实际应用提供指导。
3. 实验要求1.本课程设计要求每位学生按照小组为单位完成全部三个实验，并根据实验结果撰写实验报告。
2.在实验中要注意安全，遵守实验室规定。
3.实验报告要求结构清晰、内容详实、数据准确，按照学校要求格式撰写。
4.实验完成后需要进行实验综合讨论，学生需要根据其他小组的实验结果撰写讨论报告，并进行组内评分。
4. 实验设备与器材1.光纤传输系统：LASER、单模光纤、PIN 接收器、信噪比测试仪；2.光学成像系统：物镜、衍射光栅、CCD 摄像头、计算机；3.数字光学成像系统：LED 光源、CMOS 摄像头、数字信号处理器。
信息光学PPT学习教案
C为 照 明 光 波 或直 接透射 波 O为 物 光 波 O*为 物 光 波 的 共轭 波
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如 果 参 考 波 为简单 的平面 波或球 面波
U1 中 ，
， tb包 含 t0和 R2， 均 为常数 ；作用 是使输 出C幅 度减小 。
正比于物 光波前 乘一相 位
因子
.以向 上的
平面波为 载波， 形成距 离底
片z0的虚像。
衰减的照 明光波 为透射光 锥，扩 展程度 与O(x,y)有关
正比物光 ，以向 下倾斜 的 平面波为 载波， 在底片 的 另一侧距 底片z0处形成 一个实 像。
第19页/共25页
由图可 见，再 现的物 波前O 和物波 共轭波 前O*两 者具有 不同的 传播方 向，并 且还和 分量波 U1和U2分开。 只有实像 和虚像 彼此分 开，才 能互不 干扰。 两个像 的分开 程度与 参考光 的夹角 和物的 带宽有 关。
image) 。
当照明光 波C(x,y)恰好 为参 考光波的 共轭波 R*，则再现场 的
这时U4再现物光 波的共 轭波， 给 出原始物 体的一 个实像 ，U3再现 的是物光 波前， 给出虚 像。由 于 受R*R*的 调制， 还存在 变形。
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波前记 录是物 光波前 与参考 光波前 干涉的 记录， 它把振 幅和相 位调制 的信息 变成干 涉图的 强度调 制。再 现光照 射到全 息图， 全息图 相当于 衍射屏 ，衍射 的结果 是再现 了物光 的波前 。 过程：干 涉―――记 录――― 衍射
5.2波前记录与再现 波前记录
是 利 用 干 涉 法将物 体发出 的光波 的全部 信息记 录在某 个平面 上。
光信息课程设计
光信息课程设计一、教学目标本课程的学习目标包括知识目标、技能目标和情感态度价值观目标。
知识目标要求学生掌握光的传播、反射、折射和吸收等基本概念；了解光的应用领域，如光纤通信、太阳能等。
技能目标要求学生能够运用光学知识解决实际问题，如设计简单的光学仪器、进行光学实验等。
情感态度价值观目标要求学生培养对光学科学的兴趣和热情，提高科学素养，认识到科学知识对社会发展的重要作用。
二、教学内容根据课程目标，本章节的教学内容主要包括光的传播、反射、折射和吸收等基本概念，以及光的应用领域如光纤通信、太阳能等。
具体的教学大纲安排如下：1.第一课时：光的传播，介绍光的传播特点和规律，以及光的传播在日常生活和科技中的应用。
2.第二课时：光的反射，讲解反射的原理，反射定律，以及反射在光学仪器中的应用。
3.第三课时：光的折射，介绍折射的原理，折射定律，以及折射在光学仪器和光纤通信中的应用。
4.第四课时：光的吸收，讲解光的吸收现象，以及吸收在太阳能电池等领域的应用。
三、教学方法为了激发学生的学习兴趣和主动性，本课程将采用多种教学方法。
主要包括讲授法、讨论法、案例分析法和实验法等。
1.讲授法：教师通过讲解基本概念、原理和规律，使学生掌握光学基础知识。
2.讨论法：教师引导学生分组讨论光学问题，培养学生的思考和合作能力。
3.案例分析法：教师通过分析光学仪器和光纤通信等实际案例，使学生了解光学在实际应用中的重要作用。
4.实验法：教师学生进行光学实验，让学生亲身体验光学现象，提高学生的实践能力。
四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施，丰富学生的学习体验，我们将选择和准备以下教学资源：1.教材：选用权威、实用的光学教材，为学生提供系统的光学知识。
2.参考书：提供相关的光学参考书籍，帮助学生拓展知识面。
3.多媒体资料：制作精美的光学教学PPT，运用动画、图片等形式展示光学现象，增强学生的直观感受。
4.实验设备：准备充足的光学实验设备，确保学生能够顺利进行实验操作。
信息光学课程设计
40倍
位移um
X/Y
Z
X/Y
Z
-12
-10
-8
-6
-4
-2
-1
0
1
2
4
6
8
10
12
（三）光纤与光纤的耦合（同时模拟了光源与准直器耦合）
