第三章 光学与光电信息技术
§ 3.1 几何光学
§ 3.2 波动光学
§ 3.3 光电信息技术第三章 光学与光电信息技术
§ 3.1 几何光学几何光学是光学学科中，以光线为基础研究光的传播和成像规律的一个重要的实用性分支。
几何光学是当光波的波长? → 0 时的极限情况。能以其简便的方法解决光学仪器中的光学技术问题。
光线传播的基本定律
1、光线的直线传播定律
2、光的独立传播定律
3、反射定律,确定光在反射过程中反射光线方向的定律。光在两种媒质的平滑界面上反射时,反射定律示意图光线传播的基本定律
4、折射定律
n’sin i’ = n sin i
全反射,i’ = 90°,此时光线按反射定律全部反射。
临界角,折射角正好为 90°
时的入射角 ic 。
在光导纤维中，光线就是靠一次次的全反射来传播的。 折射定律示意图
§ 3.2 波动光学光的波动学说首先是 惠更斯 在 1690年提出来的。他设想光的传播类似水波、
声波。光振动所达到的每一点都可以看作次波的中心。次波的包络面为传播着的波阵面。波阵面上每一点又产生新的次波，依次继续传播。
但这个原理只能说明光的折射和反射。
到了 1815年 菲涅耳 补充了惠更斯原理，即各次波到达某一点的作用，要考虑到次波间的位相关系。这补充能很好地说明光的衍射现象，称惠更斯－菲涅耳原理。
§ 3.2.1 光的干涉一、干涉现象光的干涉已经广泛地用于精密计量、
天文观测、光弹性应力分析、光学精密加工中的自动控制等许多领域。
双孔干涉实验
x
k=+1
k=-2
k=+2
k= 0
k=-1
S1
S2
S*
*
*
I
杨氏双孔干涉演示,杨氏双缝干涉二、相干条件相干条件要求：
①各成员波的频率?（因而波长?）相同；
②任两成员波的初位相之差在?t内保持不变；
③两波的振幅不得相差悬殊；
④在叠加点两波的偏振面须大体一致。
相干光源或相干光波,
满足相干条件的光源或光波。
三、产生相干光波的方法相干光波产生的方法：分波面法和分振幅法
1、分波面干涉从同一源波面上分出若干个面域，使它们继续传播而发生干涉。
例,杨氏干涉菲涅耳双镜干涉菲涅耳双镜干涉
2、分振幅干涉采用一块光学媒质使入射波在其表面上发生反射和折射，然后令反射波和折射波在继续传播中相遇而发生干涉。
例：牛顿环装置牛顿环 牛顿环装置陆末 ——格尔克片的多光波干涉薄膜干涉（ 演示 ）
四、应用
1、用迈克耳孙干涉仪测量长度
（误差不超过±? / 20）
迈克耳孙干涉仪 用迈克耳孙干涉仪观察到 的烛焰附近的对流气体应该出现 暗纹的位置实际的暗纹位置 试 件标 准 件利用干涉现象检验平面的平整度演示,光干涉的应用
§ 3.2.2 光的衍射一、光的衍射现象
a 垂直单狭缝
b 更窄的单狭缝
c 矩孔
d 三角孔
e 方孔
f 正多边形
g 正方网格光孔的远场衍射图样演示,光的衍射二、惠更斯 ——菲涅耳原理大约在 1680年荷兰物理学家惠更斯提出：
介质中波动传到的各点都可看作是一个新的波源 ——子波源；在其后的任一时刻，由于波源发射的子波波阵面组成的包迹就决定新的波面。菲涅尔增加了,子波相干迭加,的原理，从而发展成为惠更斯 —
—菲涅耳原理。
惠更斯原理
t+ Δ t 时刻波阵面
t 时刻波阵面时刻波阵面时刻波阵面三、衍射分类夫琅和费衍射菲涅耳衍射四、衍射应用
① 光谱分析,如衍射光栅光谱仪。
② 结构分析,衍射图样对精细结构有一种相当敏感的,放大,作用，故而利用图样分析结构，如 X射线结构学。
③ 衍射成像,在相干光成像系统中，引进两次衍射成像概念，由此发展成为空间滤波技术和光学信息处理。
④ 衍射再现波阵面,这是全息术原理中的重要一步。
§ 3.2.3 光的偏振光的电矢量的振动方向不变，或电矢量末端在垂直于传播方向的平面上的轨迹呈椭圆或圆的现象。
偏振光平面偏振光,线偏振光，部分偏振光。
圆（椭圆）偏振光,偏振光的电矢量的末端在于传播方向的 xy平面上的轨迹是圆或椭圆。
平面偏振光 圆偏振光的波场分布线偏振光部分偏振光自然光四、应用
1、偏振滤光片最简单的应用为在照相机这一类仪器的物镜前，加一片双色性微晶制的偏振片。则可大大减弱反射光，能 使湖面上的物体拍摄得更清楚 。
可消除在夜间行车时汽车头灯耀眼灯光对迎面汽车司机的影响
2、偏光眼镜,观看立体电影片演示,起偏与检偏
(a)用偏振干涉仪观察到的悬浮在水面上的昆虫
(b) 用偏振干涉显微镜观察到的碳化硅晶体
(c) 在正交偏振片间观察到的硫代硫酸钠晶体
(a) (b) (c)
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
§ 3.3光电信息处理
§ 3.3.1 光学信息处理
1,阿贝成像原理
2,傅立叶光学信息处理图像相减、模糊图像的恢复、图像识别、
彩色图像恢复、密度假彩色编码、
实时假彩色编码，计算全息。
3,近代光学信息处理前沿光学小波变换，光学广义傅立叶变换，光折变介质信息处理，数字光计算，光学神经网络 。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
1,阿贝成像原理
1.1 阿贝成像原理
1.2 空间滤波
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
1,阿贝成像原理一百多年前，德国人阿贝 (E,Abh,1874年 )
在研究如何提高显微镜的分辩本领时，提出了阿贝成像原理，为现代变换光学奠定了基础。
1.1 阿贝成像原理
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
1.1 阿贝成像原理
着眼于频谱的转换相干成像过程分两步完成,
第一步是入射光经物平面 发生夫琅和费衍射，在透镜后焦面上形成一系列衍射斑；
第二步是干涉，即各衍射斑发出的球面次波在像平面 (x’,y’)上相干迭加，像就是干涉场。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
1.2 空间滤波
空间滤波概念阿贝成像原理是把成像过程分成两步：
第一步衍射起,分频” 作用，
第二步干涉起,合成” 作用。
成像光学仪器要求,图像尽可能与原物相似。
阿贝成像原理的观点要求,
在分频与合成的过程中尽量不使频谱改变。
有限口径的透镜是一个‘‘低通滤波器”，丢失了高频信息，图像的细节变得有所模糊。因此要提高系统成像的质量，就应该扩大透镜的口径。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
1.2 空间滤波
空间滤波概念阿贝成像原理的真正价值在于它提供了一种新的频谱语言来描述信息，启发人们用改变频谱的手段来改造信息（改造图像）。
现代变换光学中的空间滤波技术和光学信息处理，就概念来说，都起源于阿贝成像原理。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
1.2 空间滤波
空间滤波的具体作法,
物信息的频谱展现在透镜的后焦面 (傅氏面 )上，可以在这平面上放置不同结构的光阑，以提取 (或摒弃 )某些频段的物信息，即可主动地改变频谱，以此来达到改造图像的目的。用频谱分析的眼光来看,傅氏面上的光阑起着“选频”的作用 。
广义地说，凡是能够直接改变光信息空间频谱的器件，通称 空间滤波器,或光学滤波器 。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
1.2 空间滤波
在焦平面上的一个水平狭缝消除了网格像的水平线条
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录阿贝 —波特系列实验阿贝于 1873年,波特于 1906年分别做了实验 。
部分实验内容及结果,
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录部分实验内容及结果,
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
1.2 空间滤波
(a)输入图像 (b)用针孔滤掉高频的输出图像
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录低通滤波器低通滤波器主要用于消除图像中的高频噪声 。
例如,电视图像照片,新闻传真照片等往往含有密度较高的网点,由于周期短,频率高,它们的频谱分布展宽 。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录高通滤波器高通滤波器用于滤除频谱中的低频部分,以增强像的边缘,或实现衬度反转 。 其大体结构如左图所示,中央光屏的尺寸由物体低频分布的宽度而定 。
高通滤波器主要用于增强模糊图像的边缘,
以提高对图像的识别能力 。 由于能量损失较大,
所以输出结果一般较暗 。
高通滤波器结构
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录方向滤波器
例 1：印刷电路中掩模疵点的检查
印刷电路掩模的构成是 横向或纵向的线条
[见图 (a)],它的 频谱较多分布在 x,y轴附近 。 而疵点 的形状往往是不规则的,线度也较小,所以其 频谱必定较宽,在离轴一定距离处都有分布 。
可用图 (b)所示的十字形滤波器将轴线附近的信息阻挡,提取出疵点信息,输出面上仅显示出疵点的图像,如图 (c)所示 。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录例 2：组合照片上接缝的去除航空摄影得到的组合照片往往留有接缝,如图 (a)所示 。 接缝的频谱分布在与之垂直的轴上,
利用如图 (b)所示的条形滤波器,将该频谱阻挡,
可在像面上得到理想的照片,如图 (c)所示 。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录例 3：地震记录中强信号的提取由地震检测记录特点可知,弱信号起伏很小,
总体分布是横向线条,如图 (a)所示,因此其频谱主要分布在纵向上 。 采用图 (b)所示的滤波器,可将强信号提取出来,[见图 (c)],以便分析震情 。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录Schlieren 方法
早在 1864年在阿贝理论以前,Toepler 就发明了相衬法,这一技术称为 Schlieren方法,早先用来探测透镜的疵病 。 与相衬显微镜类似,在这一方法中,只是简单地 把衍射图形挡去一半多一点,透镜中的疵病等相位物体就可以看见 。
HS是光阑,P仍用相干光照明．
Schlieren方法使相位物体变为可见
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
2,傅立叶光学信息处理
2.0 基本概念与处理系统
2.1 图像相减
2.2 模糊图像的恢复
2.3 图像识别
2.4 密度假彩色编码
2.5 实时假彩色编码
2.6 计算全息
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
2.0 基本概念与处理系统
近代光学信息处理的基本概念在透镜的后焦面即谱面上设置各种滤波器，就可以对信号频谱进行改造，滤掉不需要的信息或噪声，提取或增强我们感兴趣的信息。滤波后的频谱，还可以再经过一个透镜还原成为空域中经过修改的图像或信号。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
2.0 基本概念与处理系统
相干光学图像处理系统 (4F系统 )
近代光学信息处理系统
FTL2FTL1 SLM2SLM1L
ST
M
CRT
SF
LA
计算机? 数字图象处理系统
f f f f
CCD
LA,激光器； ST,光束升降器； M,反光镜； L1,准直镜；
FTL1~FTL2,傅里叶变换透镜； SF,空间（针孔）滤波器；
SLM1~SLM2,电寻址空间光调制器。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
2.1 图像相减将两个图像透明片置于相干光学处理器中，并在空间频率平面放一正弦光栅
T(p)=( 1+ sinap) /2
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
2.1 图像相减输出 平面的光轴衍射出相减了的图像
[ f1(α,β) - f2(α,β)]
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
2.1 图像相减
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
2.2 模糊图像的恢复将 逆滤波器 H(p)置于相干光学处理器的空间频率平面上，
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
2.2 模糊图像的恢复逆滤波器 = 振幅滤波器 + 位相滤波器振幅滤波器 位相滤波器
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
2.2 模糊图像的恢复实验 验证：
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
H(?) × 逆滤波器 ≈常数逆滤波器 = 振幅滤波器 + 位相滤波器当我们用这一复合的滤波器对 F(u,v) 进行滤波后，在离焦的像面上将生成清晰图像 f (x,y) 。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录模糊图像的恢复实例
(a)离焦像 (b)经过校正复原后的像
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录褪色图像的恢复
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录褪色图像的恢复实验 验证：
原彩色像 恢复的彩色像
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
2.3 图像识别联合傅里叶变换 (joint Fourier transform)是重要的相关处理器,大量应用于图象,特征识别,
在指纹识别,字符识别,空中目标和地面遥感图识别等领域已逐步进入实用化阶段 。
原理将一对待识别的图象通过马赫 —曾特干涉仪并排写入光寻址空间光调制器 LCLV,将联合傅里叶变换的复振幅谱转化为功率谱,用激光读出,
再次通过傅里叶变换由 CCD探测后,经过数字图象处理系统进行后处理,判别图象相关性 。
联合变换相关图象识别系统
LA,激光器； ST,光束升降器； SP,空间（针孔）滤波器；
BS1~BS3,分光镜 ; O1~O2,待识别物体 ; L1~ L2,准直镜；
FTL1~FTL2,傅里叶变换透镜； DP1~DP2,可变光栏；
P,偏振片； LCLV,液晶光阀； PBS,偏振分光镜 ; A,可变减光板
M3
L1
BS1
LCL
V
DP1
BS2
L2
O1
M2
O2
ST
PBS
FTL
2
M1
FTL
1
LA
CC
D
P
SP
BS3
DP3
DP2
A
CR
T
计算机? 数字图象处理系统
2.3 图像识别
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
2.3 图像识别
装备在导弹头部的 图像识别 系统
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
2.3 图像识别
反射型 MSF 实时指纹识别器
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
