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第1章 引言1

1.1 光学、信息和通信1

1.2 本书内容概述1

第2章 二维信号与系统的分析3

2.1 二维傅里叶分析3

2.1.1 定义与存在条件3

2.1.2 傅里叶变换作为分解式5

2.1.3 傅里叶变换定理6

2.1.4 可分离变量的函数7

2.1.5 具有圆对称性的函数：傅里叶-贝塞尔变换8

2.1.6 一些常用函数和一些有用的傅里叶变换对9

2.2 空间频率和空间频率的局域化12

2.3 线性系统14

2.3.1 线性性质与叠加积分14

2.3.2 线性不变系统：传递函数15

2.4 二维抽样理论17

2.4.1 Whittaker-Shannon抽样定理17

2.4.2 空间-带宽积20

第3章 标量衍射理论基础23

3.1 历史引言23

3.2 从矢量理论到标量理论25

3.3 一些数学预备知识27

3.3.1 亥姆霍兹方程27

3.3.2 格林定理28

3.3.3 亥姆霍兹和基尔霍夫的积分定理28

3.4 平面屏幕衍射的基尔霍夫公式30

3.4.1 积分定理的应用31

3.4.2 基尔霍夫边界条件31

3.4.3 菲涅耳-基尔霍夫衍射公式32

3.5 瑞利-索末菲衍射公式33

3.5.1 格林函数的别种选法34

3.5.2 瑞利-索末菲衍射公式36

3.6 基尔霍夫理论和瑞利-索末菲理论的比较36

3.7 惠更斯-菲涅耳原理的进一步讨论37

3.8 推广到非单色波38

3.9 边界上的衍射39

3.10 平面波的角谱40

3.10.1 角谱及其物理解释40

3.10.2 角谱的传播41

3.10.3 衍射孔径对角谱的效应42

3.10.4 传播现象作为一个线性的空间滤波器43

第4章 菲涅耳衍射与夫琅禾费衍射46

4.1 背景46

4.1.1 波场的强度46

4.1.2 直角坐标系中的惠更斯-菲涅耳原理47

4.2 菲涅耳近似48

4.2.1 正相位还是负相位49

4.2.2 菲涅耳近似的精度50

4.2.3 菲涅耳近似和角谱53

4.2.4 两个共焦球面之间的菲涅耳衍射53

4.3 夫琅禾费近似54

4.4 夫琅禾费衍射图样的例子55

4.4.1 矩形孔径55

4.4.2 圆形孔径56

4.4.3 薄正弦振幅光栅57

4.4.4 薄正弦相位光栅59

4.5 计算菲涅耳衍射的例子61

4.5.1 方孔径的菲涅耳衍射61

4.5.2 正弦振幅光栅产生的菲涅耳衍射——塔尔博特像63

第5章 相干光学系统的波动光学分析70

5.1 薄透镜作为相位变换器70

5.1.1 厚度函数71

5.1.2 傍轴近似72

5.1.3 相位变换及其物理意义72

5.2 透镜的傅里叶变换性质73

5.2.1 输入紧靠透镜74

5.2.2 输入位于透镜之前75

5.2.3 输入位于透镜之后77

5.2.4 光学傅里叶变换的一个例子78

5.3 成像：单色光照明78

5.3.1 正透镜的脉冲响应78

5.3.2 消去二次位相因子：透镜定律79

5.3.3 物和像之间的关系82

5.4 复杂相干光学系统的分析83

5.4.1 算符记号83

5.4.2 算符方法对一些光学系统的应用85

第6章 光学成像系统的频谱分析91

6.1 成像系统的一般分析91

6.1.1 普遍模型91

6.1.2 衍射对像的影响92

6.1.3 多色光照明：相干情形和非相干情形94

6.2 衍射置限相干成像系统的频率响应97

6.2.1 振幅传递函数97

6.2.2 振幅传递函数的例子98

6.3 衍射置限非相干成像系统的频率响应99

6.3.1 光学传递函数99

6.3.2 OTF的一般性质100

6.3.3 无像差系统的OTF101

6.3.4 衍射置限系统的OTF的例子103

6.4 像差及其对频率响应的影响104

6.4.1 广义光瞳函数104

6.4.2 像差对振幅传递函数的影响105

6.4.3 像差对OTF的影响105

6.4.4 简单像差的例子：聚焦误差106

6.4.5 切趾法及其对频率响应的影响108

6.5 相干成像和非相干成像的比较110

6.5.1 像强度的频谱111

6.5.2 两点分辨率112

6.5.3 其他效应113

6.6 超越经典衍射极限的分辨率115

6.6.1 数学基础115

6.6.2 带宽外推的直观解释116

6.6.3 基于抽样定理的一种外推方法116

6.6.4 一种迭代外推方法118

6.6.5 实际限制118

第7章 波前调制123

7.1 用照相胶片进行波前调制123

7.1.1 曝光、显影和定影的物理过程123

7.1.2 术语的定义125

7.1.3 非相干光学系统中的胶片126

7.1.4 相干光学系统中的胶片127

7.1.5 调制传递函数128

7.1.6 照相乳胶的漂白130

7.2 空间光调制器131

7.2.1 液晶的性质132

7.2.2 基于液晶的空间光调制器138

7.2.3 磁光空间光调制器141

7.2.4 可形变反射镜空间光调制器143

7.2.5 多量子阱空间光调制器144

7.2.6 声光空间光调制器146

7.3 衍射光学元件149

7.3.1 二元光学150

7.3.2 其他类型的衍射光学元件152

7.3.3 几句提醒的话153

第8章 模拟光学信息处理155

8.1 历史背景155

8.1.1 阿贝-波特实验155