在确定光轴后，参照上图所示连接各器件，调整两个准直器之间的距离和角度(两准直器之间的距离约为1cm)，使功率计上的读数最大，并记录下来。通过实验分析此耦合系统的1dB容差（包括横向位移、纵向位移和角度的1dB容差）。
其中α为光纤的折射率轮廓因子，m为和光源有关的参数，一般LED， m=1，对于LD，m=20。例如，NA＝0.14，η≈5％。
（二）透镜耦合
透镜耦合方法能否提高耦合效率？可能提高，也可能不提高。这里有一个耦合效率的概念。对于朗伯型光源（例如发光二极管），不管中间加什么样的光学系统，它的耦合效率都不会超过一个极大值。
-30-43.49
光纤系统中，必须考虑光源的辐射空间分布（角分布）、发光面积，光纤的数值孔径、纤芯尺寸和光纤的折射率剖面等等，使尽可能多的光能量进入光纤当中。对于耦合系统，通常要求具有以下几个特点：
1.大的1dB容差。大的容差是工业生产的一个基本条件，容差越大，才可能产量越大，成本越低。
2.弱的光反馈。目前低成本光源一般不配置隔离器，所以对于耦合系统来说，弱的光反馈意味着光源的稳定性的提高。
（二） 调整光路元器件的光轴与光路“重合”
在光源输出位置加一光阑，然后依次加入光路设计中的其他元器件，要求所有元器件的光轴与光路基本重合。方法参照下图所示，根据元件（例如透镜）反射到光阑的光斑位置，一般如果将光斑调整到光阑孔内，就认为元件的光轴与光路重合了。需要注意的是，如果光源没有隔离器，这个光斑是只能调整到孔附近，不能进入孔内，因为那样意味着光被反射到光源内，可能造成光源输出功率不稳定。
信息光学方面的课程设计
信息光学方面的课程设计一、课程目标知识目标：1. 了解信息光学的基础知识，掌握光的传播、反射、折射等基本原理；2. 理解光学元件的作用，如透镜、反射镜、光栅等，并能运用相关公式进行计算；3. 掌握光纤通信的基本原理，了解光在光纤中的传输特性。
技能目标：1. 能够运用光学原理分析实际问题，设计简单的光学系统；2. 学会使用相关仪器进行光学实验，如测定光的折射率、光纤通信实验等；3. 培养学生的实验操作能力、数据处理能力和团队协作能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对信息光学的兴趣，激发学生探索光学领域的好奇心；2. 培养学生的创新意识和科学精神，使他们认识到光学技术在现代科技中的重要性；3. 培养学生严谨、求实的学术态度，提高学生的自主学习能力和终身学习能力。
课程性质：本课程为学科拓展课程，旨在加深学生对光学知识的理解，提高学生的实践能力和创新能力。
学生特点：学生具备一定的物理基础，对光学知识有一定的了解，但缺乏深入探讨和实践经验。
教学要求：结合学生特点，注重理论与实践相结合，充分调动学生的积极性，引导他们主动探究光学领域的奥秘。
通过课程学习，使学生能够达到上述课程目标，为后续学习打下坚实基础。
二、教学内容1. 光的传播与波动理论：包括光的直线传播、光的波动性、干涉与衍射现象等，关联教材第二章内容。
2. 光学元件及其应用：透镜、反射镜、光栅等元件的工作原理和设计应用，关联教材第三章内容。
3. 光的折射与反射：光的折射定律、反射定律，以及透镜、反射镜中的光线追踪，关联教材第四章内容。
4. 光纤通信原理：光纤的结构、光在光纤中的传输特性、光纤通信系统的组成，关联教材第五章内容。
5. 光学实验：测定光的折射率、光纤通信实验等，关联教材实验部分。
教学安排与进度：第一周：光的传播与波动理论；第二周：光学元件及其应用；第三周：光的折射与反射；第四周：光纤通信原理；第五周：光学实验。
教学内容确保科学性和系统性，结合教材章节进行深入讲解。
信息光学教案第三章
§ 2. 相干照明衍射受限系统的点扩散函数 考虑到观察光强,并利用放大率
1 h( xo , yo ; xi , yi ) 2 λ d o y ) exp{
j 2π [( xi Mx 0 ) x ( yi My o ) y ]} dxdy λd i
2 2 xo yo x i2 yi2 1 2 exp[ jk ] exp[ jk ] λ d od i 2d o 2d i
x y dU'1 ( xo , yo ; x , y ) p( x , y ) exp( jk )dU1 ( xo , yo ; x , y ) 2f
exp( jkd i ) ( xi xo )2 ( yi yo )2 h( xo , yo ; x , y ) dU'1 ( xo , yo ; x i , yi ) exp[ jk ] dxxy jλd i 2d i
§ 1. 评定光学成像系统的主要方法 a.星点法 用点光源经过光学成像系统所产生的像斑特 征来评定。
§ 1. 评定光学成像系统的主要方法 a.星点法 用点光源经过光学成像系统所产生的像斑特 征来评定。 定性评定、主观因素很大
§ 1. 评定光学成像系统的主要方法 a.星点法 用点光源经过光学成像系统所产生的像斑特 征来评定。 定性评定、主观因素很大 b.分辨率法