2.4 密度假彩色编码三个步骤：
光栅抽样,经罗奇光栅抽样的 负片 ；
漂白处理,经漂白处理得 编码相位 光栅 ；
白光信息处理系统中滤波解调,
将 编码相位 光栅放在白光信息处理系统的输入平面上，得色度丰富的 假彩色图像 。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
2.4 密度假彩色编码
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
2.5 实时假彩色编码将黑白透明片与正交光栅一起置于 白光信息处理系统的输入平面上，
1,等空间频率假彩色编码在 空间频率平面上四个彩红色信号的一级衍射谱处安放如图所示的滤波器，
输出平面合成 彩色编码像，
像的低频结构呈 蓝色,高低频结构呈 红色,相等的空间结构呈现同一颜色。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
2.5 实时假彩色编码
1,等空间频率假彩色编码
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
2.5 实时假彩色编码将黑白透明片与正交光栅一起置于 白光信息处理系统的输入平面上，
2,等密度假彩色编码在 空间频率平面上两个彩红色信号的一级衍射谱处安放如图所示的滤波器，输出平面合成 彩色编码像。 像的密度最小处呈 红色,密度最大处呈 绿色,中间部分分别呈粉红、黄、浅绿等颜色,
密度相同处呈现同一颜色。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
2.5 实时假彩色编码
2,等密度假彩色编码
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
2.6 计算全息
1965 年在美国 IBM 公司工作的德国光学专家罗曼使用计算机和计算机控制的绘图仪做出了世界上第一个计算全息图 ( CGH )。 计算全息图不仅可以全面地记录光波的振幅和相位，而且能综合复杂的，或者世间不存在物体的全息图，因而具有独特的优点和极大的灵活性。
计算全息首次将计算机引入光学处理领域。
很多光学现象都可以用计算机来进行仿真，计算全息图成为数字信息和光学信息之间有效的联系环节，为光学和计算机科学的全面结合拉开了序幕。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
2.6 计算全息计算全息的主要应用范围是：
① 二维和三维物体像的显示；
② 在光学信息处理中用计算全息制作各种空间滤波器；
③ 产生特定波面用于全息干涉计量；
④ 激光扫描器；
⑤ 数据存贮。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
2.6 计算全息
计算全息图制作的典型流程
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
2.6 计算全息全息图 再现图
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
3.1 光学小波变换小波变换 （ wavelet transform,WT） 是近年来发展起来的一个新的学科分支,
与常规的傅里叶变换相比,具有同时处理空域 （ 时域 ） 和频域信号的能力,并具备对信号进行局部化处理的特征,成为信号分析领域重要的工具,常用在空域的局部信号及时域的暂态信号处理中 。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录图,h(t)的实部和 h(t) 的傅里叶谱
Morlet小波
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录光学 Morlet 小波变换实例实验采用下图所示的光学多通道小波变换相关器．两个柱面透镜的焦距为 240 mm,球面透镜焦距为 210 mm,相关器由 He-Ne激光作光源．
实现一维小波变换的二维光学相关器光学多通道小波变换相关器中光学小波变换的实验结果
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
3.2 光学广义傅立叶变换
广义傅立叶变换,
d x d y
f
yvxui
f
vyuxiyxF
s i n~
)(
t a n~
)()(e x p),()( 22222
00
傅立叶变换：
d x d yyvxuiyxF )](e x p [),()( 200
又称 分数阶傅立叶变换 。当 α = π/ 2 时，
就变成傅立叶变换。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
3.2 光学广义傅立叶变换
实现 广义傅立叶变换的方法,
正透镜 负透镜
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
3.2 光学广义傅立叶变换
实现 广义傅立叶变换的方法,
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
§ 3.3.2 光存储技术
1,光存储原理、分类、特点
2,光盘存储
3,双光子光学存储
4,持续光谱烧孔光学存储
5,近场光学存储
6,光全息存储
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
1,光存储原理,分类,特点
(1)原理,只要材料的某种性质对光敏感,在被信息调制过的光束照射下,能产生理化性质的改变,并且这种改变能在随后的读出过程中使读出光的性质发生变化,都可以作为光学存储的介质 。
(2)分类
按介质的厚度,面存储,体存储；
按数据存取,逐位存储,页面并行式存储；
按鉴别存储数据,位置选择存储,
频率选择存储等 。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
1,光存储原理、分类、特点
(3)光学信息存储的一般特点
存储密度高理论估计：面密度为 1/λ2；体密度为 1/λ3，
按 λ=500 nm 计算,存储密度为 1 TB/cm3。
并行程度高,提供并行输入输出和数据传输 。
抗电磁干扰
存储寿命长,磁存储 2—3年；光存储 10年以上 。
非接触式读／写信息
信息价格位低,价格可比磁记录低几十倍 。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
2,光盘存储自 60年代末美国 ECD及 IBM公司共同研制出第一片光盘以来,光盘存储技术发展之迅速出人意料 。
激光唱片 ( Compact Disk,CD )
激光视盘 ( Laser Video—Disk,LVD )：
LD,VCD,DVD,EVD…… 。
计算机外存设备,光盘
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
2.1 光盘存储的原理激光经聚焦后可在记录介质中形成极微小的光照微区 (直径为光波长的线度,即 1μm 以下 ),使光照部分发生物理和化学变化,从而使光照微区的某种光学性质 (反射率,折射率,偏振特性等 )与周围介质有较大反衬度,可以实现信息的存储 。
光盘是按位存储的二维存储介质 。 记录轨道的密度可高达 1000道／ mm以上 。
性能,信息载噪比 (CNR)均在 50 dB以上；
每一通道数据速率可达 50 Mbit/s 以上 。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
2.2 光盘的类型
按其功能划分主要有四种,
(1)只读存储光盘 ( ROM )
(2)一次写入光盘 ( WORM； 或称 DRAW )
① 烧蚀型 ② 起泡型 ③ 熔绒型
④ 合金型 ⑤ 相变型
(3)可擦重写光盘 ( EDAW ),先擦后写
(4)直接重写光盘：写同时擦除原信息
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
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2.3 光盘存储器
根据光盘存储介质分类
(1)单光束光学系统
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
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2.3 光盘存储器
(2)双光束光学系统：
用于可擦重写光盘写／读光路擦除光路写、读激光器波长 0.83 μm
擦除激光器波长 0.78 μm
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
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2.3 光盘存储器国内情况：
成都电子科技大学和北京航空航天大学 分别研制成功的可擦重写磁光盘,直接重写相变光盘等；
中国科学院上海冶金研究所国家光存储研究中心已建成各类光盘的母盘生产线；
清华大学国家光盘工程研究中心 致力于改进光盘驱动器及其关键部件,提高其性能和存储容量,
减少搜寻时间,改进数据速率和存储数据的可靠性,同时进行新一代多功能光盘驱动器的开发,
研制适合于各种无机和有机的一次写入和可擦除介质的双触长束多功能光学头 。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
2.4 光盘存储技术的进展
1,光盘与磁盘比较
存储密度,
磁盘的道距 (约 10μm)，
光盘的道距 (约 l μm)
据 Data Storage l998年 2月报道 。 IBM已有突破磁盘存储密度 10 Gbit / in2 大关的实验室样机,
数据传输速率,光盘的性能不及磁盘 。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
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2.4 光盘存储技术的进展
2,提高只读光盘的存储容量的主要方法
采用短波长激光读写,
激光波长由 0.8μm缩短到 0.4μm,记录的面密度可提高 4 倍 。
提高道密度和线密度,使用光道密度加倍法；
使用区域比特记录法 。
开发多数据层的光盘,采取多光道并行存取技术例如：一种双光学头的设计,采用 16 个激光二极管阵列并行存取,可使数据速率达到 100
Mbit/s。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
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2.4 光盘存储技术的进展
正在开发超高容量双面多数据层 ROM
例如,日本日立公司等研制的双面双数据层 ROM,采用 0.44μm 的最小光斑尺寸和每层 0.74μm 宽的道距,实现总数据容量为 17 GB。 研究表明,利用双面三数据层结构 ( 总共包括 6 个数据层 ),有可能实现 25.5 GB 的超高容量 。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
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2.4 光盘存储技术的进展
3,进展：
(1)相变光盘技术已经达到成熟的产品级水平 。
(2)直接重写光盘实现高数据率是当前研究的热点 。
容量,面密度 0.4 Gbit/cm2,光盘容量 3.5 GB。
数据传输率,估计能达 10 Mbit/s (红激光 )；
超过 100 Mbit/s (蓝激光 )。
存储面密度极限,光盘存储 l.0 Gbit／ cm2
磁盘存储 6.2 Gbit／ cm2
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
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2.4 光盘存储技术的进展
3,进展：
(3) 体积光学存储
容量,达到 TB／ cm3；
存取时间,毫秒或亚毫秒；
数据传输速率,Gbit／ s - Tbit／ s。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
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6,光全息存储光全息存储构成原理示意图
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
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6,光全息存储光全息存储构成原理示意图
6.1 原理角度复用的光学全息存储简介,光学信息存储具有超大容量,并行,高速等特点 。
角度复用全息存储应用体光栅的角度选择性,通过记录角度的多次微小改变来存储多幅全息图,是目前国内外光学信息存储的研究前沿,具有重要的应用前景 。
原理,由激光分束形成物光和参考光,其中物光由计算机通过空间光调制器产生,不同角度的参考光则由计算机控制的转镜构成 。 射入 LiNbO3晶体后,形成傅里叶变换体全息图,将物光所荷载的信息记录在晶体中 。 改变参考光或物光的角度,可以在晶体中存入多幅傅里叶变换体全息图 。 将参考光单独照射记录介质,
就可以读出对应角度下存入的信息,还原记录的图形 。
角度复用的光学全息存储系统
LA,激光器； ST,光束升降器； VBS,可调偏振分光镜； Q,半波片； SW1~SW2,电子快门； M,反光镜； L1,准直镜； L2~L3，
成象透镜； FTL1~FTL2,傅里叶变换透镜； SLM,空间光调制器； SP,空间（针孔）滤波器； RM,转镜 ; C,Fe:LiNbO3
VBS
RMQ SW
2
SW1ST
L2~L3
FTL1FTL1 CSLML1
M
CRT
SP
计算机? 数字图象处理系统
f f f f
CCDLA
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
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6.2 全息存储的特点
1,高冗余度,以全息图的形式存储的信息是分布式的,每一信息单元都存储在全息图的整个表面上 (或整个体积中 ),故记录介质局部的缺陷和损伤不会引起信息的丢失 。
2,高存储容量,光学极限为 6.4× 1013bit /cm3
采用面向页面的存储,容量可达到 106 bit/ 页面,
采用空间复用和共同体积复用相结合的技术 存储 500000个全息页面,可以得到总的存储容量为 500 Gbit 或约 63 GB,这可以和 RAID磁盘系统相比 。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
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6.2 全息存储的特点
2,高存储容量
1994年 Burr等人报道：
10000个数据全息图 / 体积单元 。
复用 50个体积单元 = RAID磁盘存储容量
利用频率选择技术 (PSHB)将存储维数扩展到四维,体全息存储器的容量还可能进一步提高 。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
