信息光学论文

信息光学论文 信息光学的应用 王柯卉 东华大学理学院光电1101 摘要:全息术的提出，光学传递函数的建立，以及1960年激光的诞生，是现代光学发展史中的几件大事。激光的应用使全息技术获得了新的生命，全息术和光学传递函数的进一步发展，加上将数学中的傅里叶变换和通信中的线性系统理论引入光学，使光学和通信这两个不同的领域在信息学范畴内统一起来，从“空域”走向“频域”，为光学信息处理开辟了广阔的应用前景。至目前为止，信息光学已渗透到了科学技术的诸多领域，如光学信息存储及处理、图像的全息显示、光学三维传感、光通信等。 关键词,信息存储 信息处理 三维传感 激光通信 光学信息存储 一、位图光学存储 (一)光学磁带 这是一种比较传统的存储方式。一连串的数据能够记录在磁带上，但磁带记录的缺点是不能快速随机地访问数据。磁带必须从头开始卷带以寻找需要的数据。光学磁带传统上用于电影胶片来记录影片的音轨。 (二)光碟 它是最成功的光学存储介质。 1.只读式光盘 激光具有极好的时间和空间相干性，可以把它会聚成达到衍射极限的细微光束。照射在介质薄膜上，烧出直径为0.6μm的小孔，或使在0.6μm直径范围内的介质发生不可逆的物理或化学变化，如发射率、折射率等。可以把小孔作为二进制中的“1”，把没有发生物理化学变化的部分作为“0”。把要存储的信息取样，量化，编码，通过驱动电路去调制半导体激光器，使其发出的光功率随信息作线性变化。由这样的激光束在介质上留下的小孔，就是信息的写入。 2.可擦除式光盘 磁光型CD-RW借助于外磁场和激光共同作用来写入信息。激光器的输出功率维持不变，一直照射着存储介质，使介质的温度接近居里温度，因而被照射处 介质的磁化强度为零。当外磁场的方向在信息的调制下或上或下地变化时，介质中的磁化强度也随之呈现向上或向下的方向，以此来表示0和1.从而记录下要存储的信息。 (三)多层光碟 许多薄的碟层间用间隔层叠在一起构成多层光碟。结构要求每一层都必须是部分透过的。相邻层间隔>=100μm。 (四)光子选通三维光学存储器件 三维存储的目的就是在三维结构中排列和存储二进制数位串。获得三维存储的两种途径:,一维的位图样首先以二维的形式来排列，这叫做页面存储，将页面存储堆叠起来就形成了三维存储介质。,利用多层光碟。 (五)叠层的三维光学存储器件 叠层的三维光学存储器是由多层堆积而成，这种结构可以基于电子俘获材料的三维存储来实现。 (六)光化学烧孔三维光学存储器 在光化学烧孔存储器件中，第三维常常是频率而不是深度或者厚度。存储容量是单层光碟的1000倍。其环境要求应使介质保存在很低的温度下，一般低于 100K。 二、全息光学存储 (一)平面全息存储器 在最简单的光学系统中，页面存储是被显示在页面编辑器上的，这是一种空间光调整器。像面全息图如下: 参考光束相继以不同的入射角投向同一张胶片上，就可以记录多张全息图。 (二)堆叠全息图的三维光学存储器 包括SBN层的堆叠，PVA层的堆叠，这里不作详细介绍。 (三)体全息三维光学存储器 在普通应用中，平面全息图用来产生物体的三维显示;在数字光学存储应用中，体全息图用于记录和显示二维页面存储。 光学信息处理 一、阿贝成像理论 1837年阿贝首次提出了一个与几何光学成像传统理论完全不同的成像概念 首——阿贝二次衍射成像理论。他认为相干照明下显微镜成像过程可分为两步:先，物平面上发出的光波在物镜后焦面上得到第一次衍射像，然后，该衍射像发出次波干涉而构成物体像，称为第二次衍射像。 二、空间频率滤波系统 空间频率滤波利用透镜的傅里叶变换特性，把透镜作为一个频谱 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 仪，利用空间滤波的方式改变物的频谱结构，改善图像。 空间滤波所使用的光学系统实际上就是一个光学频谱分析系统。这里介绍常见的两种类型。 1.三透镜系统: L1、L2、L3分别起着准直、变换和成像的作用;滤波器置于频谱平面。 2.二透镜系统: 取消准直透镜L1，直接用单色点光源照明，可以用两个透镜构成空间滤波系统。 光学三维传感 一、传播时间法 传播时间法是利用激光作为光源，根据对激光传播时间t的测量来获取相应 )所示，其基本 公式 小学单位换算公式大全免费下载公式下载行测公式大全下载excel公式下载逻辑回归公式下载 为 的位置信息。它的原理如图(1 d=0.5ct 式中:d为待测距离，c为激光在大气中传播速度，t为激光在待测距离上的往返传播时间。 二、光学三角测量法 利用光学三角测量是一种简单、方便的 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 。