§ 1. 评定光学成像系统的主要方法 a.星点法 用点光源经过光学成像系统所产生的像斑特 征来评定。 定性评定、主观因素很大 b.分辨率法 用系统能分辨出景物最小尺寸的能力来评定 从定性到定量、信息量较小、 不能全面评价、主观因素较大 c.光学传递函数法
§ 1. 评定光学成像系统的主要方法 a.星点法 用点光源经过光学成像系统所产生的像斑特 征来评定。 定性评定、主观因素很大 b.分辨率法 用系统能分辨出景物最小尺寸的能力来评定 从定性到定量、信息量较小、 不能全面评价、主观因素较大 c.光学传递函数法 从空域到频域，通过研究光学系统的频域特 性来评价光学系统像质
关于信息光学的课程设计
关于信息光学的课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解信息光学的基本概念，掌握光的传播、反射、折射和衍射等基本原理；2. 学会运用数学方法描述和分析光信息传输的过程；3. 掌握光学器件的设计原理及其在信息处理中的应用。
技能目标：1. 能够运用所学知识分析和解决实际光学问题，具备一定的光学设计能力；2. 能够运用光学软件进行模拟实验，观察和分析光学现象；3. 能够熟练操作光学实验设备，进行基本的光学实验。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对信息光学的兴趣，激发他们探索光学领域的热情；2. 培养学生的团队合作精神，学会与他人共同探讨、分析和解决问题；3. 增强学生的创新意识，培养他们在光学领域勇于尝试、不断创新的品质。
本课程针对高年级学生，结合学科特点，注重理论与实践相结合，旨在提高学生解决实际光学问题的能力。
课程目标具体、可衡量，便于教学设计和评估。
在教学过程中，将根据学生特点和教学要求，分解目标为具体的学习成果，确保课程的有效性。
二、教学内容本章节教学内容围绕以下三个方面展开：1. 光学基本原理：包括光的传播、反射、折射和衍射等现象，以及相关数学描述方法。
教学内容涉及课本第1-3章，具体包括：- 光的波动性和电磁理论基础；- 光在不同介质中的传播规律；- 反射、折射和衍射现象的原理及数学表达。
2. 光学器件与应用：介绍各种光学器件的设计原理及其在信息处理、通信等领域的应用。
教学内容涉及课本第4-6章，具体包括：- 透镜、反射镜等基本光学元件的设计原理；- 光学滤波器、光栅等器件的工作原理；- 光学器件在光纤通信、激光技术等领域的应用案例。
3. 光学实验与模拟：通过实验和软件模拟，使学生更好地理解和掌握光学知识。
教学内容涉及课本第7章，具体包括：- 基本光学实验操作技巧；- 光学软件（如Zemax、OptiSystem等）的使用方法；- 实验和模拟在光学设计中的应用实例。
教学内容安排和进度根据课程目标和学生的实际情况进行制定，确保科学性和系统性。
《信息光学》课程实验讲义与教案(0708级)
六、注意事项
1) 在进行实验过程中，不要振动测量台。 2) 严禁用手触摸各光学元件。 3) 实验结束后注意将激光器电源关闭。
7
θ调制
θ调制技术是阿贝原理的应用。第一步入射光经物平面发生夫琅禾费衍射， 在透镜的后焦面上形成一系列衍射斑（即物的频谱）这一步称“分频” 。第二步 是各衍射斑发出的球面波在像平面上相干叠加，像就是像平面上的干涉场，这一 步称“合频” ，形成物的像。如果用白光光源照明光栅物片，这会在频谱上得到 色散彩色频谱。每个彩色铺板的原色分布都是从外相里按红、橙、黄、绿、蓝、 靛、紫的顺序排列。这是一位光栅的衍射角与入射光的波长有关。红光的波长最 大，衍射角最大，分布在最外面；紫光相反。如果在频谱面上放置一个空间滤波 器，让不同方向的谱斑通过不同的颜色，这在像面上得到彩色像。这是利用不同 方向的光栅对图像进行调制，因此称为θ调制法。又因为它将图像中的不同部位 “编”上不同的颜色，故又称空间假彩色编码。
《信息光学》课程实验讲义与教案
编写者：翁嘉文 参考教材：自编《信息光学讲义》
华南农业大学 应用物理系 2009 年 5 月
目 录
实验一 阿贝成像原理与空间滤波………………………………………………… 2 实验二θ调制 ……………………………………………………………………… 8 实验三 三维形貌测量 …………………………………………………………… 13 实验四 数字全息 ………………………………………………………………… 19 实验 教案 ………………………………………………………………………… 23
一、实验目的
1. 了解信号与频谱的关系以及透镜的傅里叶变换功能。
2. 掌握现代成像原理和空间滤波的基本原理，理解成像过程中“分频”和
信息光学课程设计
燕山大学
课程设计说明书
题目：1.单透镜的设计与优化
2. 人眼的几何光学仿真及远视校正
3.“内六角螺钉”光源的创建
学院(系)：信息工程学院
年级专业：09级光信息科学与技术
学号：0901********
