信息光学试卷(A附参考答案)
最新信息光学习题答案
信息光学习题答案第一章 线性系统分析1.1 简要说明以下系统是否有线性和平移不变性. (1)()();x f dxdx g =(2)()();⎰=dx x f x g (3)()();x f x g = (4)()()()[];2⎰∞∞--=αααd x h f x g(5)()()απξααd j f ⎰∞∞--2exp解:(1)线性、平移不变; (2)线性、平移不变; (3)非线性、平移不变; (4)线性、平移不变; (5)线性、非平移不变。
1.2 证明)()ex p()(2x comb x j x comb x comb +=⎪⎭⎫ ⎝⎛π证明:左边=∑∑∑∞-∞=∞-∞=∞-∞=-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎪⎭⎫ ⎝⎛n n n n x n x n x x comb )2(2)2(2122δδδ∑∑∑∑∑∑∞-∞=∞-∞=∞-∞=∞-∞=∞-∞=∞-∞=--+-=-+-=-+-=+=n nn n n n n n x n x n x jn n x n x x j n x x j x comb x comb )()1()()()exp()()()exp()()exp()()(δδδπδδπδπ右边当n 为奇数时,右边=0,当n 为偶数时,右边=∑∞-∞=-n n x )2(2δ所以当n 为偶数时,左右两边相等。
1.3 证明)()(sin x comb x =ππδ 证明:根据复合函数形式的δ函数公式0)(,)()()]([1≠''-=∑=i ni i i x h x h x x x h δδ式中i x 是h(x)=0的根,)(i x h '表示)(x h 在i x x =处的导数。
于是)()()(sin x comb n x x n =-=∑∞-∞=πδπππδ1.4 计算图题1.1所示的两函数的一维卷积。
解:设卷积为g(x)。
当-1≤x ≤0时,如图题1.1(a)所示, ⎰+-+=-+-=xx x d x x g 103612131)1)(1()(ααα图题1.1当0 < x ≤1时,如图题1.1(b)所示, ⎰+-=-+-=13612131)1)(1()(xx x d x x g ααα 即 ⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧≤<+-≤≤--+=其它,010,61213101,612131)(33x x x x x x x g 1.5 计算下列一维卷积。
信息光学期末考试A
得分 阅卷人 复核人
月
日
试题类别: A (A/B/C) 考试类别:闭卷(开,闭卷)
题号 得分 考生注意事项
一
二
三
四
五
总分
阅卷人
复核人
年
1.、题解写在答题纸的预留位置。 2、考试结束后,务必将试卷、答题纸一并交回。
一、
得分 阅卷人 复核人
填空题: 在下面每题的空格中填入相应的答案。 (本题一共有 20 个空格, 每个空格 2 分, 共 40 分) 1. 2. 按 全 息 图 底 片 与 物 的 远 近 关 系 分 类 , 可 分 为 像 全 息,_________________________,_________________________________ 从 1948 年盖伯提出全息照相的思想开始一直到 50 年代末,全息照相都是用汞灯做光源,而且是 所谓的同轴全息图, 它的正负一级衍射波是分不开的,即存在所谓的孪生象问题,不能获得好的 全息像,这是__________________。1960 年激光的出现,提供了一种高相干性光源。1962 年美国 科学家将通信理论中的载频概念推广到空域中,提出了离轴全息术,这样解决了第一代全息图的 两个难题,产生了激光记录激光再现的__________________________。由于激光再现的全息图失 去了色调信息, 人们开始致力于研究第三代全息图, 第三代全息图是用激光记录,________________ 的全息图,例如反射全息,_______________,_______________及模压全息等,在一定条件下赋 予了全息图以鲜艳的色彩。第四代全息图是目前已在实验室取得进展。 1 光束携带字母 A 信息,2 光束携带字母 B 信息,两光束在全息干板上相干产生干涉全息图,那 么用 1 光束再照明全息图时,在全息图的后面会得到字母___________. 常数的傅立叶变换是_____________________. 梳 状 函 数 的 傅 立 叶 变 换 是 ______________________________, 高 斯 函 数 的 傅 立 叶 变 换 是 ______________________________. 矩形函数的傅立叶变换是_____________,两个函数相乘的傅立叶变换等于_________________. 正弦函数的傅立叶变换是____________,余弦函数的傅立叶变换是_________________。 对于图象的不同区域分别用取向不同的光栅预先进行调制,经多次暴光和显影,定影等处理后制 成透明胶片,并将其放入信息处理系统中的输入面,用白光照射,在其频谱面上,不同方位的频 谱均呈现彩虹颜色,如果在频谱面上开一些小孔,则在不同的方位角上,小孔可以选取不同颜色 的谱,最后会在像面上得到所需要的彩色图象。这种方法称其为_______________________也称为 空间假彩色编码。 泽尼克相称显微术是为了观察___________________物体,须将其上面的位相变化转变成强度的变 化,这种变换称为相幅变换。观察位相物体的方法有很多如 _____________,_________________ 等。
信息光学智慧树知到答案章节测试2023年苏州大学
绪论单元测试1.“信息光学”又称为 ____。
答案:第一章测试1.高斯函数的傅里叶变换是()A:B:C:D:答案:B2.函数的傅里叶变换是()。
A:B:C:D:答案:A3.某平面波的复振幅分布为,那么它在不同方向的空间频率,也就是复振幅分布的空间频谱为()。
A:,B:,答案:A4.圆域函数Circ(r)的傅里叶变换是。
()A:错B:对答案:B5.尺寸a×b 的不透明矩形屏,其透过率函数为rect(x/a)rect(y/b)。
()A:错B:对答案:A6.卷积是一种 ____,它的两个效应分别是_和_,两个函数f(x, y)和h(x, y)卷积的积分表达式为____。
答案:7.什么是线性空不变系统的本征函数?答案:8.基元函数是不能再进行分解的基本函数单元,光学系统中常用的三种基元函数分别是什么?答案:第二章测试1.在衍射现象中,当衍射孔径越小,中央亮斑就____。
答案:2.点光源发出的球面波的等相位面为_,平行平面波的等相位面为_。
答案:3.平面波角谱理论中,菲涅耳近似的实质是用_来代替球面的子波;夫琅和费近似实质是用_来代替球面子波。
答案:4.你认为能否获得理想的平行光束?为什么?答案:5.菲涅尔对惠更斯的波动光学理论表述主要有哪两方面的重要贡献?答案:6.已知一单色平面波的复振幅表达式为,请问该平面波在传播方向的空间频率以及在x,y,z方向的空间频率分别是什么?答案:第三章测试1.物体放在透镜()位置上时,透镜的像方焦面上才能得到物体准确的傅里叶频谱。
