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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1 15

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2 42

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3 64

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（）TF 85

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4 98

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5 112

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6 133

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HOE 175

7.3.3全息信息存储 176

习题7 177

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8 206

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9 238

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10 271

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