信息光學(xué)教程

前言
第1章　數(shù)學(xué)預(yù)備知識(shí)
　1.1　常用的幾種非初等函數(shù)
　　1.1.1　矩形函數(shù)
　　1.1.2　sinc函數(shù)
　　1.1.3　階躍函數(shù)
　　1.1.4　符號(hào)函數(shù)
　　1.1.5　三角函數(shù)
　　1.1.6　高斯函數(shù)
　　1.1.7　圓域函數(shù)
　　1.1.8　狄拉克δ函數(shù)
　　1.1.9　梳狀函數(shù)
　1.2　二維傅里葉變換
　　1.2.1　二維傅里葉變換的定義和存在條件
　　1.2.2　傅里葉變換定理
　　1.2.3　二維傅里葉變換在極坐標(biāo)下的表示
　1.3　線性系統(tǒng)
　　1.3.1　線性系統(tǒng)的定義
　　1.3.2　脈沖響應(yīng)和疊加積分
　　1.3.3　二維線性不變系統(tǒng)的定義
　　1.3.4　線性不變系統(tǒng)的傳遞函數(shù)和本征函數(shù)
　1.4　二維抽樣定理
　　1.4.1　函數(shù)的抽樣
　　1.4.2　原函數(shù)的復(fù)原
　　1.4.3　空間一帶寬積
　習(xí)題1
　參考文獻(xiàn)
第2章　標(biāo)量衍射理論
　2.1　光波的復(fù)函數(shù)表示
　　2.1.1　單色光的復(fù)函數(shù)表示
　　2.1.2　三維空間中光波場(chǎng)的表達(dá)式
　　2.1.3　空間平面上平面波及球面波的復(fù)振幅
　2.2　標(biāo)量衍射理論
　　2.2.1　波動(dòng)方程
　　2.2.2　衍射的角譜理論
　　2.2.3　基爾霍夫公式及瑞利一索末菲公式
　　2.2.4　衍射問題的傍軸近似——菲涅耳衍射積分
　　2.2.5　夫瑯禾費(fèi)衍射
　2.3　夫瑯禾費(fèi)衍射的計(jì)算實(shí)例
　　2.3.1　矩形孔在透鏡焦平面上的衍射圖像
　　2.3.2　圓形孔的夫瑯禾費(fèi)衍射
　　2.3.3　振幅型正弦光柵的夫瑯禾費(fèi)衍射
　2.4　菲涅耳衍射積分的計(jì)算及應(yīng)用實(shí)例
　　2.4.1　正弦振幅光柵的菲涅耳衍射
　　2.4.2　矩形孔的菲涅耳衍射
　　2.4.3　直邊衍射條紋的間距公式
　2.5　柯林斯公式
　　2.5.1　傍軸光學(xué)系統(tǒng)的ABCD矩陣表示
　　2.5.2　矩陣元素分別取零值時(shí)光學(xué)系統(tǒng)的性質(zhì)
　　2.5.3　柯林斯公式
　　2.5.4　柯林斯公式與菲涅耳衍射積分的比較
　習(xí)題2
　參考文獻(xiàn)
第3章　衍射積分的快速傅里葉變換計(jì)算
　3.1　離散傅里葉變換與傅里葉變換的關(guān)系
　　3.1.1　空域連續(xù)函數(shù)的離散及延拓
　　3.1.2　離散傅里葉變換與傅里葉變換的關(guān)系
　3.2　菲涅耳衍射積分的快速傅里葉變換計(jì)算
　　3.2.1　菲涅耳衍射積分的S-FFT算法
　　3.2.2　菲涅耳衍射的S-FFT計(jì)算與實(shí)際測(cè)量的比較
　　3.2.3　菲涅耳衍射的D-FFT算法
　　3.2.4　使用解析形式的傳遞函數(shù)計(jì)算衍射的實(shí)驗(yàn)證明
　3.3　菲涅耳衍射變換及其在二元光學(xué)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
　　3.3.1　菲涅耳衍射變換
　　3.3.2　二元光學(xué)元件
　　3.3.3　二元光學(xué)元件設(shè)計(jì)的Gerchberg-Saxton(GS)算法
　　3.3.4　二元?學(xué)標(biāo)記元件設(shè)計(jì)實(shí)例
　3.4　經(jīng)典衍射公式及其快速傅里葉變換計(jì)算
　　3.4.1　基爾霍夫公式及瑞利一索末菲公式的卷積形式“
　　3.4.2　經(jīng)典衍射公式的統(tǒng)一表述
