物理光學(xué)漫步：衍射計(jì)算理論及應(yīng)用研究故事

1  引子——連環(huán)畫《光史漫話》新編  001
1.1  《光史漫話》    002
1.2  《光史漫話》編后語    010
2  訪問物理光學(xué)的締造者——菲涅耳  011
2.1  時(shí)空穿越到1818年的巴黎    012
2.2  巴黎圣母院前方小憩    013
2.3  惠更斯原理    013
2.4  惠更斯-菲涅耳原理    014
2.5  巴黎科學(xué)懸獎(jiǎng)競(jìng)賽大會(huì)    016
2.6  麥克斯韋方程    016
2.7  物理光學(xué)的締造者——菲涅耳    017
3  重溫1818年菲涅耳獲大獎(jiǎng)的學(xué)術(shù)報(bào)告  021
3.1  難忘的旅行    022
3.2  重溫菲涅耳獲大獎(jiǎng)的學(xué)術(shù)報(bào)告    022
3.3  學(xué)習(xí)與思考    029
3.4  第一次編程計(jì)算結(jié)果的討論    035
4  麥克斯韋方程出現(xiàn)前的菲涅耳衍射積分  039
4.1  肖教授的感慨    040
4.2  光波的復(fù)函數(shù)表示    041
4.3  歐拉公式    042
4.4  構(gòu)建復(fù)函數(shù)表示的菲涅耳衍射積分    046
4.5  近代光學(xué)名著介紹    049
5  菲涅耳半波帶法計(jì)算實(shí)例  051
5.1  自己動(dòng)手重做200年前菲涅耳的實(shí)驗(yàn)    052
5.2  圓孔衍射的半波帶法計(jì)算和相關(guān)實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備    053
附錄　平面波照明圓孔衍射的半波帶法計(jì)算公式    057
6  菲涅耳的直邊衍射條紋及泊松斑紋公式  069
6.1  菲涅耳的直邊衍射條紋分布公式    070
6.2  菲涅耳的“泊松斑紋”分布公式    071
6.3  “泊松斑紋”分布公式的實(shí)驗(yàn)證明    075
6.4  波面半徑及外部衍射條紋的測(cè)試    078
6.5  學(xué)姐的幫助    080
附錄　球面波照明下的菲涅耳衍射積分運(yùn)算    083
7  半波帶法及菲涅耳微波元法計(jì)算研究  085
7.1  圓孔衍射的半波帶法計(jì)算    086
7.2  圓孔衍射的半波帶法計(jì)算結(jié)果分析    087
7.3  衍射場(chǎng)強(qiáng)度的菲涅耳微波元計(jì)算法    088
7.4  菲涅耳微波元法的初次實(shí)驗(yàn)證明    089
7.5  彭師姐的回答    094
8  菲涅耳衍射積分離散計(jì)算時(shí)的光場(chǎng)克隆研究  103
8.1  菲涅耳衍射積分的微波元算法    104
8.2  克隆場(chǎng)周期的歸納法研究    105
8.3  自制物平面光闌的實(shí)驗(yàn)證明    111
附錄　微波元法計(jì)算的克隆場(chǎng)研究    114
9  數(shù)字全息簡(jiǎn)介及衍射數(shù)值計(jì)算的理論補(bǔ)充  119
9.1  彭穎其人    120
9.2  彭穎給兩位年輕人的微信    121
9.3  三維物體的傳統(tǒng)全息拍攝及顯示    122
9.4  三維物體的數(shù)字全息圖拍攝及顯示    126
9.5  角譜衍射計(jì)算程序引起的困惑    132
9.6  角譜衍射的數(shù)值計(jì)算理論補(bǔ)充    134
10  菲涅耳函數(shù)的菲涅耳算法  139
10.1  何為菲涅耳函數(shù)    140
10.2  菲涅耳函數(shù)的菲涅耳算法    141
10.3  菲涅耳函數(shù)的積分鏈接算法    147
10.4  直邊衍射條紋間距公式的推導(dǎo)    150
附錄  用菲涅耳1818年的實(shí)驗(yàn)對(duì)直邊衍射條紋間距公式做實(shí)驗(yàn)證明    152
11  菲涅耳函數(shù)的計(jì)算公式及其應(yīng)用  157
11.1  樊老師給的研究任務(wù)    158
11.2  菲涅耳函數(shù)的兩組近似計(jì)算公式    160
11.3  兩種菲涅耳函數(shù)計(jì)算公式的精度比較    161
11.4  菲涅耳函數(shù)的改進(jìn)計(jì)算式    163
11.5  菲涅耳函數(shù)的應(yīng)用實(shí)例    164
11.6  幾種特殊衍射問題的計(jì)算公式    166
11.7  特殊衍射問題計(jì)算公式的實(shí)驗(yàn)證明    168
12  反射式離軸光學(xué)系統(tǒng)的相干光成像計(jì)算  173
