1、信息光學Information Optics陶世荃北京工業大學 應用數理學院致謝北京郵電大學徐大雄院士提供了部分視頻資料中央民族大學朱偉利教授提供了部分ppt動畫資料特此致謝！享受光享受光學 光學科學與技術的成果已深深滲透到我們的生活中-王大珩 20世紀以前的光學古典光學傳統光學 20世紀的光學傳統光學現代光學 21世紀的光學光子時代的到來王大珩先生說：21世紀 將是光子的世紀 20世紀光學的 主要特點 光學領域的擴展 應用功能的擴展 研究內容的擴展 應用范圍的擴展20世紀光學的 主要特點 1、光學領域的擴展 研究對象：宇宙、宏觀、介觀、微觀研究方向宏大光學微小光學天文望遠鏡微透鏡研究方向天文

2、光學納米光學 空間尺度：百億光年 單原子尺度，介觀尺度 時間尺度： 天文時間 原子反應時間 （10-15 秒）研究方向靜態光學 瞬態光學如超快速現象 納秒、 皮秒、飛秒20世紀光學的 主要特點 2、應用功能的擴展光學工程 綜合技術學科光機電算材光學精密機械電子材料計算機現代精密儀器：多功能、高效率 光、機、電、算一體化技術手段：自動化、數字化、智能化激光核聚變: 神光II裝置載人航天飛行: 神舟5號風云II號氣象衛星微光夜視技術全息防偽技術許多學科分支和方向 已形成大規模的產業全世界光學和光（電）子學技術產業規模 1995年 達 700億美元 2000年 達 1030億美元光信息科學光電子技術

3、光電子成為信息產業的主角機械領域： 激光加工： 打孔、切割、焊接、表面處理 激光光刻、激光微細加工、X射線光刻能源領域： 太陽能電池、激光核聚變 空間衛星的能源，地球能源光電子光電子成為現代產業的主角光纖通信： 以低損耗石英光纖和半導體激光器為基礎， 成為當今通信的主體和方向 顯示技術：液晶大屏幕顯示成為下一代電視的主流; 圖像顯示和復制設備：激光照排、印刷、分色、打印、復印、傳真， 構成龐大印刷產業成像和探測領域 CCD等數字圖像設備：掃描儀、傳真機、攝象機、攝錄機、數碼相機使光信息數字化; 光電子成像器件和探測器可以涉及到不可見光（微光和紅外）光信息科學 光 是最重要的信息載體，人類感官接

4、收客觀世界總信息量的 90%以上通過眼睛采集傳輸處理存儲超高速度超大容量信息時代 對 信息技術提出 更高 要求信息爆炸重返大氣層多彈頭導彈的 攔截例1彈頭數量大于1000枚的情況 要求：在數分鐘內完成五項功能1015 次/秒要求達尋 的在 3 29 時間內分 4 階段攔截、確認結果識 別跟 蹤發 射迎 擊計算速度目前 電子計算機 的計算速度舉例中國科學院知識創新工程和上海市信息化建設的重大成果2005-1-14 報道計算速度10 13 次/秒 3000億 次/秒高性能計算機 曙光4000A10萬億次而在2003年2月報道的是： “現代”機器人能做到嗎 ？ 打乒乓球！過馬路 ？2003年2月23

5、日報道 日本 研制的 世界第一個機器人能行走，能認識10個人會握手、揮手、跟在人后面走關于現代機器人結論電子系統速度慢，現代機器人比不上 人光子技術的優越性20世紀光學的 主要特點響應速度快以光速傳播30萬 km / s （3x108 m / s）電信號傳輸速度：105 m / s電子開關速度：10-9 s光開關速度：飛秒（FS） 10-15 s對比光子技術的優越性抗干擾能力強 不受外界電磁場干擾 相互間幾乎不干擾 可共用一個空間，不“串音” 電子受外界電磁場干擾 RC問題 滯后效應對比光子技術的優越性處理速度快 電子 在電線里傳輸串行傳輸：“瓶頸”問題并行傳輸： 由于線徑影響 出現RC問題對

6、比光子 可在自由空間傳播 可在波導內傳播并行傳輸并行處理速度快二維圖像處理，更快、更優光子技術的優越性傳輸容量大對比高密度大容量三維空間傳輸高帶寬一根光纖可同時傳送多少路電話？ 106 108路一路微波通道，傳送 103 路 電話 或 1 路 彩電信號 美、日報道：超大容量傳輸系統 1012 bits / s （Tb / s） 21世紀投入使用光子技術的優越性序言 存儲密度大海量存儲例1200mm雙面光盤，2.4mm厚可存儲 2 部電影的全部聲、像信息例2全息存儲 1cm3 光折變晶體存儲 1萬 幅二維圖像，數據量達到10Gbit計算機控制，快速存儲全息信息存儲空間光調制器探測器成像透鏡變換透

7、鏡參考光束 信號光束激光器待存儲的信息數據頁記錄介質 中國的光學(光子學)已經對高科技、國民經濟與人民生活產生了影響。可以預期，光學（光子學）在21世紀將會像20世紀的電子學（微電子學）那樣大發展。讓我們一起為迎接光學（光子學）方面的重大突破而歡呼吧！ -王大珩認識光, 駕馭光發展光學你們這一代人 將成為最有希望的力量 是一支強大的生力軍信息光學-傅里葉光學信號與系統的基本分析方法通信理論、傅里葉分析與現代光學的結合光學信息處理與全息學的基礎數學基礎二維線性系統分析標量衍射的角譜理論光學成像系統的頻率特性光全息術光學信息處理教材和參考書教材陳家璧、蘇顯渝主編：光學信息技術原理及應用（面向21世紀課程教材）高等教育出版社，2002參考書1.呂乃光編,傅里葉光學.機械工業出版社, 19872. J.W.Goodman, Introduction to Fourier Optics中譯本: 美顧