信息光学试卷 (23页)

信息光学试卷信息光学试卷篇一：3信息光学试卷信息光学一、填空（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。四、计算题（共34分）1、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。（8分）2、若光波的波长宽度为??，频率的宽度为??，试证明：???????。式中?和?分别为该光波的频率和波长。对于波长632.8nm的He-Ne激光，波长宽度???2?10?8nm，试计算它的频率宽度和相干长度。（10分）3、求下图所示的衍射屏的夫琅和费衍射图样的强度分布。设衍射屏由单位振幅的单色平面波垂直照明。（104、要制作一全息图，记录时用的是氩离子激光器波长为488.0nm的光，而成像时则用He-Ne激光器波长为632.8nm的光：（1）设zp??,zr??,z0?10cm,问像距zi是多少？（3分）（2）设zp??，zr?2z0，z0?10cm，问zi是多少？放大率M是多少？（3分）一、选择题（每题2分）1、《信息光学》即《付里叶光学》课程采用的主要数学分析手段是________________。A、光线的光路计算叶变换2、高斯函数exp[A、1exp[??(fx22B、光的电磁场理论C、空间函数的付里??(x2?y)]2的付里叶变换为________________。B、?(fx,fy)C、?fy)]3、1的付里叶变换为_________________。A、?(fx,fy)B、sgn(x)sgn(y)C、Comb(fx)Comb(fy)4、余弦函数cosA、122?f0x的付里叶变换为_________________。B、sin(fx)sin(fy)[?(fx?f0)??(fx?f0)]C、15、圆函数Circ(r)的付里叶变换为_________________A、J1(2??)?B、1C、?(fx,fy)6、在付里叶光学中，通常是以_________________理论为基础去分析各种光学问题的。A、非线性系统B、线性系统7、_________________是从空间域内描述相干光学系统传递特性的重要光学参量。A、脉冲响应B、相干传递函数8、_________________是从空间频域内描述相干光学系统传递特性的重要光学参量。A、脉冲响应B、相干传递函数9、_________________是从空间域内描述非相干光学系统传递特性的重要光学参量。A、点扩散函数B、非相干传递函数（光学传递函数）10、_______________是从空间频域内描述非相干光学系统传递特性的重要光学参量。A、点扩散函数B、非相干传递函数（光学传递函数）?Aexp[i2?(fxx?fyy)]11、某平面波的复振幅分布为U(x,y)A、cos?那么其在不同方向?cos?的空间频率为_________________，它也是复振幅分布的空间频谱。fx??fx?cos??B、fx??cos?fy?12、在衍射现象中，当衍射孔越小，中央亮斑就_________________。A、越大B、越小C、不变13、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付里叶频谱（付里叶变换）。A、之前前焦面14、_________________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、单透镜系统B、4f系统B、之后C、透镜前表面D、透镜的15、光学成象系统类似一个_________________滤波器，它滤掉了物体的高频成分，只允许一定范围内的低频成分通过系统，这正是任何光学系统不能传递物体全部细节的原因。A、高通B、低通C、带通D、带阻16、衍射受限光学系统是指_________________，仅考虑光瞳产生的衍射限制。A、不考虑像差的影响B、考虑像差的影响17、相干传递函数是相干光学系统中_________________的付里叶变换。A、点扩散函数B、脉冲响应C、复振幅18、光学传递函数是非相干光学系统中_________________的付里叶变换。