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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8

2.1.5　具有圆对称性的函数：傅里叶-贝塞尔变换9

2.1.6　一些常用函数和一些有用的傅里叶变换对11

2.2　空间频率和空间频率的局域化14

2.3　线性系统16

2.3.1　线性性质与叠加积分17

2.3.2　线性不变系统：传递函数18

2.4.1　Whittaker-Shannon抽样定理20

2.4　二维抽样理论20

2.4.2　空间-带宽积23

习题24

第3章　标量衍射理论基础28

3.1　历史引言28

3.2　从矢量理论到标量理论31

3.3　一些数学预备知识34

3.3.1　亥姆霍兹方程34

3.3.3　亥姆霍兹和基尔霍夫的积分定理35

3.3.2　格林定理35

3.4　平面屏幕衍射的基尔霍夫公式38

3.4.1　积分定理的应用38

3.4.2　基尔霍夫边界条件39

3.4.3　菲涅耳-基尔霍夫衍射公式40

3.5　瑞利-索末菲衍射公式42

3.5.1　格林函数的别种选法42

3.5.2　瑞利-索末菲衍射公式44

3.6　基尔霍夫理论和瑞利-索末菲理论的比较45

3.7　惠更斯-菲涅耳原理的进一步讨论47

3.8　推广到非单色波48

3.9　边界上的衍射49

3.10　平面波的角谱50

3.10.1　角谱及其物理解释50

3.10.2　角谱的传播51

3.10.3　衍射孔径对角谱的效应53

3.10.4　传播现象作为一个线性的空间滤波器54

习题55

第4章　菲涅耳衍射与夫琅禾费衍射57

4.1　背景57

4.1.1　波场的强度57

4.1.2　直角坐标系中的惠更斯-菲涅耳原理59

4.2　菲涅耳近似59

4.2.1　正相位还是负相位61

4.2.2　菲涅耳近似的精度62

4.2.3　菲涅耳近似和角谱65

4.2.4　两个共焦球面之间的菲涅耳衍射66

4.3　夫琅禾费近似67

4.4　夫琅禾费衍射图样的例子68

4.4.1　矩形孔径68

4.4.2　圆形孔径70

4.4.3　薄正弦振幅光栅71

4.4.4　薄正弦相位光栅74

4.5　计算菲涅耳衍射的例子76

4.5.1　方孔径的菲涅耳衍射76

4.5.2　正弦振幅光栅产生的菲涅耳衍射——塔尔博特像78

习题82

第5章　相干光学系统的波动光学分析88

5.1　薄透镜作为相位变换器88

5.1.1　厚度函数89

5.1.2　傍轴近似90

5.1.3　相位变换及其物理意义90

5.2　透镜的傅里叶变换性质92

5.2.1　输入紧靠透镜93

5.2.2　输入位于透镜之前95

5.2.3　输入位于透镜之后96

5.2.4　光学傅里叶变换的一个例子97

5.3　成像：单色光照明98

5.3.1　正透镜的脉冲响应98

5.3.2　消去二次位相因子：透镜定律100

5.3.3　物和像之间的关系102

5.4　复杂相干光学系统的分析104

5.4.1　算符记号104

5.4.2　算符方法对一些光学系统的应用106

习题109

第6章　光学成像系统的频谱分析114

6.1　成像系统的一般分析114

6.1.1　普遍模型114

6.1.2　衍射对像的影响116

6.1.3　多色光照明：相干情形和非相干情形118

6.2　衍射置限相干成像系统的频率响应121

6.2.1　振幅传递函数121

6.2.2　振幅传递函数的例子123

6.3　衍射置限非相干成像系统的频率响应124

6.3.1　光学传递函数124

6.3.2　OTF的一般性质125

6.3.3　无像差系统的OTF126

6.3.4　衍射置限系统的OTF的例子128

6.4　像差及其对频率响应的影响130

6.4.1　广义光瞳函数131

6.4.2　像差对振幅传递函数的影响131

6.4.3　像差对OTF的影响132

6.4.4　简单像差的例子：聚焦误差133

6.4.5　切趾法及其对频率响应的影响136

6.5　相干成像和非相干成像的比较139

6.5.1　像强度的频谱139

6.5.2　两点分辨率141

6.5.3　其他效应143

6.6　超越经典衍射极限的分辨率145

6.6.1　数学基础145

6.6.2　带宽外推的直观解释146

6.6.3　基于抽样定理的一种外推方法146

6.6.4　一种迭代外推方法148

6.6.5　实际限制150

习题150

第7章　波前调制155

7.1　用照相胶片进行波前调制155

7.1.1　曝光、显影和定影的物理过程155

7.1.2　术语的定义157

7.1.3　非相干光学系统中的胶片158

7.1.4　相干光学系统中的胶片160

7.1.5　调制传递函数162

7.1.6　照相乳胶的漂白163

7.2　空间光调制器165

7.2.1　液晶的性质166

7.2.2　基于液晶的空间光调制器173

7.2.3　磁光空间光调制器177

7.2.4　可形变反射镜空间光调制器179

7.2.5　多量子阱空间光调制器181

7.2.6　声光空间光调制器184

7.3　衍射光学元件187

7.3.1　二元光学188

7.3.2　其他类型的衍射光学元件190

7.3.3　几句提醒的话191

习题191

第8章　模拟光学信息处理193

8.1　历史背景193

8.1.1　阿贝-波特实验193

8.1.2　泽尼克相衬显微镜196

8.1.3　照片质量的改善：Maréchal的工作197

8.1.4　通信理论观点的兴起198

8.2　非相干图像处理系统199

8.1.5　相干光学对更普遍的数据处理的应用199