12.1  肖教授的來信    174
12.2  強(qiáng)激光分布整形課題    175
12.3  研究方案    177
12.4  成像系統(tǒng)的理論研究    179
12.5  非成像系統(tǒng)與成像系統(tǒng)的理論比較    183
12.6  實(shí)驗(yàn)證明    185
12.7  新型光學(xué)系統(tǒng)及在激光熱處理中的實(shí)際應(yīng)用    186
13  幾何光學(xué)輔助的相干光成像計(jì)算  189
13.1  方形激光斑疊像器工作原理    190
13.2  光學(xué)系統(tǒng)變換性能的理論研究方案    192
13.3  疊加像光場(chǎng)的理論分析    193
13.4  李老師的建議    200
14  相干光成像經(jīng)典理論的再研究  203
14.1  研究背景    204
14.2  學(xué)術(shù)講座上的感慨    205
14.3  基于光波場(chǎng)的空間追跡導(dǎo)出相干光成像公式    207
14.4  光學(xué)名著《光學(xué)原理》中的相干光成像理論    208
14.5  2000年在里昂應(yīng)用科技學(xué)院的實(shí)驗(yàn)研究    211
14.6  無傍軸近似的相干光成像計(jì)算    216
14.7  結(jié)束語    218
15  一個(gè)擱置30年科研難題的答案——相干光成像公式的應(yīng)用實(shí)例  221
15.1  相干光成像計(jì)算理論    222
15.2  熱敏紙采樣圖像與吸收激光熱能的關(guān)系    223
15.3  光學(xué)系統(tǒng)出射光瞳的討論    226
15.4  彭師姐對(duì)疊像光斑的第一次計(jì)算    228
15.5  成像公式用于光學(xué)系統(tǒng)的計(jì)算研究    231
16  相干光成像的振鈴震蕩計(jì)算及像質(zhì)評(píng)價(jià)研究  237
16.1  研究背景及物理意義    238
16.2  師生合作的研究任務(wù)    238
16.3  振鈴震蕩計(jì)算理論    240
16.4  實(shí)驗(yàn)研究    243
16.5  像質(zhì)評(píng)價(jià)理論公式簡(jiǎn)介    245
16.6  彭穎的初次理論模擬    246
16.7  振鈴震蕩的再次模擬及詳細(xì)討論    249
16.8  消振鈴震蕩干擾的探索研究    252
17  相干傳遞函數(shù)的物理意義及實(shí)驗(yàn)測(cè)定  257
17.1  研究背景    258
17.2  兩種相干光成像計(jì)算理論的學(xué)習(xí)    259
17.3  相干傳遞函數(shù)的實(shí)驗(yàn)測(cè)量理論    261
17.4  顯微數(shù)字全息測(cè)試系統(tǒng)    262
17.5  相干傳遞函數(shù)的實(shí)際測(cè)試    264
17.6  研究工作小結(jié)    267
18  消相位畸變的光學(xué)移頻超分辨率成像　  269
18.1  講座背景    270
18.2  光學(xué)移頻超分辨率成像技術(shù)的理論分析    271
18.3  離軸像面數(shù)字全息光學(xué)移頻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)    274
18.4  理論模擬    275
18.5  消除像光場(chǎng)相位干擾的理論研究    278
18.6  問題討論    281
19  一道光學(xué)題后的科學(xué)研究故事——時(shí)空穿越法國三日游  287
19.1  時(shí)空穿越旅行方案    288
19.2  巴黎之旅    288
19.3  光學(xué)設(shè)計(jì)的再學(xué)習(xí)    290
19.4  有趣的插曲    293
19.5  光學(xué)系統(tǒng)測(cè)試時(shí)遇到的疑惑    296
19.6  里昂半日游及時(shí)空穿越返回北京    298
19.7  光學(xué)習(xí)題及其解答    300
20  一項(xiàng)國際領(lǐng)先的全息照相科研成果——大景深全息圖賞析  303
20.1  科學(xué)研究中基礎(chǔ)理論重要性的體會(huì)    304
20.2  彭穎致兩位師弟的赴昆邀請(qǐng)    310
20.3  大景深全息圖的拍攝理論    311
20.4  大景深全息圖拍攝實(shí)例    315
20.5  昆明之行    317
附錄　MATLAB程序及相關(guān)資源  324
結(jié)束語    325