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第1章 数学预备知识1

1.1常用的几种非初等函数1

1.1.1矩形函数1

1.1.2 sinc函数2

1.1.3阶跃函数3

1.1.4符号函数3

1.1.5三角函数4

1.1.6高斯函数4

1.1.7圆域函数5

1.1.8狄拉克δ函数5

1.1.9梳状函数7

1.2二维傅里叶变换7

1.2.1二维傅里叶变换的定义和存在条件8

1.2.2傅里叶变换定理9

1.2.3二维傅里叶变换在极坐标下的表示10

1.3线性系统10

1.3.1线性系统的定义11

1.3.2脉冲响应和叠加积分11

1.3.3二维线性不变系统的定义12

1.3.4线性不变系统的传递函数和本征函数12

1.4二维抽样定理13

1.4.1函数的抽样13

1.4.2原函数的复原14

1.4.3空间-带宽积15

习题115

参考文献16

第2章 标量衍射理论17

2.1光波的复函数表示17

2.1.1单色光的复函数表示17

2.1.2三维空间中光波场的表达式18

2.1.3空间平面上平面波及球面波的复振幅19

2.2标量衍射理论20

2.2.1波动方程20

2.2.2衍射的角谱理论21

2.2.3基尔霍夫公式及瑞利-索末菲公式23

2.2.4衍射问题的傍轴近似——菲涅耳衍射积分24

2.2.5夫琅禾费衍射26

2.3夫琅禾费衍射的计算实例27

2.3.1矩形孔在透镜焦平面上的衍射图像27

2.3.2圆形孔的夫琅禾费衍射28

2.3.3振幅型正弦光栅的夫琅禾费衍射29

2.4菲涅耳衍射积分的计算及应用实例30

2.4.1正弦振幅光栅的菲涅耳衍射30

2.4.2矩形孔的菲涅耳衍射32

2.4.3直边衍射条纹的间距公式34

2.5柯林斯公式35

2.5.1傍轴光学系统的ABCDD矩阵表示36

2.5.2矩阵元素分别取零值时光学系统的性质39

2.5.3柯林斯公式40

2.5.4柯林斯公式与菲涅耳衍射积分的比较40

习题242

参考文献44

第3章 衍射积分的快速傅里叶变换计算45

3.1离散傅里叶变换与傅里叶变换的关系45

3.1.1空域连续函数的离散及延拓45

3.1.2离散傅里叶变换与傅里叶变换的关系46

3.2菲涅耳衍射积分的快速傅里叶变换计算48

3.2.1菲涅耳衍射积分的S-FFT算法49

3.2.2菲涅耳衍射的S-FFT计算与实际测量的比较51

3.2.3菲涅耳衍射的D-FFT算法51

3.2.4使用解析形式的传递函数计算衍射的实验证明53

3.3菲涅耳衍射变换及其在二元光学设计中的应用55

3.3.1菲涅耳衍射变换55

3.3.2二元光学元件55

3.3.3二元光学元件设计的Gerchberg-Saxton（GS）算法56

3.3.4二元光学标记元件设计实例57

3.4经典衍射公式及其快速傅里叶变换计算58

3.4.1基尔霍夫公式及瑞利-索末菲公式的卷积形式58

3.4.2经典衍射公式的统一表述59

3.4.3经典衍射公式D-FFT计算取样条件的讨论60

3.4.4基于能量守恒原理对实际取样条件的讨论61

3.4.5不同衍射积分的计算实例61

3.4.6不同衍射公式的FFT计算研究小结63

习题364

参考文献65

第4章 衍射受限成像及成像系统66

4.1基于柯林斯公式讨论透镜的光学变换性质66

4.1.1物体在透镜前66

4.1.2物体在透镜后69

4.1.3透镜孔径引起的渐晕效应70

4.2衍射受限成像72

4.2.1衍射受限成像系统的脉冲响应72

4.2.2衍射受限成像系统像光场的计算74

4.2.3衍射受限成像实验及理论模拟75

4.3衍射受限成像系统的相干传递函数76

4.3.1出射光瞳较大时成像系统的脉冲响应76

4.3.2衍射受限成像系统的相干传递函数77

4.3.3像差对系统传递函数的影响78

4.4衍射受限系统的非相干传递函数79

4.4.1衍射受限系统的光学传递函数79

4.4.2衍射受限系统的光学传递函数和相干传递函数的关系80

4.4.3光学传递函数的一般性质和意义81

4.4.4衍射受限系统的OTF的计算83

4.4.5有像差的光学传递函数（）TF85

4.4.6有离焦像差的光学传递函数及成像计算86

4.5相干成像与非相干成像系统的比较91

4.5.1两个点物像分辨极限的比较91

4.5.2像强度频谱的比较92

