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第1章 二维线性系统分析 1

1．1 线性系统 1

1．1．1 线性系统的定义 1

1．1．2 脉冲响应和叠加积分 2

1．2 二维傅里叶变换 3

1．2．1 二维傅里叶变换定义及存在条件 3

1．2．2 极坐标下的二维傅里叶变换和傅里叶-贝塞尔变换 5

1．2．3 虚、实、奇、偶函数傅里叶变换的性质 6

1．2．4 二维傅里叶变换定理 7

1．2．5 常用二维傅里叶变换举例 9

1．3 二维线性不变系统 10

1．3．1 二维线性不变系统的定义 10

1．3．2 二维线性不变系统的传递函数 12

1．3．3 线性不变系统的本征函数 13

1．3．4 级联系统 15

1．4 抽样定理 16

1．4．1 函数的抽样 17

1．4．2 原函数的复原 19

1．4．3 空间-带宽积 21

习题 22

第2章 标量衍射的角谱理论 24

2．1 光波的数学描述 24

2．1．1 光振动的复振幅和亥姆霍兹方程 25

2．1．2 球面波的复振幅表示 26

2．1．3 平面波的复振幅表示 28

2．1．4 平面波的空间频率 29

2．2 复振幅分布的角谱及角谱的传播 30

2．2．1 复振幅分布的角谱 30

2．2．2 平面波角谱的传播 31

2．2．3 衍射孔径对角谱的作用 34

2．3 标量衍射的角谱理论 35

2．3．1 惠更斯-菲涅耳-基尔霍夫标量衍射理论的简要回顾 35

2．3．2 平面波角谱的衍射理论 36

2．3．3 菲涅耳衍射公式 37

2．4 夫琅禾费衍射与傅里叶变换 38

2．5 菲涅耳衍射和分数傅里叶变换 40

2．5．1 分数傅里叶变换的定义 41

2．5．2 分数傅里叶变换的几个基本性质 43

2．5．3 用分数傅里叶变换表示菲涅耳衍射 43

习题 47

第3章 光学成像系统的频率特性 49

3．1 透镜的相位变换作用 49

3．2 透镜的傅里叶变换性质 51

3．2．1 物在透镜之前 52

3．2．2 物在透镜后方 55

3．2．3 透镜的孔径效应 56

3．3 透镜的一般变换特性 57

3．4 相干照明衍射受限系统的成像分析 59

3．4．1 透镜的点扩散函数 60

3．4．2 衍射受限系统的点扩散函数 62

3．4．3 相干照明下衍射受限系统的成像规律 64

3．5 衍射受限系统的相干传递函数 66

3．6 衍射受限系统的非相干传递函数 70

3．6．1 非相干成像系统的光学传递函数(OTF) 70

3．6．2 OTF与CTF的关系 73

3．6．3 衍射受限的OTF 73

3．7 有像差系统的传递函数 77

3．8 相干与非相干成像系统的比较 79

3．8．1 截止频率 79

3．8．2 像强度的频谱 80

3．8．3 两点分辨 82

习题 83

第4章 部分相干理论 85

4．1 实多色场的复值表示 85

4．2 时间相干性、自相干函数与复自相干度 86

4．2．1 非单色光的分振幅干涉及其数学描述 86

4．2．2 自相干函数与复自相干度 87

4．2．3 复自相干度与光功率谱密度的关系 89

4．2．4 相干时间和相干长度 90

4．3 空间相干性、互相干函数和复相干度 92

4．3．1 分波面干涉及其数学描述 92

4．3．2 互相干函数和复相干度 94

4．3．3 互相干函数和互相干度的测量 96

4．4 准单色条件、互强度和复相干因子 97

4．4．1 准单色条件 97

4．4．2 互强度和复相干因子 97

4．4．3 相干面积 98

4．5 准单色光的传播和衍射 99

4．5．1 自由空间中准单色场互相干性的传播 100

4．5．2 薄透明物体对互强度的影响 102

4．5．3 部分相干光的衍射 103

4．6 范西特-策尼克定理 106

4．6．1 范西特-策尼克定理 106

4．6．2 均匀圆形光源 108

4．6．3 迈克耳孙测星干涉仪 110

4．7 部分相干场中透镜的傅里叶变换性质 111

4．8 部分相干光成像 113

4．8．1 准单色光照明光学系统的物像关系 113