学生姓名：于丽影
指导教师：王朝晖
教师职称：副教授
燕山大学课程设计（论文）任务书
曲线和Diffraction Image
改变眼镜前、后表面的形状，使其呈现一种“free-form”形状。
“远视眼”戴上优化后的眼镜后，对近处，中等距离远和相当远的物就均能良好成像了。
Surface 2(glasses-front)和Surface 3
48个变量，并在现在的MFE内插入限定
燕山大学课程设计评审意见表。
信息光学理论与计算教学设计
信息光学理论与计算教学设计前言信息光学是光学科学的一个分支，它研究如何将大量信息通过光的物理性质进行处理和传输。
信息光学在通信、计算机科学和数据存储等领域具有广泛的应用。
教学信息光学理论和计算具有很高的重要性，能提高学生的实际技能，为学生以后的研究和应用提供便利。
本文将介绍信息光学理论和计算教学设计的方法。
信息光学理论信息光学中常用的一些概念包括：•光学系统：对光进行处理的物理系统，如透镜、球面镜等；•光传输：在光学系统中，光线在各种透镜和镜面之间传输；•卷积：在信息光学中，卷积是一种常见的光学信号处理技术，可以用于矩阵乘法、频谱分析和滤波等应用中；•光随机过程：在信息光学中，光随机过程是描述光在各种材料和介质的传输过程中所遇到的无序性的模型。
信息光学计算信息光学计算主要包括以下方面：•光学成像：–微笑曲面；–常用成像法，如小孔成像法、透镜成像法、反射成像法等。
•光学波导：–光纤传输；–光纤通讯；–光纤传感器。
•光学图像处理：–基础的光学图像处理技术，如颜色空间转换、图像增强、图像恢复等；–高级的光学图像处理技术，如图像分割、目标检测、图像分类等；–质量评估和图像压缩。
•信息光学计算的统计推理：–概率分布；–正态分布和软最大化似然（ML）估计法；–贝叶斯推断。
信息光学理论教学设计以下是常见的一些信息光学理论教学设计，可以帮助教师更好的进行教学：设计实验室设计一间包括实验台和设备的实验室，让学生亲自进行实验，加深他们对光学理论的理解。
授课时使用计算机软件计算机软件可以帮助学生更好的理解光学理论，比如Matlab可以用于图像处理。
提供相关的案例提供一些与光学理论相关的案例，让学生理解光学理论的实际应用。
清晰的教学大纲制定一份清晰的教学大纲可以帮助教师及时调整课堂进度，提醒学生当前的重点和主要方法。
提供多样的教材提供多样的教材，让学生以不同的角度来了解信息光学理论。
信息光学计算教学设计以下是常见的一些信息光学计算教学设计，可以帮助教师更好的进行教学：使用仿真软件使用仿真软件（如ANSYS，ZEMAX等）来进行光学计算的演示，让学生更直观的理解光学计算方法。
信息光学实验教程教学设计
信息光学实验教程教学设计背景随着信息技术的发展以及人们对信息处理和传输的需求不断增加，信息光学技术的应用也越来越广泛。
信息光学实验是信息光学领域中最基础的实验之一，在光、电、机等多个领域有着广泛的应用。
本文主要针对信息光学实验这一课程，进行教学设计。
教学目标本课程的教学目标主要有以下三个方面：1.掌握光的基本原理，包括光的干涉、衍射、透射等现象；2.熟悉信息光学技术的应用，了解光场调制、光波片的工作原理，以及光学成像等；3.掌握信息光学实验中的仪器操作和实验数据的处理。
教学内容本课程的主要教学内容包括以下几个方面：光的基本原理这一部分主要讲解光的基本性质，涉及光的波动理论、折射、反射等现象，以及光的干涉、衍射、透射等现象。
通过实验演示可以帮助学生直观理解光的波动性、光的干涉、衍射等基本现象。
光的成像这一部分主要讲解光的成像原理。
包括解析式成像、透镜成像等内容。
通过实验演示可以让学生直观感受光的成像过程，同时帮助学生理解透镜成像的基本原理。
信息光学技术这一部分主要讲解信息光学技术的应用，包括光场调制、光波片的工作原理，以及光学成像等。
通过实验演示可以让学生直观感受信息光学技术的应用过程，同时帮助学生理解光场调制、光波片的工作原理等基本原理。
实验操作与数据处理这一部分主要讲解实验仪器的使用方法、实验操作的步骤，以及实验数据的处理。
通过实验让学生全面学习信息光学实验中的仪器操作及实验数据处理方法，并加强学生的动手能力和实际操作能力。
教学方法本课程教学方法采用理论结合实验的方式，注重学生的实践能力和实际操作能力的培养。
同时，采用讲授与对话相结合的教学方法，既让学生掌握光学基础理论知识，又可以及时解决学生在学习过程中的疑惑和困惑。
教学时间与进度安排本课程总共分为两个阶段进行，每个阶段时间为4周。
具体进度安排如下：第一阶段第一周：光的波动性；第二周：光的干涉、衍射、透射；第三周：光的成像原理；第四周：透镜成像、实验操作。
信息光学原理教学设计
信息光学原理教学设计背景介绍信息光学是一门研究光学与信息科学相结合的领域，包括光电传感、光通信、光计算等多个方向。
信息光学在现代科技中扮演着越来越重要的角色，因此，对信息光学原理的深入理解与应用，对于提升学生综合素质具有重要意义。