A:之后B:之前C:前表面D:前焦面答案:D2.衍射受限光学系统是指(),仅考虑光瞳产生的衍射限制的系统。
A:考虑像差的影响B:不考虑像差的影响答案:B3.相干传递函数是相干光学系统中()的傅里叶变换。
A:点扩散函数B:脉冲响应函数C:余弦函数D:复振幅函数答案:A4.()是实现对空间物体进行信息处理和变换的基本光路结构。
A:光学系统B:4f光路C:准直系统D:单透镜系统答案:D5.成像的本质是衍射光斑的叠加结果。
信息光学试卷习题一答案
1. 若对函数()()ax c a x h sin =进行抽样,其允许的最大抽样间隔为aX a 11≤或 ((){},,x xx F h x rect a a a x B X a B ⎛⎫= ⎪⎪⎝⎭≤=≤111222)2.一列波长为λ,振幅为A 的平面波,波矢量与x 轴夹角为α,与y 轴夹角为β,与z 轴夹角为γ,则该列波在d z =平面上的复振幅表达式为()()()[]βαγcos cos ex p cos ex p ,y x jk jkd A y x U +=3、透镜对光波的相位变换作用是由透镜本身的性质决定的。
在不考虑透镜的有限孔径效应时,焦距为f 的薄凸透镜的相位变换因子为()⎥⎦⎤⎢⎣⎡+-222exp y x fjk4.对于带限函数g(x,y),按照抽样定理,函数g 的空间带宽积为 16L X L Y B X B Y5. 就全息图的本质而言,散射物体的平面全息图,记录过程是 与 的干涉过程,记录在全息记录介质上的是 。
再现过程是在再现光照明情况下光的 过程。
若再现光刚好是记录时的参考光,其再现像有 。
(再现像的个数与特点)物光 参考光 干涉条纹 衍射 两个像,一个是+1级衍射光所成的原始像,另一个是-1级衍射光所成的共轭像,分别在零级两侧。
6.写出菲涅尔近似条件下,像光场(衍射光场)()U x y d ,,与物光场(初始光场)()U x y 000,,0间的关系式,并简述如何在频域中求解菲涅尔衍射积分? 菲涅耳近似条件下,衍射光场()U x y d ,,与初始物光场()U x y 000,,0间的关系为()()()()()220000000exp ,,,,0exp 2jkd jk U x y d U x y x x y y dx dy j d d λ+∞-∞⎧⎫⎡⎤=-+-⎨⎬⎣⎦⎩⎭⎰⎰菲涅耳衍射积分(上式)可以写成如下卷积形式()()()()22000exp ,,,,0exp 2jkd jk U x y d U x y x y j d d λ⎡⎤=*+⎢⎥⎣⎦上式两边进行傅里叶变换得(){}(){}()()22000exp ,,,,0exp 2jkd jk F U x y d F U x y F x y j d d λ⎧⎫⎡⎤=*+⎨⎬⎢⎥⎣⎦⎩⎭先求出()(){}0000,,,0x y U f f F U x y =和()()()()22222exp ,exp exp 122x y x y jkd jk H f f F x y jkd f f j d d λλ⎧⎫⎧⎫⎡⎤⎪⎪⎡⎤=+=-+⎨⎬⎨⎬⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎪⎪⎣⎦⎩⎭⎩⎭即可得()(){},,,x y U f f F U x y d =再进行傅里叶反变换即可得菲涅耳衍射场()(){}1,,,x y U x y d F U f f -=7.简述利用SFFT 编程实现菲涅尔衍射的主要过程。
哈工程信息光学试题答案20070110
Answer of Information optics 20070110Question 1(10points):Give the Fourier transform of functions below(1) ⇒⎩⎨⎧≤≤-=others t t ,02/12/1,1)(rect [)2/(sinc ω] 5points(2) ⇒)exp(0t i ω[)(20ωωπδ-] 5pointsQuestion 2 (15points): Properties of Fourier transform If )()}({ωF t f =F ,(1) )}({at f F =[a a F /)/(ω] 5points (2) )}({a t f -F =[)(ωωF e a i -] 5points (3) )}({t f *F =[)(ω-*F ] 5pointsQuestion 3(10points):Please give the field distribution in the Fraunhofer diffraction pattern acrossan aperture as ⎩⎨⎧≤±=others,02/2/,)(0b a z z A A Solution:)}({)(z k E Z A F = 5points)2/cos()2/(sinc 2))(2/(sinc )d d (02/2/02/2/2/2/2/2/2/2/0a k b k b e eb k b z e z e Z Z a ik a ik Z b a b a b a b a z ik z ik Z Z Z Z A A A =+=+=-+---+---⎰⎰5pointsQuestion 4(10points):Which parameter of the light source is relative to the spatial coherence of the light field? Which parameter of the light source is relative to the temporal coherence? Answer:Spatial coherence is relates directly to the finite extent in space of the light source; 5points Temporal coherence is relates directly to the finite bandwith of the light source. 