《信息光學(xué)》課程教學(xué)大綱

《信息光學(xué)》教學(xué)大綱課程名稱：信息光學(xué) 課程編號：F047091141英文名稱：InformationOptics學(xué)分：4總學(xué)時/課內(nèi)實踐學(xué)時：64學(xué)時課程性質(zhì)：專業(yè)核心課適應(yīng)對象：光電信息科學(xué)與工程專業(yè)一、課程簡介《信息光學(xué)》課程是光電信息科學(xué)與工程、應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)學(xué)生的專業(yè)核心課，是培養(yǎng)光電、物理學(xué)人才整體知識結(jié)構(gòu)的重要組成部分。通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠了解信息光學(xué)在光電工程專業(yè)、應(yīng)用物理專業(yè)中的地位與作用；還可掌握信息光學(xué)的基本概念、基礎(chǔ)理論及光信息處理的基本方法，了解光信息處理的發(fā)展近況和運用前景。為今后從事光學(xué)方面的生產(chǎn)，科研和教學(xué)工作打下基礎(chǔ)。本課程通過介紹近期我國在信息光學(xué)領(lǐng)域的成就，提升學(xué)生的自豪感，培養(yǎng)其家國情懷。InformationOpticsisacoreprofessionalcourseforstudentsmajoringinoptoelectronicinformationscienceandengineeringandappliedphysics,andisanimportantpartoftheoverallknowledgestructureofoptoelectronicandphysicstalents.Throughthiscourse,studentscanunderstandthepositionandroleofinformationopticsinoptoelectronicengineeringandappliedphysics,andcanalsomasterthebasicconceptsandtheoriesofinformationopticsandthebasicmethodsofopticalinformationprocessingaswellasunderstandtherecentdevelopmentandapplicationprospectsofopticalinformationprocessing.Itwilllayafoundationforfutureopticalproduction,scientificresearchandteaching.ThiscourseintroducestherecentachievementsinthefieldofinformationopticsinChinatoenhancestudents'senseofprideandcultivatetheirfeelingsofhomeandcountry.二、課程目標1.思政目標：強化科學(xué)倫理教育，注重科學(xué)思維方法訓(xùn)練和科學(xué)精神培養(yǎng)，提高學(xué)生分析問題和解決問題的的能力，激發(fā)學(xué)生科技報國的家國情懷和使命擔(dān)當(dāng)。Ideologicalandpoliticalobjectives:strengthentheeducationofscientificethics,payattentiontothetrainingofscientificthinkingmethodsandscientificspirit,improvestudents'abilitytoanalyzeandsolveproblems,andstimulatestudents'nationalfeelingsandmissionofservingthecountrythroughscienceandtechnology.2.熟悉傅里葉變換的基本原理，性質(zhì)和意義；熟悉系統(tǒng)的基本概念及線性系統(tǒng)分析的基本理論。Befamiliarwiththebasicprinciple,natureandsignificanceofFouriertransform,aswellasthebasicconceptsofsystemsandthebasictheoriesoflinearsystemanalysis3.理解光的標量衍射處理原理，掌握菲涅爾衍射和夫瑯禾費衍射的計算方法；理解透鏡的位相調(diào)制作用和傅里葉變換性質(zhì)；掌握成像系統(tǒng)的頻率分析方法。Understandthescalardiffractionprocessingprincipleoflight,andmasterthecalculationmethodsofFresneldiffractionandFraunhoferdiffractionaswellasthephasemodulationandFouriertransformpropertiesofthelens;Masterthefrequencyanalysismethodofimagingsystem.4.