A、点扩散函数B、脉冲响应C、光强19、对相同结构的光学系统而言，相干传递函数和光学相干传递函数的截止频率的关系为_________________。A、相等B、前者为后者的两部C、后者为前者的两倍20、通过全息技术可以记录物体的全息图，光波再次照明全息图。由于____________可产生物体全部信息的三维象。A、干涉效应三、计算题（每题10分）1、已知函数U(x)?Aexp(i2?f0x)求下列函数，并作出函数图形（1）(x)（3）(x)?U?B、衍射效应C、投影效应22(x)（2）U(x)?U?(x)（4）(x)?U?2(x)fb2、已知线性不变系统的输入为g(x)?Comb(x)，系统的传递函数为rect()，若b取下列值，求系统的输出g'(x)。（1）b?1（2）b?4（3）b?6fb3、已知线性不变系统的输入为g(x)?Comb(x)，系统的传递函数为tri()，若b取下列值，求系统的输出g'(x)。（1）b?0.5（2）b?2（3）b?44、衍射受限的相干成像系统①其出瞳为边长L的正方形，求其光瞳函数，相干传递函数，及截止频率②若出瞳为长a，宽b的矩形，求其光瞳函数，相干传递函数，及截止频率。篇二：信息光学试卷及答案卷号：A一单项选择题（10x3=30分）1.下列可用来描述点光源的函数是（）；（A）矩形函数；（B）三角型函数；（C）?函数；（D）圆柱函数；2.设F(?,?)?F{f(x,y)},G(?,?)?F{g(x,y)},其中大括号前面的F表示正傅立叶变换算符，关于傅立叶变换的基本定理，下列关系错误的是（）；（A）F{f(x,y)?g(x,y)}?F(?,?)G(?,?)（B）F{f(x,y)?f(x,y)}?F?(?,?)?F(?,?)（C）F{f(x,y)☆g(x,y)}?F?(?,?)G(?,?)（D）F{f(x,y)f(x,y)}?F(?,?)2☆3.波长λ的单位振幅平面波垂直入射到一孔径平面上，在孔径平面上有一个足够大的，其振幅透过率为t(x10)?2cos?x03?，则透射场的角谱为（）；(A)14?(cos???13?,cos??)?14?(cos?1cos???3?,?)；1(B)14?(cos???1cos?1cos?1cos?6?,?)?4?(??6?,?)；(C)1cos?2?(??16?,cos??)?12?(cos???16?,cos??)；(D)1cos?1cos?1cos?2?(??3?,?)?2?(??13?,cos??)；4.三角孔的衍射图样的形状为（）；(A)三角形；(B)十字形；(C)星形；(D)矩形5.某光学系统的出瞳是一个边长为D的正方形，其出瞳到像面的距离为di，若用波长为?的相干光照明，则其相干传递函数为（）；(A)H(?,?)?cir(?2??2D/2?d)；(B)H(?,?)?rect(?)rect(?);iD/2?diD/2?di(C)H(?,?)?cir(2??2D/?d)；(D)H(?,?)?rect(?)rect(?)；iD/?diD/?di6.关于光学全息的下列说法，错误的是（）；(A)全息照相记录的是干涉条纹；(B)全息照片上每一点都记录物体的全息信息；(C)全息照相记录的是物体的像；(D)全息的波前记录和再现的过程，实质上是光波的于涉和衍射的结果；7.要想再现出菲涅耳全息图的原始像，其再现条件为（）；(A)用原参考光进行再现；(B)用白光进行再现；(C)用共轭参考光进行再现；(D)用原物光进行再现；；8.设物光波函数分布为g(x,y)，其频谱函数为G(?,?)，平面参考光是位于物平面上（0，－b）点处的点光源产生的，将其放在透镜的前焦面记录傅里叶变换全息图，则傅里叶变换全息图的复振幅透过率函数为(）；(A)t(x)?t2*b???G???r0Gexp[?j2?b?]???r0Gexp[j2?b?](B)t(x)?tb???g2???r0gexp[?j2?b?]???r0g*exp[j2?b?](C)t(x)?t2??r*b???G?0Gexp[j2?b?]???r0Gexp[?j2?b?](D)t(x)?tb???g2???r0gexp[j2?b?]