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6.2 全息存储的特点
3,高数据传输速率和快存取时间
数据传输速率,
10 Gbit／ s或约 1.25 GB／ s,使寻址一个数据页面的时间小于 100μs.
磁盘系统的机械寻址需要 10 ms
记录时间,> 1 Mbit/s
各种存储技术的存储容量和数据传输速率的比较全息存储同时具有 容量大、数据传输率高、数据搜索时间短 三方面的优良性能,
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
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6.2 全息存储的特点
4,可进行并行内容寻址
全息存储器可以直接输出数据页或图像的光学再现；
在再现出的光学像被探测到并被转换成电子数据图样之前,就可以对它们用光学方法进行并行处理,以提高存储系统进行高级处理的功能 。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
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6.2 全息存储的特点
4,可进行并行内容寻址例如：
(1)任何全息存储器通过工作在傅里叶变换域都能够执行相关操作 ;
(2)采用适当的光学系统,有可能一次读出存储在整个全息存储器中的全部信息,
或在读出过程中同时与给定的输入图像进行相关,完全并行地进行面向图像 (页面 )的检索和识别操作 ;
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
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6.2 全息存储的特点
4,可进行并行内容寻址例如：
(3)可以实现用内容寻址的存储器 (CAM)，
成为全光计算或光电混合计算的关键器件之一,在光学神经网络,光学互连,
以及在模式识别和自动控制等应用领域
(可以统称为光计算 )中有广阔的应用前景 。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
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§ 3.3.3 光纤通信技术
1,光通信的概念及系统的基本组成
2,光通信系统的分类
3,光纤通信的特点
4,光纤通信的发展历史和展望
5,新型光纤通信系统简介
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
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1,光通信的概念及系统的组成
光通信 ——利用 光波 来进行通信。
光波,可见光，包括红外线，它们的波长比微波更短，频率比微波更高。
光通信系统的基本组成
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
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1,光通信的概念及系统的组成
光信号的处理和传递过程光通信和电通信主要差别,在于光终端和传精介质，即在光终端中使用的光源，光电探测器和其它一些光学元件以及光纤等 。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
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2,光通信系统的分类
(1)按传输介质分类大气光通信系统、光纤通信系统。
大气光通信系统,属于无线通信系统，它的传输介质是大气或真空。
地球表面大气层对光衰减限制了大气光通信的发展。但是，卫星之间的光通信，即空间或深空光通信系统，因在宇宙空间中，传输介质几乎是真空，没有大气干扰和衰减的问题，非常有前途。
光纤通信系统,属于有线通信系统，它的传输介质是光纤。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
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2,光通信系统的分类
(2)按调制方式分类模拟光通信系统、数字光通信系统。
模拟信号,在幅度上和时间上都是连续变化的信号数字信号,在幅度上和时间上都是不连续变化的、
离散的信号。
注意,脉冲信号虽然它在时间上是间断的、不连续的，但它在幅度或宽度上仍是连续变化的，一般也认为它们是模拟信号而不是数字信号。
模拟光通信系统,传送的是模拟信号
数字光通信系统,传送的是数字信号。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
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2,光通信系统的分类模拟调制方式：
强度调制 ( IM—Intensity Modulation)，
幅度调制 ( AM—Amp1itude Modulation)，
频率调制 ( FM—Frequence Modulation)，
相位调制 ( PM—Phase Modulation)，
脉位调制 ( PPM—Pulse Position Modulation)，
脉宽调制 ( Pulse Width Modulation
或 Pulse Duration Modulation)，
脉幅调制 ( PAM—Pulse Amp1itude Modulation)，
脉冲频率调制 ( PFM—Pulse Frequence Modulation )，
脉冲数调制 ( PNM—Pulse Number Modulation) 等等。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
2,光通信系统的分类数字调制方式主要有：
脉冲编码调制 ( PCM—Pulse Code Modulation)，
差分脉冲编码调制 ( DPCM—Differentia1 Pulse
Code Modulation)，
增量调制 (△ M)。
由于数字通信系统所占的带宽较宽，而带宽非常宽又是光纤的主要优点，因此，光纤通信系统特别适合于采用数字调制方式的数字通信系统。
虽然光纤通信和数字通信两者是密切相关的，
但 光纤通信和数字通信是两个不同的概念,两个不同的范畴，不能将两者等同起来，混为一谈。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
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2,光通信系统的分类
(3)按信号的复用方式
频分复用系统
( FDM——Frequence Division Multiplexing )，
时分复用系统
( TDM—Time Division Multiplexing)，
波分复用系统
(WDM—Wavelength Division Multiplexing)，
空分复用系统
( SDM—Space Division Multiplexing)。
所谓频分,时分,波分和空分复用,是指按频率,
时间,波长和空间来进行分割的光通信系统 。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
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2,光通信系统的分类
(4)按光电探测方式
直接探测光通信系统：
直接探测是将光作为光 (粒 )子来处理的。
相干探测光通信系统,
相干探测则是将光作为光波来处理的。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
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2,光通信系统的分类
(5) 按传输距离的长短
长距离干线光纤通信系统,
长距离干线光纤通信系统一般是几百公里、上千公里、甚至几千公里陆地或跨洋海底光纤通信系统。
中短距离局间光纤通信系统,
中短距离局间光纤通信系统一般只有几公里或几十公里。
短距离用户光纤通信系统,
只有几十米到几百米，光缆直接到用户。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
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3,光纤通信的特点
(1) 使用光载波的信息容量特别大；
(2) 光纤的带宽宽，传输数据速率高；
(3) 光纤损耗低，中继距离长；
(4) 光纤通信的保密性好，不易被窃听 ；
(5) 光纤通信的抗电磁干扰能力强；
(6) 光纤通信系统的绝缘性能好；
(7) 在光纤通信系统中，不存在接地和共地的问题
(8) 节约金属材料，有利于资源合理使用 ；
(9) 光纤通信系统的化学稳定性好、寿命长；
(10)光纤的尺寸小，重量轻
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
4,光纤通信的发展历史和展望
(1)光通信发展历史
在古代,烤火台就是一种最简单的光通信系统：
光源 是烽火；
调制方式 是点燃烽火与息灭烽火；
传输介质 是大气；
光探测器 是人的眼睛。
古代的烽火台光通信系统已经包括了现代光通信系统中最基本的部分：发射、调制、接收 (眼睛 )、解调 (人的大脑 )。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
4,光纤通信的发展历史和展望
(1)光通信发展历史
烤火台 就是一种最简单的光通信系统：
缺点,(1) 传送的信息量太少；
(2) 传送距离太近；
(3) 抗干扰能力差，雨雾天不能传送；
(4) 保密性很差；
(5) 不能进行识别和纠错；
(6) 响应速度；
(7) 不能双工工作，双向传递信息，信号进行交换，等等。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
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4,光纤通信的发展历史和展望
(1)光通信发展历史
用灯,手,眼所组成的光通信系统在这种光通信系统中,灯是光源,手是调制器,眼是光探测器,解码由大脑来完成 。 这种光通信系统至今在某些场合都还在使用,如夜间船舶舰艇之间通信等 。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
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4,光纤通信的发展历史和展望
(1)光通信发展历史
第一位用光来进行“通话”实验美国著名科学家和发明家贝尔 (Alexander
Groham Bell)。 贝尔是电话的发明人,1876年他发明电话后,1880年他第一次用可见光波来进行通话，传送了几百米远，他称这种电话为
“光电话” (Phtophone)。
但由于当时的技术条件限制，包括光源，
探测器，调制器，解调器，电子元器件，传输介质等多种因素的限制，只能做一做原理性实验，没有什么实用价值，因此很长时间没有得到发展和推广。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
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4,光纤通信的发展历史和展望
(1)光通信发展历史
大气光通信,直到 1960年麦曼 (Maiman)制作的世界上第一台激光器问世，光通信才又活跃起来。 因为激光具有强度高，方向性好，相干性好等优点。科学家们立即意识到，由于光波频率比微波高，若作为载波，它的信息容量将比微波大很多。另外，由于光波的波长很短，和微波相比，它的衍射效应也要小很多。因此，
用这种相干性很好的激光光波来代替微波进行大气通信，将是非常理想的。
大气光通信前景暗淡,大气层对激光的强烈衰减
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
4,光纤通信的发展历史和展望
(1)光通信发展历史
采用,有线光通信,的方式,有人提出采用
,透镜波导,将光束缚在波导中进行传输来避免大气的影响 。 所谓,透镜波导,,是在管道中隔一定距离安装上一片会聚透镜,使传播过程中发散了的光束不断地隔一定距离又重新再会聚一次,这样将光波约束在管道内进行传播 。
至于光束的转弯,则可用棱镜或者反射镜来实现 。
但毕竟体积大,不便于安装和使用,因而未能得到实际推广应用 。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
4,光纤通信的发展历史和展望
(1)光通信发展历史
光纤通信,1970年以前,光纤损耗非常大,一般是每公里上千分贝甚至更高,根本无法在光通信中使用 。
1970年,美国 Corning公司第一次宣布它所研制的高纯硅酸盐玻璃单模光纤的损耗已小于
20dB／ km。 几年之后,光纤损耗不断迅速下降,达到 1 dB／ km 甚至更低 。
到 70年代末半导体激光器实现了室温连续运转,工作寿命在百万小时以上,光纤通信才完全走上实用化,商业化的轨道 。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
4,光纤通信的发展历史和展望
(1)光通信发展历史光纤通信工作波段,0.85μ→ 1.32μ附近,光纤的损耗和色散都更低,特别是在 1.3μ附近,是光纤的零色散点；而在 1.55μ附近,是光纤的最低损耗点 。
综述,60 年代的准备阶段,
70 年代的实验和试用阶段,
80 年代的实际商业运行阶段,
90 年代的世界范围大规模使用阶段 ……
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
4,光纤通信的发展历史和展望
(2)光纤通信系统的现状
模拟光纤通信系统的现状在 80年代先开发并推广应用的光纤彩色闭路电视系统和广播电视用光纤传输系统,属于早期的模拟光纤传输系统 。
进入 90年代,16路,32路,48路,64路,128路的光纤 CATV系统相继研制成功,并已获得广泛推广应用 。
为什么模拟制多路光纤 CATV系统有其生命力,关键是有了线性度较好,调制带宽很宽的半导体激光器,
其次是高频线性补偿电路的研制成功,进一步提高了光源驱动电路的线性 。 目前在国内外有线电视传输系统中用得甚多 。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
4,光纤通信的发展历史和展望
(2)光纤通信系统的现状
数字式光纤通信系统的现状按用途分类：
(1)光纤局域网,例如中速、高速以太网中的应用，
传输速率有 10 Mb/s,100 Mb/s,l Gb/s三种；
(2)在邮电部门省内干线和长途上用的 PCM制式 的光纤通信，该制式的速率是按群次来区分的。例如一次群速率是 2.048 Mb/s,二次群速率是 8.448
Mb/s,三次群速率是 34 Mb/s,四次群速率则是
140 Mb/s,更高速率的 PCM系统如五次群、六次群也相继在开发和应用，目前 2.5 Gb/s 的 PCM
系统国外己投入应用，国内正在研制中。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
4,光纤通信的发展历史和展望
(3)光纤通信的发展方向
从小容量、中容量朝大容量或超大容量方向发展；
从多模光纤向单模光纤以及单模单偏振光纤即保偏光纤方向发展；
光纤通信系统的中继距离越来越长；
光纤通信系统向波分复用系统方向发展；
光纤通信系统向相干光通信方向发展；
光纤通信系统向全光通信方向发展；
光纤通信系统向孤子光通信方向发展；
光纤通信系统向网络通信方向发展。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
4,光纤通信的发展历史和展望
(3)光纤通信的发展方向
第一代光纤通信系统,0.87μ短波长光纤通信；
第二代光纤通信系统,1.3μ波长光纤通信；
第三代光纤通信系统,1.55μ波长光纤通信系统；
第四代光纤通信系统,相干光光纤通信系统；
第五代光纤通信系统,具有光纤放大器的全光通信光纤通信系统。