掌握研究光全息的基本理論方法；掌握光學(xué)信息處理的基本方法；能夠協(xié)作設(shè)計光學(xué)信息處理系統(tǒng)。Masterthebasictheoreticalmethodsforstudyingopticalholographyandthebasicmethodsofopticalinformationprocessing.Beabletodesignopticalinformationprocessingsystemincollaboration.三、課程目標與畢業(yè)要求對應(yīng)關(guān)系本課程的課程目標對計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)畢業(yè)要求指標點的支撐情況如表1所示：表1-1課程目標與畢業(yè)要求對應(yīng)關(guān)系（光電科學(xué)與工程）畢業(yè)要求指標點課程目標畢業(yè)要求1：3.1具有愛國主義情操，尊重生命，關(guān)愛他人，主張正義，具有人文知識、思辨能力、處世能力和科學(xué)精神。1畢業(yè)要求2：1.4掌握光電信息科學(xué)與工程的專業(yè)基礎(chǔ)知識，并能將其用于解決光信息處理、光電檢測和處理工程領(lǐng)域的綜合性工程實踐和復(fù)雜工程問題。3,4畢業(yè)要求3：2.6掌握所需要的專業(yè)知識和開發(fā)工具，具備綜合運用理論和技術(shù)手段設(shè)計復(fù)雜光電信息科學(xué)與工程領(lǐng)域問題的能力。3畢業(yè)要求4：2.7具備采用現(xiàn)代信息技術(shù)領(lǐng)域的新理論、新技術(shù)、新方法設(shè)計/開發(fā)復(fù)雜光電信息科學(xué)與工程問題的能力。5畢業(yè)要求5：2.10具備基于數(shù)學(xué)、自然科學(xué)、信號處理和信息系統(tǒng)理論知識對光電信息科學(xué)與工程領(lǐng)域復(fù)雜工程問題進行分析、研究的能力。2畢業(yè)要求6：3.10理解光電信息科學(xué)與工程實施中團隊合作的必要性，能夠組織、指揮和協(xié)調(diào)開展工作，并有效發(fā)揮作用。4表1-2課程目標與畢業(yè)要求對應(yīng)關(guān)系（應(yīng)用物理）畢業(yè)要求指標點課程目標畢業(yè)要求1：3.3具有良好的社會價值觀，能夠獨立處理生活、學(xué)習(xí)和以后工作中的各種問題；1畢業(yè)要求2：1.1具有科學(xué)的世界觀，較系統(tǒng)和完整地掌握物理學(xué)的基本理論、基本知識和基本技能以及所需的數(shù)學(xué)、計算機、電工電子學(xué)等方面的基礎(chǔ)知識。對物理學(xué)相關(guān)專業(yè)方向前沿、發(fā)展動態(tài)、應(yīng)用前景有所了解；2，3,4畢業(yè)要求3：1.4了解物理學(xué)的理論前沿、應(yīng)用前景和最新發(fā)展，相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r；3畢業(yè)要求4：2.4熟悉科學(xué)研究的基本規(guī)律，具備基本的科學(xué)研究、實驗?zāi)芰?，能夠利用本專業(yè)學(xué)習(xí)的知識分析和解決本專業(yè)領(lǐng)域生產(chǎn)實踐中的基本問題；4四、課程教學(xué)安排課程共有8項教學(xué)內(nèi)容，具體安排如下。表2：課程教學(xué)安排表序號教學(xué)內(nèi)容思政元素課堂教學(xué)學(xué)時實驗/實踐教學(xué)學(xué)時學(xué)時小計1緒論傅里葉分析愛國教育882二維線性系統(tǒng)科學(xué)素養(yǎng)443標量衍射理論家國情懷12124透鏡的位相調(diào)制作用職業(yè)素養(yǎng)665成像系統(tǒng)分析奉獻精神14146部分相干理論科學(xué)精神667光學(xué)全息中國成就668光學(xué)信息處理中國成就88合計6464教學(xué)安排1.緒論傅里葉分析教學(xué)要求：了解信息光學(xué)的研究對象、發(fā)展歷程以及信息光學(xué)的學(xué)科領(lǐng)域和研究內(nèi)容；掌握傅里葉分析的基本內(nèi)容。重點難點：傅里葉分析；卷積、相關(guān)運算思政元素：介紹傅里葉光學(xué)發(fā)展歷史，突出60年代艱苦條件下我國激光的發(fā)明，激發(fā)同學(xué)們愛國熱情。教學(xué)內(nèi)容：0緒論（支撐課程目標1）1.1常見函數(shù)1.2脈沖函數(shù)1.3卷積和相關(guān)（支撐課程目標2）1.4正交函數(shù)系1.5傅里葉級數(shù)（支撐課程目標2）1.6傅里葉分析（支撐課程目標2）2.線性系統(tǒng)教學(xué)要求：掌握線性系統(tǒng)的含義及其性質(zhì)、線性不變系統(tǒng)的含義及其性質(zhì)，了解抽樣定理。重點難點：線性不變系統(tǒng)的性質(zhì)；抽樣定理成立的條件思政元素：介紹線性不變的定義，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。教學(xué)內(nèi)容：2.1線性系統(tǒng)（支撐課程目標2）2.2線性不變系統(tǒng)（支撐課程目標2）2.3抽樣定理（支撐課程目標2）2.4空間帶寬積（支撐課程目標2）3.