???r0g*exp[?j2?b?]9.对一个带宽为2B2?12?12x?10cm,2By?10cm的带限函数在空间域10cm范围内进行抽样时，满足抽样定理所需的抽样点数至少为（）；(A)105;(B)104;(C)102;(D)106;10.为了避免计算全息图的各频谱分量的重叠，博奇全息图要求载频满足（）；Aa?3Bx;Ba?Bx;Ca?4Bx;Da?2Bx；二填空题（共10x2=20分）11.F{comb(ax)}?F表示傅里叶变换。12.平面波的波长为800nm，与y轴的方向角??600，则它在y轴方向上的空间频率为。13.从傅立叶光学的角度看，透镜的作用是14.从空域看，孔径的作用限制了入射波面的大小，从频域看则是了入射光场的角谱。15.光学全息照相术包括物光波前的记录和再现两个过程，全息照片同时记录了波前的信息和信息。16.傅立叶变换全息图记录的是物的17.限制色模糊的方法：一方面要进一步减小，另一方面要限制再现光源的。18.卤化银乳胶通常用于记录转变为19.计算全息的编码就是利用计算机把全息平面上光波的复振幅分布编码成全息图的变化。20.迂回相位编码技术中对振幅和相位的编码的思想实际上是分别采用了通信理论中的空间脉冲和空间脉冲。三计算题（共38分）21.应用卷积定理求f(x?[rect(x1xx（6a)?dconmb(d)]rect(L)的频谱。分）22.已知一平面波的复振幅表达式为U?x,y,z??Aexp???j??x?yz????试计算此波的波长以及在x,y,z各方向的空间频率（7分）23.一光学成像系统的出瞳函数为rect(xb)rect(yb)?rect(xa)rect(ya)，其中，b?a,?是光波长，di是出瞳到像面的距离。求出该成像系统的：1）相干传递函数；（5分）；2）相干点扩散函数。（5分）224.如图1所示，点光源A（0，-40，150）和B（0，30，100）发出的球面波在记录平面上产生干涉：（15分）（1）写出两个球面波在记录平面上复振幅分布的表达式；（4分）（2）写出干涉条纹强度分布的表达式；（4分）（3）设全息干板的尺寸为100×100mm2，?=632.8nm，求全息图上最高和最低空间频率；说明这对记录介质的分辨率有何要求？（7分）图1四．光路设计（共12分）25．利用所学的知识，设计一个一步彩虹全息的记录光路，并表明光学元件的名称和作用以及说明设计记录光路时该注意哪些问题。（12分）3卷号：A信息光学答案一单项选择题（10x3=30分）1.C,2.B,3B,4C,5D,6C,7A,8A,9A,10B二填空题（共10x2=20分）11.comb(?a)/a；12.1/1600(nm-1);13.傅里叶变换；14.展宽；15.振幅，相位；16.频谱；17.物距，带宽；18.振幅，相位；19.透过率；20.宽度调制，位置调制三计算题（共40分）21.解：根据卷积定理有解:F{rect(xa)}?asinc(a?)(1分)F{1dcomb(xd)}?comb(d?)?1?mdm??(??)(1分)???dF{rect(xL)}?Lsinc(L?)(1分)F{f(x)}?F{rect(xa)}?F{1xxdcomb(d)}?F{rect(L)}?aLdsinc(a?)???(??m)?sinc(L?)m???d(3分)?aL?dsinc(am)?(??md)?sinc(L?)m????d?aL?dsinc(am)?sinc(L(??m)m????dd22.解：平面波复振幅的一般表达式为U(x,y,z)?aexp[j2?(xfx?yfy?zfz)]可知2?fx?2?fy?2?fz?3分2?22?(?)2?cos2??cos2??cos2???2???1???6.282分由于波长在可见光范围内，故?取0.628?，此时圆频率的单位为10k(因而系数的单位是10k(，对应的空间频率为fx??0.65k,fy?0.65k,fz?1.30kl2分23.解：1）由传递函数与光瞳函数的关系有H(?,?)?p(?di?,?di?)（2分）?rect(?di??