教学目标本课程旨在培养学生的信息光学理论知识、实验技能及创新思维能力，能够熟练运用信息光学的原理，设计实现光电子系统。
通过本课程的学习，学生应该掌握以下知识和技能：1.了解信息光学的基本原理及其在通信、传感和计算等领域中的应用；2.熟悉光传输与光检测的相关技术；3.能够利用光学仪器进行信息光学实验设计；4.能够分析和解决信息光学实验中的问题；5.提高学生的创新思维能力，能够进行学术研究和开发项目。
教学内容本课程主要分为三个部分，包括基本原理、实验介绍和项目应用。
基本原理1.信息光学介绍–光学基础知识–信息光学发展历程2.基于荧光技术的信息传输–荧光激发与荧光信号检测–荧光信息编码与转换3.基于散斑图象的信息传输–散斑原理介绍–散斑图像处理技术实验介绍1.荧光测距实验–荧光信号激发与检测–信号处理与测距结果分析2.二维散斑图象处理实验–散斑图象获取与处理–信号提取及分析3.基于光纤的光传感实验–光纤传输实验–光纤传感器原理及应用项目应用1.基于信息光学的通信系统设计2.基于信息光学的传感器开发3.基于信息光学的图像识别算法开发教学方法本门课程采用教师讲解与学生讨论相结合的教学方法。
教师在课堂上介绍相关理论知识，引导学生思考与讨论，帮助学生理解相关概念和原理。
同时，通过实验课程、作业、小组讨论等方式，帮助学生深入了解实际应用情境，并提升学生创新思维能力。
考核方式本门课程的考核主要分为期中考试、期末考试、实验报告、项目设计及课堂表现等几个方面。
期中考试和期末考试主要测试学生对于理论知识的掌握。
实验报告和项目设计旨在考察学生实验技能的运用和创新思维能力的表现。
课堂表现包括出勤率、讨论课的活跃程度等。
《信息光学》课程教学大纲(2016版)
《信息光学》课程教学大纲二、课程简介本课程是光电信息科学与工程专业的必修课程，并且是一门主干课。
它的教学目的和任务是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近代光学信息处理技术的学习打下基础。
三、课程教学目标（精炼概括3-5条目标，本课程教学目标须与授课对象的专业培养目标有一定的对应关系）1、知识与技能目标：通过本课程的学习，使学生掌握线性系统理论、标量衍射理论和光学成像系统理论，理解光全息技术、光信息处理技术，了解图像的全息显示等前沿领域的技术原理。
2、过程与方法目标：信息光学近年已经得到发展，应用领域不断扩大，课程将以课堂教学、实验教学和计算机模拟相结合的方式，巩固理论知识，提高实践能力和创新能力。
通过计算机模拟，直观理解光学现象，通过一些经典实验，激发学生对课程的学习兴趣，培养学生的动手能力，精选教材，补充参考资料，提高数学分析能力，综合目标是在理论、实践和创新方面得到提高。
3、情感、态度与价值观发展目标：改变课程过于注重知识传授的倾向，培养学生积极主动的学习态度，在获得基础知识与基本技能的过程中提高主观能动性，形成正确的价值观，课堂教学以激发学生的学习兴趣来展开，理论与实践相结合，注重能力和学习态度，让学生不仅要学会生存，更要学会爱，学会关心，学会感恩，学会尊重自然和生命，培养起求真，求实，求善的科学精神，逐步完善健全的人格，树立起正确的人生观和价值观。
本课程需具有《线性代数》、《复变函数》和《积分变换》等数学基础，在学习《光学》课程后开设，后续通过毕业设计（论文）深入理解并与实际应用结合。
四、课程进度表理论教学进程表实践教学进程表。
《信息光学》课程标准
《信息光学》课程标准一、课程概述（一）课程性质信息光学是光电信息科学与工程专业的专业学习领域必修课程，是校企合作开发的基于工作过程专业（理论）课的课程。
信息光学是近40多年迅速发展起来的一门新兴学科，它是在全息术、光学传递函数和激光的基础上，从传统的、经典的波动光学中脱颖而出的。
与其他形态的信号处理相比，光学信息处理具有高度并行、大容量的特点。
信息光学已渗透到科学技术的诸多领域，成为信息科学的重要分支，得到越来越广泛的应用。
（二）课程定位该课程在专业课程体系中属于光电信息科学的理论基础课程，旨在培养未来从事光信息处理和光全息技术人员的专业能力。
该课程使学生能够结合光学信息处理和光全息的相关知识，开拓理论用于实践的方法和创新思路，提高自身解决实际问题的能力。
前导课程：高等数学、普通物理学、物理光学和应用光学后续课程：光纤通信（三）课程设计思路旨在培养学生扎实的光信息理论知识，能够为将来成为高素质应用型光信息处理和光全息技术人才打下基础。
主要包括知识技能和职业应用技能：通过系统学习信息光学的傅立叶变换、基尔霍夫标量衍射理论，使学生掌握一定的光学成像和光学全息特性，空间滤波及光学处理的能力，并能具体运用到实际光学工程问题。
二、课程目标（一）课程工作任务目标本课程是光电信息科学与工程专业的主要专业课程之一，设置本课程的目的是让学生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，了解光信息处理和光全息的发展近况和运用前景。