5pointsQuestion 5(10 points):Show that when )sin()(εω+=t A t f , the auto-correlative function would be)cos()2/()(2ωττA C ff = Certification:⎰∞∞-*-=t t f t f C ff d )()()(ττ3points⎰-*∞→-=TT T t t f t f Td )()(21lim τ⎰-∞→+-+=TTT t t A t A Td )sin()sin(21lim εωτωεω⎰-∞→+--=TT T t t TA d )]22cos()[cos(212lim 2εωτωωτ 4points)cos()2/(2ωτA = 3pointsQuestion 6(10points):There are two incoherent light source S and S ’ illuminate a double slits screen. Under what circumstance will the irradiance at P on ∑0 be equal to 4I 0, where I 0 is the irradiance at P due to either incoherent point sourcealone.Solution:When ,2/5,2/3,2/21λλλ=-P SQ P SS 3points The irradiance due to S is given by)'cos 1(2)2/'(cos 4'020δδ+==I I I 3points While the irradiance due to S” is)'cos 1(2]2/)'[(cos 4)2/"(cos 4"02020δπδδ-=+==I I I I 4points Hence I’+I”=4I 0 Question 7 (10points):Image that we have Young’s Experiment, where one of the two pinholes is now covered by a neutral-density filter that cuts the irradiance by a factor of 10, and the other hole is covered by a transparent sheet of glass, so there is no relative phase shift introduced. Compute the visibility in the hypothetical caseof completely coherent illumination. Solution:)10()10(2I I II V +=7points57.011102==3points Question 8(10points):Show that the Jones matrix of a polarizer with a polarization axis making an angle θ with respect to the x axis is given by equation⎪⎪⎭⎫⎝⎛=θθθθθθθ22pol sin cos sin cos sin cos )(M . Certification:⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=θθθθθcos sin sin cos )(rot M 5points⎪⎪⎭⎫⎝⎛=⎪⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎪⎪⎭⎫⎝⎛-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=-=θθθθθθθθθθθθθθθθθθθθθθθ22rot 'pol,rot pol sin cos sin cos sin cos 00sin cos cos sin sin cos cos sin sin cos 0001cos sin sin cos )()()(M M M M x 5pointsQuestion 9(15points):(1) Consider the coherent optical processor. The spatial filter is a one-dimensional grating as )cos(2123)(ap p H +=, where a equals to half of the separation of the input object functions f 1(x, y ) and f 2(x, y ). Compute the complex light field at the output plane (α,β).(2) Design a 4f coherent optical processor and explain its application.Solution: (1)The input function is givenby )(),()(),(),(21a x y x f a x y x f y x f +*+-*=δδ Its Fouriertransformisgivenbyiapiapeq p F e q p F a x y x f a x y x f q p F +-+=+*+-*=),(),()}(),()(),({),(2121δδFPass throughthe filter,the output spectrum is givenby )]cos(2123[]),(),([),(),(),(21ap e q p F e q p F q p H q p F q p G iap iap +⋅+==+- So)]1)(,()1)(,([41]),(),([23]22123[]),(),([)]cos(2123[]),(),([),(),(),(002221212121p i p i iap iap iap iap iapiap iap iap e q p F e q p F e q p F e q p F e e e q p F e q p F ap e q p F e q p F q p H q p F q p G αα+-+--+-+-+++++=+⋅+⋅+=+⋅+== 5pointsThe irradianceon the output plane is givenby)],(),([41)]2(),()2(),([41)](),()(),([23)]}1)(,()1)(,([41]),(),([23{)},({),(21212122212111βαβααδβααδβααδβααδβαβαf f a f a f a f a f e q p F e q p F e q p F e q p F q p G g ap i ap i iap iap +++*+-*++*+-*=+++-+==+-+---FF5points (2) Any 4f coherent optical processor and explain its application. 5points。
哈尔滨工程大学-信息光学试卷2006中文版
4(10分):
光源的那个参数与光场的空间相干性有关?哪个与时间相干性有关?
5(10分):
证明 的自相关函数为
6(10分):
有两个非相干光源照明一个双缝屏,在什么情况下在接收屏上P点光强等于4I0,这里I0是单独存在一个非相干光源时接收屏上P点的光强。
7(10分):
想象我们具有一个杨氏实验装置,其中一个孔被一块减光板遮挡,减光板可以将光强衰减10倍,而另一个孔覆盖一块透明板来补偿光程。计算在相干光照明时,这种情况得到的条纹对比度。
8(10分):
证明偏振方向与x轴夹角为的偏振片琼斯矩阵为
.