（3分）b)rect(?di?b)?rect(?di?a)rect(?dia)2）由传递函数与点扩散函数的关系有h(x,y)?F-1{H(?,?)}（2分）?(b?d)2sinc(bx)sinc(by)?(a)2sinc(ax)sinc(ayd)i?di?di?di?di?i--------------（3分）24.解：（1）两点光源在记录平面上的复振幅分别为.O(x,y)?Oexp{j?(x2??y2?2xx0?2yy0)}1z0?Oexp{j??150(x2?y2?80y)}1?--------------------(2分)R(x,y)?Rexp{j??(x2?y2?2xxr?2yyr)}41zr?Rexp{j?2100?(x?y2?2xxr?60y)}1-----------------------(2分)（2）干涉条纹强度分布的表达式为I(x,y)?R2?O2?RO???exp{j[?150?(x2?y2?80y)?(x2?y2?60y)]}?1100?1R?Oexp{?j[?(x2?y2?80y)??(x2?y2?60y)]}?150?1100?1----------------------------(2分)（3）透过率的峰值出现在其相位为2?整数倍的地(来自:WWw.:信息光学试卷)方，即?(x2?y2?80y)??(x2?150??y2?60y)?2m?,m?0,?1,?2?1100?1整理上式得x2?(y?170)2?1702?600m?1(2分)即?2?1702?600m?1可见，干涉条纹是一族同心圆，圆心位于（0，170）处。??max??21??0??600?632.8?10?6?170?0.001(2分)???4min??115887??115886?7?10(2分)则全息图上最高空间频率f1max????1429(周/mm)(1分)min全息图上最低空间频率f1min????1000(周/mm)(1分)max所以记录介质的分辨率要要大于1429周/mm才能记录该干涉条纹。(1分)四．光路设计（共12分）5图占8分记录彩虹全息图需注意的问题：1、狭缝的宽度应选择适当:（2分）1）狭缝过宽，再现时各波长对应的衍射区展宽，引起“混频”，像的单色性差2）狭缝过窄，像的单色性好，色彩鲜艳，但光能量损失较大，增加曝光时间，对系统的稳定度要求提高。2、注意狭缝的放置方位:狭缝应垂直于光路平面。（1分）3、注意物体的放置方位:为了保证再现像是正立的，记录时，物体应“卧”在光路平面内，即与狭缝相垂直。（1分）篇三：信息光学试卷(A附参考答案)篇四：信息光学考试经典信息光学试题经典浓缩版~~一、选择题（每题2分）1、《信息光学》即《付里叶光学》课程采用的主要数学分析手段是________________。A、光线的光路计算变换2、高斯函数exp[??(x2?y2)]的付里叶变换为________________。A、1B、?(fx,fy)C、exp[??(fx2?fy2)]C、Comb(fx)Comb(fy)B、光的电磁场理论C、空间函数的付里叶3、1的付里叶变换为_________________。A、?(fx,fy)12B、sgn(x)sgn(y)4、余弦函数cos2?f0x的付里叶变换为_________________。A、[?(fx?f0)??(fx?f0)]B、sin(fx)sin(fy)C、15、圆函数Circ(r)的付里叶变换为_________________A、J1(2??)?B、1C、?(fx,fy)6、在付里叶光学中，通常是以_________________理论为基础去分析各种光学问题的。A、非线性系统B、线性系统7、_________________是从空间域内描述相干光学系统传递特性的重要光学参量。A、脉冲响应B、相干传递函数8、_________________是从空间频域内描述相干光学系统传递特性的重要光学参量。A、脉冲响应B、相干传递函数9、_________________是从空间域内描述非相干光学系统传递特性的重要光学参量。A、点扩散函数B、非相干传递函数（光学传递函数）10、_______________是从空间频域内描述非相干光学系统传递特性的重要光1学参量。