现在正向着第四、第五代实用化方向发展。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
5,新型光纤通信系统简介
(1)长途高速光纤传输系统新型的长途高速光纤传输系统,其传输速率达到 10 Gb/s。 它采用单模光纤传输 。 为实现高速传输和高灵敏度接收,使用大规模集成电路构成高速电路模块,并采用掺钨光纤放大器,
使中继距离超过 100 km。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
5,新型光纤通信系统简介
(2)数字用户网络传输系统数字用户网络传输系统采用标准 PCM载波多工技术，将语音信号和数据信号进行各种组合，以 2 Mb/s码流发送到光缆、铜线或用数字微波进行传输，位数字电路自中央局端延伸到用户配线区附近，减少或消除外线设施的配置，
提高通信质量及解决缺线问题。系统能与综合业务数字通信网 (1SDN)适配，除提供普通电话服务外，在市话网上可提供各种新服务。数字用户网络传输系统。
数字用户网络传输系统
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
§ 3.3.4 光电显示技术
0,引言
1,阴极射线致光显示
2,液晶显示
3,等离子体显示
4,注入电致发光显示
5,高场电致发光显示
6,投影显示
7,显示技术展望
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
0,引言
0.1 光电 显示技术的分类分类方法：
按面积,小型,中型 (约 0.2 m2 左右 ),大型 (1 m2
以上 )和超大型显示 (如 4 m2 以上 )
按结构形状,颈瓶状显示器,平板显示器 。
按颜色,黑白,单色,彩色显示 。
按显示内容,形式,数码,字符,轨迹,图表,
图形,图像显示 。
按所用显示材料,固体 (晶体和非晶体 ),液体,
气体,等离子体,液晶体显示等 。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
0,引言
0.1 光电 显示技术的分类分类方法：
按显示发光类别,自发光型,被动受光型显示等 。
按成像空间坐标,二维平面显示,三维立体显示 。
按显示原理,电子束显示 (CRT)、真空荧光显示
(VFD),发光二极管显示 (LED)、电致发光显示
(ELD),等离子体显示 (PDP),液晶显示 (LCD)、
激光显示 (LD)和电致变色显示 (ECD),等等。
按信息转换方式分 按结构特点分 按用途分真空型 非真空型光学图像转换为光学图像红外变像管
X射线像增强器微光像增强器全息立体显示双目视差立体显示夜视仪器高速摄影医用显示三维空间显示电信号转换为光学图像黑白显像管彩色显像管荧光显示管投影管光阀定位管直观存储管示波管液晶显示器等离子体显示器发光二极管电致发光显示激光显示电致变色显示电视、计算机终端、
医疗、
工业探伤图像显示、
仪器仪表数码显示、
大屏幕显示雷达显示波形显示电信号转换为电信号静电印刷管静电存储显示管信号变换式存储管单像管飞点扫描 —光电组合显示装置记录、印刷、
特殊用途
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
0.2 显示器件主要性能指标
1,亮度,指垂直于光束传播方向上的单位面积上的发光强度。单位为 cd/m2。
一般显示器应有 70cd/m2的亮度，具有这种亮度图像在普通室内照度下清晰可见。在室外观看要求亮度更高，可达 300cd/m2以上。
2,对比度和灰度对比度,指画面上最大亮度和最小亮度之比。一般显示器应有 30:1 的对比度。
灰度,指画面上亮度的等级差别。
例如，一幅电视画面图像应有八级左右的灰度。
眼睛可分辨的最大灰度级大致为 100级。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
0.2 显示器件主要性能指标
3,分辨力,人眼观察图像清晰程度的标志。
用光栅高度 (帧高 )范围内能分辨的等宽度黑白条纹 (对比度为 100％ )数目或电视扫描行数来表示。如果在垂直方向能分辨 250对黑白条纹，就称垂直分辨力为 500 行 (线 )。有时也用光点直径来表示。用光栅高度除以扫描线数，即可算出一条亮线的宽度，此宽度即为荧光屏上光点直径的大小。在显示器件中，光点直径大约几微米到几千微米。一般对角线为 23 – 53 cm 的电视显像管其光点直径约 0.2 – 0.5 mm。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
0.2 显示器件主要性能指标
4,发光颜色发光颜色 (或显示颜色 )的衡量方法，可用发射光谱或显示光谱的峰值及带宽，或用色度坐标表示。显示器件的颜色显示能力，包括颜色的种类、
层次和范围，是彩色显示器件的一个重要指标。
5,余辉时间,指荧光粉的发光，在电子轰击停止后起，到亮度减小到电子轰击时稳定亮度的 l/10(或
1/100)所经历的时间，余辉时间主要决定于荧光粉，一般阴极射线荧光粉的余辉时问从几百纳秒到几十秒。
名 称 显示内容 颜 色 特 性 问题 用 途阴极射线管数字文字图形黑白彩色亮度高，响应速度快、分辨力高，扫描方式简单，可有彩色显示能力和记忆机能。
体积大，
需高压电源中型显示 (其中投影管用于大型显示 )
发光二极管 数 字 红绿橙蓝 驱动电压低 亮度高 寿命长 发光效 率低 小型显示荧光数码管 数字绿 驱动电压低 亮度高 寿命长 需要灯丝电源 小型显示荧光显示板 数字文字等离子体数码管 数字 橙红绿 亮度高 造价低驱动电压高 小型显示直流气体发电显示板数字文字 橙红彩色 平板型有自扫描机能结构复杂小型显示中型显示交流等离子显示板数字文字轨迹图形橙红彩色 平板型有记忆机能 驱动电路复杂 中型显示超大型显示名 称 显示内容 颜 色 特 性 问题 用 途液晶数码管 数字由外光源决定功耗低，驱动电压低，
有记忆作用响应速度慢,
视角小小型显示中型显示液晶显示板 文字图表粉末交流电致发光板数字文字图表绿 蓝 平板型造价低功耗小亮度低寿命短驱动电路复杂中型大型显示粉末直流电致发光板数字文字 橙 黄 平板型造价低亮度高寿命短功耗大小型显示中型显示交流薄膜电致发光板数字文字 橙 黄 平板型亮度高寿命长驱动电路复杂 中型显示激光显示 图 像 彩 色 亮度高，显示面积大 设备大功耗大 大型显示光 阑数字文字图像黑 白 显示面积大 造价高 大型显示
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
1,阴极射线致光显示 (CRT)
1.1 产量 /产值
1.2 发展趋势
大屏幕及全平面化 ;
数字式 HDTV,超高分辨率 ;
高亮度，高对比度,
1999年 2.5亿只 /240亿美元
2000年 2.6亿只 /240亿美元
2001年 2.74亿只 /250亿美元
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
1,阴极射线管（ LCD）
1.3 扫描方式
1
2
3
4
5
6
7
1ˊ
2ˊ
3ˊ
4ˊ
5ˊ
6ˊ
7ˊ
1
2
3
4
5
6
7
7ˊ
1ˊ
2ˊ
3ˊ
4ˊ
5ˊ
6ˊ7a
7
b
逐行扫描 隔行扫描
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
2 液晶显示 (LCD)
TN-LCD,手表、仪表、计算器
STN-LCD,BP,移动电话,PDA,笔记本电脑
TFT-LCD,电视、监视器、投影器
市场,2000年,110亿美元
2005年,240亿美元。
入射光偏振片 偏振片光透过
TN排列盒入射光偏振片 偏振片光遮断
TN排列盒未施加电压时施加电压时
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
2,液晶显示器（ LCD）
2.1 液晶显示器的构造玻璃基板透明电极外周封接剂分子取向层偏振片偏振片分子取向层液晶透明电极玻璃基板反射板
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
2,液晶显示器（ LCD）
2.2、液晶显示器的驱动
段电极的结构段电极公共电极
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
2,液晶显示器（ LCD）
2.2 液晶显示器的驱动
Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 … Ym
信号 （ 列 ） 电极
X1
X2
X3
X4
X5
┇
Xn
扫描
（
行
）
电极
矩阵电极结构液晶和液晶显示器
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
LCD 产品及技术
α -Si TFT-LCD 生产线分辨率 从 VGA（ 640× 480）
XGA ( 1024× 768 ) 到
SXGA（ 2048× 1536）
亮度 从 300cd/m2到 1600cd/m2
研究多晶硅 P - Si 生长技术及机理。
研究铁电液晶电光效益、开关特性和灰度关系,
以期实现连续调制灰度级的方案，实现全色显示
研制高密度小尺寸 TFT - LCD
研制反射式彩色液晶显示技术
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
2,液晶显示器（ LCD）
2.3 液晶显示器的特点及应用
LCD的优点,
(1) 由于低功耗 （ 几微瓦 ~几十微瓦 /平方厘米 ）,
利用电池即可长时间运行,为节能型显示器 。
(2) 低电压运行 （几十伏），可由 IC直接驱动，驱动电路小型、简单。
(3) 元件为薄型 （几毫米），而且从大型显示（对角线长几十厘米）到小型显示（对角线长几毫米）
都可满足，特别适用于便携式装置。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
2,液晶显示器（ LCD）
2.3 液晶显示器的特点及应用
LCD的优点,
(4) 属于 非主动发光型 显示,即使在明亮的环境,显示也是鲜明的 。
(5) 容易实现 彩色显示,因此便于显示功能的扩大及显示的多样化 。
(6) 可以进行 投影显示 及组合显示,因此容易实现大画面 （ 对角线为数米 ） 显示 。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
3 等离子体显示板（ PDP）
3.1 工作原理
等离子体 是指正负电荷共存，处于电中性的放电气体的状态 ；
由气体放电时发射的紫外线激励光致发光荧光粉，
由荧光粉发光实现彩色显示 ；
PDP是利用气体放电发光进行显示的平面显示板，
可以看成是由大量小型日光灯（ 放电胞 ）排列构成的。
透明电极放电区前玻璃基板透明介电质层保护层壁障 (隔断 )
荧光体选址电极后玻璃基板发光区紫外线放电胞行电极列电极放电胞电压
PDP整体结构
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
3 等离子体显示板（ PDP）
3.2 PDP的特征及应用
优点
(1) 利用气体放电发光，与 LCD 比较，为自发光型，即主动发光型显示；
(2) 其放电间隙为 0.1~0.3 mm,与 CRT 相比，便于实现薄型化；
(3) 利用荧光体，可以实现彩色发光，与 LCD 相比，容易实现多色化、全色化；
(4) 容易实现大画面平面显示。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
3 等离子体显示板（ PDP）
3.2 PDP 的特征及应用
缺点
(1) 功耗大，不便于采用电池电源（与 LCD
相比）；
(2) 与 CRT相比，彩色发光效率低；
(3) 驱动电压高（与 LCD相比）；
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
3 等离子体显示板（ PDP）
3.2 PDP 的特征及应用
PDP的优势是薄型,大画面,自发光型,
色彩丰富,大视角等 。
PDP在高清晰度电视,大画面电视,计算机显示器,壁挂式显示器,室外大型广告牌等方面具有广泛的应用 。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
6 投影显示
HDTV大屏幕显示的首选方案
投影显示技术分类
– CRT
– TFT-LCD（ 透射式）
– LCOS（ 反射式）
– DLP
市场
– 2000 全球 228万台,LCD及 DLP共 80万台
– 2000 中国 20万台
– 2005 中国 50～ 100万台
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
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6.1 TFT-LCD 投影器
当前教学和商业用投影器的主流产品
进入家庭用,大屏幕 HDTV 要大大降低制造成本
规格
– 芯片直径 44mm,分辨率 1280× 1029，
光输出 300流明
– 芯片直径 29.4mm,分辨率 1280× 720
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
6.2 LCOS 投影器
原理
ITO
投影
PBS 照明玻璃基板铝镜电极
CMOS
液晶
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
特点
– 开口率大，光能利用好
– 利于大量生产，成本相对较低
– 高分辨率 1280× 1024
技术关键
– LCOS芯片设计制作
– 投影光学系统设计
– PBS列阵透镜等光学元件制作
– 长寿命光源
6.2 LCOS 投影器
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
6.3 数字式投影仪 ( DLP )
1,DMD的结构
DMD的尺寸
2、工作原理
当某一像素的反射镜?= 0
或?= -?L 时，反射光通不过投影物镜．
当该像素被寻址时,? =
L,它反射的光束正好沿光轴方向通过投影物镜，成像到屏上，称此 状态为,ON”；
= -?L 则对应于 DMD的状态,OFF”．
在每一帧的时间内，某一像素处于两种状态的占空比，
决定了该像素的灰阶，亦即 灰阶是由入射光的二元脉冲宽度调制实现,一般灰阶数为 28 =
256,DMD投影仪工作原理图像素的投影像
DMD数字式投影仪又称 DLP投影仪,
顺序颜色模式 ( 1-DMD数字式投影仪 )
1-DMD数字式投影仪
Cl,C2为聚光镜； M为电机； CFW为三原色滤光镜盘； P为 110英寸屏幕； S为光源
CFW为三原色滤光镜盘
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
空间分色模式 (3-DMD投影机 )．
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
§ 3.3.5 全息照相术
1 全息照相的原理与过程
1.1全息记录 5.1.2 波前的再现
2 平面全息图和体全息图
3 全息术应用
3.1 全息电影和全息电视
3.2 全息显微技术
3.3 全息干涉技术
3.4 红外、微波及超声全息照相技术
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
§ 3.3.5 全息照相术
1 全息照相的原理与过程
1.1全息记录通过干涉的方法巧妙地记录了物光波上各点的全部光信息，包括振幅和位相，这就是所谓波前的全息记录。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
1.2 波前的再现
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
2 平面全息图和体全息图平面全息图,根据记录介质感光层的厚度 l 与干涉条纹间距 d之比来区分，当 d >> l 时，记录介质相当于一薄层，在其厚度方向上没有干涉条纹，
此时可以看作是二维光栅结构，称为平面全息图 。
体全息图,当 d << l 时，在记录介质的厚度方向上将布满干涉条纹，于是就构成了一幅体全息图。
实际上，一张全息图通常包含着不同间隔的条纹结构，所以它可能同时表现出薄结构和厚结构两种特性来。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
2 平面全息图和体全息图对于平面全息图，可用任意波长的单色光，