　　3.4.3　經(jīng)典衍射公式D-FFT計(jì)算取樣條件的討論
　　3.4.4　基于能量守恒原理對(duì)實(shí)際取樣條件的討論
　　3.4.5　不同衍射積分的計(jì)算實(shí)例
　　3.4.6　不同衍射公式的FFT計(jì)算研究小結(jié)
　習(xí)題3
　參考文獻(xiàn)
第4章　衍射受限成像及成像系統(tǒng)
　4.1　基于柯林斯公式討論透鏡的光學(xué)變換性質(zhì)
　　4.1.1　物體在透鏡前
　　4.1.2　物體在透鏡后
　　4.1.3　透鏡孔徑引起的漸暈效應(yīng)
　4.2　衍射受限成像
　　4.2.1　衍射受限成像系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)
　　4.2.2　衍射受限成像系統(tǒng)像光場(chǎng)的計(jì)算
　　4.2.3　衍射受限成像實(shí)驗(yàn)及理論模擬
　4.3　衍射受限成像系統(tǒng)的相干傳遞函數(shù)
　　4.3.1　出射光瞳較大時(shí)成像系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)
　　4.3.2　衍射受限成像系統(tǒng)的相干傳遞函數(shù)
　　4.3.3　‘像差對(duì)系統(tǒng)傳遞函數(shù)的影響
　4.4　衍射受限系統(tǒng)的非相干傳遞函數(shù)
　　4.4.1　衍射受限系統(tǒng)的光學(xué)傳遞函數(shù)
　　4.4.2　衍射受限系統(tǒng)的光學(xué)傳遞函數(shù)和相干傳遞函數(shù)的關(guān)系
　　4.4.3　光學(xué)傳遞函數(shù)的一般性質(zhì)和意義
　　4.4.4　衍射受限系統(tǒng)的OTF的計(jì)算
　　4.4.5　有像差的光學(xué)傳遞函數(shù)OTF
　　4.4.6　有離焦像差的光學(xué)傳遞函數(shù)及成像計(jì)算
　4.5　相干成像與非相干成像系統(tǒng)的比較
　　4.5.1　兩個(gè)點(diǎn)物像分辨極限的比較
　　4.5.2　像強(qiáng)度頻譜的比較
　　4.5.3　圖像階躍邊沿響應(yīng)的比較與分析
　　4.5.4　相干光照明的散斑效應(yīng)
　習(xí)題4
　參考文獻(xiàn)
第5章　部分相干?論
　5.1　引言
　5.2　可見度
　5.3　互相干函數(shù)及相干度
　5.4　時(shí)間相干和空間相干
　5.5　恒星干涉儀
　習(xí)題5
　參考文獻(xiàn)
第6章　光學(xué)信息處理
　6.1　阿貝二次成像理論和阿貝-波特實(shí)驗(yàn)空間頻率濾波系統(tǒng)
　　6.1.1　阿貝二次成像理論
　　6.1.2　阿貝一波特實(shí)驗(yàn)
　6.2　空間頻率濾波系統(tǒng)和空間濾波器
　　6.2.1　空間頻率濾波系統(tǒng)
　　6.2.2　空間濾波器
　　6.2.3　Vanderlugt濾波器
　　6.2.4　Vanderlugt濾波器的使用
　6.3?空間濾波器的應(yīng)用實(shí)例
　　6.3.1　策尼克相襯顯微鏡
　　6.3.2　Marechal的工作和補(bǔ)償濾波器
　6.4　相干光信息處理系統(tǒng)
　　6.4.1　多重像的實(shí)現(xiàn)
　　6.4.2　圖像的相減和相加
　　6.4.3　圖像的特征識(shí)別
　　6.4.4　逆濾波器和圖像的恢復(fù)
　6.5　非相干光信息處理系統(tǒng)
　　6.5.1　兩幅圖像乘積的積分
　　6.5.2　兩幅圖像的卷積和相關(guān)運(yùn)算
　習(xí)題6
　參考文獻(xiàn)
第7章　全息照相
　7.1　全息照相的基本原理
　　7.1.1　平面波形成的全息圖——全息光柵
　　7.1.2　點(diǎn)光源形成的全息圖(點(diǎn)源全息圖)
