昆工信息光學(xué)(光信息處理技術(shù))試卷及答案【教學(xué)相關(guān)】

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1、 判斷題 1、光波是電磁波，光波的傳播滿足麥克斯韋方程，其傳播過(guò)程是衍射過(guò)程。（ 對(duì) ） 2、Whittaker-Shannon 二維抽樣定理是唯一的抽樣定理。 （ 錯(cuò) ） 3、由于菲涅耳衍射的DFFT算法中物平面及衍射觀測(cè)平面保持相同的取樣寬度,當(dāng)衍射距離較大時(shí),DFFT算法將不能完整地給出衍射場(chǎng)。（ 對(duì) ） 4、使用菲涅耳衍射的SFFT計(jì)算方法可以計(jì)算距離d趨近于0的衍射圖樣。 （ 錯(cuò) ） 5、光波在自由空間中由衍射屏到觀測(cè)屏的傳播過(guò)程,在頻域中等效于通過(guò)一個(gè)半徑為的理想低通濾波器。 （ 對(duì) ） 填空題 1.若對(duì)函數(shù)進(jìn)行抽樣，其允許的最大抽樣間隔為

2、 。 2.一列波長(zhǎng)為，振幅為的平面波，波矢量與軸夾角為，與軸夾角為，與軸夾角為，則該列波在平面上的復(fù)振幅表達(dá)式為 。 3.透鏡對(duì)光波的相位變換作用是由透鏡本身的性質(zhì)決定的。在不考慮透鏡的有限孔徑效應(yīng)時(shí)，焦距為的薄凸透鏡的相位變換因子為 。 4. 在直角坐標(biāo)系中平面光波的波動(dòng)方程為 傍軸球面光波發(fā)散的波動(dòng)方程為 。 簡(jiǎn)答題 1. 寫出菲涅爾近似條件下，像光場(chǎng)（衍射光場(chǎng)）與物光場(chǎng)（初始光場(chǎng)）間的關(guān)系式，并簡(jiǎn)述如何在頻域中求解菲涅爾衍射積分？ 變化卷積形式 由于空域的卷積為頻域的積，則： 其中： 這就是求出的傅立葉變

3、換和角譜衍射的傳遞函數(shù)，就可以求出的，對(duì)求傅立葉反變換就可以得到。 2．簡(jiǎn)述利用SFFT編程實(shí)現(xiàn)菲涅爾衍射的主要過(guò)程。 （1） 首先將菲涅爾衍射計(jì)算公式變換成可用SFFT計(jì)算的形式 （2） 讀入或者生成衍射光闌 （3） 將 振幅分布乘上相應(yīng)的相位因子 （4） 進(jìn)行快速傅里葉變換（FFT）計(jì)算，并對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行平移 （5） 乘上公式前端的相位因子，并進(jìn)行歸一化，以備顯示。 2. 試求余弦函數(shù)的傅立葉變換。 計(jì)算題 1．一個(gè)線性空間不變系統(tǒng)的脈沖相應(yīng)為，已知輸入函數(shù)為， （1）試寫出輸出函數(shù)的時(shí)域計(jì)算表達(dá)式。 （2）用頻域方法求出其輸出函數(shù)。 解:(1) ，其

4、中為卷積 (2) 2、如圖1 所示，邊長(zhǎng)為2a的正方形孔徑內(nèi)再放置一個(gè)邊長(zhǎng)為a的正方形掩模，其中心落在(x,h)點(diǎn)。采用單位振幅的單色平面波垂直照明，求觀察面上夫瑯和費(fèi)衍射圖樣分布。 判斷題： 1、 在彩虹全息照相中使用狹縫的目的是為了能在白光照明下再現(xiàn)準(zhǔn)單色像。（ 對(duì) ） 2、體積全息圖的再現(xiàn)條件十分苛刻,再現(xiàn)需滿足布拉格條件，正是這一特點(diǎn)，使體積全息圖可用白光照明再現(xiàn)。（ 對(duì) ） 3、離軸全息消除了同軸全息圖孿生像的相互干擾，離軸全息圖在記錄過(guò)程中，參考光和物光在同一方向上。（ 錯(cuò) ） 4、當(dāng)記錄介質(zhì)相對(duì)于物體位于遠(yuǎn)場(chǎng)，引入?yún)⒖脊?/p>

5、記錄物體的夫瑯和費(fèi)衍射圖樣，得到物體的夫瑯和費(fèi)全息圖，但無(wú)論如何也得不到傅里葉變換全息圖。（ 錯(cuò) ） 5、通過(guò)在參考光中引入一次任意的相移，就可以利用相移前后全息圖的差值圖像消除零級(jí)衍射的干擾。（ 對(duì) ） 6、全息技術(shù)分為兩個(gè)過(guò)程，第一個(gè)過(guò)程是利用干涉原理將物光波前以干涉條紋的形式記錄下來(lái)，再用光波照射全息圖，可以再現(xiàn)原始物光波。（ 對(duì) ） 7、同軸全息是在記錄物體的全息圖時(shí)，參考光和物光波來(lái)自同軸方向，光照射全息圖的透射光波中包含四項(xiàng)，都在同一方向無(wú)法分離。（ 對(duì) ） 8、離軸全息消除了同軸全息圖孿生像的相互干擾，離軸全息圖在記錄過(guò)程中，參考光和物光不在同一方向。（ 對(duì)

