信息光學(xué)課件資料

1、享受光享受光學(xué) 光學(xué)科學(xué)與技術(shù)的成果已深深滲透到我們的生活中-王大珩 20世紀(jì)以前的光學(xué)古典光學(xué)傳統(tǒng)光學(xué) 20世紀(jì)的光學(xué)傳統(tǒng)光學(xué)現(xiàn)代光學(xué) 21世紀(jì)的光學(xué)光子時(shí)代的到來王大珩先生說：21世紀(jì) 將是光子的世紀(jì) 20世紀(jì)光學(xué)的 主要特點(diǎn) 光學(xué)領(lǐng)域的擴(kuò)展 應(yīng)用功能的擴(kuò)展 研究?jī)?nèi)容的擴(kuò)展 應(yīng)用范圍的擴(kuò)展20世紀(jì)光學(xué)的 主要特點(diǎn)1、光學(xué)領(lǐng)域的擴(kuò)展新學(xué)科紫外光學(xué)、X射線光學(xué)、微光夜視、紅外光學(xué)X射線 紫外近紅外 中紅外 遠(yuǎn)紅外可見光 波段： 向兩端擴(kuò)展 波長(zhǎng)：?jiǎn)紊?、相干?研究方向激光器激光全息 光強(qiáng)：?jiǎn)喂庾?激光光源 星際光源20世紀(jì)光學(xué)的 主要特點(diǎn) 1、光學(xué)領(lǐng)域的擴(kuò)展 研究對(duì)象：宇宙、宏觀、介觀、微觀

2、研究方向宏大光學(xué)微小光學(xué)天文望遠(yuǎn)鏡微透鏡研究方向天文光學(xué)納米光學(xué) 空間尺度：百億光年 單原子尺度，介觀尺度 時(shí)間尺度： 天文時(shí)間 原子反應(yīng)時(shí)間 （10-15 秒）研究方向靜態(tài)光學(xué) 瞬態(tài)光學(xué)如超快速現(xiàn)象 納秒、 皮秒、飛秒20世紀(jì)光學(xué)的 主要特點(diǎn) 2、應(yīng)用功能的擴(kuò)展光學(xué)工程 綜合技術(shù)學(xué)科光機(jī)電算材光學(xué)精密機(jī)械電子材料計(jì)算機(jī)現(xiàn)代精密儀器：多功能、高效率 光、機(jī)、電、算一體化技術(shù)手段：自動(dòng)化、數(shù)字化、智能化20世紀(jì)光學(xué)的 主要特點(diǎn) 3、研究?jī)?nèi)容的擴(kuò)展望遠(yuǎn)鏡、顯微鏡、放大鏡等 傳統(tǒng)光學(xué) ： 研究 現(xiàn)代光學(xué)： 擴(kuò)展到 光子已不僅是作為信息傳遞的手段，幫助人類認(rèn)識(shí)世界 光子也能改變物質(zhì)的形態(tài)， 幫助人類改

3、造世界 激光 核科學(xué)技術(shù) 光探測(cè)器 全息 航空航天 圖象處理 微光 光纖與光纖通信 圖象融合 光集成 光信息處理 靈巧結(jié)構(gòu) 光計(jì)算 機(jī)器人視覺 等等 激光核聚變: 神光II裝置載人航天飛行: 神舟5號(hào)風(fēng)云II號(hào)氣象衛(wèi)星2.16m 反射望遠(yuǎn)鏡微光夜視技術(shù)全息防偽技術(shù)4、應(yīng)用范圍的擴(kuò)展空間20世紀(jì)光學(xué)的 主要特點(diǎn)能源材料微電子生物工程醫(yī)療環(huán)境保護(hù)遙感計(jì)量通信印刷核技術(shù)生態(tài)環(huán)境防災(zāi)農(nóng)業(yè)精密加工資源保護(hù)軍事信息科學(xué)遙測(cè)生命科學(xué)化學(xué)工程許多學(xué)科分支和方向 已形成大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)全世界光學(xué)和光（電）子學(xué)技術(shù)產(chǎn)業(yè)規(guī)模 1995年 達(dá) 700億美元 2000年 達(dá) 1030億美元光信息科學(xué)光電子技術(shù)光電子成為信息