4．8．2 准单色光照明下光学系统的频率响应 115

习题 117

第5章 光全息术 119

5．1 引言 119

5．2 全息术原理——波前记录与再现 120

5．2．1 波前记录 120

5．2．2 波前再现 121

5．2．3 全息实验装置 124

5．3 基元全息图分析 126

5．4 平面全息图及其衍射效率 127

5．4．1 菲涅耳全息图 128

5．4．2 傅里叶变换全息图 133

5．4．3 无透镜傅里叶变换全息图 136

5．4．4 傅里叶变换全息图的两个特例 138

5．4．5 像全息图 141

5．4．6 相位全息图 142

5．4．7 平面全息图的衍射效率 144

5．5 体积全息图 145

5．5．1 体全息图的记录与再现 146

5．5．2 透射体全息和反射体全息 147

5．5．3 体全息图的衍射效率 148

5．6 计算全息术及其应用 149

5．6．1 计算全息图 149

5．6．2 计算全息术的应用 151

5．7 全息记录介质 153

5．7．1 卤化银乳胶 153

5．7．2 重铬酸盐明胶 156

5．7．3 光致抗蚀剂 157

5．7．4 光导热塑 158

5．7．5 光致聚合物 159

习题 160

5．7．6 光折变晶体 160

第6章 空间光调制器 162

6．1 概述 162

6．1．1 空间光调制器的基本结构与分类 162

6．1．2 空间光调制器的功能 164

6．1．3 空间光调制器的基本性能参数 166

6．2 液晶光阀 169

6．2．1 液晶的光电特性 169

6．2．2 光寻址液晶光阀 174

6．2．3 电寻址液晶光阀 175

6．3 电光效应器件 176

6．3．1 晶体的电光效应及其电光调制原理 176

6．3．2 泡克尔斯读出光调制器 185

6．3．3 微通道板空间光调制器 188

6．3．4 si-PLZT空间光调制器 190

6．4 磁光空间光调制器(MOSLM) 191

6．4．1 磁性材料的磁化特性与磁光效应 191

6．4．2 器件结构 192

6．4．3 工作原理 193

6．4．4 器件性能 194

6．5 表面形变空间光调制器 194

6．5．1 G-E表面形变空间光调制器 196

6．5．2 数字微反射镜空间光调制器 197

6．6 自电光效应器件空间光调制器 198

习题 199

第7章 光信息存储技术 201

7．1 引言 201

7．2 二维光存储：光盘存储 203

7．3 三维光存储：体全息存储 209

7．3．1 体全息的基本原理 210

7．3．2 光折变材料的全息存储机理与特性 220

7．3．3 全息存储器的数据传输速率 227

7．3．4 全息存储的应用举例 230

7．4 四维光存储 236

习题 239

8．1 引言 240

第8章 光学信息处理技术 240

8．2 光学频谱分析系统和空间滤波 241

8．2．1 阿贝(Abbe)成像理论 241

8．2．2 阿贝-波特(Abbe-Porter)实验 241

8．2．3 空间频率滤波系统 243

8．2．4 空间滤波的傅里叶分析 244

8．2．5 滤波器的种类及应用举例 247

8．3 相干光学信息处理 251

8．3．1 相干光学信息处理系统 251

8．3．2 多重像的产生 252

8．3．3 图像的相加和相减 253

8．3．4 光学微分-像边缘增强 256

8．3．5 光学图像识别 259

8．3．6 图像消模糊 260

8．3．7 综合孔径雷达 261

8．4 非相干光学信息处理 265

8．4．1 图像的相乘和积分 266

8．4．2 图像的相关和卷积 267

8．5 白光信息处理 268

8．5．1 θ调制 268

8．5．2 用黑白胶片保存彩色像 269

8．5．3 黑白图像的白光密度假彩色编码 272

8．5．4 多重像的产生 274

8．6 光计算 275

8．6．1 引言 275

8．6．2 光学矩阵运算 276

8．6．3 光学互连 278

8．6．4 光学神经网络 283

习题 287

第9章 图像的全息显示 290

9．1 引言 290

9．2 彩虹全息图 291