8.2.1　基于几何类光学的系统200

8.2.2　包含衍射效应的系统203

8.3　相干光信息处理系统205

8.3.1　相干系统的结构206

8.3.2　对滤波器实现的限制209

8.4　VanderLugt滤波器210

8.4.1　频率平面掩模的合成210

8.4.2　处理输入数据213

8.4.3　VanderLugt滤波器的优点215

8.5　联合变换相关器215

8.6　对特征识别的应用218

8.6.1　匹配滤波器218

8.6.2　一个特征识别问题219

8.6.3　特征识别机的光学合成法221

8.7　不变的图样识别223

8.6.4　对尺寸大小和旋转的敏感性223

8.7.1　梅林相关器224

8.7.2　圆谐波相关225

8.7.3　合成判别式函数227

8.8　图像恢复228

8.8.1　逆滤波器228

8.8.2　维纳滤波器或最小均方误差滤波器229

8.8.3　滤波器的实现230

8.9.1　合成孔径的形成234

8.9　合成孔径雷达数据处理234

8.9.2　采集到的数据和记录样式235

8.9.3　透明胶片的聚焦性质237

8.9.4　二维像的生成240

8.9.5　倾斜平面处理器242

8.10　声光信号处理系统244

8.10.1　布拉格单元频谱分析仪245

8.10.2　空间积分相关器246

8.10.3　时间积分相关器248

8.10.4　其他声光信号处理系统250

8.11　离散模拟光学处理器250

8.11.1　信息和系统的离散表示250

8.11.2　串行矩阵-矢量乘法器251

8.11.3　并行的非相干光矩阵-矢量乘法器252

8.11.4　外积处理器254

8.11.5　其他离散处理系统255

8.11.6　处理双极性数据和复数数据的方法255

习题256

第9章　全息术261

9.1　历史引言261

9.2　波前重建问题262

9.2.1　振幅与相位的记录262

9.2.2　记录介质263

9.2.3　原始波前的重建263

9.2.5　全息术成像264

9.2.4　全息过程的线性性质264

9.3　伽博全息图266

9.3.1　参考波的来源266

9.3.2　孪生像267

9.3.3　伽博全息图的局限性268

9.4　利思-乌帕特尼克斯全息图268

9.4.1　全息图的记录268

9.4.2　获得重建像269

9.4.3　最小参考角271

9.4.4　三维景物全息术272

9.4.5　全息术的实际问题274

9.5　像的位置和放大率276

9.5.1　像的位置277

9.5.2　轴向放大率和横向放大率279

9.5.3　一个例子280

9.6　不同类型的全息图简介281

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281

9.6.2　透射全息图和反射全息图282

9.6.3　全息立体照片284

9.6.4　彩虹全息图285

9.6.5　合成全息图287

9.6.6　模压全息图288

9.7　厚全息图289

9.7.1　记录体全息光栅290

9.7.2　从体光栅重建波前291

9.7.3　更复杂的记录光路的条纹方向292

9.7.4　有限大小的光栅293

9.7.5　衍射效率——耦合波理论295

9.8　记录材料303

9.8.1　卤化银感光乳剂303

9.8.2　光聚合物胶片304

9.8.3　重铬酸盐明胶305

9.8.4　光折变晶体材料305

9.9　计算全息图307

9.9.1　抽样问题308

9.9.3　表示问题311

9.9.2　计算问题311

9.10　全息像像质的劣化318

9.10.1　胶片MTF的影响319

9.10.2　胶片非线性的影响321

9.10.3　胶片颗粒噪声的效应323

9.10.4　散斑噪声323

9.11　使用空间非相干光的全息术323

9.12　全息术的应用326

9.12.1　显微术和高分辨率体成像326

9.12.2　干涉测量术327

9.12.3　通过致畸变介质成像331

9.12.4　全息数据存储334

9.12.5　用于人工神经网络的全息加权336

9.12.6　其他应用339

习题339

10.1　引言343

10.2　布拉格光纤光栅343

第10章　光通信中的傅里叶光学343

10.2.1　光纤简介344

10.2.2　在光纤中记录光栅346

10.2.3　FBG对光纤中光传播的影响347

10.2.4　FBG的应用349

10.2.5　工作在透射方式的光栅352

10.3　超短脉冲的整形和处理352

10.3.1　时间频率到空间频率的变换352

10.3.2　脉冲整形系统354

10.3.3　谱脉冲整形的应用355

10.4　光谱全息术357

10.4.1　全息图的记录357

10.4.2　信号的重建359

10.4.3　参考脉冲和信号波形之间延迟的影响361

10.5　阵列波导光栅362

10.5.1　阵列波导光栅的基本部件362

10.5.2　阵列波导光栅的应用368

习题372

附录A　δ函数和傅里叶变换定理374

A.1　δ函数374

A.2　傅里叶变换定理的推导376

附录B　傍轴几何光学简介381

B.1　几何光学的领域381

B.2　折射、斯涅耳定律和傍轴近似383

B.3　光线传播矩阵383

B.4　共轭面、焦面和主面386

B.5　入射光瞳和出射光瞳390

附录C　偏振和琼斯矩阵392

C.1　琼斯矩阵的定义392

C.2　简单偏振变换的例子393

C.3　反射偏振器件395

附录D　光栅方程397

参考文献399

汉英对照索引414

译后记432