8.1.2 泽尼克相衬显微镜157

8.1.3 照片质量的改善：Maréchal的工作158

8.1.4 通信理论观点的兴起159

8.1.5 相干光学对更普遍的数据处理的应用160

8.2 非相干图像处理系统160

8.2.1 基于几何类光学的系统160

8.2.2 包含衍射效应的系统164

8.3 相干光信息处理系统165

8.3.1 相干系统的结构165

8.3.2 对滤波器实现的限制168

8.4 VanderLugt滤波器169

8.4.1 频率平面掩模的合成169

8.4.2 处理输入数据171

8.4.3 VanderLugt滤波器的优点172

8.5 联合变换相关器173

8.6 对特征识别的应用175

8.6.1 匹配滤波器175

8.6.2 一个特征识别问题176

8.6.3 特征识别机的光学合成法178

8.6.4 对尺寸大小和旋转的敏感性179

8.7 不变的图样识别179

8.7.1 梅林相关器180

8.7.2 圆谐波相关181

8.7.3 合成判别式函数182

8.8 图像恢复184

8.8.1 逆滤波器184

8.8.2 维纳滤波器或最小均方误差滤波器185

8.8.3 滤波器的实现186

8.9 合成孔径雷达数据处理188

8.9.1 合成孔径的形成189

8.9.2 采集到的数据和记录样式189

8.9.3 透明胶片的聚焦性质191

8.9.4 二维像的生成194

8.9.5 倾斜平面处理器195

8.10 声光信号处理系统197

8.10.1 布拉格单元频谱分析仪197

8.10.2 空间积分相关器199

8.10.3 时间积分相关器200

8.10.4 其他声光信号处理系统202

8.11 离散模拟光学处理器202

8.11.1 信息和系统的离散表示202

8.11.2 串行矩阵-矢量乘法器203

8.11.3 并行的非相干光矩阵-矢量乘法器204

8.11.4 外积处理器205

8.11.5 其他离散处理系统206

8.11.6 处理双极性数据和复数数据的方法206

第9章 全息术211

9.1 历史引言211

9.2 波前重建问题212

9.2.1 振幅与相位的记录212

9.2.2 记录介质212

9.2.3 原始波前的重建213

9.2.4 全息过程的线性性质213

9.2.5 全息术成像214

9.3 伽博全息图215

9.3.1 参考波的来源215

9.3.2 孪生像216

9.3.3 伽博全息图的局限性216

9.4 利思-乌帕特尼克斯全息图217

9.4.1 全息图的记录217

9.4.2 获得重建像218

9.4.3 最小参考角219

9.4.4 三维景物全息术220

9.4.5 全息术的实际问题222

9.5 像的位置和放大率223

9.5.1 像的位置223

9.5.2 轴向放大率和横向放大率225

9.5.3 一个例子226

9.6 不同类型的全息图简介227

9.6.1 菲涅耳全息图和夫琅禾费全息图，像全息图和傅里叶全息图227

9.6.2 透射全息图和反射全息图228

9.6.3 全息立体照片229

9.6.4 彩虹全息图230

9.6.5 合成全息图231

9.6.6 模压全息图233

9.7 厚全息图233

9.7.1 记录体全息光栅234

9.7.2 从体光栅重建波前235

9.7.3 更复杂的记录光路的条纹方向236

9.7.4 有限大小的光栅236

9.7.5 衍射效率——耦合波理论238

9.8 记录材料245

9.8.1 卤化银感光乳剂245

9.8.2 光聚合物胶片246

9.8.3 重铬酸盐明胶246

9.8.4 光折变晶体材料247

9.9 计算全息图248

9.9.1 抽样问题249

9.9.2 计算问题251

9.9.3 表示问题252

9.10 全息像像质的劣化257

9.10.1 胶片MTF的影响258

9.10.2 胶片非线性的影响260

9.10.3 胶片颗粒噪声的效应261

9.10.4 散斑噪声261

9.11 使用空间非相干光的全息术262

9.12 全息术的应用264

9.12.1 显微术和高分辨率体成像264

9.12.2 干涉测量术264

9.12.3 通过致畸变介质成像268

9.12.4 全息数据存储270

9.12.5 用于人工神经网络的全息加权272

9.12.6 其他应用274

第10章 光通信中的傅里叶光学278

10.1 引言278

10.2 布拉格光纤光栅278

10.2.1 光纤简介279

10.2.2 在光纤中记录光栅280

10.2.3 FBG对光纤中光传播的影响281

10.2.4 FBG的应用284

10.2.5 工作在透射方式的光栅285

10.3 超短脉冲的整形和处理286

10.3.1 时间频率到空间频率的变换286

10.3.2 脉冲整形系统287

10.3.3 谱脉冲整形的应用288

10.4 光谱全息术290

10.4.1 全息图的记录290

10.4.2 信号的重建292

10.4.3 参考脉冲和信号波形之间延迟的影响293

10.5 阵列波导光栅294

10.5.1 阵列波导光栅的基本部件294

10.5.2 阵列波导光栅的应用299

附录A δ函数和傅里叶变换定理303

附录B 傍轴几何光学简介309

附录C 偏振和琼斯矩阵318

附录D 光栅方程322

参考文献323

汉英对照术语表336

译后记348