4.5.3图像阶跃边沿响应的比较与分析93

4.5.4相干光照明的散斑效应96

习题498

参考文献98

第5章 部分相干理论100

5.1引言100

5.2可见度102

5.3互相干函数及相干度104

5.4时间相干和空间相干107

5.5恒星干涉仪110

习题5112

参考文献112

第6章 光学信息处理113

6.1阿贝二次成像理论和阿贝-波特实验空间频率滤波系统113

6.1.1阿贝二次成像理论113

6.1.2阿贝-波特实验114

6.2空间频率滤波系统和空间滤波器117

6.2.1空间频率滤波系统117

6.2.2空间滤波器118

6.2.3 Vanderlugt滤波器119

6.2.4 Vanderlugt滤波器的使用121

6.3空间滤波器的应用实例122

6.3.1策尼克相衬显微镜122

6.3.2 Marechal的工作和补偿滤波器124

6.4相干光信息处理系统124

6.4.1多重像的实现125

6.4.2图像的相减和相加126

6.4.3图像的特征识别127

6.4.4逆滤波器和图像的恢复130

6.5非相干光信息处理系统131

6.5.1两幅图像乘积的积分132

6.5.2两幅图像的卷积和相关运算132

习题6133

参考文献134

第7章 全息照相135

7.1全息照相的基本原理135

7.1.1平面波形成的全息图——全息光栅136

7.1.2点光源形成的全息图（点源全息图）146

7.1.3同轴全息图和离轴全息图153

7.1.4菲涅耳全息图和夫琅禾费全息图及傅里叶变换全息图156

7.2几种其他主要类型的全息图161

7.2.1体积（厚）全息图161

7.2.2白光再现全息图166

7.2.3浮雕全息图170

7.2.4脉冲全息图173

7.3全息照相的应用概况173

7.3.1全息显示173

7.3.2全息光学元件HOE175

7.3.3全息信息存储176

习题7177

参考文献178

第8章 全息干涉计量180

8.1单曝光法或实时全息法180

8.1.1基本原理180

8.1.2实验方法和装置182

8.1.3实时全息干涉计量实例185

8.2二次曝光全息干涉计量或双曝光法187

8.2.1基本原理187

8.2.2应用实例188

8.3时间平均法原理及其应用200

8.4全息系统的智能化、小型化、多功能化203

习题8206

参考文献208

第9章 数字全息210

9.1离轴数字全息及波前的1-FFT重建210

9.1.1离轴数字全息记录系统210

9.1.2数字全息图的记录及重建过程中透射光的传播特性211

9.1.3离轴数字全息系统的设计214

9.1.4数字全息系统的优化模拟及实验研究215

9.2 1-FFT方法重建波前的噪声研究及消除217

9.2.1数字全息图的衍射效率217

9.2.2零级衍射干扰的直接消除217

9.3可控放大率波前重建219

9.3.1可控放大率波前重建方法简介219

9.3.2可控放大率2-FFT波前重建实验221

9.4可控放大率波前重建中零级衍射干扰的抑制223

9.4.1球面波照射下数字全息图透射波的频谱分析223

9.4.2抑制零级衍射干扰的两种方法224

9.5物光通过光学系统的波前重建227

9.6数字全息在光学检测中的应用228

9.6.1实时数字全息检测透明物应力分布228

9.6.2物体三维形貌的数字全息检测231

9.6.3三维粒子场检测231

9.6.4时间平均法数字全息振动分析234

9.6.5飞秒级瞬态过程的数字全息检测技术235

9.6.6多功能数字全息检测系统237

习题9238

参考文献239

第10章 光波分复用中的基本器件与网络242

10.1光波在光纤中的传播242

10.1.1光纤中光传播的几何光学近似243

10.1.2光纤中光传播的波动光学理论245

10.2光纤布拉格光栅251

10.3光波在波导中的传播253

10.3.1波导中光传播的几何光学近似253

10.3.2波导中光传播的波动光学理论255

10.4平面阵列波导光栅263

10.5光信号的发送、接收和放大264

10.5.1半导体激光器264

10.5.2半导体光探测器267

10.5.3光纤放大器268

10.6光波分复用网络270

习题10271

参考文献272

附录A 衍射计算及数字全息的MATLAB基本程序274

附录B 信息光学教程光盘内容288