（二）职业能力目标突出基本职业能力和专业能力培养要求，使学生熟悉光信息处理和光全息的基本技术知识，能够针对具体的光信息工程问题进行分析，并设计和实施解决方案，为今后从事光信息方面的生产，科研和教学工作打下基础。
三、课程教学内容及学时安排(一)课程教学内容（二）学时安排表“学时分配”中，“其他”主要指看录像、现场参观、课堂讨论、习题等教学环节。
四、课程实施针对信息光学的课程特点和教学内容，以讲授法为引导与辅助，以角色扮演法、案例教学法、情境教学法和师生互动为主要内容，形成以学生为主、以教师为辅的教学模式。
信息光学理论与计算课程设计
信息光学理论与计算课程设计引言信息光学作为近年来的研究热点之一，涉及到了光学、电子、计算机等多个学科的知识。
本课程设计旨在通过理论学习和计算模拟，提高学生对信息光学理论的理解和应用能力。
理论部分信息光学基础理论作为信息光学的基础，学生需要掌握相关概念和公式，包括光学衍射、光学透镜、干涉、偏振等基础知识。
教师可以通过讲解理论和案例分析，提高学生对基础概念的理解，并引导学生进行自主学习和查找资料。
光波在信息传输中的应用在信息光学中，光波的传输和控制是非常重要的一环，其中光纤作为信息传输的重要载体，光学微型加工则是用于控制光波传输的一种重要技术。
学生需要了解它们的基本原理和应用，例如利用光纤传输信息的方法、通过微型加工制备衍射光学元件等。
数字图像处理技术随着现代信息技术的不断发展，数字图像处理技术在信息光学领域中愈发重要。
教师可以介绍数字图像处理的基本概念及其在光学领域中的应用，如数字化图像处理的基本操作、采集与传输技术、多媒体压缩编码标准等。
学生也需要在计算实验中实践应用这些技术，提高数字图像处理的应用能力。
计算实验部分通过计算实验，学生可以在理论知识的基础上更好地了解信息光学应用的具体情况。
其中，计算模拟和数字处理是非常重要的技术手段。
光学波导模拟作为信息光学中的重要组成部分，波导的结构和设计也是至关重要的。
本课程设计建议设置计算实验项目，让学生使用现代计算机软件进行光学波导的模拟和设计，并分析波导的性能和优劣。
这不仅有助于巩固光学波导的基础知识，同时也能提高计算机模拟的能力。
激光干涉模拟激光干涉是一种应用于信息光学中的重要的探测和传感技术。
教师可以引导学生搭建激光干涉实验并进行模拟分析。
学生可以通过计算机模拟，了解激光干涉的基本原理与方法，以及干涉图的解释和应用。
光学图像处理在数字图像处理的基础上，学生还需要了解光学图像处理。
例如，利用衍射元件和空间滤波设备实现光学图像加密及展示等。
教师可以设置光学图像处理实验，让学生亲身体验光学图像处理技术，并帮助他们更好地了解光学图像处理的基本原理与实际应用。
信息光学课程设计小结matlab
信息光学课程设计小结matlab一、课程目标知识目标：1. 理解信息光学的基本原理，掌握光学成像、光纤通信等基本概念；2. 学习使用Matlab软件进行光学仿真，掌握相关函数和工具箱的使用；3. 通过Matlab实践，深入理解课程中所学的光学知识，并将其应用于解决实际问题。
技能目标：1. 能够运用Matlab软件构建光学模型，进行光学现象的模拟和分析；2. 掌握光学系统的仿真方法，提高实际操作能力和问题解决能力；3. 培养学生的团队协作能力，通过小组讨论和项目实践，提高沟通与协作技巧。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对光学和信息光学领域的兴趣，激发学生探索未知世界的热情；2. 增强学生的创新意识，鼓励他们勇于尝试，敢于挑战，培养面对困难的勇气和毅力；3. 树立正确的价值观，认识到光学技术在国家发展和社会进步中的重要作用，增强学生的社会责任感和使命感。
课程性质：本课程为高中年级的信息光学选修课程，旨在通过Matlab软件实践，使学生更好地理解和应用光学知识。
学生特点：高中年级学生具有一定的光学理论基础，对Matlab软件有一定了解，具备基本的计算机操作能力。
教学要求：结合学生特点，注重理论与实践相结合，充分调动学生的积极性，提高学生的实际操作能力和问题解决能力。
将目标分解为具体的学习成果，以便于后续教学设计和评估。
二、教学内容1. 光学基本原理回顾：光学成像原理、光纤通信原理，涉及课本第三章光学成像、第四章光纤通信相关内容。
2. Matlab软件入门：安装与配置，基本操作与命令，Matlab在光学仿真中的应用，结合课本附录Matlab工具箱介绍。
3. 光学仿真实践：- 实践一：构建光学成像系统，模拟不同光学元件的成像效果；- 实践二：光纤通信系统仿真，了解光纤传输特性，分析通信性能；- 实践三：综合项目设计，结合所学知识，小组合作完成一个光学系统设计与仿真。