　　7.1.3　同軸全息圖和離軸全息圖
　　7.1.4　菲涅耳全息圖和夫瑯禾費(fèi)全息圖及傅里葉變換全息圖
　7.2　幾種其他主要類型的全息圖
　　7.2.1　體積(厚)全息圖
　　7.2.2　白光再現(xiàn)全息圖
　　7.2.3　浮雕全息圖
　　7.2.4　脈沖全息圖
　7.3　全息照相的應(yīng)用概況
　　7.3.1　全息顯示
　　7.3.2　全息光學(xué)元件HOE
　　7.3.3　全息信息存儲(chǔ)
　習(xí)題7
　參考文獻(xiàn)
第8章　全息干涉計(jì)量
　8.1　單曝光法或?qū)崟r(shí)全息法
　　8.1.1　基本原理
　　8.1.2　實(shí)驗(yàn)方法和裝置
　　8.1.3　實(shí)時(shí)全息干涉計(jì)量實(shí)例
　8.2　二次曝光全息干涉計(jì)量或雙曝光法
　　8.2.1　基本原理
　　8.2.2　應(yīng)用實(shí)例
　8.3　時(shí)間平均法原理及其應(yīng)用
　8.4　全息系統(tǒng)的智能化、小型化、多功能化
　習(xí)題8
　參考文獻(xiàn)
第9章　數(shù)字全息
　9.1　離軸數(shù)字全息及波前的1-FFT重建
　　9.1.1　離軸數(shù)字全息記錄系統(tǒng)
　　9.1.2　數(shù)字全息圖的記錄及重建過程中透射光的傳播特性
?　9.1.3　離軸數(shù)字全息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
　　9.1.4　數(shù)字全息系統(tǒng)的優(yōu)化模擬及實(shí)驗(yàn)研究
　9.2　1-FFT方法重建波前的噪聲研究及消除
　　9.2.1　數(shù)字全息圖的衍射效率
　　9.2.2　零級(jí)衍射干擾的直接消除
　9.3　可控放大率波前重建
　　9.3.1　可控放大率波前重建方法簡(jiǎn)介
　　9.3.2　可控放大率2-FFT波前重建實(shí)驗(yàn)
　9.4　可控放大率波前重建中零級(jí)衍射干擾的抑制
　　9.4.1　球面波照射下數(shù)字全息圖透射波的頻譜分析
　　9.4.2　抑制零級(jí)衍射干擾的兩種方法
　9.5　物光通過光學(xué)系統(tǒng)的波前重建
　9.6　數(shù)字全息在光學(xué)檢測(cè)中的應(yīng)用
　　9.6.1　實(shí)時(shí)數(shù)字全息檢測(cè)透明物應(yīng)力分布
　　9.6.2　物體三維形貌的數(shù)字全息檢測(cè)
　　9.6.3　三維粒子場(chǎng)檢測(cè)
　　9.6.4　時(shí)間平均法數(shù)字全息振動(dòng)分析
　　9.6.5　飛秒級(jí)瞬態(tài)過程的數(shù)字全息檢測(cè)技術(shù)
　　9.6.6　多功能數(shù)字全息檢測(cè)系統(tǒng)
　習(xí)題9
　參考文獻(xiàn)
第10章　光波分復(fù)用中的基本器件與網(wǎng)絡(luò)
　10.1　光波在光纖中的傳播
　　10.1.1　光纖中光傳播的幾何光學(xué)近似
　　10.1.2　光纖中光傳播的波動(dòng)?學(xué)理論
　10.2　光纖布拉格光柵
　10.3　光波在波導(dǎo)中的傳播
　　10.3.1　波導(dǎo)中光傳播的幾何光學(xué)近似
　　10.3.2　波導(dǎo)中光傳播的波動(dòng)光學(xué)理論
　10.4　平面陣列波導(dǎo)光柵
　10.5　光信號(hào)的發(fā)送、接收和放大
　　10.5.1　半導(dǎo)體激光器
　　10.5.2　半導(dǎo)體光探測(cè)器
　　10.5.3　光纖放大器
　10.6　光波分復(fù)用網(wǎng)絡(luò)
　習(xí)題10
　參考文獻(xiàn)
附錄A　衍射計(jì)算及數(shù)字全息的MATLAB基本程序
附錄B　信息光學(xué)教程光盤內(nèi)容