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第1章 光学和数学基础 1

1.1光的波动性描述 1

光波 1

辐照度、光强 2

波动方程 3

波函数 4

波函数的复数表示 8

空间频率 9

1.2数学基础 12

傅里叶变换 12

卷积和相关 18

Delta函数 21

一些常用函数 23

常用函数的傅里叶变换 29

参考文献 36

第2章 光波的衍射 38

2.1惠更斯-菲涅耳原理 38

2.2衍射的标量波理论 39

亥姆霍兹方程 40

亥姆霍兹-基尔霍夫积分定理 40

菲涅耳-基尔霍夫衍射公式 43

2.3菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射 46

菲涅耳衍射 48

夫琅禾费衍射 49

2.4薄透镜的光学性质 50

光波通过薄透镜的相位变化 50

透镜的傅里叶变换性质 54

2.5二元屏的夫琅禾费衍射 60

矩孔的夫琅禾费衍射 60

单缝的夫琅禾费衍射 62

圆孔的夫琅禾费衍射 64

直边的夫琅禾费衍射 72

2.6二元屏夫琅禾费衍射的进一步讨论 73

二元屏中心偏离光轴 73

双孔夫琅禾费衍射 74

双缝夫琅禾费衍射 75

2.7二元屏的菲涅耳衍射 78

矩孔的菲涅耳衍射 78

直边的菲涅耳衍射 83

单缝的菲涅耳衍射 85

圆孔的菲涅耳衍射 87

2.8巴比涅原理 88

2.9不等幅波前光波的衍射 91

2.10光栅的衍射 94

正弦光栅 94

正弦光栅的组合 100

二元光栅（黑白光栅） 104

参考文献 106

第3章 相干性理论基础 107

3.1光的干涉 107

叠加原理 107

两列平面波的干涉 107

条纹能见度 109

灵敏度矢量和空间频率 110

3.2时间相干性 112

非单色光源的时间相干性 112

等长波列窄带光源的时间相干性 117

相干时间和相干长度 123

复自相干度与功率谱密度 124

激光光源的时间相干性 134

3.3空间相干性 137

窄带扩展光源的空间相干性 137

激光光源的空间相干性 143

3.4时间-空间相干性 143

互相干函数和复相干度 143

准单色条件、互强度 147

准单色光空间相干性的传播性质 150

范西泰特-策尼克定理 154

星体干涉术 163

参考文献 167

第4章 激光光源 168

4.1激光的原理 169

原子发光机制 169

受激发射与热辐射 171

光在介质中的放大 174

激光振荡 176

4.2光学共振腔 179

共振腔模式 179

非共焦腔内基模的振荡 190

4.3全息干涉计量术常用的激光器 193

固体激光器 193

气体激光器 199

参考文献 205

第5章 全息照相的基本原理 206

5.1平面波形成的全息图——全息光栅 208

干涉条纹的质量 208

干涉条纹的记录和感光材料的性能 209

调制传递函数MTF 215

干涉条纹的两种主要类型——振幅型和相位型干涉条纹 217

5.2点光源形成的全息图 227

点光源全息图的记录 227

点光源全息图的再现 229

像的放大率 232

像的分辨率 234

5.3同轴全息图和离轴全息图 236

同轴全息图 236

离轴全息图 237

5.4菲涅耳全息图和夫琅禾费全息图以及傅里叶变换全息图 252

菲涅耳全息图和夫琅禾费全息图 252

傅里叶变换全息图 253

无透镜傅里叶变换全息图 257

参考文献 258

第6章 全息图的几种主要类型 259

6.1按参考光和物光的主光线方向分类 259

6.2按全息图干涉条纹信息的构成型式分类 259

6.3按记录时全息图所在物体衍射光场的位置分类 261

6.4按全息图再现的不同方式分类 261

透射全息图 262

反射全息图 263

6.5按全息图干涉条纹间距与记录介质厚度比例分类 264

克莱因参量 264

布拉格定律 265

透射型厚全息图 268

反射型厚全息图 269

体积全息图的衍射效率 271

6.6按全息图的再现光源分类 273

激光再现全息图 273

白光再现全息图 273

6.7按全息图的制作方法分类 279

光全息图 279

计算机全息图 279

刻蚀法全息图 283

模压法、模压全息图 284