9(15分):
(1)考虑一个相干光处理器。空间滤波器为一维正弦光栅 ,这里a等于入射面上两个函数f1(x, y)和f2(x, y)的间距的一半。试计算在输出平面(,)上的复光场。
1(10分):给出下式的傅立叶变换
(1) [ ]
(2) [ ]
哈尔滨工程大学试卷
考试科目:信息光学(非英语学生专用)07年1月10日A卷
题号
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
(8)
(9)
总分分数评卷人源自2 (15分):傅立叶变换性质
如果 ,则
(1) =[ ]
(2) =[ ]
(3) =[ ]
3(10分):
(2)设计一套4f相干光处理器并说明其应用。
信息光学习题答案1(word文档良心出品)
第一章 习题解答1.1 已知不变线性系统的输入为 ()()x x g c o mb= 系统的传递函数⎪⎭⎫⎝⎛b f Λ。
若b 取(1)50=.b (2)51=.b ,求系统的输出()x g '。
并画出输出函数及其频谱的图形。
答:(1)()(){}1==x x g δF 图形从略,(2)()()()()()x s co f f δf δx g x x x πδ232+1=⎭⎬⎫⎩⎨⎧1+31+1-31+=F 图形从略。
1.2若限带函数()y x,f 的傅里叶变换在长度L 为宽度W 的矩形之外恒为零, (1)如果L a 1<,Wb 1<,试证明()()y x f y x f b x a x ab ,,sinc sinc =*⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛1 证明:(){}(){}(){}()()(){}(){}()y x,f b x sinc a x sinc ab bf af rect y x f y x,f bf af rect y x f Wf L f rect y x f y x,f y x y x yx *⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛1==∴=⎪⎪⎭⎫⎝⎛=,,F F ,,F ,,F F 1-(2)如果L a 1>, Wb 1>,还能得出以上结论吗? 答:不能。
因为这时(){}(){}()y x yx bf af rect y x f Wf L f rect y x f ,,F ,,F ≠⎪⎪⎭⎫⎝⎛。
1.3 对一个空间不变线性系统,脉冲响应为 ()()()y x y x h δ77=sinc ,试用频域方法对下面每一个输入()y x f i ,,求其输出()y x g i ,。
(必要时,可取合理近似) (1)()x y x f π4=1cos ,答:()(){}(){}{}{}()(){}{}{}{}{}xcos x cos f rect x cos y 7x sin x cos y x h y x f y x g x πππδπ4=4=⎭⎬⎫⎩⎨⎧⎪⎭⎫ ⎝⎛74=74==1-1-1-11-1F F F F F F F ,F ,F F ,(2)()()⎪⎭⎫ ⎝⎛75⎪⎭⎫⎝⎛754=2y rect x rect x cos y x f π,答:()(){}(){}{}()()(){}{}()()()()⎪⎭⎫ ⎝⎛75⎪⎭⎫ ⎝⎛754≅⎭⎬⎫⎩⎨⎧⎪⎭⎫ ⎝⎛77575⋅75*4=⎭⎬⎫⎩⎨⎧7⎭⎬⎫⎩⎨⎧⎪⎭⎫ ⎝⎛75⎪⎭⎫ ⎝⎛754==1-1-11-2y rect x rect x cos f rect f sinc 75f sinc x cos y 7x sin y rect x rect x cos y x h y x f y x g x y x ππδπF F F F F ,F ,F F ,(3)()()[]⎪⎭⎫⎝⎛758+1=3x rect x cos y x f π,答: ()()[]()(){}(){}()()()()()()()()()()()(){}⎪⎭⎫ ⎝⎛75=75≅⎭⎬⎫⎩⎨⎧⎪⎭⎫ ⎝⎛775≅⎭⎬⎫⎩⎨⎧⎪⎭⎫ ⎝⎛7⎪⎭⎫ ⎝⎛75*⎪⎭⎫ ⎝⎛4+81+4-81+=⎭⎬⎫⎩⎨⎧⎪⎭⎫ ⎝⎛775*8+1=⎭⎬⎫⎩⎨⎧7⎭⎬⎫⎩⎨⎧⎪⎭⎫ ⎝⎛758+1=1-1-1-1-1-3x rect f 75f sinc f rect f 75f sinc f rect f δ75f sinc f f x f rect f δ75f sinc x cos y 7x sin x rect x cos y x g y x x y x x y x x x x y x δδδδδπδπF F F F F F F F ,(4)()()()()()y rect x rect x comb y x f 22*=4, 答:()()()()(){}()(){}{}()()()()()()()()()()()()(){}()()x π6cos x π2cos f f f f f f f f f f f rect f f δf f δf f δf f δf rect f sinc 2f sinc f f comb y 7x sin y rect x rect x comb y x g y x y x y x y x y x x yx y x y x y x x y x y x 1060-3180+250=3+0530-3-0530-1+1590+1-1590+=⎭⎬⎫⎩⎨⎧⎪⎭⎫ ⎝⎛7⎪⎭⎫ ⎝⎛-3-2120-1+6370+1-6370+41=⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧⎪⎭⎫ ⎝⎛7⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛2⎪⎭⎫ ⎝⎛41=722*=1-1-1-1-2...,.,.,.,.,F ,.,.,.,F F F F F ,δδδδ0.25δδδ1.4 给定一个不变线性系统,输入函数为有限延伸的三角波 ()()x x rect x comb x g i Λ*⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫⎝⎛50⎪⎭⎫ ⎝⎛331=对下述传递函数利用图解方法确定系统的输出。
信息光学习题答案及解析