9．2．1 线全息图消色模糊原理 291

9．2．2 彩虹全息图的记录 293

9．2．3 彩虹全息图的像质 294

9．3 合成全息技术 297

9．3．1 二维图片的记录 298

9．3．2 平面多路合成全息 298

9．3．3 360°合成全息 299

9．4 彩色全息术 301

9．4．1 彩色全息的激光器和记录材料 301

9．4．2 彩色彩虹全息 303

9．4．3 反射体积彩色全息 305

9．5 全息图的复制 306

9．5．1 全息图的光学复制 306

9．5．2 全息图的模压复制 306

9．5．3 全息图的注塑复制 308

9．6 数字像素全息技术 311

9．6．1 数字全息图的制作方法 312

9．6．2 数字全息图的设计 313

9．7．1 全息电影 315

9．7 其他全息显示技术 315

9．7．2 边缘照明全息 317

9．7．3 虚拟全息三维显示 317

习题 319

第10章 光学三维传感 321

10．1 主动三维传感的基本概念 322

1O．1．1 主动照明的三维传感方法 322

1O．1．2 三种基本的结构照明方式 323

10．1．3 三维传感系统的基本组成 325

1O．2 采用单光束的三维传感 326

10．2．1 基本原理与计算公式 326

10．2．2 散斑对激光三角法精度的影响 329

10．2．3 测量实例(鞋楦三维面形测量) 330

10．2．4 基于激光同步扫描的三维面形测量 332

1O．3 采用激光片光的三维传感 335

10．3．1 激光片光的产生 335

1O．3．2 测量原理 335

1O．3．3 测量实例 337

10．4．1 相位测量剖面术的原理 339

10．4 相位测量剖面术 339

1O．4．2 产生结构照明的方法 343

1O．4．3 相位测量剖面术应用举例 345

10．5 傅里叶变换剖面术 350

10．5．1 基本原理 350

10．5．2 FTP方法的测量范围 352

1O．5．3 一种改进的方法 353

10．6．1 基本原理 354

10．6 调制度测量轮廓术 354

10．6．2 信息处理方法 355

1O．6．3 测量实例 357

10．7 其他光学三维轮廓测量方法 358

1O．7．1 采用激光扫描的三维共焦成像 358

10．7．2 飞行时间法 359

习题 361

11．1．1 物面系综上物表面散射光场的统计特性 363

第11章 全息散斑干涉计量 363

11．1 光学粗糙表面散射光场的统计特性 363

11．1．2 散射光场的一阶统计特性 365

11．1．3 散射光场的强度自相关函数 367

11．2 全息干涉的统计光学描述 368

11．2．1 全息干涉的基本原理 368

11．2．2 二次曝光全息干涉术的干涉场 369

11．2．3 表面变形特性与散射光场特性的关系 371

11．2．4 二次曝光全息干涉场的统计光学描述 372

11．3 时间平均全息干涉术 375

11．4 外差与准外差全息干涉术 377

11．4．1 外差全息干涉技术 377

11．4．2 准外差全息干涉技术 379

11．5 散斑干涉术 381

11．5．1 参考束型散斑干涉测量方法 381

11．5．2 剪切散斑干涉测量方法 382

11．6 电子散斑干涉测量技术 384

11．6．1 电子散斑干涉仪的典型光路和原理 385

11．6．2 电子散斑干涉相减技术的统计分析 386

11．7 散斑照相测量术 387

11．7．1 像面二次曝光激光散斑图的记录及其透过率函数 387

11．7．2 二次曝光散斑图的逐点滤波 388

11．7．3 二次曝光散斑图的全场滤波 389

11．7．4 白光散斑照相测量术 392

11．8 数字散斑照相测量术 393

11．8．1 数字全场滤波技术 393

11．8．2 数字逐点滤波技术 394

习题 395

参考文献 396

部分习题参考答案 407

附录A：二维δ函数的定义及性质 412

附录B：常用函数及其傅里叶变换 413

附录C：式(11．47)到式(11．48)的推导 414

汉英名词术语对照 416