从任意角度照相，都能得到再现像。但体全息图对光的波长和入射角度却有选择性。这是由于体全息图内部因感光而析出的银粒分布是三维的，
只有满足布喇格条件 2 d sin? = k? 时，才存在
,再现,像。
体全息图的,角度选择,,若用单色光照明，只有在某些特定的角度才能观察到再现象；
体全息图,波长选择,,若用白光照明，并固定观察方向，则只有某些特定的波长满足布喇格条件，而产生,再现,像。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
3 全息术应用
3.1 全息电影和全息电视利用体息图的角度选择性和颜色选择性，可以在一张体全息图中贮存许多景物信息，这只须在拍摄每一景物时，把全息照片的位置转动一下。
再现时，只须将全息照片放在激光光束中转动，
便能把景物互不干扰地相继显示出来，在照片的后面就可以看到活动的立体景物，这就是立体电影。假如把全息图记录在电视摄像机的感光面上，
然后电视台把信号发射出去，当电视接收机收到了信号，并用激光照明时，就能再现所摄的景象，
这就是立体电视。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
3.2 全息显微技术在科学实验中常常遇到要测量样品中浮动粒子的大小、分布及其它性质。由于这些粒子在不停地运动，所以观测时根本来不及将显微镜调焦到这些粒子上，有的还要求在某一时刻把体积中的粒子全部拍摄下来。一般这类问题是无法直接观测的，只能用统计的方法进行推算，应用全息照相，就能很方便地解决这个问题。如果用短脉冲激光来照明样品，拍摄一定体积内粒子的运动状况，再现时就可以将粒子的大小、粒子的瞬时分布状况用显微镜层层聚焦、逐次观察。这方面的发展就是全息显微技术，全息照相的想法当初就是为了改进电子显微镜的分辩本领而提出的。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
3.3 全息干涉技术利用二次曝光或连续曝光全息图可以将物体变化状况记录在同一张全息照片上。再现时就得到相互交迭的像，这两个或多个光波就会发生干涉，从干涉条纹的分析中可以得出物体的变化情况。这方面的发展就是全息干涉技术，利用这一技术，可以研究物体的微小形变或微小振动、高速运动的现象、封闭容器内的爆炸过程，等等。
利用全息干涉技术于精密计量工作中，可以对任意形状、任意表面进行研究，例如可以对凝聚物、
岩石样品、金属物体、电子元件以及在风洞中的冲击波和流线等高速运动现象进行干涉计量研究。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
3.4 红外、微波及超声全息照相技术全息照相则能提供标的立体形象，这对于及时识别飞机、导弹、舰艇等有很大作用，因而受到人们的重视，但是 可见光在大气及水中传播时衰减较大，在不良的气候条件下甚至无法工作。 为了克服这个困难，发展用相干的红外光、微波及超声波拍摄全息照片，然后用相干可见光再现物像。这种全息技术在原理上和可见光全息照相完全一样，技术上的关键问题是寻找灵敏的记录介质和合适的再现方法。
超声全息照相能再现潜伏于水下物体的三维图像，可以用来进行水下侦察和监视，因而受到极大重视。由于对可见光不透明的物体往往对超声波“透明”，超声全息照相也能用于医疗透视诊断，还可以在工业上用作无损探伤。
§ 3.1 几何光学
§ 3.2 波动光学
§ 3.3 光电信息技术第三章 光学与光电信息技术
§ 3.1 几何光学几何光学是光学学科中，以光线为基础研究光的传播和成像规律的一个重要的实用性分支。
几何光学是当光波的波长? → 0 时的极限情况。能以其简便的方法解决光学仪器中的光学技术问题。
光线传播的基本定律
1、光线的直线传播定律
2、光的独立传播定律
3、反射定律,确定光在反射过程中反射光线方向的定律。光在两种媒质的平滑界面上反射时,反射定律示意图光线传播的基本定律
4、折射定律
n’sin i’ = n sin i
全反射,i’ = 90°,此时光线按反射定律全部反射。
临界角,折射角正好为 90°
时的入射角 ic 。
在光导纤维中，光线就是靠一次次的全反射来传播的。 折射定律示意图
§ 3.2 波动光学光的波动学说首先是 惠更斯 在 1690年提出来的。他设想光的传播类似水波、
声波。光振动所达到的每一点都可以看作次波的中心。次波的包络面为传播着的波阵面。波阵面上每一点又产生新的次波，依次继续传播。
但这个原理只能说明光的折射和反射。
到了 1815年 菲涅耳 补充了惠更斯原理，即各次波到达某一点的作用，要考虑到次波间的位相关系。这补充能很好地说明光的衍射现象，称惠更斯－菲涅耳原理。
§ 3.2.1 光的干涉一、干涉现象光的干涉已经广泛地用于精密计量、
天文观测、光弹性应力分析、光学精密加工中的自动控制等许多领域。
双孔干涉实验
x
k=+1
k=-2
k=+2
k= 0
k=-1
S1
S2
S*
*
*
I
杨氏双孔干涉演示,杨氏双缝干涉二、相干条件相干条件要求：
①各成员波的频率?（因而波长?）相同；
②任两成员波的初位相之差在?t内保持不变；
③两波的振幅不得相差悬殊；
④在叠加点两波的偏振面须大体一致。
相干光源或相干光波,
满足相干条件的光源或光波。
三、产生相干光波的方法相干光波产生的方法：分波面法和分振幅法
1、分波面干涉从同一源波面上分出若干个面域，使它们继续传播而发生干涉。
例,杨氏干涉菲涅耳双镜干涉菲涅耳双镜干涉
2、分振幅干涉采用一块光学媒质使入射波在其表面上发生反射和折射，然后令反射波和折射波在继续传播中相遇而发生干涉。
例：牛顿环装置牛顿环 牛顿环装置陆末 ——格尔克片的多光波干涉薄膜干涉（ 演示 ）
四、应用
1、用迈克耳孙干涉仪测量长度
（误差不超过±? / 20）
迈克耳孙干涉仪 用迈克耳孙干涉仪观察到 的烛焰附近的对流气体应该出现 暗纹的位置实际的暗纹位置 试 件标 准 件利用干涉现象检验平面的平整度演示,光干涉的应用
§ 3.2.2 光的衍射一、光的衍射现象
a 垂直单狭缝
b 更窄的单狭缝
c 矩孔
d 三角孔
e 方孔
f 正多边形
g 正方网格光孔的远场衍射图样演示,光的衍射二、惠更斯 ——菲涅耳原理大约在 1680年荷兰物理学家惠更斯提出：
介质中波动传到的各点都可看作是一个新的波源 ——子波源；在其后的任一时刻，由于波源发射的子波波阵面组成的包迹就决定新的波面。菲涅尔增加了,子波相干迭加,的原理，从而发展成为惠更斯 —
—菲涅耳原理。
惠更斯原理
t+ Δ t 时刻波阵面
t 时刻波阵面时刻波阵面时刻波阵面三、衍射分类夫琅和费衍射菲涅耳衍射四、衍射应用
① 光谱分析,如衍射光栅光谱仪。
② 结构分析,衍射图样对精细结构有一种相当敏感的,放大,作用，故而利用图样分析结构，如 X射线结构学。
③ 衍射成像,在相干光成像系统中，引进两次衍射成像概念，由此发展成为空间滤波技术和光学信息处理。
④ 衍射再现波阵面,这是全息术原理中的重要一步。
§ 3.2.3 光的偏振光的电矢量的振动方向不变，或电矢量末端在垂直于传播方向的平面上的轨迹呈椭圆或圆的现象。
偏振光平面偏振光,线偏振光，部分偏振光。
圆（椭圆）偏振光,偏振光的电矢量的末端在于传播方向的 xy平面上的轨迹是圆或椭圆。
平面偏振光 圆偏振光的波场分布线偏振光部分偏振光自然光四、应用
1、偏振滤光片最简单的应用为在照相机这一类仪器的物镜前，加一片双色性微晶制的偏振片。则可大大减弱反射光，能 使湖面上的物体拍摄得更清楚 。
可消除在夜间行车时汽车头灯耀眼灯光对迎面汽车司机的影响
2、偏光眼镜,观看立体电影片演示,起偏与检偏
(a)用偏振干涉仪观察到的悬浮在水面上的昆虫
(b) 用偏振干涉显微镜观察到的碳化硅晶体
(c) 在正交偏振片间观察到的硫代硫酸钠晶体
(a) (b) (c)
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
§ 3.3光电信息处理
§ 3.3.1 光学信息处理
1,阿贝成像原理
2,傅立叶光学信息处理图像相减、模糊图像的恢复、图像识别、
彩色图像恢复、密度假彩色编码、
实时假彩色编码，计算全息。
3,近代光学信息处理前沿光学小波变换，光学广义傅立叶变换，光折变介质信息处理，数字光计算，光学神经网络 。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
1,阿贝成像原理
1.1 阿贝成像原理
1.2 空间滤波
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
1,阿贝成像原理一百多年前，德国人阿贝 (E,Abh,1874年 )
在研究如何提高显微镜的分辩本领时，提出了阿贝成像原理，为现代变换光学奠定了基础。
1.1 阿贝成像原理
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
1.1 阿贝成像原理
着眼于频谱的转换相干成像过程分两步完成,
第一步是入射光经物平面 发生夫琅和费衍射，在透镜后焦面上形成一系列衍射斑；
第二步是干涉，即各衍射斑发出的球面次波在像平面 (x’,y’)上相干迭加，像就是干涉场。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
1.2 空间滤波
空间滤波概念阿贝成像原理是把成像过程分成两步：
第一步衍射起,分频” 作用，
第二步干涉起,合成” 作用。
成像光学仪器要求,图像尽可能与原物相似。
阿贝成像原理的观点要求,
在分频与合成的过程中尽量不使频谱改变。
有限口径的透镜是一个‘‘低通滤波器”，丢失了高频信息，图像的细节变得有所模糊。因此要提高系统成像的质量，就应该扩大透镜的口径。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
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1.2 空间滤波
空间滤波概念阿贝成像原理的真正价值在于它提供了一种新的频谱语言来描述信息，启发人们用改变频谱的手段来改造信息（改造图像）。
现代变换光学中的空间滤波技术和光学信息处理，就概念来说，都起源于阿贝成像原理。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
1.2 空间滤波
空间滤波的具体作法,
物信息的频谱展现在透镜的后焦面 (傅氏面 )上，可以在这平面上放置不同结构的光阑，以提取 (或摒弃 )某些频段的物信息，即可主动地改变频谱，以此来达到改造图像的目的。用频谱分析的眼光来看,傅氏面上的光阑起着“选频”的作用 。
广义地说，凡是能够直接改变光信息空间频谱的器件，通称 空间滤波器,或光学滤波器 。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
1.2 空间滤波
在焦平面上的一个水平狭缝消除了网格像的水平线条
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录阿贝 —波特系列实验阿贝于 1873年,波特于 1906年分别做了实验 。
部分实验内容及结果,
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录部分实验内容及结果,
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
1.2 空间滤波
(a)输入图像 (b)用针孔滤掉高频的输出图像
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录低通滤波器低通滤波器主要用于消除图像中的高频噪声 。
例如,电视图像照片,新闻传真照片等往往含有密度较高的网点,由于周期短,频率高,它们的频谱分布展宽 。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录高通滤波器高通滤波器用于滤除频谱中的低频部分,以增强像的边缘,或实现衬度反转 。 其大体结构如左图所示,中央光屏的尺寸由物体低频分布的宽度而定 。
高通滤波器主要用于增强模糊图像的边缘,
以提高对图像的识别能力 。 由于能量损失较大,
所以输出结果一般较暗 。
高通滤波器结构
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录方向滤波器
例 1：印刷电路中掩模疵点的检查
印刷电路掩模的构成是 横向或纵向的线条
[见图 (a)],它的 频谱较多分布在 x,y轴附近 。 而疵点 的形状往往是不规则的,线度也较小,所以其 频谱必定较宽,在离轴一定距离处都有分布 。
可用图 (b)所示的十字形滤波器将轴线附近的信息阻挡,提取出疵点信息,输出面上仅显示出疵点的图像,如图 (c)所示 。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录例 2：组合照片上接缝的去除航空摄影得到的组合照片往往留有接缝,如图 (a)所示 。 接缝的频谱分布在与之垂直的轴上,
利用如图 (b)所示的条形滤波器,将该频谱阻挡,
可在像面上得到理想的照片,如图 (c)所示 。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录例 3：地震记录中强信号的提取由地震检测记录特点可知,弱信号起伏很小,
总体分布是横向线条,如图 (a)所示,因此其频谱主要分布在纵向上 。 采用图 (b)所示的滤波器,可将强信号提取出来,[见图 (c)],以便分析震情 。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录Schlieren 方法
早在 1864年在阿贝理论以前,Toepler 就发明了相衬法,这一技术称为 Schlieren方法,早先用来探测透镜的疵病 。 与相衬显微镜类似,在这一方法中,只是简单地 把衍射图形挡去一半多一点,透镜中的疵病等相位物体就可以看见 。
HS是光阑,P仍用相干光照明．
Schlieren方法使相位物体变为可见
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
2,傅立叶光学信息处理
2.0 基本概念与处理系统
2.1 图像相减
2.2 模糊图像的恢复
2.3 图像识别
2.4 密度假彩色编码
2.5 实时假彩色编码
2.6 计算全息
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
2.0 基本概念与处理系统
近代光学信息处理的基本概念在透镜的后焦面即谱面上设置各种滤波器，就可以对信号频谱进行改造，滤掉不需要的信息或噪声，提取或增强我们感兴趣的信息。滤波后的频谱，还可以再经过一个透镜还原成为空域中经过修改的图像或信号。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
2.0 基本概念与处理系统
相干光学图像处理系统 (4F系统 )
近代光学信息处理系统
FTL2FTL1 SLM2SLM1L
ST
M
CRT
SF
LA
计算机? 数字图象处理系统
f f f f
CCD
LA,激光器； ST,光束升降器； M,反光镜； L1,准直镜；
FTL1~FTL2,傅里叶变换透镜； SF,空间（针孔）滤波器；
SLM1~SLM2,电寻址空间光调制器。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
2.1 图像相减将两个图像透明片置于相干光学处理器中，并在空间频率平面放一正弦光栅
T(p)=( 1+ sinap) /2
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
2.1 图像相减输出 平面的光轴衍射出相减了的图像
[ f1(α,β) - f2(α,β)]
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
2.1 图像相减
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
2.2 模糊图像的恢复将 逆滤波器 H(p)置于相干光学处理器的空间频率平面上，
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
2.2 模糊图像的恢复逆滤波器 = 振幅滤波器 + 位相滤波器振幅滤波器 位相滤波器
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
2.2 模糊图像的恢复实验 验证：
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