信息光学习题答案第一章 线性系统分析1.1 简要说明以下系统是否有线性和平移不变性. (1)()();x f dxdx g =(2)()();⎰=dx x f x g (3)()();x f x g = (4)()()()[];2⎰∞∞--=αααd x h f x g(5)()()απξααd j f ⎰∞∞--2exp解:(1)线性、平移不变; (2)线性、平移不变; (3)非线性、平移不变; (4)线性、平移不变; (5)线性、非平移不变。
1.2 证明)()ex p()(2x comb x j x comb x comb +=⎪⎭⎫ ⎝⎛π证明:左边=∑∑∑∞-∞=∞-∞=∞-∞=-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎪⎭⎫ ⎝⎛n n n n x n x n x x comb )2(2)2(2122δδδ∑∑∑∑∑∑∞-∞=∞-∞=∞-∞=∞-∞=∞-∞=∞-∞=--+-=-+-=-+-=+=n nn n n n n n x n x n x jn n x n x x j n x x j x comb x comb )()1()()()exp()()()exp()()exp()()(δδδπδδπδπ右边当n 为奇数时,右边=0,当n 为偶数时,右边=∑∞-∞=-n n x )2(2δ所以当n 为偶数时,左右两边相等。
1.3 证明)()(sin x comb x =ππδ 证明:根据复合函数形式的δ函数公式0)(,)()()]([1≠''-=∑=i ni i i x h x h x x x h δδ式中i x 是h(x)=0的根,)(i x h '表示)(x h 在i x x =处的导数。
于是)()()(sin x comb n x x n =-=∑∞-∞=πδπππδ1.4 计算图题1.1所示的两函数的一维卷积。
解:设卷积为g(x)。
当-1≤x ≤0时,如图题1.1(a)所示, ⎰+-+=-+-=xx x d x x g 103612131)1)(1()(ααα图题1.1当0 < x ≤1时,如图题1.1(b)所示, ⎰+-=-+-=13612131)1)(1()(xx x d x x g ααα 即 ⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧≤<+-≤≤--+=其它,010,61213101,612131)(33x x x x x x x g 1.5 计算下列一维卷积。
信息光学教程全书习题及参考答案
L{} 来表示,当
2
L{ f ( x, y)} = g (ξ ,η ) , L{ f
1 1
( x, y )} = g 2 (ξ ,η ) ,且 a1 、 a 2 为常数时,
L{a
1 1
f ( x, y ) + a 2 f 2 ( x, y )} = a1 g1 (ξ ,η ) + a 2 g 2 (ξ ,η )
1 ,y 方 2Bx
向的格点距为
1 。 2B y
由此可见,Whittaker-Shannon 二维抽样定理并不是唯一的抽样定理,只要改变这两个 条件中的任何一个,就可以导出别的二维抽样定理。例如,用一个传递函数为
H ( ρ ) = circ( ) 的滤波器来滤波,可导出新的二维抽样定理,其公式描述为: B
2
2
⎞ ⎡ jk 2 2 ⎟ exp ⎢− 2 f x + y ⎟ ⎣ ⎠
(
x
⎛ x +y 2 P0 exp⎜ 2 ⎜ − w2 πw ⎝
2
2
⎡ jk ⎛ 1 1 ⎞ 2 ⎤ ⎞ ⎛ jk 2 ⎞ ⎜ ⎟ ⎟ ⎜ − + exp x exp ⎢ ⎥ ⎜− 2 f y ⎟ ⎟ ⎟ ⎜f f ⎟ 2 ⎝ ⎠ ⎠ x ⎠ ⎝ ⎣ ⎦
g ( x, y ) =
ρ
π
2 n = −∞ m = −∞
∑ ∑ g ( 2B , 2B ) ×
∞
∞
n
m
J 1 [2πB ( x −
n 2 m 2 ) + (y − ) ] 2B 2B n 2 m 2 2πB ( x − ) + (y − ) 2B 2B
式中 B 为空间函数 g ( x, y ) 的频谱以极半径的形式描述的频率带限宽。 公式推导中用到的博里叶变换关系为:
信息光学习题答案
信息光学习题答案信息光学习题答案第一章线性系统分析简要说明以下系统是否有线性和平移不变性. g?x??df?x?;g?x???f?x?dx; dx?g?x??f?x?;g?x??????f????h?x????d?;2???f???exp??j2????d? 解:线性、平移不变;线性、平移不变;非线性、平移不变;线性、平移不变;线性、非平移不变。
证明comb(x)exp(j?x)?comb(x) ???comb????x? ?x??1?证明:左边=comb???????n?????(x?2n)??2??(x?2n) ?2?n????2?n????2?n??????x??2?右边?comb(x)?comb(x)exp(j?x)?? ?n?????(x?n)??exp(j?x)?(x?n)n?????n???? ??(x?n)??exp(jn?)?(x?n)n???? n?????(x?n)??(?1)n???n?(x?n)?当n为奇数时,右边=0,当n为偶数时,右边=2所以当n为偶数时,左右两边相等。
n?????(x?2n) (x) 证明??(sin?x)?comb证明:根据复合函数形式的δ函数公式?[h(x)]??i?1n?(x?xi)h?(xi ),h?(xi)?0 式中xi是h(x)=0的根,h?(xi)表示h(x)在x?xi处的导数。
于是??(sin?x)??n?????(x?n)???co mb(x) 1 计算图题所示的两函数的一维卷积。
解:设卷积为g(x)。