它的测量原理是基于传统的三角测量距离的方法，具有悠久的历史。但因其具有原理简单，易于实现的有点，再加上光电扫描技术，光电探测器间的发展及计算机控制技术的应用，这种方法仍被广泛应用，并有了新的进展。 三角法测量的原理如图2(a)所示。光源A投射一个单光点到被测物表面B，反射光通过成像系统O成像于探测器C处。由物三角和像三角相似的关系，通过测量成像位置?x，已得物距z: 根据此原理设计的激光测头如图2(b)所示。改进的三坐标测量机就是用激光测头取代原来的机械侧头，这一改进使得高精度自动化的无损测量成为现 实。这种测量方法的测量范围受到限制是它的一大缺点。 三、摄影测量法 摄影测量法的测量过程分两步:(1)通过摄影获取被测物轮廓数据。(2)对图像进行处理。对图像的处理是在一个专门为摄影测量和产生被测物几何模型而设计的立体观测仪上进行的。然后就可以绘出相应的轮廓，同时也可以得到相应点的空间坐标。 通过两个摄像系统获取物体三维信息的方法与人眼的双目立体视觉原理相似，可以说这种方法是对人眼某个功能的仿生。因此，它已经广泛地应用于机器视觉领域，用来对三维目标的识别、理解及对目标位置和形态的分析。 四、经纬仪交会测量法 如图(3)所示，当两台经纬仪同时瞄准一个目标时，若两经纬仪间的距离已知，被瞄准点的三维坐标就可以计算出来。被测点的三维坐标分别为 式中:xA, yA, zA为经纬仪A的三维坐标，xB, yB, zB为经纬仪B的三维坐标。 这种方法的测量精度高，测量范围大，并且测量方式可以根据被测目标的不同合理布局测量元件。两经纬仪所瞄准的目标点可以是事先标记好的。也可以是由光学方法产生的。因为经纬仪是通常用于野外作业的仪器，所以此套系统对环境有很强的适应性。它可以广泛地应用于航空航天工业中各种型架及大型结构的测量、大型机械零部件的几何尺寸测量及安装定位、结构变形测量等。这种测量方法的缺点是测量速度慢，工作量大，但如果通过计算机将自动瞄准引入该系统， 此套系统的应用将会更加广泛使用。 五、光栅投影法 光栅投影法是一种新的三维传感方法。若我们将一束光经过棱镜和光栅投射到平面上就可以得到一组组互相平行的直条纹。若背投影的面是曲面，则得到的 )所示。 是曲线条纹。也就是说，光栅像被曲面调制了。其基本原理图如图(4 当正弦光栅图被投射到三维物体表面时，光场被物体表面所调制，从成像系统获取的变形光栅像可表示为 I(x,y)=R(x,y){A(x,y)+B(x,y)cos[Ф(x,y)]} 为背景强度，B(x,y)式中:R(x,y)为与物体表面光学特性有关的物理量，A(x,y)为条纹的对比度，Ф(x,y)为条纹的变形。位相Ф(x,y)与物体三维面形分布z=h(x,y)有关。通过对条纹的相移，使用三个或多个对应不同相移的条纹图，相移函数Ф(x,y)就可以被解出。通过对相位的分析，再加上光学系统的结构参数，就可以得到被测物点的高度信息。这种方法具有较高的测量精度。 六、傅里叶变换轮廓术 这种方法是把洛奇光栅产生的结构光投射到被测量的三维物表面，得到的是被三维物体表面调制了的变形条纹的光场，并通过成像系统被探测器接收。然后用计算机对条纹的分布进行傅里叶分析得到被测物的型面特征。 激光通信 一、激光通信原理 激光通信系统包括发送和接收两个部分。发送部分主要有激光器、光调制器和光学发射天线。接收部分主要包括光学接收天线、光学滤波器、光探测器。要传送的信息送到与激光器相连的光调制器中，光调制器将信息调制在激光上，通过光学发射天线发送出去。在接收端，光学接收天线将激光信号接收下来，送至光探测器，光探测器将激光信号变为电信号，经放大、解调后变为原来的信息。 二、应用于激光通信的激光器 光通信用的激光器差不多全部都是半导体激光器，只有少量的CATV系统采 用1310纳米或1550纳米LD泵浦固体激光器。 通信用的激光器主要有两大类:光纤发大器用的泵浦光源，发射机用的信号光源。 三、自由空间光通信 自由光通信是用小功率红外激光束在大气中传送光信号的通信系统，即以大气为媒介的激光通信系统。应用于自由空间光通信的激光器有850nm和1550nm两种。850nm的设备便宜，应用于传输距离短的场合。1550nm的红外光波可被视角膜吸收，照不到视网膜，可增大传输功率，适用于传输距离远的场合。 参考文献: [1]张三慧 《波动与光学》 清华大学出版社 [2]陈家壁，苏显渝 《光学信息技术原理及应用》 高等教育出版社 [3]宋菲君 《近代光学信息处理》 北京大学出版社 《信息光学的应用》 姓名:王柯卉 班级:光电1101 学号:110150103