H(?) × 逆滤波器 ≈常数逆滤波器 = 振幅滤波器 + 位相滤波器当我们用这一复合的滤波器对 F(u,v) 进行滤波后，在离焦的像面上将生成清晰图像 f (x,y) 。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录模糊图像的恢复实例
(a)离焦像 (b)经过校正复原后的像
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录褪色图像的恢复
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录褪色图像的恢复实验 验证：
原彩色像 恢复的彩色像
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
2.3 图像识别联合傅里叶变换 (joint Fourier transform)是重要的相关处理器,大量应用于图象,特征识别,
在指纹识别,字符识别,空中目标和地面遥感图识别等领域已逐步进入实用化阶段 。
原理将一对待识别的图象通过马赫 —曾特干涉仪并排写入光寻址空间光调制器 LCLV,将联合傅里叶变换的复振幅谱转化为功率谱,用激光读出,
再次通过傅里叶变换由 CCD探测后,经过数字图象处理系统进行后处理,判别图象相关性 。
联合变换相关图象识别系统
LA,激光器； ST,光束升降器； SP,空间（针孔）滤波器；
BS1~BS3,分光镜 ; O1~O2,待识别物体 ; L1~ L2,准直镜；
FTL1~FTL2,傅里叶变换透镜； DP1~DP2,可变光栏；
P,偏振片； LCLV,液晶光阀； PBS,偏振分光镜 ; A,可变减光板
M3
L1
BS1
LCL
V
DP1
BS2
L2
O1
M2
O2
ST
PBS
FTL
2
M1
FTL
1
LA
CC
D
P
SP
BS3
DP3
DP2
A
CR
T
计算机? 数字图象处理系统
2.3 图像识别
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
2.3 图像识别
装备在导弹头部的 图像识别 系统
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
2.3 图像识别
反射型 MSF 实时指纹识别器
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
2.4 密度假彩色编码三个步骤：
光栅抽样,经罗奇光栅抽样的 负片 ；
漂白处理,经漂白处理得 编码相位 光栅 ；
白光信息处理系统中滤波解调,
将 编码相位 光栅放在白光信息处理系统的输入平面上，得色度丰富的 假彩色图像 。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
2.4 密度假彩色编码
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
2.5 实时假彩色编码将黑白透明片与正交光栅一起置于 白光信息处理系统的输入平面上，
1,等空间频率假彩色编码在 空间频率平面上四个彩红色信号的一级衍射谱处安放如图所示的滤波器，
输出平面合成 彩色编码像，
像的低频结构呈 蓝色,高低频结构呈 红色,相等的空间结构呈现同一颜色。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
2.5 实时假彩色编码
1,等空间频率假彩色编码
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
2.5 实时假彩色编码将黑白透明片与正交光栅一起置于 白光信息处理系统的输入平面上，
2,等密度假彩色编码在 空间频率平面上两个彩红色信号的一级衍射谱处安放如图所示的滤波器，输出平面合成 彩色编码像。 像的密度最小处呈 红色,密度最大处呈 绿色,中间部分分别呈粉红、黄、浅绿等颜色,
密度相同处呈现同一颜色。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
2.5 实时假彩色编码
2,等密度假彩色编码
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
2.6 计算全息
1965 年在美国 IBM 公司工作的德国光学专家罗曼使用计算机和计算机控制的绘图仪做出了世界上第一个计算全息图 ( CGH )。 计算全息图不仅可以全面地记录光波的振幅和相位，而且能综合复杂的，或者世间不存在物体的全息图，因而具有独特的优点和极大的灵活性。
计算全息首次将计算机引入光学处理领域。
很多光学现象都可以用计算机来进行仿真，计算全息图成为数字信息和光学信息之间有效的联系环节，为光学和计算机科学的全面结合拉开了序幕。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
2.6 计算全息计算全息的主要应用范围是：
① 二维和三维物体像的显示；
② 在光学信息处理中用计算全息制作各种空间滤波器；
③ 产生特定波面用于全息干涉计量；
④ 激光扫描器；
⑤ 数据存贮。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
2.6 计算全息
计算全息图制作的典型流程
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
2.6 计算全息全息图 再现图
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
3.1 光学小波变换小波变换 （ wavelet transform,WT） 是近年来发展起来的一个新的学科分支,
与常规的傅里叶变换相比,具有同时处理空域 （ 时域 ） 和频域信号的能力,并具备对信号进行局部化处理的特征,成为信号分析领域重要的工具,常用在空域的局部信号及时域的暂态信号处理中 。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录图,h(t)的实部和 h(t) 的傅里叶谱
Morlet小波
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录光学 Morlet 小波变换实例实验采用下图所示的光学多通道小波变换相关器．两个柱面透镜的焦距为 240 mm,球面透镜焦距为 210 mm,相关器由 He-Ne激光作光源．
实现一维小波变换的二维光学相关器光学多通道小波变换相关器中光学小波变换的实验结果
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
3.2 光学广义傅立叶变换
广义傅立叶变换,
d x d y
f
yvxui
f
vyuxiyxF
s i n~
)(
t a n~
)()(e x p),()( 22222
00
傅立叶变换：
d x d yyvxuiyxF )](e x p [),()( 200
又称 分数阶傅立叶变换 。当 α = π/ 2 时，
就变成傅立叶变换。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
3.2 光学广义傅立叶变换
实现 广义傅立叶变换的方法,
正透镜 负透镜
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
3.2 光学广义傅立叶变换
实现 广义傅立叶变换的方法,
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
§ 3.3.2 光存储技术
1,光存储原理、分类、特点
2,光盘存储
3,双光子光学存储
4,持续光谱烧孔光学存储
5,近场光学存储
6,光全息存储
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
1,光存储原理,分类,特点
(1)原理,只要材料的某种性质对光敏感,在被信息调制过的光束照射下,能产生理化性质的改变,并且这种改变能在随后的读出过程中使读出光的性质发生变化,都可以作为光学存储的介质 。
(2)分类
按介质的厚度,面存储,体存储；
按数据存取,逐位存储,页面并行式存储；
按鉴别存储数据,位置选择存储,
频率选择存储等 。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
1,光存储原理、分类、特点
(3)光学信息存储的一般特点
存储密度高理论估计：面密度为 1/λ2；体密度为 1/λ3，
按 λ=500 nm 计算,存储密度为 1 TB/cm3。
并行程度高,提供并行输入输出和数据传输 。
抗电磁干扰
存储寿命长,磁存储 2—3年；光存储 10年以上 。
非接触式读／写信息
信息价格位低,价格可比磁记录低几十倍 。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
2,光盘存储自 60年代末美国 ECD及 IBM公司共同研制出第一片光盘以来,光盘存储技术发展之迅速出人意料 。
激光唱片 ( Compact Disk,CD )
激光视盘 ( Laser Video—Disk,LVD )：
LD,VCD,DVD,EVD…… 。
计算机外存设备,光盘
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
2.1 光盘存储的原理激光经聚焦后可在记录介质中形成极微小的光照微区 (直径为光波长的线度,即 1μm 以下 ),使光照部分发生物理和化学变化,从而使光照微区的某种光学性质 (反射率,折射率,偏振特性等 )与周围介质有较大反衬度,可以实现信息的存储 。
光盘是按位存储的二维存储介质 。 记录轨道的密度可高达 1000道／ mm以上 。
性能,信息载噪比 (CNR)均在 50 dB以上；
每一通道数据速率可达 50 Mbit/s 以上 。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
2.2 光盘的类型
按其功能划分主要有四种,
(1)只读存储光盘 ( ROM )
(2)一次写入光盘 ( WORM； 或称 DRAW )
① 烧蚀型 ② 起泡型 ③ 熔绒型
④ 合金型 ⑤ 相变型
(3)可擦重写光盘 ( EDAW ),先擦后写
(4)直接重写光盘：写同时擦除原信息
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
2.3 光盘存储器
根据光盘存储介质分类
(1)单光束光学系统
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
2.3 光盘存储器
(2)双光束光学系统：
用于可擦重写光盘写／读光路擦除光路写、读激光器波长 0.83 μm
擦除激光器波长 0.78 μm
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
2.3 光盘存储器国内情况：
成都电子科技大学和北京航空航天大学 分别研制成功的可擦重写磁光盘,直接重写相变光盘等；
中国科学院上海冶金研究所国家光存储研究中心已建成各类光盘的母盘生产线；
清华大学国家光盘工程研究中心 致力于改进光盘驱动器及其关键部件,提高其性能和存储容量,
减少搜寻时间,改进数据速率和存储数据的可靠性,同时进行新一代多功能光盘驱动器的开发,
研制适合于各种无机和有机的一次写入和可擦除介质的双触长束多功能光学头 。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
2.4 光盘存储技术的进展
1,光盘与磁盘比较
存储密度,
磁盘的道距 (约 10μm)，
光盘的道距 (约 l μm)
据 Data Storage l998年 2月报道 。 IBM已有突破磁盘存储密度 10 Gbit / in2 大关的实验室样机,
数据传输速率,光盘的性能不及磁盘 。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
2.4 光盘存储技术的进展
2,提高只读光盘的存储容量的主要方法
采用短波长激光读写,
激光波长由 0.8μm缩短到 0.4μm,记录的面密度可提高 4 倍 。
提高道密度和线密度,使用光道密度加倍法；
使用区域比特记录法 。
开发多数据层的光盘,采取多光道并行存取技术例如：一种双光学头的设计,采用 16 个激光二极管阵列并行存取,可使数据速率达到 100
Mbit/s。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
2.4 光盘存储技术的进展
正在开发超高容量双面多数据层 ROM
例如,日本日立公司等研制的双面双数据层 ROM,采用 0.44μm 的最小光斑尺寸和每层 0.74μm 宽的道距,实现总数据容量为 17 GB。 研究表明,利用双面三数据层结构 ( 总共包括 6 个数据层 ),有可能实现 25.5 GB 的超高容量 。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
2.4 光盘存储技术的进展
3,进展：
(1)相变光盘技术已经达到成熟的产品级水平 。
(2)直接重写光盘实现高数据率是当前研究的热点 。
容量,面密度 0.4 Gbit/cm2,光盘容量 3.5 GB。
数据传输率,估计能达 10 Mbit/s (红激光 )；
超过 100 Mbit/s (蓝激光 )。
存储面密度极限,光盘存储 l.0 Gbit／ cm2
磁盘存储 6.2 Gbit／ cm2
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
2.4 光盘存储技术的进展
3,进展：
(3) 体积光学存储
容量,达到 TB／ cm3；
存取时间,毫秒或亚毫秒；
数据传输速率,Gbit／ s - Tbit／ s。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
6,光全息存储光全息存储构成原理示意图
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
6,光全息存储光全息存储构成原理示意图
6.1 原理角度复用的光学全息存储简介,光学信息存储具有超大容量,并行,高速等特点 。
角度复用全息存储应用体光栅的角度选择性,通过记录角度的多次微小改变来存储多幅全息图,是目前国内外光学信息存储的研究前沿,具有重要的应用前景 。
原理,由激光分束形成物光和参考光,其中物光由计算机通过空间光调制器产生,不同角度的参考光则由计算机控制的转镜构成 。 射入 LiNbO3晶体后,形成傅里叶变换体全息图,将物光所荷载的信息记录在晶体中 。 改变参考光或物光的角度,可以在晶体中存入多幅傅里叶变换体全息图 。 将参考光单独照射记录介质,
就可以读出对应角度下存入的信息,还原记录的图形 。
角度复用的光学全息存储系统
LA,激光器； ST,光束升降器； VBS,可调偏振分光镜； Q,半波片； SW1~SW2,电子快门； M,反光镜； L1,准直镜； L2~L3，
成象透镜； FTL1~FTL2,傅里叶变换透镜； SLM,空间光调制器； SP,空间（针孔）滤波器； RM,转镜 ; C,Fe:LiNbO3
VBS
RMQ SW
2
SW1ST
L2~L3
FTL1FTL1 CSLML1
M
CRT
SP
计算机? 数字图象处理系统
f f f f
CCDLA
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
6.2 全息存储的特点
1,高冗余度,以全息图的形式存储的信息是分布式的,每一信息单元都存储在全息图的整个表面上 (或整个体积中 ),故记录介质局部的缺陷和损伤不会引起信息的丢失 。
2,高存储容量,光学极限为 6.4× 1013bit /cm3
采用面向页面的存储,容量可达到 106 bit/ 页面,
采用空间复用和共同体积复用相结合的技术 存储 500000个全息页面,可以得到总的存储容量为 500 Gbit 或约 63 GB,这可以和 RAID磁盘系统相比 。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
6.2 全息存储的特点
2,高存储容量
1994年 Burr等人报道：
10000个数据全息图 / 体积单元 。
复用 50个体积单元 = RAID磁盘存储容量
利用频率选择技术 (PSHB)将存储维数扩展到四维,体全息存储器的容量还可能进一步提高 。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
