傅里叶光学考试题及答案

傅里叶光学考试题及答案

单项选择题（每题2分，共10题）1.傅里叶变换可将时域信号转换为（）A.空域信号B.频域信号C.相位信号D.幅度信号2.夫琅禾费衍射的条件是（）A.光源和观察屏距衍射屏有限远B.光源和观察屏距衍射屏无限远C.光源距衍射屏有限远，观察屏无限远D.光源距衍射屏无限远，观察屏有限远3.光学传递函数的物理意义是（）A.描述光学系统对不同频率成分的传递能力B.描述光学系统的放大倍数C.描述光学系统的分辨率D.描述光学系统的像差4.矩形函数的傅里叶变换是（）A.sinc函数B.高斯函数C.阶跃函数D.脉冲函数5.下列哪种光学元件可实现傅里叶变换（）A.平面镜B.凹透镜C.凸透镜D.三棱镜6.空间频率的单位是（）A.赫兹B.弧度C.线对/毫米D.度7.相干照明下，光学系统的成像特性主要由（）决定A.振幅传递函数B.相位传递函数C.光学传递函数D.对比度传递函数8.衍射受限系统的截止频率与（）有关A.波长B.孔径大小C.焦距D.以上都是9.若一个函数的傅里叶变换是偶函数，则该函数是（）A.偶函数B.奇函数C.实函数D.虚函数10.傅里叶光学中，常用（）来描述光场的复振幅分布A.标量衍射理论B.矢量衍射理论C.几何光学理论D.波动光学理论多项选择题（每题2分，共10题）1.傅里叶变换的性质包括（）A.线性性质B.平移性质C.卷积定理D.对称性2.以下属于傅里叶光学应用的有（）A.光学信息处理B.光学成像C.全息术D.激光加工3.影响光学传递函数的因素有（）A.像差B.衍射C.噪声D.光源特性4.常用的光学滤波方法有（）A.低通滤波B.高通滤波C.带通滤波D.带阻滤波5.相干光成像系统和非相干光成像系统的区别在于（）A.照明方式不同B.成像特性不同C.传递函数不同D.像的对比度不同6.以下哪些函数是常用的窗函数（）A.矩形窗函数B.汉宁窗函数C.高斯窗函数D.三角窗函数7.傅里叶光学中，衍射可分为（）A.菲涅尔衍射B.夫琅禾费衍射C.拉曼衍射D.布拉格衍射8.光学传递函数的测量方法有（）A.直接测量法B.间接测量法C.干涉测量法D.衍射测量法9.空间滤波系统通常由（）组成A.光源B.输入平面C.滤波平面D.输出平面10.全息图的类型有（）A.振幅全息图B.相位全息图C.反射全息图D.透射全息图判断题（每题2分，共10题）1.傅里叶变换只能处理连续信号。（）2.夫琅禾费衍射是远场衍射。（）3.光学传递函数只与光学系统本身有关，与照明条件无关。（）4.卷积定理表明时域卷积对应频域相乘。（）5.相干光成像系统的成像质量一定比非相干光成像系统好。（）6.矩形函数和sinc函数是一对傅里叶变换对。（）7.衍射受限系统的截止频率越高，系统的分辨率越低。（）8.傅里叶光学中，光场的复振幅分布可以用一个二维函数表示。（）9.光学滤波可以改善图像的质量。（）10.全息术可以记录物体的全部信息，包括振幅和相位。（）简答题（每题5分，共4题）1.简述傅里叶变换的线性性质。答：傅里叶变换的线性性质指，若有两个函数\(f_1(x)\)和\(f_2(x)\)，其傅里叶变换分别为\(F_1(u)\)和\(F_2(u)\)，对于任意常数\(a\)和\(b\)，\(af_1(x)+bf_2(x)\)的傅里叶变换为\(aF_1(u)+bF_2(u)\)，体现了可叠加性。2.什么是光学传递函数？答：光学传递函数是描述光学系统对不同频率成分的传递能力的函数。它综合考虑了像差、衍射等因素对成像的影响，可分为振幅传递函数和对比度传递函数，能全面评价光学系统成像质量。3.简述相干光成像和非相干光成像的特点。答：相干光成像用相干光照明，成像特性由复振幅叠加决定，对相位变化敏感，可实现复杂滤波；非相干光成像用非相干光照明，成像特性由光强叠加决定，像的对比度好，对光源要求低。4.举例说明傅里叶光学在光学信息处理中的应用。答：如在图像去噪中，利用低通滤波，通过傅里叶变换将图像转换到频域，滤除高频噪声成分，再逆变换回空域得到清晰图像；还可用于特征提取，通过设计合适滤波器提取图像特定特征。讨论题（每题5分，共4题）1.讨论傅里叶光学对传统光学成像理论的发展和突破。答：传统光学成像理论基于几何光学和波动光学，有局限性。傅里叶光学引入频域分析，将光场用傅里叶变换描述，可分析光学系统对不同频率成分的传递，突破了传统对成像的直观理解，能更好处理像差、衍射等问题，拓展了成像理论。2.分析光学传递函数在光学系统设计和评价中的作用。答：在设计中，可根据传递函数确定系统参数，如孔径、焦距等，优化系统性能；评价时，通过测量传递函数判断系统成像质量，了解系统对不同频率信息的传递能力，发现像差、衍射等缺陷，指导改进。3.探讨相干光和非相干光在光学成像中的优缺点及适用场景。答：相干光成像可实现复杂滤波，对微小相位变化敏感，但易产生相干噪声；适用于光学信息处理、全息术等。非相干光成像像的对比度好，对光源要求低，但不能进行相位操作；适用于普通摄影、显微镜成像等。4.谈谈傅里叶光学在未来光学技术发展中的潜在应用和挑战。答：潜在应用包括超分辨率成像、量子光学信息处理等。挑战有对复杂光场精确控制和测量难，实际系统存在像差、噪声等干扰，且相关理论和技术需与其他学科交叉融合，研发成本高。答案单项选择题答案1.B2.B3.A4.A5.C6.C7.A8.D9.A10.A多项选择题答案1.ABCD2.AB