当-1≤x≤0时,如图题(a)所示,g(x)??1?x0(1??)(1?x??)d??111?x?x3 326 图题当0 2??2?2??2?2?2?x?2设卷积为g(x),当x≤0时,如图题(a)所示,g(x)??0d??x?2 当0 2 图题g(x)??d??2?x x2?x?1?2,x?0 g(x)?2?x?1?,x?0?2即g(x)?2??? ?x??2?(x)?rect(x)?1已知exp(??x2)的傅立叶变换为exp(???2),试求?exp?x2???exp?x2/2?2解:设y??????????? ?x,z??? 即??exp(??y2)??exp(???2) 1????F?,? 得ab?ab?2坐标缩放性质??f(ax,by)???exp?x2???????exp(?y2/??? exp(??z2)??exp(??2?2)2??exp?x/2???2?????exp??y?/2??2 ? ??2??exp(?2??2z2)?2??exp(?2??2?2)计算积分.????sinc?x?dx?? 4??2?x?cos?xdx?? sinc?解:应用广义巴塞伐定理可得? sinc(x)sinc(x)dx?????2222 ?(?)?(?)d??(1?? )d??(1??)d??????103??021???1?1?1?????s inc(x)cos?xdx????(?)?????d????(?)?????d ??2???2?2????????2?1??1??1??1 ??????????? 2??2??2?? 应用卷积定理求f?x??sinc?x?sinc?2x?的傅里叶变换. 3解:??sinc(x)sinc(2x)????sinc(x)????sinc( 2x)??1???rect(?)?rect?? 2?2?当?31????时,如图题(a)所示,2211??3 G(?)??2du??? 2?12当?11???时,如图题(b)所示,2211??2 G(?)??1du?1 2??2当13???时,如图题(c)所示,22113 G(?)??1du??? 2??222G(ξ)的图形如图题(d)所示,图可知G(?)?3???1?????????? 4?3/2?4?1/2? 图题 4 设f?x??exp??x,??0,求??f?x????解:?exp(??x)???????f?x?dx?? ?0?? ?0??exp(?x)exp(?j2??x)dx??exp(??x)exp(? j2??x)dx ?2??2??(2??)2??? exp(??x)dx?2??2?(2??)2???02? 设线性平移不变系统的原点响应为h?x??exp??x?step?x?,试计算系统对阶跃函数step?x?的响应. 解:阶跃函数定义step(x)??线性平移不变系统的原点响应为h?x??exp??x?step?x??exp??x?,所以系统对解阶跃函数step?x?的响应为g(x)?step(x)?h(x)??1,?0,x?0得x?0x?0 ??0exp[?(x??)]d??1?exp(?x), x?0 有两个线性平移不变系统,它们的原点脉冲响应分别为h1?x??sinc?x?和h2?x??sinc?3x?.试计算各自对输入函数f?x??cos2?x的响应g1?x?和g2?x?. 解:已知一平面波的复振幅表达式为U(x,y,z)?Aexp[j(2x?3y?4z)] 试计算其波长λ以及沿x,y,z方向的空间频率。
信息光学习题答案及解析
信息光学习题答案第一章 线性系统分析1.1 简要说明以下系统是否有线性和平移不变性. (1)()();x f dxdx g =(2)()();⎰=dx x f x g (3)()();x f x g = (4)()()()[];2⎰∞∞--=αααd x h f x g(5)()()απξααd j f ⎰∞∞--2exp解:(1)线性、平移不变; (2)线性、平移不变; (3)非线性、平移不变; (4)线性、平移不变; (5)线性、非平移不变。
1.2 证明)()ex p()(2x comb x j x comb x comb +=⎪⎭⎫ ⎝⎛π证明:左边=∑∑∑∞-∞=∞-∞=∞-∞=-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎪⎭⎫ ⎝⎛n n n n x n x n x x comb )2(2)2(2122δδδ∑∑∑∑∑∑∞-∞=∞-∞=∞-∞=∞-∞=∞-∞=∞-∞=--+-=-+-=-+-=+=n nn n n n n n x n x n x jn n x n x x j n x x j x comb x comb )()1()()()exp()()()exp()()exp()()(δδδπδδπδπ右边当n 为奇数时,右边=0,当n 为偶数时,右边=∑∞-∞=-n n x )2(2δ所以当n 为偶数时,左右两边相等。
1.3 证明)()(sin x comb x =ππδ 证明:根据复合函数形式的δ函数公式0)(,)()()]([1≠''-=∑=i ni i i x h x h x x x h δδ式中i x 是h(x)=0的根,)(i x h '表示)(x h 在i x x =处的导数。
于是)()()(sin x comb n x x n =-=∑∞-∞=πδπππδ1.4 计算图题1.1所示的两函数的一维卷积。
解:设卷积为g(x)。
当-1≤x ≤0时,如图题1.1(a)所示, ⎰+-+=-+-=xx x d x x g 103612131)1)(1()(ααα图题1.1当0 < x ≤1时,如图题1.1(b)所示, ⎰+-=-+-=13612131)1)(1()(xx x d x x g ααα 即 ⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧≤<+-≤≤--+=其它,010,61213101,612131)(33x x x x x x x g 1.5 计算下列一维卷积。
信息光学原理 参考答案
信息光学原理参考答案信息光学原理光学是研究光的传播和变化规律的学科,而信息光学则是将光学与信息科学相结合,研究如何利用光传递和处理信息。
信息光学的发展为现代通信技术的进步提供了重要支持,同时也在光存储、光计算等领域有着广泛的应用。
光学的基本原理是光的传播和干涉衍射现象。
光的传播是指光在介质中的传递过程,根据光的波动性,光在传播过程中会出现折射、反射等现象。
而光的干涉衍射现象是指光在通过狭缝或物体边缘时产生的干涉和衍射效应。
这些现象是信息光学研究的基础,通过对这些现象的研究和应用,可以实现光的调制、传输和处理。
信息光学的一个重要应用是光通信。
光通信是利用光作为信息的传输媒介,将信息通过光纤传输到目标地点。
相比于传统的电信号传输,光通信具有传输速度快、传输距离远、抗干扰性强等优点。
这得益于光的高频率和大带宽特性,以及光纤的低损耗和低衰减特性。
在光通信中,信息光学原理被应用于光的调制、解调、放大等环节,实现信息的高速传输。
另一个重要的应用是光存储技术。
光存储是利用光对材料的改变来存储信息,它具有存储密度高、读写速度快、可擦写等特点。
信息光学原理在光存储中发挥着重要作用,例如利用光的干涉衍射效应实现数据的编码和解码,利用光的非线性效应实现光存储介质的擦写和重写等。
除了光通信和光存储,信息光学还在光计算、光传感等领域有着广泛的应用。