6.2 全息存储的特点
3,高数据传输速率和快存取时间
数据传输速率,
10 Gbit／ s或约 1.25 GB／ s,使寻址一个数据页面的时间小于 100μs.
磁盘系统的机械寻址需要 10 ms
记录时间,> 1 Mbit/s
各种存储技术的存储容量和数据传输速率的比较全息存储同时具有 容量大、数据传输率高、数据搜索时间短 三方面的优良性能,
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
6.2 全息存储的特点
4,可进行并行内容寻址
全息存储器可以直接输出数据页或图像的光学再现；
在再现出的光学像被探测到并被转换成电子数据图样之前,就可以对它们用光学方法进行并行处理,以提高存储系统进行高级处理的功能 。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
6.2 全息存储的特点
4,可进行并行内容寻址例如：
(1)任何全息存储器通过工作在傅里叶变换域都能够执行相关操作 ;
(2)采用适当的光学系统,有可能一次读出存储在整个全息存储器中的全部信息,
或在读出过程中同时与给定的输入图像进行相关,完全并行地进行面向图像 (页面 )的检索和识别操作 ;
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
6.2 全息存储的特点
4,可进行并行内容寻址例如：
(3)可以实现用内容寻址的存储器 (CAM)，
成为全光计算或光电混合计算的关键器件之一,在光学神经网络,光学互连,
以及在模式识别和自动控制等应用领域
(可以统称为光计算 )中有广阔的应用前景 。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
§ 3.3.3 光纤通信技术
1,光通信的概念及系统的基本组成
2,光通信系统的分类
3,光纤通信的特点
4,光纤通信的发展历史和展望
5,新型光纤通信系统简介
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
1,光通信的概念及系统的组成
光通信 ——利用 光波 来进行通信。
光波,可见光，包括红外线，它们的波长比微波更短，频率比微波更高。
光通信系统的基本组成
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
1,光通信的概念及系统的组成
光信号的处理和传递过程光通信和电通信主要差别,在于光终端和传精介质，即在光终端中使用的光源，光电探测器和其它一些光学元件以及光纤等 。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
2,光通信系统的分类
(1)按传输介质分类大气光通信系统、光纤通信系统。
大气光通信系统,属于无线通信系统，它的传输介质是大气或真空。
地球表面大气层对光衰减限制了大气光通信的发展。但是，卫星之间的光通信，即空间或深空光通信系统，因在宇宙空间中，传输介质几乎是真空，没有大气干扰和衰减的问题，非常有前途。
光纤通信系统,属于有线通信系统，它的传输介质是光纤。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
2,光通信系统的分类
(2)按调制方式分类模拟光通信系统、数字光通信系统。
模拟信号,在幅度上和时间上都是连续变化的信号数字信号,在幅度上和时间上都是不连续变化的、
离散的信号。
注意,脉冲信号虽然它在时间上是间断的、不连续的，但它在幅度或宽度上仍是连续变化的，一般也认为它们是模拟信号而不是数字信号。
模拟光通信系统,传送的是模拟信号
数字光通信系统,传送的是数字信号。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
2,光通信系统的分类模拟调制方式：
强度调制 ( IM—Intensity Modulation)，
幅度调制 ( AM—Amp1itude Modulation)，
频率调制 ( FM—Frequence Modulation)，
相位调制 ( PM—Phase Modulation)，
脉位调制 ( PPM—Pulse Position Modulation)，
脉宽调制 ( Pulse Width Modulation
或 Pulse Duration Modulation)，
脉幅调制 ( PAM—Pulse Amp1itude Modulation)，
脉冲频率调制 ( PFM—Pulse Frequence Modulation )，
脉冲数调制 ( PNM—Pulse Number Modulation) 等等。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
2,光通信系统的分类数字调制方式主要有：
脉冲编码调制 ( PCM—Pulse Code Modulation)，
差分脉冲编码调制 ( DPCM—Differentia1 Pulse
Code Modulation)，
增量调制 (△ M)。
由于数字通信系统所占的带宽较宽，而带宽非常宽又是光纤的主要优点，因此，光纤通信系统特别适合于采用数字调制方式的数字通信系统。
虽然光纤通信和数字通信两者是密切相关的，
但 光纤通信和数字通信是两个不同的概念,两个不同的范畴，不能将两者等同起来，混为一谈。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
2,光通信系统的分类
(3)按信号的复用方式
频分复用系统
( FDM——Frequence Division Multiplexing )，
时分复用系统
( TDM—Time Division Multiplexing)，
波分复用系统
(WDM—Wavelength Division Multiplexing)，
空分复用系统
( SDM—Space Division Multiplexing)。
所谓频分,时分,波分和空分复用,是指按频率,
时间,波长和空间来进行分割的光通信系统 。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
2,光通信系统的分类
(4)按光电探测方式
直接探测光通信系统：
直接探测是将光作为光 (粒 )子来处理的。
相干探测光通信系统,
相干探测则是将光作为光波来处理的。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
2,光通信系统的分类
(5) 按传输距离的长短
长距离干线光纤通信系统,
长距离干线光纤通信系统一般是几百公里、上千公里、甚至几千公里陆地或跨洋海底光纤通信系统。
中短距离局间光纤通信系统,
中短距离局间光纤通信系统一般只有几公里或几十公里。
短距离用户光纤通信系统,
只有几十米到几百米，光缆直接到用户。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
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3,光纤通信的特点
(1) 使用光载波的信息容量特别大；
(2) 光纤的带宽宽，传输数据速率高；
(3) 光纤损耗低，中继距离长；
(4) 光纤通信的保密性好，不易被窃听 ；
(5) 光纤通信的抗电磁干扰能力强；
(6) 光纤通信系统的绝缘性能好；
(7) 在光纤通信系统中，不存在接地和共地的问题
(8) 节约金属材料，有利于资源合理使用 ；
(9) 光纤通信系统的化学稳定性好、寿命长；
(10)光纤的尺寸小，重量轻
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
4,光纤通信的发展历史和展望
(1)光通信发展历史
在古代,烤火台就是一种最简单的光通信系统：
光源 是烽火；
调制方式 是点燃烽火与息灭烽火；
传输介质 是大气；
光探测器 是人的眼睛。
古代的烽火台光通信系统已经包括了现代光通信系统中最基本的部分：发射、调制、接收 (眼睛 )、解调 (人的大脑 )。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
4,光纤通信的发展历史和展望
(1)光通信发展历史
烤火台 就是一种最简单的光通信系统：
缺点,(1) 传送的信息量太少；
(2) 传送距离太近；
(3) 抗干扰能力差，雨雾天不能传送；
(4) 保密性很差；
(5) 不能进行识别和纠错；
(6) 响应速度；
(7) 不能双工工作，双向传递信息，信号进行交换，等等。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
4,光纤通信的发展历史和展望
(1)光通信发展历史
用灯,手,眼所组成的光通信系统在这种光通信系统中,灯是光源,手是调制器,眼是光探测器,解码由大脑来完成 。 这种光通信系统至今在某些场合都还在使用,如夜间船舶舰艇之间通信等 。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
4,光纤通信的发展历史和展望
(1)光通信发展历史
第一位用光来进行“通话”实验美国著名科学家和发明家贝尔 (Alexander
Groham Bell)。 贝尔是电话的发明人,1876年他发明电话后,1880年他第一次用可见光波来进行通话，传送了几百米远，他称这种电话为
“光电话” (Phtophone)。
但由于当时的技术条件限制，包括光源，
探测器，调制器，解调器，电子元器件，传输介质等多种因素的限制，只能做一做原理性实验，没有什么实用价值，因此很长时间没有得到发展和推广。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
4,光纤通信的发展历史和展望
(1)光通信发展历史
大气光通信,直到 1960年麦曼 (Maiman)制作的世界上第一台激光器问世，光通信才又活跃起来。 因为激光具有强度高，方向性好，相干性好等优点。科学家们立即意识到，由于光波频率比微波高，若作为载波，它的信息容量将比微波大很多。另外，由于光波的波长很短，和微波相比，它的衍射效应也要小很多。因此，
用这种相干性很好的激光光波来代替微波进行大气通信，将是非常理想的。
大气光通信前景暗淡,大气层对激光的强烈衰减
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
4,光纤通信的发展历史和展望
(1)光通信发展历史
采用,有线光通信,的方式,有人提出采用
,透镜波导,将光束缚在波导中进行传输来避免大气的影响 。 所谓,透镜波导,,是在管道中隔一定距离安装上一片会聚透镜,使传播过程中发散了的光束不断地隔一定距离又重新再会聚一次,这样将光波约束在管道内进行传播 。
至于光束的转弯,则可用棱镜或者反射镜来实现 。
但毕竟体积大,不便于安装和使用,因而未能得到实际推广应用 。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
4,光纤通信的发展历史和展望
(1)光通信发展历史
光纤通信,1970年以前,光纤损耗非常大,一般是每公里上千分贝甚至更高,根本无法在光通信中使用 。
1970年,美国 Corning公司第一次宣布它所研制的高纯硅酸盐玻璃单模光纤的损耗已小于
20dB／ km。 几年之后,光纤损耗不断迅速下降,达到 1 dB／ km 甚至更低 。
到 70年代末半导体激光器实现了室温连续运转,工作寿命在百万小时以上,光纤通信才完全走上实用化,商业化的轨道 。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
4,光纤通信的发展历史和展望
(1)光通信发展历史光纤通信工作波段,0.85μ→ 1.32μ附近,光纤的损耗和色散都更低,特别是在 1.3μ附近,是光纤的零色散点；而在 1.55μ附近,是光纤的最低损耗点 。
综述,60 年代的准备阶段,
70 年代的实验和试用阶段,
80 年代的实际商业运行阶段,
90 年代的世界范围大规模使用阶段 ……
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
4,光纤通信的发展历史和展望
(2)光纤通信系统的现状
模拟光纤通信系统的现状在 80年代先开发并推广应用的光纤彩色闭路电视系统和广播电视用光纤传输系统,属于早期的模拟光纤传输系统 。
进入 90年代,16路,32路,48路,64路,128路的光纤 CATV系统相继研制成功,并已获得广泛推广应用 。
为什么模拟制多路光纤 CATV系统有其生命力,关键是有了线性度较好,调制带宽很宽的半导体激光器,
其次是高频线性补偿电路的研制成功,进一步提高了光源驱动电路的线性 。 目前在国内外有线电视传输系统中用得甚多 。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
4,光纤通信的发展历史和展望
(2)光纤通信系统的现状
数字式光纤通信系统的现状按用途分类：
(1)光纤局域网,例如中速、高速以太网中的应用，
传输速率有 10 Mb/s,100 Mb/s,l Gb/s三种；
(2)在邮电部门省内干线和长途上用的 PCM制式 的光纤通信，该制式的速率是按群次来区分的。例如一次群速率是 2.048 Mb/s,二次群速率是 8.448
Mb/s,三次群速率是 34 Mb/s,四次群速率则是
140 Mb/s,更高速率的 PCM系统如五次群、六次群也相继在开发和应用，目前 2.5 Gb/s 的 PCM
系统国外己投入应用，国内正在研制中。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
4,光纤通信的发展历史和展望
(3)光纤通信的发展方向
从小容量、中容量朝大容量或超大容量方向发展；
从多模光纤向单模光纤以及单模单偏振光纤即保偏光纤方向发展；
光纤通信系统的中继距离越来越长；
光纤通信系统向波分复用系统方向发展；
光纤通信系统向相干光通信方向发展；
光纤通信系统向全光通信方向发展；
光纤通信系统向孤子光通信方向发展；
光纤通信系统向网络通信方向发展。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
4,光纤通信的发展历史和展望
(3)光纤通信的发展方向
第一代光纤通信系统,0.87μ短波长光纤通信；
第二代光纤通信系统,1.3μ波长光纤通信；
第三代光纤通信系统,1.55μ波长光纤通信系统；
第四代光纤通信系统,相干光光纤通信系统；
第五代光纤通信系统,具有光纤放大器的全光通信光纤通信系统。
现在正向着第四、第五代实用化方向发展。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
5,新型光纤通信系统简介
(1)长途高速光纤传输系统新型的长途高速光纤传输系统,其传输速率达到 10 Gb/s。 它采用单模光纤传输 。 为实现高速传输和高灵敏度接收,使用大规模集成电路构成高速电路模块,并采用掺钨光纤放大器,
使中继距离超过 100 km。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
5,新型光纤通信系统简介
(2)数字用户网络传输系统数字用户网络传输系统采用标准 PCM载波多工技术，将语音信号和数据信号进行各种组合，以 2 Mb/s码流发送到光缆、铜线或用数字微波进行传输，位数字电路自中央局端延伸到用户配线区附近，减少或消除外线设施的配置，
提高通信质量及解决缺线问题。系统能与综合业务数字通信网 (1SDN)适配，除提供普通电话服务外，在市话网上可提供各种新服务。数字用户网络传输系统。
数字用户网络传输系统
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
§ 3.3.4 光电显示技术
0,引言
1,阴极射线致光显示
2,液晶显示
3,等离子体显示
4,注入电致发光显示
5,高场电致发光显示
6,投影显示
7,显示技术展望
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
0,引言
0.1 光电 显示技术的分类分类方法：
按面积,小型,中型 (约 0.2 m2 左右 ),大型 (1 m2
以上 )和超大型显示 (如 4 m2 以上 )
按结构形状,颈瓶状显示器,平板显示器 。
按颜色,黑白,单色,彩色显示 。
按显示内容,形式,数码,字符,轨迹,图表,
图形,图像显示 。
按所用显示材料,固体 (晶体和非晶体 ),液体,
气体,等离子体,液晶体显示等 。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
0,引言
0.1 光电 显示技术的分类分类方法：
按显示发光类别,自发光型,被动受光型显示等 。
按成像空间坐标,二维平面显示,三维立体显示 。
按显示原理,电子束显示 (CRT)、真空荧光显示
(VFD),发光二极管显示 (LED)、电致发光显示
(ELD),等离子体显示 (PDP),液晶显示 (LCD)、
激光显示 (LD)和电致变色显示 (ECD),等等。
按信息转换方式分 按结构特点分 按用途分真空型 非真空型光学图像转换为光学图像红外变像管
X射线像增强器微光像增强器全息立体显示双目视差立体显示夜视仪器高速摄影医用显示三维空间显示电信号转换为光学图像黑白显像管彩色显像管荧光显示管投影管光阀定位管直观存储管示波管液晶显示器等离子体显示器发光二极管电致发光显示激光显示电致变色显示电视、计算机终端、