A、点扩散函数B、非相干传递函数（光学传递函数）11、某平面波的复振幅分布为U(x,y)?Aexp[i2?(fxx?fyy)]那么其在不同方向的空间频率为_________________，它也是复振幅分布的空间频谱。A、fx?cos??fx?co?s?B、fx??cos?fy??co?s12、在衍射现象中，当衍射孔越小，中央亮斑就_________________。A、越大B、越小C、不变13、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付里叶频谱（付里叶变换）。A、之前焦面14、_________________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、单透镜系统B、4f系统B、之后C、透镜前表面D、透镜的前15、光学成象系统类似一个_________________滤波器，它滤掉了物体的高频成分，只允许一定范围内的低频成分通过系统，这正是任何光学系统不能传递物体全部细节的原因。A、高通B、低通C、带通D、带阻16、衍射受限光学系统是指_________________，仅考虑光瞳产生的衍射限制。A、不考虑像差的影响B、考虑像差的影响17、相干传递函数是相干光学系统中_________________的付里叶变换。A、点扩散函数B、脉冲响应C、复振幅18、光学传递函数是非相干光学系统中_________________的付里叶变换。A、点扩散函数B、脉冲响应C、光强19、对相同结构的光学系统而言，相干传递函数和光学相干传递函数的截止频率的关系为_________________。A、相等B、前者为后者的两部C、后者为前者的两倍220、通过全息技术可以记录物体的全息图，光波再次照明全息图。由于____________可产生物体全部信息的三维象。A、干涉效应二、判断题（画√或×，每题2分）1、全息技术分为两个过程，第一个过程是利用干涉原理将物光波前以干涉条纹的形式记录下来，再用光波照射全息图，可以再现原始物光波。（）B、衍射效应C、投影效应2、同轴全息是在记录物体的全息图时，参考光和物光波来自同轴方向，光照射全息图的透射光波中包含四项，都在同一方向无法分离。（）3、离轴全息消除了同轴全息图孪生像的相互干扰，离轴全息图在记录过程中，参考光和信号光不在同一方向。（）4、当记录介质相对于物体位于远场，引入参考光记录物体的夫琅和费衍射图样，得到物体的夫琅和费全息图。（）5、光学信息处理是指采用光学方法实现对输入信息的各种交换或处理，来抑制噪声、检出信号或复原失真的图像。（）6、当物放在透镜前焦面时，可用参考光和物光波干涉，记录物光波的付里叶全息图。（）7、衍射分为远场衍射和近场衍射。（）8、用光学信息处理系统可以实现图像的振幅和位相滤波，图像相关，图像卷积，图像相加和相减运算及微分，边缘检测，消模糊等光学运算及光学图像处理。3（）9、图像识别是指检测和判断图像中是否包含有某一特定的信息，例如大量指纹档案中检查出罪犯的指纹；在病理照片中识别出癌变细胞；在军事侦查照片中检出特定目标，及文字识别等。（）10、匹配滤波器是在频域内对带检信号进行位相补偿，可以用来测量物体或图像尺寸，形状的变化，例如螺钉小零件的尺寸误差分类，测试金属疲劳试验中测试试件的微小变形。三、计算题（每题10分）1、已知函数U(x)?Aexp(i2?f0x)求下列函数，并作出函数图形（1）(x)2（）2（2）U(x)?U?(x)（4）(x)?U?(x)2（3）(x)?U?(x)4f2、已知线性不变系统的输入为g(x)?Comb(x)，系统的传递函数为rect()，b若b取下列值，求系统的输出g'(x)。（1）b?1f3、已知线性不变系统的输入为g(x)?Comb(x)，系统的传递函数为tri()，若bb（2）b?4（3）b?6取下列值，求系统的输出g'(x)。（1）b?0.54、衍射受限的相干成像系统①其出瞳为边长L的正方形，求其光瞳函数，相干传递函数，及截止频率②若出瞳为长a，宽b的矩形，求其光瞳函数，相干传递函数，及截止频率。5（2）b?2（3）b?4