光计算是利用光的并行性和高速性进行计算的一种方法,它可以实现比传统计算方法更高效的计算。
光传感是利用光对物体的反射、散射等特性进行信息获取的一种方法,它可以实现对环境参数的高精度测量。
信息光学的发展离不开光学器件和光学材料的支持。
光学器件是实现光的调制、传输和处理的关键组成部分,如光纤、光调制器、光解调器等。
光学材料是制备光学器件的基础,如光纤材料、光调制材料、光存储介质等。
随着材料科学和纳米技术的进步,新型的光学器件和光学材料不断涌现,为信息光学的发展提供了更多的可能性。
总之,信息光学原理是将光学和信息科学相结合的学科,研究如何利用光传递和处理信息。
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本文部分内容来自网络整理,本司不为其真实性负责,如有异议或侵权请及时联系,本司将立即删除!== 本文为word格式,下载后可方便编辑和修改! ==信息光学试卷篇一:3信息光学试卷信息光学一、填空题(共30分,每空2分)1. 与微波一样,光波是一种_____波,其在真空中的速度_____米/秒。
2. 从傅立叶光学的角度看,透镜的作用是_______________。
3. 全息术包括物光波前的纪录和再现两个过程,全息照片同时记录了波前的___信息和___信息。
4. 光学成像系统分相干光学成像系统和非相干光学成像系统,相干光学成像系统的传递函数称___,非相干光学成像系统的传递函数称___。
5. 全息记录的原理不仅可用于光波波段,也可用于电子波,、和声波等,只要波动过程在形成干涉花样时具有足够的相干性即可。
6. 若??和?分别表示光波的波长范围和平均波长,则准单色光需要满足的条件是。
7. 正弦型振幅全息图透射率为t?t0?t1cos2??x,其中t0是平均透射率,t1是调制幅度。
在最佳的理想情况下t0=1/2,t1=1/2。
该情况下可得最佳衍射效率为。
8. 菲涅耳近似其实质是用来代替球面的子波;夫琅和费近似实质是用代替球面子波。
9. 关于成像质量的评价,主要有两种方法:二、简答题(共20分)1、简述标量衍射理论适用的条件。
(6分)2、简述阿贝成像的原理(6分)3、根据二元滤波所作用的频率区间可将二元振幅滤波器分为哪几类?并简要说明其特点。
(8分)三、证明题(16分,每题8分)1、证明傅立叶变换变换关系式:F{rect(x)rect(y)}=sinc(fx)sinc(fy)2、一个函数的“等效面积”?XY可定义为?????XY?????g(x,y)dxdyg(0,0),而g的“等效带宽”则通过它的变换式G由下式定义:??X??G(f?fXfY,fY)dfXdfY?????G(0,0)。
证明:?XY??fXfY?1。
信息光学教程全书习题及参考答案
理想成像系统、光波在自由空间的传播都具有线性光学系统的性质。 输入函数在输入面上的平移仅对应输出函数在输出面上的相应平移,即系统传输特性满 足线性平移不变的光学系统称为线性不变光学系统。用公式可以表示为:
L{ } a1 f1 (x − x1, y − y1 ) + a2 f 2 (x − x2 , y − y2 ) = a1g1 (ξ − ξ1,η −η1 ) + a2 g 2 (ξ − ξ2 ,η −η2 )
(x,
y)
=
exp( jkd0
jλd0
)∞ ∞
−∞−∞
U0
(x0
,
y0
)exp⎨⎧
⎩
j
k 2d0
(x0 − x)2 + (y0 − y)2
⎫ ⎬dx0dy0 ⎭
∫ ∫ ( ) [ ] U2
(x,
y)
=
exp( jkd1
jλd1
)∞ ∞
−∞−∞
U1
(x1,
y1
)
exp⎢⎡− ⎣
jk 2 f1
x12 + y12
−∞
a
比较以上两式有δ (at) = 1 δ (t) 。 a
(2)
按二维 δ 函数的定义:
∞∞
∫ ∫ δ (x, y)dxdy = 1
−∞ −∞
∞
∞
= ∫ δ (x)dx ∫ δ (y)dy
−∞
−∞
∞
∞
= ab ∫ δ (ax)dx ∫ δ (by)dy
−∞
−∞
∞∞
= ab ∫ ∫ δ (ax,by)dxdy
河南理工大学信息光学与量子光学试卷A-2020
1. 求符号函数sgn(x)的傅里叶变换。
(15分)
3. 与几何成像相比,请简述全息照相的基本特点。
(5分)
4. 请简述阿贝二次成像理论。
(4分)
5. 采用一维光栅调制时,如何实现图像的相加和相减。
(7分) 三、计算题(共30分)
2. 出瞳是边长为a 的正方形,出瞳函数为
(),x y P x y rect rect a a ⎛⎫⎛⎫
= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭
(1)若成像系统为衍射受限相干成像系统时,求相干传递函数及其截止频率;
(2)若成像系统为衍射受限非相干成像系统时,求光学传递函数及其截止频率。
(15分)
1. 请画出三透镜(或称为4f )成像系统的光路图,并说明图中所用元件的名称以及每个透镜的作用。
(15分)。
信息光学试卷(A附参考答案).doc
□I P嘉应学院物理系《信息光学》课程考试题(A)一、填空题(计:30分)\.焙息光学舞点采用傅里叶分析和线性理论分析光波的传播、衍射和成像现象,将光学系统看成是收集和传输光信息的系统,把光现象用通信和信息理论进行阐述;信息光学从“空域” 走向“频域”,不仅可以用光强、振幅或透过率的空间怖来描述光学图像,也可以用空间频率的分布和变化来描述光学图像。
2.一波长为人沿(a、0、y)方向传播的光波,其空间频率大小为UX ,它有3个分量,分另U为cosed入、cos BIX、cosMM _;3.在直角坐标系xyz中平面光波的波动方程为E(x,y.z) = & exp贝后•,+弗(工,y)l或E(x, y,z) = A Q exp \j(k x x+k y y + k z z +(/>0 (x, y)]—,近轴球面光波的波动方程为E(x, y,z) = (& / z) exp + y,/2z)] };4.矩形函数rec/(对在光学中常用来描述其傅里叶变换为sinc(fr) , 8(x)函数在光学中常用来描述一点光源其频谱为—;5.若f[ f(t) ] = F(y),则有FC f(t-t0) ] = exp^j2^-U0]F(y) , f[ f(t)'e j2nv(/~\=F(v-v0);6.系统的脉冲响应函数是指当彩獭人为砌函数时,其输出函数即是该系统的脉冲响应函数,传递函数指的是系统脉冲响应函数的傅里叶变换;7.