4. 教学内容安排与进度：- 第一周：光学基本原理回顾，Matlab软件入门；- 第二周：实践一，光学成像系统仿真；- 第三周：实践二，光纤通信系统仿真；- 第四周：实践三，综合项目设计与仿真展示。
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10-27.81
30-28.39
50-29.62
80-30.49
100-30.24
150-28.41
200-29.72
300-32.05
2、650nm：10倍 Z
-300-28.02
-200-27.96
-150-27.94
-100-27.9
-80-27.89
-50-27.87
-30-27.86
850nmLD的光纤耦合。撤掉反射镜和650nmLD，启动850nmLD，调整光路，使功率计上的读数最大（功率计此时换到850nm档，且一般只需向后做极小的微调即可）。
调节光纤与透镜之间的纵、横向距离，实验分析此耦合系统的1dB容差。最后通过记录表画出耦合效率趋势线。
850nm光源与光纤耦合的耦合记录表
其中a为系数。上式表明，当发光面积 大于光纤接收面积 时，加任何光学系统都没有用，最大耦合效率可以用直接耦合的方法得到。当发光面积小于光纤接收面积时，加上光学系统是有用的，可以提高耦合效率，而且发光面积越小，耦合效率提高的越多，在这种准则下，有如下一些透镜耦合方式：
透镜光纤和热扩散光纤
1．光纤端面球透镜耦合
其中α为光纤的折射率轮廓因子，m为和光源有关的参数，一般LED， m=1，对于LD，m=20。例如，NA＝0.14，η≈5％。
（二）透镜耦合
透镜耦合方法能否提高耦合效率？可能提高，也可能不提高。这里有一个耦合效率的概念。对于朗伯型光源（例如发光二极管），不管中间加什么样的光学系统，它的耦合效率都不会超过一个极大值。
利用圆柱透镜可以达到上述目的。详细研究表明，当柱透镜半径R与光纤半径相同，激光器位于光轴上，且镜面位于z=0.3R时，可得到最大耦合效率，约为80％。如果激光器的位置在轴向有偏移，则耦合效率明显下降。也就是说，这种耦合方式对激光器、圆柱透镜及光纤的相对位置的精确性要求很高。
glens和clens
由于透镜耦合系统需要x、y、 方向的精细对准，以保证光路的同轴性。此外，在Z方向（光纤轴线方向）间距还要适当。所以这是一个五维精细调节和控制问题。这对于非专业人员去调节是相当困难的。另外，外界的扰动，（如随机震动）都可能影响到光入纤的功率。这些都大大的降低了透镜耦合系统的1dB容差，使透镜耦合系统的封装变得极其困难，一般透镜耦合系统的1dB容差仅仅为1-2μm，为了保证封装后仍然能够保持低损耗，这就要求固定透镜的基座也要有同样数量级的加工精度，这就要求采取特殊的加工手段，限制了透镜耦合系统的应用。
俗称透镜光纤，将光纤端面做成一个半球形，例如通过热、火焰、研磨、腐蚀、电弧等技术把光纤端面处理成球面或者近似球面，使它起到短焦距透镜作用，端面球透镜的作用是提高光纤的等效收光角，因而耦合效率提高了。这种耦合方法对阶跃型光纤效果较好，对折射率梯度光纤则差些。
2． 圆锥形和楔型透镜耦合。
将光纤的前端用研磨、腐蚀的方法做成逐渐缩小的圆锥形或者楔型，或者用烧融拉细的方法做成圆锥形，前端半径为a1，光纤自身半径为an。光从前端以θ入射进光纤，经折射后以ψ1角射向界面A点。因界面为斜面，所以ψ2<ψ1。如果锥面的坡度不大，也就是说圆锥形的长度L>>（an－a1）时，近似有
（四）光纤全息耦合
由于光全息片可以将光的波前互相变换，所以可以用来作为一种光纤耦合器。原则上讲，这种耦合方式的耦合效率是非常高的，但是，由于全息片的衍射效率的影响及衰减损耗，实际耦合效率与透镜相比并不优越。不过，它的最大优点是，可以作为多功能的光学元件来应用。全息耦合的制作方法在这里就不详述了，有兴趣的同学可查阅相关资料。
3.简单易操作、耦合效率高、稳定。
通常使用的耦合方式主要有以下几种：
（一）直接耦合：
所谓直接耦合就是把一根端面为平面的光纤直接靠近光源发光面放置，在光纤一定的情况下，耦合效率与光源种类关系密切。如果光源是半导体激光器，因其发光面积比光纤端面面积小，只要光源与光纤面靠的足够近，激光器所发出的光就能照到光纤端面上。考虑到光源光束的发散角和光纤接收角的不匹配程度，一般耦合效率不到10％，90％以上都可能浪费了。如果光源是发光二极管，则情况更为严重。因为发光二极管的发散角更大，其耦合的效率基本上由光纤的收光角决定，即
glens和clens是目前解决上述问题的重要方案。它的最大优势在于它批量生产中的可操作性，因为它是一个圆柱形的产品，可以直接插入一个精度很高的套筒内，就可以保证其和光路很好的同轴，拓展了1dB容差，使封装技术变得相对简单容易，耦合过程中使五维的精细调节转变成了一维调节，大大的降低了调整难度，提高了耦合效率。
-10-27.84
0-27.79
10-27.85
30-27.87
50-27.87
80-27.88
100-27.89
150-27.93
