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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 8

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 18

1.4.3空间-带宽积 21

习题 21

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

2.1.5空间频率的局域化 30

2.2复振幅分布的角谱及角谱的传播 32

2.2.1复振幅分布的角谱 32

2.2.2平面波角谱的传播 33

2.2.3衍射孔径对角谱的作用 35

2.3标量衍射的角谱理论 36

2.3.1惠更斯-菲涅耳-基尔霍夫标量衍射理论的简要回顾 36

2.3.2平面波角谱的衍射理论 38

2.3.3菲涅耳衍射公式 39

2.4夫琅禾费衍射与傅里叶变换 40

2.5菲涅耳衍射和分数傅里叶变换 42

2.5.1分数傅里叶变换的定义 42

2.5.2分数傅里叶变换的几个基本性质（证明从略） 44

2.5.3用分数傅里叶变换表示菲涅耳衍射 45

习题 48

第3章 光学成像系统的频率特性 51

3.1透镜的相位变换作用 51

3.2透镜的傅里叶变换性质 53

3.2.1物在透镜之前 54

3.2.2物在透镜后方 57

3.2.3透镜的孔径效应 58

3.3透镜的一般变换特性 59

3.4相干照明衍射受限系统的成像分析 61

3.4.1透镜的点扩散函数 62

3.4.2衍射受限系统的点扩散函数 64

3.4.3相干照明下衍射受限系统的成像规律 66

3.5衍射受限系统的相干传递函数 68

3.6衍射受限系统的非相干传递函数 72

3.6.1非相干成像系统的光学传递函数 72

3.6.2 OTF与CTF的关系 75

3.6.3衍射受限的OTF 75

3.7有像差系统的传递函数 78

3.8相干与非相干成像系统的比较 81

3.8.1截止频率 81

3.8.2像强度的频谱 81

3.8.3两点分辨 84

3.8.4其他效应 85

习题 87

第4章 部分相干理论 89

4.1实多色场的复值表示 89

4.2时间相干性、自相干函数与复自相干度 91

4.2.1非单色光的分振幅干涉及其数学描述 91

4.2.2自相干函数与复自相干度 92

4.2.3复自相干度与光功率谱密度的关系 93

4.2.4相干时间和相干长度 95

4.3空间相干性、互相干函数和复相干度 96

4.3.1分波面干涉及其数学描述 97

4.3.2互相干函数和复相干度 99

4.3.3互相干函数和互相干度的测量 101

4.4准单色条件、互强度和复相干因子 101

4.4.1准单色条件 102

4.4.2互强度和复相干因子 102

4.4.3相干面积 103

4.5准单色光的传播和衍射 104

4.5.1自由空间中准单色场互相干性的传播 105

4.5.2薄透明物体对互强度的影响 108

4.5.3部分相干光的衍射 109

4.6范西特-策尼克定理 111

4.6.1范西特-策尼克定理 111

4.6.2均匀圆形光源 113

4.6.3迈克尔逊测星干涉仪 115

4.7部分相干场中透镜的傅里叶变换性质 116

4.8部分相干光成像 118

4.8.1准单色光照明光学系统的物像关系 119

4.8.2准单色光照明下光学系统的频率响应 120

习题 122

第5章 光全息术 125

5.1引言 125

5.2全息术原理——波前记录与再现 126

5.2.1波前记录 126

5.2.2波前再现 127

5.2.3全息实验装置 130

5.3基元全息图分析 133

5.4平面全息图及其衍射效率 134

5.4.1菲涅耳全息图 135

5.4.2傅里叶变换全息图 140

5.4.3无透镜傅里叶变换全息图 143

5.4.4傅里叶变换全息图的两个特例 146

5.4.5像全息图 149

5.4.6相位全息图 150

5.4.7平面全息图的衍射效率 152

5.5体积全息图 154

5.5.1体全息图的记录与再现 154

5.5.2透射体全息和反射体全息 155

5.5.3体全息图的衍射效率 156

5.6计算全息术及其应用 157

5.6.1计算全息图 157

5.6.2计算全息术的应用 160

5.7全息记录介质 161

5.7.1卤化银乳胶 161

5.7.2重铬酸盐明胶 165

5.7.3光致抗蚀剂 165

5.7.4光导热塑 166

5.7.5光致聚合物 167

5.7.6光折变晶体 168

习题 168

第6章 空间光调制器 171

6.1概述 171

6.1.1空间光调制器的基本结构与分类 171

6.1.2空间光调制器的功能 173

6.1.3空间光调制器的基本性能参数 175

6.2液晶光阀 178

6.2.1液晶的光电特性 178

6.2.2光学寻址液晶光阀 183

6.2.3电寻址液晶光阀 184

6.3电光效应器件 185

6.3.1晶体的电光效应及其电光调制原理 185

6.3.2泡克尔斯读出光调制器 195

6.3.3微通道板空间光调制器 197

6.3.4 Si-PLZT空间光调制器 199

6.4磁光空间光调制器 200

6.4.1磁性材料的磁化特性与磁光效应 200

6.4.2器件结构 201

6.4.3工作原理 201

6.4.4器件性能 203

6.5表面形变空间光调制器 204

6.5.1 G-E表面形变空间光调制器 204

6.5.2数字微反射镜空间光调制器 206

6.6自电光效应器件空间光调制器 208

习题 209

第7章 光信息存储技术 210

7.1引言 210

7.2光盘存储 212

7.3超分辨率光存储技术 219