烫印法、烫印全息图 285

6.8按制作全息图的记录材料分类 285

卤化银乳胶全息图 285

光导热塑全息图 286

光折变晶体全息图 287

重铬酸明胶全息图 289

光致抗蚀剂全息图 291

光致聚合物全息图 292

6.9按制作全息图所使用的波源分类 293

电磁波全息图 293

超声全息 303

参考文献 307

第7章 全息干涉计量的基本原理和方法 309

7.1单曝光法或实时全息法 309

基本原理 309

实验方法和装置 320

7.2双曝光法或二次曝光法 323

基本原理 323

物体的位移测量 327

三维位移场的测量 331

7.3连续曝光法或时间平均法 337

参考文献 341

第8章 不透明物体的全息干涉计量 343

8.1刚体平移和转动的测量 343

刚体运动的方程式组 343

瞬时转动中心和阻力中心的测定 346

8.2物体变形的测量 348

表面形变的数学表述 348

测量物体变形的条纹矢量理论 354

8.3干涉条纹的定域 362

全息条纹的观察和条纹定域的概念 362

全息干涉条纹的定域条件 366

用准直光照明得到的条纹定域 368

用球面光照明得到的条纹定域 373

示例 375

8.4分析全息干涉图一种简易方法 380

条纹间距方程式 381

条纹间距方程式的应用 383

参考文献 396

第9章 透明物体的全息干涉计量 397

9.1透明物体的全息干涉条纹的形成和定域 397

单色光在非均匀介质中的传播性质 398

相位物体的全息干涉计量术 405

漫射照明相位物体全息术中的条纹定域 417

9.2干涉条纹的分析 422

反转技术 422

由折射产生的误差 429

9.3应用示例 431

空气动力学和流体目视观测 432

等离子体诊断 434

热传导和物质传递 437

应力分析 439

参考文献 442

第10章 全息干涉计量中的一些特殊技术 446

10.1提高相位测量灵敏度的一些方法 446

非线性全息干涉计量术 446

双参考光全息干涉计量技术 456

多波长全息干涉计量方法 460

多通道全息干涉计量方法 462

10.2外差全息干涉计量术 463

外差全息干涉计量术的基本原理 463

外差全息干涉计量术实验 463

10.3全息等值线 465

用波长差产生等值线 465

用折射率的变化产生等值线 467

变化照明方向产生等值线 468

10.4比较全息干涉计量术 470

比较全息干涉计量术原理 470

实时比较全息干涉计量术 473

10.5全息剪切干涉计量方法 475

10.6实时全息的一些特殊方法 478

在实时全息中获得高反衬度干涉条纹的方法 479

同时获得高亮度检测光场和高衬比条纹的实时全息记录方法 493

在“参考光场”检测透明物的方法 497

采用移相器判断条纹序数 503

10.7大型结构的全息检测——大景深全息技术 505

远距离拍摄方法——等光程椭圆 505

大景深全息技术 507

参考文献 519

第11章 数字全息预备知识 523

11.1菲涅耳衍射的数值计算 523

菲涅耳衍射积分的两种表述形式 523

离散傅里叶变换与傅里叶变换的关系 525

奈奎斯特取样定律 529

菲涅耳衍射积分的运算及逆运算 529

11.2计算机图像的基础知识 537

三基色原理及图像的数字表示 537

图像文件的格式及BMP图像 538

真彩色图像转换为灰度图像的程序 541

11.3二维光波场强度分布的数字图像表示及程序实例 550

二维光波场强度分布的数字图像表示 550

二维光波场强度分布的数字图像程序实例 551

参考文献 555

第12章 平滑波面数字全息的基本理论 557

12.1基于菲涅耳衍射积分及其逆运算的数字全息 558

计算物体实像的菲涅耳衍射波面重建 559

计算物体虚像的菲涅耳衍射逆运算波面重建 562

菲涅耳数字全息波面重建系统的脉冲响应 562

12.2消除波面重建噪声的讨论 570

数字全息图的衍射效率 570

频域滤波法 571

消零级衍射光频域滤波法 575

空间载波相移法 577

时间相移法 580

12.3傍轴光学系统的数字全息 583

柯林斯公式及用柯林斯公式的逆运算实现波面重建 584

ABCD系统数字全息的波面重建实验研究 586