200-27.95
300-28.01
3、650nm：40倍 X/Y-300-源自5.76-200-44.89
-150-45.08
-100-45.52
-80-45.39
-50-44.12
Sinψn-1/ Sinψn=an/an-1
可以证明，有圆锥时光纤的接收角θc与平行光纤时的接收角θc之间有如下关系:
Sinθc/ Sinθc= an/a1
上式表明，有圆锥透镜的光纤的数值孔径是平端光纤的an/a1倍。
3．热扩散光纤和倒锥光纤
通过高温热处理可以把光纤的纤芯做成喇叭状，这样可以很大程度的提高光纤的耦合效率，有兴趣的同学可查阅相关资料（特别是倒锥光纤的耦合效果非常好）。
光纤系统中，必须考虑光源的辐射空间分布（角分布）、发光面积，光纤的数值孔径、纤芯尺寸和光纤的折射率剖面等等，使尽可能多的光能量进入光纤当中。对于耦合系统，通常要求具有以下几个特点：
1.大的1dB容差。大的容差是工业生产的一个基本条件，容差越大，才可能产量越大，成本越低。
2.弱的光反馈。目前低成本光源一般不配置隔离器，所以对于耦合系统来说，弱的光反馈意味着光源的稳定性的提高。
光纤耦合与特性测试
一、实验目的
1、了解常用的光源与光纤的耦合方法。
2、熟悉光路调整的基本过程，学习不可见光调整光路的办法。
3、通过耦合过程熟悉Glens的特性。
4、了解1dB容差的基本含义。
5、通过实验的比较，体会目前光纤耦合技术的可操作性。
二、实验原理
在光纤线路耦合的实施过程中，存在着两个主要的系统问题：即如何从各种类型的发光光源将光功率发射到一根特定的光纤中（相对于目前的光源而言），以及如何将光功率从一根光纤耦合到另外一根光纤中去（相对于目前绝大多数光纤器件而言）。对于任一光纤系统而言，主要的目的是为了在最低损耗下，引入更多能量进入系统。这样可以使用较低功率的光源，减少成本和增加可靠度，因为光源是不能工作在接近其最大功率状态的。
图1 glens（左）和clens（右）
glens是直径1~3mm，长度几毫米的小玻璃棒，其折射率沿径向分布如下式
是轴上折射率， ， 是分数折射率差， 是芯径。
GRIN棒透镜可以对光束进行准直或聚焦，此处用0.29节距的棒透镜对发散的半导体光源实现聚焦，节距是指光线在梯度折射率介质中沿正弦轨迹运行一周的长度。能够实现准直的为1/4节距的GRIN棒透镜。
五．组合方式
把上述提到的方法组合使用，可以大大的提高耦合效率，但调整起来相对复杂程度有所增加，有兴趣的同学可以查阅相关资料。
光路调整的基本思路：
这里介绍一下常用光路调整的基本思路，这个思路是通用的，不仅仅局限于本实验。当然这个思路仅仅是一些经验积累，这样调整相对容易方便。
（一）确定光轴
将光阑放到预计的光轴方向上（导轨上）的不同位置，查看激光光斑是否始终在同一位置。如果不是，调节激光器的高度和角度，使在导轨各点，光斑的位置基本相同。此时光源平行于预计的光轴（导轨）。对于不可见光，可以利用上转换片或热敏纸辅助确定光轴。
使650nmLD可见光光路和850nmLD的光路重合。利用一个反射镜引入650nmLD可见光光路。利用上一步的两个光阑，调整650nmLD和反射镜，使650nm红光通过两个光阑，从而确保可见光和不可见光的光路重合。
利用650nm可见光调整透镜和光纤。将光阑撤掉，换上透镜和光纤固定装置，通过调整透镜和光纤端面使功率计显示的读数最大。
-30-43.49
图2 光路上的元器件调整同轴的基本示意图
如果是不可见光，元件同轴是按照引入的可见光进行调整的。
图3不可见光光路中的元件同轴调整
三、实验设计
（一）可见LD的光纤耦合（650nm）
在确定光轴后，参照上图所示连接各器件，调整透镜与光纤之间的距离，并且调整光纤端面的角度，使功率计上的读数最大，并记录下来。通过实验分析此耦合系统的1dB容差（包括横向位移和纵向位移的1dB容差）。
对比10倍和40倍显微镜头的耦合效率和1dB容差。
10倍
40倍
位移um
X/Y
Z
X/Y
Z
-10
-8
-6
-4
-2
-1
0
1
2
4
6
8
10
（二）红外激光与光纤的耦合 （850nm）
确定850nmLD的光轴。利用上转换片，采取前后来回移动光阑的方法确定850nmLD的出射方向和预定的光轴（导轨）平行。
标记850nmLD的出射方向（即光轴方向）。在光轴的方向上放置两个光阑，利用两点确定一条直线的原理，通过红外转换片确保光线经过两个光阑，850nmLD的出射方向（即光轴方向），固定两个光阑。
（二） 调整光路元器件的光轴与光路“重合”
在光源输出位置加一光阑，然后依次加入光路设计中的其他元器件，要求所有元器件的光轴与光路基本重合。方法参照下图所示，根据元件（例如透镜）反射到光阑的光斑位置，一般如果将光斑调整到光阑孔内，就认为元件的光轴与光路重合了。需要注意的是，如果光源没有隔离器，这个光斑是只能调整到孔附近，不能进入孔内，因为那样意味着光被反射到光源内，可能造成光源输出功率不稳定。