標量衍射理論教學(xué)要求：掌握復(fù)振幅的含義；了解基爾霍夫衍射理論、角譜衍射理論；理解菲涅爾衍射成立條件，掌握菲涅爾衍射方程的三種表達形式；掌握夫瑯禾費衍射核巴比涅原理、衍射光柵；了解光衍射的計算機模擬方法。重點難點：光的標量衍射；菲涅爾衍射的計算；夫瑯禾費衍射的計算；光的角譜理論。思政元素：介紹我國在信息光學(xué)方面的成就，培養(yǎng)家國情懷。教學(xué)內(nèi)容：3.1光的標量衍射理論（支撐課程目標3）3.2衍射的基爾霍夫理論和角譜衍射理論（支撐課程目標3）3.3菲涅爾衍射（支撐課程目標3）3.4夫瑯禾費衍射（支撐課程目標3）3.5巴比涅原理、衍射光柵（支撐課程目標3）3.6光衍射的計算機模擬（支撐課程目標3）4.透鏡的位相調(diào)制作用教學(xué)要求：掌握透鏡調(diào)制作用的數(shù)學(xué)表達；掌握透鏡的傅里葉變換性質(zhì)；了解透鏡調(diào)制作用的來源，理解非理想透鏡傅里葉變換的數(shù)學(xué)表達。重點難點：透鏡的位相調(diào)制作用，透鏡的傅里葉變換性質(zhì)思政元素：介紹透鏡磨制過程，培養(yǎng)學(xué)生職業(yè)素養(yǎng)。教學(xué)內(nèi)容：4.1透鏡的位相調(diào)制作用（支撐課程目標3）4.2透鏡的傅里葉變換作用（支撐課程目標3）5.成像系統(tǒng)的頻率特性教學(xué)要求：掌握透鏡的成像性質(zhì)；掌握光學(xué)頻譜的含義；掌握對不同出瞳函數(shù)時相干成像系統(tǒng)頻率響應(yīng)的計算；掌握對不同出瞳函數(shù)時非相干成像系統(tǒng)頻率響應(yīng)的計算；了解有像差時傳遞函數(shù)的推導(dǎo)、光學(xué)鏈含義。重點難點：透鏡成像性質(zhì)；成像系統(tǒng)的頻率響應(yīng)；相干和非相干成像系統(tǒng)的比較思政元素：介紹阿貝先生關(guān)心工人的事，培養(yǎng)學(xué)生奉獻精神。教學(xué)內(nèi)容：5.1透鏡成像性質(zhì)（支撐課程目標3）5.2成像系統(tǒng)的一般分類（支撐課程目標3）5.3衍射受限的相干成像系統(tǒng)的頻率響應(yīng)（支撐課程目標3）5.4衍射受限的非相干成像系統(tǒng)的頻率響應(yīng)（支撐課程目標3）5.5像差對成像系統(tǒng)傳遞函數(shù)的影響（支撐課程目標3）5.6相干和非相干成像系統(tǒng)的比較（支撐課程目標3）5.7光學(xué)鏈（支撐課程目標3）6.部分相干理論教學(xué)要求：了解多色場含義及其復(fù)值表示方法；理解相干性一般概念、互相干函數(shù)；了解部分相干光的時間干涉；理解傅里葉變換光譜的原理；了解空間相干性的概念；了解范西特-澤尼克定理及其應(yīng)用。重點難點：互相干函數(shù)；光的時間相干性；光的空間相干性思政元素：介紹邁克爾遜功成名就，年老體弱依然在一線探索的科學(xué)精神。教學(xué)內(nèi)容：6.1光場相干性的一般概念（支撐課程目標3）6.2互相干函數(shù)（支撐課程目標3）6.3相干度的測量（支撐課程目標3）6.4傅里葉變換光譜學(xué)（支撐課程目標3）6.5準單色光的干涉、傳播和衍射（支撐課程目標3）6.6范西特-澤尼克定理（支撐課程目標3）7.光學(xué)全息教學(xué)要求：了解全息的概念和發(fā)展歷史；理解全息原理；了解不同形式的全息圖；了解全息術(shù)的應(yīng)用。重點難點：全息原理；全息術(shù)的應(yīng)用；數(shù)字全息。思政元素：介紹我國全息照相、全息顯示方面的最新成就，增強同學(xué)報國熱情。教學(xué)內(nèi)容：7.1緒論（支撐課程目標4）7.2全息原理（支撐課程目標4）7.3不同形式的全息圖（支撐課程目標4）7.4全息術(shù)的應(yīng)用（支撐課程目標4）7.5數(shù)字全息和計算機模擬（支撐課程目標4）8.光學(xué)信息處理教學(xué)要求：了解光學(xué)信息處理的含義；理解相干濾波的基本原理；掌握振幅、位相濾波方法；了解圖像識別、復(fù)原的光學(xué)方法；了解阿貝-波特實驗的計算模擬方法。重點難點：相干濾波的基本原理；位相濾波方法；光學(xué)的計算模擬方法。思政元素：介紹我國全在光學(xué)處理方面的最新成就，增強同學(xué)報國熱情。教學(xué)內(nèi)容：8.1引言（支撐課程目標4）8.2相干濾波（支撐課程目標4）8.3振幅和相位濾波（支撐課程目標4）8.4圖像的光學(xué)識別、微分、加減運算（支撐課程目標4）8.5阿貝-波特實驗的計算機模擬（支撐課程目標4）五、課內(nèi)實踐教學(xué)內(nèi)容及要求無。六、課程考核與評價表4：成績評定方式表考核環(huán)節(jié)分值考核/評價細則平時作業(yè)及課堂表現(xiàn)3015次作業(yè)，1次2分，計30分；曠課一次扣5分，三次無故缺勤，本課程無學(xué)分；遲到、早退酌情扣分。期末考試70采用開卷考試形式進行，期末成績?yōu)榘俜种?，計入總成績時乘以60%，由教務(wù)處安排考試流程，考試內(nèi)容須覆蓋支撐全部畢業(yè)要求指標的授課內(nèi)容，考試完成后在綜合教務(wù)系統(tǒng)中按照設(shè)定的占比系數(shù)錄入成績。合計100七、課程學(xué)習(xí)資源教材：傅里葉光學(xué)（第3版）.