ABCD系统数字全息系统的脉冲响应 588

12.4消傍轴近似的数字全息 591

衍射场追迹重建波面的理论模拟 591

衍射场追迹重建波面的实验证明 595

12.5数字全息变焦系统 596

数字全息变焦系统简介 597

变焦系统研究 597

变焦系统的参数设计 598

变焦系统在数字实时全息中的应用 599

12.6三维场的数字全息重建实例 604

白炽灯点燃过程的实时全息干涉图像简介 604

白炽灯点燃过程的模拟研究 605

实际图像的处理 608

三维折射率场的重建 609

计算机模拟研究信息的讨论 611

参考文献 612

第13章 数字全息的统计光学表述及实际应用 614

13.1数字全息的统计光学表述 614

散射光的统计光学理论 615

散射光的波面重建 616

13.2两次曝光数字全息检测研究 618

物体表面形变与相干基元波相差的关系 618

双曝光全息图的统计光学表述 619

双光路两次曝光数字全息测量系统 621

形变物体及双曝光干涉场的数学描述 623

傅里叶变换重建模拟及实验证明 625

物平面光波场的卷积重建 630

消零级衍射干扰的物平面光波场高保真卷积重建 637

13.3三维面形的数字全息检测及相位测量技术 644

数字全息三维面形检测原理 645

等效光波的数字全息及绝对相位的计算 650

多波长等高线数字全息三维面形测量技术 651

改变照明光倾角的测量技术 654

13.4相位型数字全息图及波面重建 655

相位型数字全息图的形成及波面重建 656

理论模拟及实验证明 658

13.5散射光的真彩色数字全息 661

三基色光波重建计算涉及的主要问题 661

真彩色重建图像的显示及存储 662

真彩色图像重建的模拟 666

真彩色数字全息的实验研究 669

13.6数字全息的应用 670

三维粒子场检测 671

微机电系统的数字全息检测 675

材料物性参数的检测 675

时间平均法数字全息振动分析 679

生物体微形变检测 681

参考文献 683

第14章 应用 686

14.1全息干涉计量技术的应用 686

在力学研究、力学参数检测等方面的应用 686

微电子学中的应用 697

在分子物理学，流体力学，空气动力学中的应用 699

在空间技术、核技术、高能物理等方面的应用 707

应用于振动分析 709

14.2记录材料的进展 712

热塑记录材料的商品化 712

光折变晶体记录材料 713

多量子阱记录材料 714

液晶 715

噬菌调理素BR记录材料 716

14.3全息系统的智能化、小型化、多功能化 718

14.4脉冲全息与高功率激光的实时全息研究高速瞬变物理现象 724

参考文献 742

附录A 辐照度检测 752

A.1光照度的测量与计算 752

A.2光照度比的测量 755

A.3光密度的测量 756

A.4用测光表测量激光辐照度的读数修正 758

参考文献 761

附录B 卤化银记录材料的处理技术 762

B.1原理简介 762

B.2使用连续激光器记录的透射全息图的处理 763

获得高质量振幅型离轴、透射全息图的注意事项 763

获得高质量相位型、离轴、透射全息图的注意事项 764

B.3使用连续激光器记录的位相型反射全息图的处理 765

红光记录 765

绿光记录 768

B.4使用脉冲激光器记录的透射全息图的处理 769

获得高质量振幅型离轴、透射全息图的注意事项 769

获得高质量相位型离轴、透射全息图的注意事项 769

B.5使用脉冲激光器记录的反射全息图的处理 770

红光下获得高质量反射全息图的注意事项 770

绿光下获得高质量反射全息图的注意事项 770

参考文献 770

附录C 空间滤波器 物镜与针孔的选择 772

参考文献 778

附录D 防止准直透镜反射光的干扰 779

D.1准直透镜的内反射光的会聚点位置 779

D.2准直透镜的内反射光影响强弱的区域划分 782

条纹衬比V≈1的区域 783

条纹衬比V≈0.1的区域 784

条纹衬比V≈0.01的区域 784

实践中应注意的若干问题 784

参考文献 787

附录E 激光和人眼安全 788

E.1人眼结构 788

E.2激光的生物学效应 789

E.3激光器安全分类 793

E.4激光防护措施 795

参考文献 797

后记 799