对理想成像系统[令系统的脉冲响应函数为h(x,y)]而言,在空域中,其输出光场U(x,y)与输入Uo(x,般间的关系用卷积表示为=U*r,y)*龙的y),用叠加积分表示为t/(x,y) = |J U Q(X0,y0)7z(x0,y0;x,y}dx Q dy Q;在频域中,表示为U伤,&)=观4&旧伉,&)或F「U(XN)1=印%句h(x・Y)L ______________________________8近场衍射也称为菲涅耳衍射,其输出光场U(x,y)与输入光场U o(x o,yo)的关系,由系统论的角度可写为U(x,y) = U°(x,y)*h(x,y),其中衍射系统脉冲响应函数表达式为h(x,y) =(1/j2z0)exp{jk[z0 +(x2 +y2/2z0)]),其含义是输入平面上坐标原点处点光源所发近轴球面波传输zo距离到达输出平面上(而处所产生的光场9.就全息图的本质而言,散射物体的平面全息,记录过程是物光与参考光的于涉过程,记录在干板上的是物光与参考的干涉条纹,再现过程,是在再现光照明情况下光的& 第射过程。
信息光学考卷及答案
信息光学考卷及答案一、选择题(每题1分,共5分)1. 下列哪种现象属于光的衍射现象?A. 光的折射B. 光的干涉C. 光的散射D. 光的衍射A. 全反射B. 折射C. 衍射D. 干涉3. 下列哪种元件在光纤通信系统中起到放大信号的作用?A. 光发射器B. 光接收器C. 光衰减器D. 光放大器4. 光学系统中的分辨率与下列哪个因素有关?A. 光波长B. 焦距C. 口径5. 在全息摄影中,下列哪个元件用于记录光强和相位信息?A. 激光器B. 全息胶片C. 光阑D. 透镜二、判断题(每题1分,共5分)1. 光的干涉现象是由于光波相遇时产生的相位差引起的。
(√)2. 光的衍射现象说明光具有波动性。
(√)3. 光纤通信系统中,光发射器和光接收器必须使用相同波长的光源。
(×)4. 全息摄影可以实现对三维物体的立体显示。
(√)5. 光学系统中的像差可以通过使用透镜组合来消除。
(×)三、填空题(每题1分,共5分)1. 光的波长越长,其在介质中的折射率越______。
(小)2. 光纤通信系统中,常用的光源是______。
(激光器)3. 光的干涉现象中,两束相干光的相位差为______时,出现亮条纹。
(整数倍波长)4. 全息摄影的基本原理是利用光的______和______。
(干涉、衍射)5. 光学系统中的像差主要包括______和______。
(球差、彗差)四、简答题(每题2分,共10分)1. 简述光的干涉现象及其应用。
2. 光的衍射现象有哪些特点?3. 光纤通信系统中,为什么需要使用光放大器?4. 全息摄影的步骤有哪些?5. 简述光学系统中的像差及其校正方法。
五、应用题(每题2分,共10分)1. 一束光通过狭缝后,在屏幕上形成衍射图样。
已知光波长为500nm,狭缝宽度为0.01mm,求第一暗条纹的位置。
2. 一光纤通信系统,光源波长为1300nm,光纤长度为10km,求信号在光纤中传播的时间。
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第 二
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4. 在体积全息中,反射体积全息可以用白光再现,透射体积全息却不能。
试解释之。
解:(1)在体积全息中,再现光照射到全息图上,再现像必须满足布拉格条件,即
0sin 2λθ=Λn ,式中n 是银盐干板的折射率,Λ是全息图中干涉条纹的间距,λ0为
再现光的波长,θ角为再现干涉条纹的夹角。
2分 (2)由布拉格条件可得:00
=+
λλθθd d ctg
(2分)对反射体积全息而言,θ较大,ctg θ是个小量,波长λ对布拉格条件的影响较大,即对波长具有选择性,在一定角度内,只有较窄波带的光波满足此条件。
故可以用白光再现;
(2分)对透射体积全息而言,θ较小,ctg θ是个大量,角度θ对布拉格条件的影响较大,即对角度具有选择性,在一小角度内,较宽波带的光波都满足此条件。
白光再现时会出现色模糊,故不能用白光再现。
5. 如图所示,航空摄影得到的照片往往留有接缝。
如何用光学方法消除接缝?(要求:(1)
画出空间滤波器示意图,(2)实验装置图,(3)简述实验原理)
(1) 可以使用方向带阻(如右图)滤波器,也可以使用方向带通(如左图)滤波器,将其消除;……………………………………………………………..2分(只要答中其一) (2) 实验装置如下图,可采用4f(3透镜)系统。
……………….2分
(3) 将待处理照片放在物面上,滤波器放在谱面上,由于“接缝”的频谱分布在谱面的水平方向上,滤波器可以将其滤去。
…………………..………2分
三、分析、计算题(计:40分)
1. (10分)如何写出两个相干光波叠加时形成的干涉条纹方程?(要求:写出步骤)分析如图所示两相干平面光波叠加后的干涉条纹(要求:分析并写出条纹方程)。
在z-x 平面上两等相位面都是直线,故干涉条纹方程应为
N x x R o πθθλ
π
2]sin sin [2=+
将上式化简可得 R
O N x θθλ
sin sin +=
则相邻两条纹的间隔为 R
O N N x x x θθλ
sin sin 1+=
-=∆+
干涉条纹是一簇平行于z 轴的等间距直线。
2.(8 分) 有一波长为m μλ6328.0=的平面波,其传播方向与x-轴成600,z-轴成300,y-轴成β角。
试写出过)2,1,1(A (坐标以毫米为单位)点的等相位面的方程式。
解:先求β角
)23()21(130cos 60cos 1cos cos 1cos 220202222=--=--=--=γαβ
则 0cos =β
90=β 3分 求空间频率
166
1058.110
6328.011
--⨯=⨯=
m λ
在求空间率的三个分量 1661079.05.01058.1cos 1
-⨯=⨯⨯==
m f x αλ
001058.1cos 1
6=⨯⨯==βλ
y f
16610386.1866.01058.1cos 1
-⨯=⨯⨯==
m f z γλ
x O
θ0( θR ( R
fy
fx
解:(4分)写出两相干光波干涉条纹方程的方法:
1) 建立空间坐标系;
2) 写出空间某点(x,y,z)两光束的相位方程式; 3) 令两者的差为2π的整数倍,整理后即得。
(6分)选择x 轴上任一点A(x,0),过该点的干涉条纹方程
为。