4、產(chǎn)業(yè)的主角機(jī)械領(lǐng)域： 激光加工： 打孔、切割、焊接、表面處理 激光光刻、激光微細(xì)加工、X射線光刻能源領(lǐng)域： 太陽(yáng)能電池、激光核聚變 空間衛(wèi)星的能源，地球能源光電子光電子成為現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)的主角光纖通信： 以低損耗石英光纖和半導(dǎo)體激光器為基礎(chǔ)， 成為當(dāng)今通信的主體和方向 顯示技術(shù)：液晶大屏幕顯示成為下一代電視的主流; 圖像顯示和復(fù)制設(shè)備：激光照排、印刷、分色、打印、復(fù)印、傳真， 構(gòu)成龐大印刷產(chǎn)業(yè)成像和探測(cè)領(lǐng)域 CCD等數(shù)字圖像設(shè)備：掃描儀、傳真機(jī)、攝象機(jī)、攝錄機(jī)、數(shù)碼相機(jī)使光信息數(shù)字化; 光電子成像器件和探測(cè)器可以涉及到不可見光（微光和紅外）光信息科學(xué) 光 是最重要的信息載體，人類感官接收客觀世界總信

5、息量的 90%以上通過眼睛采集傳輸處理存儲(chǔ)超高速度超大容量信息時(shí)代 對(duì) 信息技術(shù)提出 更高 要求信息爆炸重返大氣層多彈頭導(dǎo)彈的 攔截例1彈頭數(shù)量大于1000枚的情況 要求：在數(shù)分鐘內(nèi)完成五項(xiàng)功能1015 次/秒要求達(dá)尋 的在 3 29 時(shí)間內(nèi)分 4 階段攔截、確認(rèn)結(jié)果識(shí) 別跟 蹤發(fā) 射迎 擊計(jì)算速度目前 電子計(jì)算機(jī) 的計(jì)算速度舉例中國(guó)科學(xué)院知識(shí)創(chuàng)新工程和上海市信息化建設(shè)的重大成果2005-1-14 報(bào)道計(jì)算速度10 13 次/秒 3000億 次/秒高性能計(jì)算機(jī) 曙光4000A10萬億次而在2003年2月報(bào)道的是：例2高智能機(jī)器人計(jì)算速度1015 次/秒要求達(dá)學(xué)習(xí)聯(lián)想推理識(shí)別記憶功能：形象聲音氣

6、味感覺感知:快速計(jì)算、快速反應(yīng)、達(dá)到人腦的水平目標(biāo)： “現(xiàn)代”機(jī)器人能做到嗎 ？ 打乒乓球！過馬路 ？2003年2月23日?qǐng)?bào)道 日本 研制的 世界第一個(gè)機(jī)器人能行走，能認(rèn)識(shí)10個(gè)人會(huì)握手、揮手、跟在人后面走關(guān)于現(xiàn)代機(jī)器人結(jié)論電子系統(tǒng)速度慢，現(xiàn)代機(jī)器人比不上 人航空、航天中長(zhǎng)期天氣預(yù)報(bào)地震預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào)超大量衛(wèi)片的圖像處理 例3其它領(lǐng)域?yàn)?zāi)難的避免快速反應(yīng)快速處理計(jì)算速度1015 次/秒要求達(dá)光子技術(shù)的優(yōu)越性20世紀(jì)光學(xué)的 主要特點(diǎn)響應(yīng)速度快以光速傳播30萬 km / s （3x108 m / s）電信號(hào)傳輸速度：105 m / s電子開關(guān)速度：10-9 s光開關(guān)速度：飛秒（FS） 10-15 s對(duì)比

7、光子技術(shù)的優(yōu)越性抗干擾能力強(qiáng) 不受外界電磁場(chǎng)干擾 相互間幾乎不干擾 可共用一個(gè)空間，不“串音” 電子受外界電磁場(chǎng)干擾 RC問題 滯后效應(yīng)對(duì)比光子技術(shù)的優(yōu)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(xiàn)RC問題對(duì)比光子 可在自由空間傳播 可在波導(dǎo)內(nèi)傳播并行傳輸并行處理速度快二維圖像處理，更快、更優(yōu)光子技術(shù)的優(yōu)越性傳輸容量大對(duì)比高密度大容量三維空間傳輸高帶寬一根光纖可同時(shí)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(hào) 美、日?qǐng)?bào)道：超大容量傳輸系統(tǒng) 1012 bits / s （Tb / s） 21世紀(jì)投入使用光子技術(shù)的優(yōu)越性序言 存儲(chǔ)密度大海量存儲(chǔ)例1200mm雙面光盤，2.4mm厚可存儲(chǔ)