6、） 9、當(dāng)物放在透鏡前焦面時(shí)，可用參考光和物光波干涉，記錄物光波的傅里葉全息圖。（ 對(duì) ） 10、彩虹全息圖是采用激光記錄白光再現(xiàn)的全息圖。（ 對(duì) ） 11、彩色全息圖是不可能使用白光再現(xiàn)的。（ 錯(cuò) ） 12、傳統(tǒng)銀鹽干板的分辨率遠(yuǎn)高于現(xiàn)有數(shù)碼CCD的分辨率。（ 對(duì) ） 13、數(shù)字全息的物理原理與使用傳統(tǒng)感光板的全息不相同。（ 錯(cuò) ） 14、一張照片被破壞后，丟掉一部分，將永遠(yuǎn)也看不到完整的像，全息圖也有類似的特征，被破壞后將無(wú)法獲得物體完整的像。（錯(cuò) ） 填空題 1. 兩束夾角為的平面波在記錄平面上產(chǎn)生干涉，已知光波波長(zhǎng)為，在對(duì)稱情況下，該平面上記錄的

7、全息光柵的空間頻率為 973cy/mm 。 2. 就全息圖的本質(zhì)而言，散射物體的平面全息圖，記錄過(guò)程是 物光 與 參考光 的干涉過(guò)程，記錄在全息記錄介質(zhì)上的是 干涉條紋 。 再現(xiàn)過(guò)程是在再現(xiàn)光照明情況下光的 衍射 過(guò)程。若再現(xiàn)光剛好是記錄時(shí)的參考光，其再現(xiàn)像有 3個(gè) 。（再現(xiàn)像的個(gè)數(shù)與特點(diǎn)） 簡(jiǎn)答題 1．請(qǐng)依據(jù)全息照相原理說(shuō)明一個(gè)漫反射物體的菲涅耳全息圖。 （1）為什么不能用白光再現(xiàn)？ 平面全息圖不受布拉格條件的限制，在白光照射下再現(xiàn)時(shí)，各種波長(zhǎng)的再現(xiàn)像，同時(shí)以不同角度衍射，疊

8、加在一起，從而造成色模糊。因此一般的平面全息圖用激光再現(xiàn)。 （2）為什么全息圖的碎片仍能再現(xiàn)出物體完整的像？碎片尺寸的大小對(duì)再現(xiàn)像質(zhì)量有哪些影響？ 由于全息圖上每一點(diǎn)都記錄了物體上所有點(diǎn)發(fā)出的波的全部信息，故每個(gè)點(diǎn)都可以在光的照射下再現(xiàn)出像的整體，因而全息圖的碎片仍然能再現(xiàn)出物體完整的像。不過(guò)對(duì)再現(xiàn)像有貢獻(xiàn)的點(diǎn)越多，像的亮度越高，每個(gè)點(diǎn)都在不同點(diǎn)再現(xiàn)像，因?yàn)辄c(diǎn)越多，再現(xiàn)像的孔徑角也越大，像的分辨率越高，這就是碎片對(duì)再現(xiàn)像質(zhì)量的兩個(gè)影響。 （3）由全息圖再現(xiàn)的三維立體像與普通立體電影看到的立體像有何本質(zhì)區(qū)別？ 全息圖不僅能記錄物光的強(qiáng)度信息，而且能記錄物光的相位信息，因此全息圖再

9、現(xiàn)的三位立體像包含了物光的全部信息，而普通立體電影是讓人的兩眼看到兩個(gè)不同角度的物光強(qiáng)度信息，再由大腦合成三維立體像，并不含有物體的相位信息。 2. 彩虹全息照相中使用狹縫的作用是什么?為什么彩虹全息圖的色模糊主要發(fā)生在與狹縫垂直的方向上？ 全息照相中使用狹縫的目的是為了能在白光照明下再現(xiàn)準(zhǔn)單色像，在全息照相中，若用白光照明全息圖再現(xiàn)時(shí)，不同波長(zhǎng)的光同時(shí)進(jìn)入人眼，我們將同時(shí)觀察到互相錯(cuò)位的不同顏色的再現(xiàn)像，造成再現(xiàn)像的模糊，即色模糊，在彩虹全息照相中，由于狹縫起了分光作用，再現(xiàn)過(guò)程中不同波長(zhǎng)的光對(duì)應(yīng)不同的水平狹縫的位置，通過(guò)某一狹縫位置只能看到某一準(zhǔn)單色的像，從而避免了色模糊，在彩虹全息

10、照相中，為了便于雙眼觀察，參考平面波的選擇總是使全息圖的光柵結(jié)構(gòu)主要沿水平方向，因而色散沿豎直方向，狹縫沿水平方向放置，這樣色散方向與狹縫垂直，即色模糊主要發(fā)生在與狹縫垂直的方向上，這樣做的效果便于人眼上下觀察不同顏色的準(zhǔn)單色像。 計(jì)算題 若光致抗蝕劑的分辨率為1500cy/mm，使用波長(zhǎng)為的氦鎘激光器拍攝全息圖，光路參考光和物光的夾角不能大于多少度？ 計(jì)算題 菲涅爾全息圖的物像距關(guān)系為，。 （1）系統(tǒng)用波長(zhǎng)的光記錄全息圖，用的光再現(xiàn)，若，，，求像距； （2）若再現(xiàn)波長(zhǎng)與記錄波長(zhǎng)相同，求傍軸近似條件下像的放大率。 將數(shù)值帶入后即可得答案 ， 計(jì)算題 如圖1所示的孔徑，孔徑是邊長(zhǎng)為正方形，中間有一個(gè)邊長(zhǎng)為正方形的遮擋物。采用單位振幅的單色平面波垂直照明，求出緊靠屏后的平面上的透射光場(chǎng)的角譜。 b a 圖1 解：光闌的透過(guò)率表達(dá)式為 其頻譜為 單位振幅的單色平面波（單一頻率）的角譜為 這樣緊靠屏后的平面上的透射光場(chǎng)的角譜為 6 試題和教育