医疗、
工业探伤图像显示、
仪器仪表数码显示、
大屏幕显示雷达显示波形显示电信号转换为电信号静电印刷管静电存储显示管信号变换式存储管单像管飞点扫描 —光电组合显示装置记录、印刷、
特殊用途
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
0.2 显示器件主要性能指标
1,亮度,指垂直于光束传播方向上的单位面积上的发光强度。单位为 cd/m2。
一般显示器应有 70cd/m2的亮度，具有这种亮度图像在普通室内照度下清晰可见。在室外观看要求亮度更高，可达 300cd/m2以上。
2,对比度和灰度对比度,指画面上最大亮度和最小亮度之比。一般显示器应有 30:1 的对比度。
灰度,指画面上亮度的等级差别。
例如，一幅电视画面图像应有八级左右的灰度。
眼睛可分辨的最大灰度级大致为 100级。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
0.2 显示器件主要性能指标
3,分辨力,人眼观察图像清晰程度的标志。
用光栅高度 (帧高 )范围内能分辨的等宽度黑白条纹 (对比度为 100％ )数目或电视扫描行数来表示。如果在垂直方向能分辨 250对黑白条纹，就称垂直分辨力为 500 行 (线 )。有时也用光点直径来表示。用光栅高度除以扫描线数，即可算出一条亮线的宽度，此宽度即为荧光屏上光点直径的大小。在显示器件中，光点直径大约几微米到几千微米。一般对角线为 23 – 53 cm 的电视显像管其光点直径约 0.2 – 0.5 mm。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
0.2 显示器件主要性能指标
4,发光颜色发光颜色 (或显示颜色 )的衡量方法，可用发射光谱或显示光谱的峰值及带宽，或用色度坐标表示。显示器件的颜色显示能力，包括颜色的种类、
层次和范围，是彩色显示器件的一个重要指标。
5,余辉时间,指荧光粉的发光，在电子轰击停止后起，到亮度减小到电子轰击时稳定亮度的 l/10(或
1/100)所经历的时间，余辉时间主要决定于荧光粉，一般阴极射线荧光粉的余辉时问从几百纳秒到几十秒。
名 称 显示内容 颜 色 特 性 问题 用 途阴极射线管数字文字图形黑白彩色亮度高，响应速度快、分辨力高，扫描方式简单，可有彩色显示能力和记忆机能。
体积大，
需高压电源中型显示 (其中投影管用于大型显示 )
发光二极管 数 字 红绿橙蓝 驱动电压低 亮度高 寿命长 发光效 率低 小型显示荧光数码管 数字绿 驱动电压低 亮度高 寿命长 需要灯丝电源 小型显示荧光显示板 数字文字等离子体数码管 数字 橙红绿 亮度高 造价低驱动电压高 小型显示直流气体发电显示板数字文字 橙红彩色 平板型有自扫描机能结构复杂小型显示中型显示交流等离子显示板数字文字轨迹图形橙红彩色 平板型有记忆机能 驱动电路复杂 中型显示超大型显示名 称 显示内容 颜 色 特 性 问题 用 途液晶数码管 数字由外光源决定功耗低，驱动电压低，
有记忆作用响应速度慢,
视角小小型显示中型显示液晶显示板 文字图表粉末交流电致发光板数字文字图表绿 蓝 平板型造价低功耗小亮度低寿命短驱动电路复杂中型大型显示粉末直流电致发光板数字文字 橙 黄 平板型造价低亮度高寿命短功耗大小型显示中型显示交流薄膜电致发光板数字文字 橙 黄 平板型亮度高寿命长驱动电路复杂 中型显示激光显示 图 像 彩 色 亮度高，显示面积大 设备大功耗大 大型显示光 阑数字文字图像黑 白 显示面积大 造价高 大型显示
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
1,阴极射线致光显示 (CRT)
1.1 产量 /产值
1.2 发展趋势
大屏幕及全平面化 ;
数字式 HDTV,超高分辨率 ;
高亮度，高对比度,
1999年 2.5亿只 /240亿美元
2000年 2.6亿只 /240亿美元
2001年 2.74亿只 /250亿美元
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
1,阴极射线管（ LCD）
1.3 扫描方式
1
2
3
4
5
6
7
1ˊ
2ˊ
3ˊ
4ˊ
5ˊ
6ˊ
7ˊ
1
2
3
4
5
6
7
7ˊ
1ˊ
2ˊ
3ˊ
4ˊ
5ˊ
6ˊ7a
7
b
逐行扫描 隔行扫描
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
2 液晶显示 (LCD)
TN-LCD,手表、仪表、计算器
STN-LCD,BP,移动电话,PDA,笔记本电脑
TFT-LCD,电视、监视器、投影器
市场,2000年,110亿美元
2005年,240亿美元。
入射光偏振片 偏振片光透过
TN排列盒入射光偏振片 偏振片光遮断
TN排列盒未施加电压时施加电压时
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
2,液晶显示器（ LCD）
2.1 液晶显示器的构造玻璃基板透明电极外周封接剂分子取向层偏振片偏振片分子取向层液晶透明电极玻璃基板反射板
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
2,液晶显示器（ LCD）
2.2、液晶显示器的驱动
段电极的结构段电极公共电极
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
2,液晶显示器（ LCD）
2.2 液晶显示器的驱动
Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 … Ym
信号 （ 列 ） 电极
X1
X2
X3
X4
X5
┇
Xn
扫描
（
行
）
电极
矩阵电极结构液晶和液晶显示器
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
LCD 产品及技术
α -Si TFT-LCD 生产线分辨率 从 VGA（ 640× 480）
XGA ( 1024× 768 ) 到
SXGA（ 2048× 1536）
亮度 从 300cd/m2到 1600cd/m2
研究多晶硅 P - Si 生长技术及机理。
研究铁电液晶电光效益、开关特性和灰度关系,
以期实现连续调制灰度级的方案，实现全色显示
研制高密度小尺寸 TFT - LCD
研制反射式彩色液晶显示技术
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
2,液晶显示器（ LCD）
2.3 液晶显示器的特点及应用
LCD的优点,
(1) 由于低功耗 （ 几微瓦 ~几十微瓦 /平方厘米 ）,
利用电池即可长时间运行,为节能型显示器 。
(2) 低电压运行 （几十伏），可由 IC直接驱动，驱动电路小型、简单。
(3) 元件为薄型 （几毫米），而且从大型显示（对角线长几十厘米）到小型显示（对角线长几毫米）
都可满足，特别适用于便携式装置。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
2,液晶显示器（ LCD）
2.3 液晶显示器的特点及应用
LCD的优点,
(4) 属于 非主动发光型 显示,即使在明亮的环境,显示也是鲜明的 。
(5) 容易实现 彩色显示,因此便于显示功能的扩大及显示的多样化 。
(6) 可以进行 投影显示 及组合显示,因此容易实现大画面 （ 对角线为数米 ） 显示 。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
3 等离子体显示板（ PDP）
3.1 工作原理
等离子体 是指正负电荷共存，处于电中性的放电气体的状态 ；
由气体放电时发射的紫外线激励光致发光荧光粉，
由荧光粉发光实现彩色显示 ；
PDP是利用气体放电发光进行显示的平面显示板，
可以看成是由大量小型日光灯（ 放电胞 ）排列构成的。
透明电极放电区前玻璃基板透明介电质层保护层壁障 (隔断 )
荧光体选址电极后玻璃基板发光区紫外线放电胞行电极列电极放电胞电压
PDP整体结构
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
3 等离子体显示板（ PDP）
3.2 PDP的特征及应用
优点
(1) 利用气体放电发光，与 LCD 比较，为自发光型，即主动发光型显示；
(2) 其放电间隙为 0.1~0.3 mm,与 CRT 相比，便于实现薄型化；
(3) 利用荧光体，可以实现彩色发光，与 LCD 相比，容易实现多色化、全色化；
(4) 容易实现大画面平面显示。
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
3 等离子体显示板（ PDP）
3.2 PDP 的特征及应用
缺点
(1) 功耗大，不便于采用电池电源（与 LCD
相比）；
(2) 与 CRT相比，彩色发光效率低；
(3) 驱动电压高（与 LCD相比）；
3.3.1
3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
3 等离子体显示板（ PDP）
3.2 PDP 的特征及应用
PDP的优势是薄型,大画面,自发光型,
色彩丰富,大视角等 。
PDP在高清晰度电视,大画面电视,计算机显示器,壁挂式显示器,室外大型广告牌等方面具有广泛的应用 。
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3.3.2
3.3.3
3.3.5
目录
6 投影显示
HDTV大屏幕显示的首选方案
投影显示技术分类
– CRT
– TFT-LCD（ 透射式）
– LCOS（ 反射式）
– DLP
市场
– 2000 全球 228万台,LCD及 DLP共 80万台
– 2000 中国 20万台
– 2005 中国 50～ 100万台
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3.3.2
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6.1 TFT-LCD 投影器
当前教学和商业用投影器的主流产品
进入家庭用,大屏幕 HDTV 要大大降低制造成本
规格
– 芯片直径 44mm,分辨率 1280× 1029，
光输出 300流明
– 芯片直径 29.4mm,分辨率 1280× 720
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6.2 LCOS 投影器
原理
ITO
投影
PBS 照明玻璃基板铝镜电极
CMOS
液晶
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特点
– 开口率大，光能利用好
– 利于大量生产，成本相对较低
– 高分辨率 1280× 1024
技术关键
– LCOS芯片设计制作
– 投影光学系统设计
– PBS列阵透镜等光学元件制作
– 长寿命光源
6.2 LCOS 投影器
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6.3 数字式投影仪 ( DLP )
1,DMD的结构
DMD的尺寸
2、工作原理
当某一像素的反射镜?= 0
或?= -?L 时，反射光通不过投影物镜．
当该像素被寻址时,? =
L,它反射的光束正好沿光轴方向通过投影物镜，成像到屏上，称此 状态为,ON”；
= -?L 则对应于 DMD的状态,OFF”．
在每一帧的时间内，某一像素处于两种状态的占空比，
决定了该像素的灰阶，亦即 灰阶是由入射光的二元脉冲宽度调制实现,一般灰阶数为 28 =
256,DMD投影仪工作原理图像素的投影像
DMD数字式投影仪又称 DLP投影仪,
顺序颜色模式 ( 1-DMD数字式投影仪 )
1-DMD数字式投影仪
Cl,C2为聚光镜； M为电机； CFW为三原色滤光镜盘； P为 110英寸屏幕； S为光源
CFW为三原色滤光镜盘
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空间分色模式 (3-DMD投影机 )．
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§ 3.3.5 全息照相术
1 全息照相的原理与过程
1.1全息记录 5.1.2 波前的再现
2 平面全息图和体全息图
3 全息术应用
3.1 全息电影和全息电视
3.2 全息显微技术
3.3 全息干涉技术
3.4 红外、微波及超声全息照相技术
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3.3.4
3.3.2
3.3.3
3.3.5
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§ 3.3.5 全息照相术
1 全息照相的原理与过程
1.1全息记录通过干涉的方法巧妙地记录了物光波上各点的全部光信息，包括振幅和位相，这就是所谓波前的全息记录。
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1.2 波前的再现
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3.3.2
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2 平面全息图和体全息图平面全息图,根据记录介质感光层的厚度 l 与干涉条纹间距 d之比来区分，当 d >> l 时，记录介质相当于一薄层，在其厚度方向上没有干涉条纹，
此时可以看作是二维光栅结构，称为平面全息图 。
体全息图,当 d << l 时，在记录介质的厚度方向上将布满干涉条纹，于是就构成了一幅体全息图。
实际上，一张全息图通常包含着不同间隔的条纹结构，所以它可能同时表现出薄结构和厚结构两种特性来。
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2 平面全息图和体全息图对于平面全息图，可用任意波长的单色光，
从任意角度照相，都能得到再现像。但体全息图对光的波长和入射角度却有选择性。这是由于体全息图内部因感光而析出的银粒分布是三维的，
只有满足布喇格条件 2 d sin? = k? 时，才存在
,再现,像。
体全息图的,角度选择,,若用单色光照明，只有在某些特定的角度才能观察到再现象；
体全息图,波长选择,,若用白光照明，并固定观察方向，则只有某些特定的波长满足布喇格条件，而产生,再现,像。
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3 全息术应用
3.1 全息电影和全息电视利用体息图的角度选择性和颜色选择性，可以在一张体全息图中贮存许多景物信息，这只须在拍摄每一景物时，把全息照片的位置转动一下。
再现时，只须将全息照片放在激光光束中转动，
便能把景物互不干扰地相继显示出来，在照片的后面就可以看到活动的立体景物，这就是立体电影。假如把全息图记录在电视摄像机的感光面上，
然后电视台把信号发射出去，当电视接收机收到了信号，并用激光照明时，就能再现所摄的景象，
这就是立体电视。
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3.2 全息显微技术在科学实验中常常遇到要测量样品中浮动粒子的大小、分布及其它性质。由于这些粒子在不停地运动，所以观测时根本来不及将显微镜调焦到这些粒子上，有的还要求在某一时刻把体积中的粒子全部拍摄下来。一般这类问题是无法直接观测的，只能用统计的方法进行推算，应用全息照相，就能很方便地解决这个问题。如果用短脉冲激光来照明样品，拍摄一定体积内粒子的运动状况，再现时就可以将粒子的大小、粒子的瞬时分布状况用显微镜层层聚焦、逐次观察。这方面的发展就是全息显微技术，全息照相的想法当初就是为了改进电子显微镜的分辩本领而提出的。
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3.3 全息干涉技术利用二次曝光或连续曝光全息图可以将物体变化状况记录在同一张全息照片上。再现时就得到相互交迭的像，这两个或多个光波就会发生干涉，从干涉条纹的分析中可以得出物体的变化情况。这方面的发展就是全息干涉技术，利用这一技术，可以研究物体的微小形变或微小振动、高速运动的现象、封闭容器内的爆炸过程，等等。
利用全息干涉技术于精密计量工作中，可以对任意形状、任意表面进行研究，例如可以对凝聚物、
岩石样品、金属物体、电子元件以及在风洞中的冲击波和流线等高速运动现象进行干涉计量研究。
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3.4 红外、微波及超声全息照相技术全息照相则能提供标的立体形象，这对于及时识别飞机、导弹、舰艇等有很大作用，因而受到人们的重视，但是 可见光在大气及水中传播时衰减较大，在不良的气候条件下甚至无法工作。 为了克服这个困难，发展用相干的红外光、微波及超声波拍摄全息照片，然后用相干可见光再现物像。这种全息技术在原理上和可见光全息照相完全一样，技术上的关键问题是寻找灵敏的记录介质和合适的再现方法。
超声全息照相能再现潜伏于水下物体的三维图像，可以用来进行水下侦察和监视，因而受到极大重视。由于对可见光不透明的物体往往对超声波“透明”，超声全息照相也能用于医疗透视诊断，还可以在工业上用作无损探伤。
