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天津大学近代光学课程教学大纲课程编号:2020080课程名称:近代光学学 时:32学 分:2学时分配:授课:32 上机:0 实验:0 实践:0 实践(周): 0 授课学院:精密仪器与光电子工程学院适用专业:电子科学与技术(光电子专业)、信息工程、光电子技术科学、光信息科学与技术、物理系先修课程:普通物理、信号与系统、电动力学、物理光学一、课程的性质与目的本课程为本科生的专业选修课。在经典光学基础上,本课程系统学习傅里叶光学的基础理论,使学生掌握利用线性系统理论和傅里叶变换来分析光学问题的基本知识和方法,了解现代光学和光信息处理技术的最新进展,具有解决信息光学及光学信息处理等方面问题的能力,为信息光学、光学信息处理技术、激光技术的学习打下基础。二、教学基本要求1 掌握傅立叶分析和线性系统的基本理论,清楚常用函数、函数、傅立叶变换(广义、狭义)、卷积和相关的基本概念,了解线性系统与光学系统的关联,加深对空间频率、空间频谱概念的理解。2 掌握标量衍射基本理论,清楚基尔霍夫衍射理论、衍射的角谱理论、菲涅耳衍射、夫琅和费衍射的物理思想及菲涅耳衍射和夫琅和费衍射与傅里叶变换的关系。3 掌握透镜的位相调制作用、透镜的傅立叶变换性质。4 掌握光学成像系统的相干传递函数和光学传递函数的基本概念,清楚衍射受限系统的物像规律、点扩展函数、光学传递函数的物理意义,能用其对衍射受限系统光学成像系统进行频谱分析。5 掌握空间滤波的基本概念及基本原理和滤波系统的特点及应用。三、教学内容第一章 线性系统理论1.1 常用函数1.2 函数1.3 卷积和相关1.4 傅立叶变换的基本概念1.5 傅立叶贝塞尔变换1.6 常用函数的傅立叶变换对1.7 线性系统分析1.8 抽样定理第二章 标量衍射理论2.1 惠更斯菲涅耳原理2.2 平面衍射屏的基尔霍夫衍射理论2.3 衍射的角谱理论2.4 菲涅耳衍射2.5 夫朗和费衍射2.6 衍射的巴比涅原理第三章 透镜的傅立叶变换性质3.1 薄透镜的位相调制作用3.2 透镜的傅立叶变换性质3.3 光学空间频谱分析系统第四章 光学成像系统的空间频率特性4.1 薄透镜的成像性质4.2 光学成像系统的一般分析4.3 衍射受限相干成像系统的频率响应4.4 衍射受限非相干成像系统的频率响应第五章 空间滤波5.1 空间滤波的基本原理5.2 系统与滤波器四、学时分配教学内容授课上机实验实践实践(周)第一章 线性系统理论10第二章 标量衍射理论8第三章 透镜的傅立叶变换性质4第四章 光学成像系统的空间频率特性8第五章 空间滤波2总计:32五、评价与考核方式期末理论考试成绩占的比例为百分之百。六、教材与主要参考资料1 傅立叶光学导论 J. W. 顾德门,詹达三等译,科学出版社,19762 现代光学教程 朱自强、王仕璠、苏显渝,四川大学出版社,19903 现代光学原理 王仕璠,成都电子科技大学出版社,19984 信息光学 苏显渝、李继陶,科学出版社,1999 5 光学信息技术原理及应用(第一版) 陈家璧、苏显渝,高等教育出版社,20026 光学原理 M.玻恩、E. 沃耳夫,科学出版社,1978TU Syllabus for Modern Optics Code:2020080Title:Modern OpticsSemester Hours:32Credits:2Semester Hour StructureLecture:32 Computer Lab:0 220080子工程学院1 Experiment:0 Practice:0 Practice (Week):0Offered by:School of Precision Instruments & Opto-Electronic Engineeringfor:Electronic Science and Technology(opto-electronic direction),Information Engineering, Opto-Electronic Science and Technology, Optic Information Science and Technology, PhysicsPrerequisite:General Physics, Signals and Systems, Electrodynamics, Physical Optics1. Objective Let the students understand or know well about the following contents:a) Basic theory of the Fourier analysis and linear system. Basic concept of common functions (e.g. daltafunction, Fourier transform, convolution, correlation et.al.). Relevance between linear system and optic system. Concept of spatial frequency and spatial frequency spectrum.b) Scalar diffraction theory, Kirchhoffs diffraction theory, theory of angular spectrum. The physical view of Fresnel diffraction and Fraunhofer diffraction. The relationship between Fourier transform and Fresnel diffraction or Fraunhofer diffraction.c) Phase modulation property and Fourier transforming property of lenses.d) Basic concept of coherent transfer function and optical transfer function of optical imaging system. Physical image rules of diffraction limited system. Physical significance of optical transfer function and point spread function. Capability of spectrum analysis of diffraction limited system and optical imaging system.e) Basic concept and principle of spatial filtering. Characteristics and applications of filtering system.2. Course Description This is a major elective course for undergraduates. It is based on classical optics and introduces basic theory of Fourier optics systematically. Its aimed that the students should have the knowledge of recent advances and the capacity of analyzing optical problems with linear system theory and Fourier transforming. This course could also be the foundation for information optics, optical information processing and laser technology. 3. TopicsChapter 1 Linear System Theory 1.1 Common Functions 1.2 Daltafunction 1.3 Convolution and Correlation 1.4 Basic Concept of Fourier Transform 1.5 Fourier-Bessel Transform 1.6 Transform Pair for the Fourier Transform of Common Functions 1.7 Analysis of Linear System 1.8 Sampling TheoremChapter 2 Scalar Diffraction Theory 2.1 The Huygens-Fresnel principle 2.2 Kirchhoffs Diffraction Theory of Plane Diffraction Screen 2.3 Theory of Angular Spectrum for Diffraction 2.4 Fresnel Diffraction 2.5 Fraunhofer Diffraction 2.6 Babinet Principle for DiffractionChapter 3 Fourier Transforming Property of Lens 3.1 Phase Modulation of Thin Lens 3.2 Fourier Transforming Property of Lens 3.3 Optical Spatial Frequency Spectrum Analyzer SystemChapter 4 Spatial Frequency Property of Optical Imaging System 4.1 Imaging Property of Thin Lens 4.2 Common Analysis of Optical Imaging System 4.3 Frequency Response of Diffraction limited Coherent Imaging System 4.4 Frequency Response of Diffraction limited Incoherent Imaging SystemChapter 5 Spatial Filtering 5.1 Basic Principles of Spatial Filtering 5.2 Filter and System4. Semester Hour StructureTopicsLectureComputer Lab.ExperimentPracticePractice (Week)Chapter 1 Theory of Linear System10Chapter 2 Scalar Diffraction Theory8Chapter 3 Fourier Transforming Property of Lens4Chapter 4 Spatial Frequency Property of Optical Imaging System8Chapter 5 Spatial Filtering2Sum:325. GradingThe percentage of the final examination grade is 100%.6. Text-Book & Additional Readings1. Introduction to Fourier Optics, J. W. Science Press, 19762. Contemporary Optics Tutorials, Z. Q. Zhu, S. P. Wang, X. Y. Su, Sichuan University Press, 19903. Principles of Modern Optics, S. P. Wang, Chengdu Electronic Technology Unive
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