信息光学(第二版)01-引言.ppt

信息光学InformationOptics 享受光享受光学 光学科学与技术的成果已深深渗透到我们的生活中 王大珩 王大珩先生说 21世纪将是光子的世纪 20世纪光学的主要特点 光学领域的扩展应用功能的扩展研究内容的扩展应用范围的扩展 20世纪光学的主要特点1 光学领域的扩展 波段 向两端扩展 20世纪光学的主要特点1 光学领域的扩展 研究对象 宇宙 宏观 介观 微观 研究方向 宏大光学 微小光学 天文望远镜 微透镜 20世纪光学的主要特点2 应用功能的扩展光学工程 综合技术学科 现代精密仪器 多功能 高效率光 机 电 算一体化 技术手段 自动化 数字化 智能化 20世纪光学的主要特点3 研究内容的扩展 现代光学 扩展到 光子已不仅是作为信息传递的手段 帮助人类认识世界光子也能改变物质的形态 帮助人类改造世界 激光核科学技术光探测器全息航空航天图象处理微光光纤与光纤通信图象融合光集成光信息处理灵巧结构光计算机器人视觉等等 激光核聚变 神光II装置 载人航天飞行 神舟5号 风云II号气象卫星 嫦娥一号 绕地球轨道 16h轨道 近地点200km 远地点51000km 1 5圈 远地点加速 16h轨道 近地点600km 远地点51000km 1 5圈 近地点加速 24h 近地点600km 远地点71000km 3圈 停泊轨道 近地点加速 48h 近地点600km 远地点128000km 1圈 近地点加速 116h轨道 近地点600km 远地点400000km 地月转移轨道 三次轨道修正 绕月球轨道 第一次近月点制动 12h轨道 近月点200km 远月点8600km 第二次近月点制动 3 5h轨道 近月点200km 远月点1700km 第三次近月点制动 127min轨道 近月点200km 远月点200km 2 16m反射望远镜 微光夜视技术 全息防伪技术 4 应用范围的扩展 20世纪光学的主要特点 能源 材料 微电子 生物工程 医疗 环境保护 遥感 计量 通信 印刷 核技术 生态环境 防灾 农业 资源保护 军事 信息科学 遥测 生命科学 化学工程 许多学科分支和方向已形成大规模的产业全世界光学和光 电 子学技术产业规模1995年达700亿美元2000年达1030亿美元2010年 以光电子信息技术为主导的信息产业将形成5万亿美元的产业规模 2010年至2015年 光电子产业可能会取代传统电子产业 光电子技术将继微电子技术之后再次推动人类科学技术的革命和进步 光电子成为信息产业的主角 机械领域 激光加工 打孔 切割 焊接 表面处理激光光刻 激光微细加工 X射线光刻能源领域 太阳能电池 激光核聚变 空间卫星的能源 地球能源 光电子成为现代产业的主角 光纤通信 以低损耗石英光纤和半导体激光器为基础 成为当今通信的主体和方向显示技术 液晶大屏幕显示成为下一代电视的主流 图像显示和复制设备 激光照排 印刷 分色 打印 复印 传真 构成庞大印刷产业成像和探测领域CCD等数字图像设备 扫描仪 传真机 摄象机 摄录机 数码相机 使光信息数字化 光电子成像器件和探测器可以涉及到不可见光 微光和红外 光是最重要的信息载体 人类感官接收客观世界总信息量的90 以上通过眼睛 采集 传输 处理 存储 重返大气层多弹头导弹的拦截 弹头数量大于1000枚的情况要求 在数分钟内完成五项功能 目前电子计算机的计算速度举例 2005 中科院知识创新工程和上海市信息化建设的重大成果 曙光4000A 计算速度10的13次方 秒 2003年2月报道的是 3000亿次 秒 现在 美国国际商用机器公司 IBM 计划名为 红杉 最高运算速度可达每秒2万万亿次 可达现阶段普通笔记本电脑的200万倍 英国 泰晤士报 如果以人类大脑运算能力为参照 红杉 一天的运算量需要1200亿人花费50年才能完成 轻易超越现有 最快 计算机 每秒可完成大约1000万亿次运算的 走鹃 任务用以确定核武器安全 红杉 眼下处于技术研发阶段 定于2011年交付使用 预计安装在美国能源部位于加利福尼亚州的劳伦斯 利弗莫尔国家实验室 科学家借助 红杉 完成复杂的计算机模拟实验 以确定某种核武器是否安全 能否达到能源部下属国家核安全局关于核武器库存管理的要求 管理核武器库的难题与 管理 家庭车库中存放二三十年的汽车相似 助理主管马克说 汽车老旧过程中如何小心保养 才能确保你能够正常发动它 高智能机器人 现代 机器人能做到吗 打乒乓球 过马路 2003年2月23日报道 日本研制的世界第一个机器人 能行走 能认识10个人会握手 挥手 跟在人后面走 关于现代机器人 结论 电子系统速度慢 现代机器人比不上人 航空 航天中长期天气预报地震预测 预报超大量卫片的图像处理 其它领域 灾难的避免快速反应快速处理 计算速度 1015次 秒 要求达 光子技术的优越性 20世纪光学的主要特点 响应速度快 以光速传播30万km s 3x108m s 电信号传输速度 105m s电子开关速度 10 9s 光开关速度 飞秒 FS 10 15s 对比 光子技术的优越性 抗干扰能力强 不受外界电磁场干扰相互间几乎不干扰可共用一个空间 不 串音 电子受外界电磁场干扰RC问题滞后效应 对比 光子技术的优越性 处理速度快 电子在电线里传输串行传输 瓶颈 问题并行传输 由于线径影响出现RC问题 对比 光子可在自由空间传播可在波导内传播 并行传输并行处理 速度快 二维图像处理 更快 更优 光子技术的优越性 传输容量大 对比 高密度 大容量 三维空间传输 高带宽 一根光纤可同时传送多少路电话 106 108路 一路微波通道 传送103路电话或1路彩电信号 美 日报道 超大容量传输系统1012bits s Tb s 21世纪投入使用 光子技术的优越性 序言 全息信息存储 中国的光学 光子学 已经对高科技 国民经济与人民生活产生了影响 可以预期 光学 光子学 在21世纪将会像20世纪的电子学 微电子学 那样大发展 让我们一起为迎接光学 光子学 方面的重大突破而欢呼吧 王大珩 认识光 驾驭光发展光学 你们这一代人将成为最有希望的力量是一支强大的生力军 信息光学 傅里叶光学 信号与系统的基本分析方法通信理论 傅里叶分析与现代光学的结合光学信息处理与全息学的基础 数学基础二维线性系统分析标量衍射的角谱理论光学成像系统的频率特性光全息术光学信息处理 参考书 陈家璧 苏显渝主编 光学信息技术原理及应用 面向21世纪课程教材 高等教育出版社 2002参考书1 吕乃光编 傅里叶光学 机械工业出版社 19872 J W Goodman IntroductiontoFourierOptics中译本 美 顾德曼著 傅里叶光学导论 科学出版社 19683 吕乃光等编 傅里叶光学 基本概念和题解