7.4三维光学存储：双光子存储 222

7.5三维光学存储：体全息存储 224

7.5.1体全息的基本原理 225

7.5.2体全息存储材料的存储机理与特性 234

7.5.3全息存储器的数据传输速率 242

7.5.4全息存储的应用举例 245

7.6四维光学存储 252

习题 254

第8章 光学信息处理技术 256

8.1引言 256

8.2光学频谱分析系统和空间滤波 257

8.2.1阿贝（Abbe）成像理论 257

8.2.2阿贝-波特（Abbe - Porter）实验 258

8.2.3空间频率滤波系统 259

8.2.4空间滤波的傅里叶分析 260

8.2.5滤波器的种类及应用举例 264

8.3相干光学信息处理 268

8.3.1相干光学信息处理系统 268

8.3.2多重像的产生 269

8.3.3图像的相加和相减 270

8.3.4光学微分-像边缘增强 273

8.3.5光学图像识别 276

8.3.6图像消模糊 280

8.3.7综合孔径雷达 281

8.4非相干光学信息处理 285

8.4.1图像的相乘和积分 286

8.4.2图像的相关和卷积 287

8.5白光信息处理 288

8.5.1 θ调制假彩色编码 288

8.5.2光学图像的彩色增强和存储 289

8.5.3黑白图像的白光密度假彩色编码 292

8.5.4多重像的产生 295

习题 295

第9章 图像的全息显示 299

9.1引言 299

9.2彩虹全息图 300

9.2.1线全息图消色模糊原理 300

9.2.2彩虹全息图的记录 301

9.2.3彩虹全息图的像质 303

9.3合成全息技术 306

9.3.1二维图片的记录 307

9.3.2平面多路合成全息 308

9.3.3 360°合成全息 308

9.4彩色全息术 310

9.4.1彩色全息的激光器和记录材料 311

9.4.2彩色彩虹全息 312

9.4.3反射体积彩色全息 314

9.5全息图的复制 315

9.5.1全息图的光学复制 315

9.5.2全息图的模压复制 316

9.5.3全息图的注塑复制 317

9.6数字像素全息技术 321

9.6.1数字全息图的制作方法 321

9.6.2数字全息图的设计 323

9.7其他全息显示技术 325

9.7.1全息电影 325

9.7.2边缘照明全息 327

9.7.3虚拟全息三维显示 327

习题 330

第10章 光学三维传感 332

10.1主动三维传感的基本概念 333

10.1.1主动照明的三维传感方法 333

10.1.2三种基本的结构照明方式 335

10.1.3三维传感系统的基本组成 336

10.2采用单光束的三维传感 337

10.2.1基本原理与计算公式 337

10.2.2散斑对激光三角法精度的影响 341

10.2.3测量实例（鞋楦三维面形测量） 342

10.2.4基于激光同步扫描的三维面形测量 344

10.3采用激光片光的三维传感 346

10.3.1激光片光的产生 346

10.3.2测量原理 347

10.3.3测量实例 348

10.4相位测量剖面术 350

10.4.1相位测量剖面术的原理 350

10.4.2产生结构照明的方法 355

10.4.3相位测量剖面术应用举例 356

10.5傅里叶变换剖面术 361

10.5.1基本原理 362

10.5.2 FTP方法的测量范围 363

10.5.3一种改进的方法 365

10.5.4动态过程三维面形测量 366

10.6调制度测量轮廓术 368

10.6.1基本原理 368

10.6.2信息处理方法 369

10.6.3测量实例 371

10.7其他光学三维轮廓测量方法 372

10.7.1采用激光扫描的三维共焦成像 372

10.7.2飞行时间法 373

10.7.3三维电视摄像机 375

习题 377

第11章 全息散斑干涉计量 379

11.1光学粗糙表面散射光场的统计特性 379

11.1.1物面系综上物表面散射光场的统计特性 379

11.1.2散射光场的一阶统计特性 381

11.1.3散射光场的强度自相关函数 383

11.2全息干涉的统计光学描述 384

11.2.1全息干涉的基本原理 384

11.2.2二次曝光全息干涉术的干涉场 385

11.2.3表面变形特性与散射光场特性的关系 387

11.2.4二次曝光全息干涉场的统计光学描述 388

11.3时间平均全息干涉术 391

11.4外差与准外差全息干涉术 393

11.4.1外差全息干涉技术 393

11.4.2准外差全息干涉技术 395

11.5散斑干涉术 397

11.5.1参考束型散斑干涉测量方法 397

11.5.2剪切散斑干涉测量方法 399

11.6电子散斑干涉测量技术 401

11.6.1电子散斑干涉仪的典型光路和原理 401

11.6.2电子散斑干涉相减技术的统计分析 402

11.7散斑照相测量术 403

11.7.1像面二次曝光激光散斑图的记录及其透过率函数 404

11.7.2二次曝光散斑图的逐点滤波 404

11.7.3二次曝光散斑图的全场滤波 405

11.7.4白光散斑照相测量术 408

11.8数字散斑照相测量术 409

11.8.1数字全场滤波技术 409

11.8.2数字逐点滤波技术 410

11.9散射板干涉仪 411

11.9.1散射板干涉仪的原理和基本光路 412

11.9.2干涉条纹形成的数理模型 414

习题 419

第12章 光通信中光学信息技术的应用 421

12.1布拉格光纤光栅 421

12.1.1布拉格光纤光栅的制作 421

12.1.2 FBG的应用 425

12.1.3工作在透射方式的光栅 426

12.2超短脉冲的整形和处理 427

12.2.1时间频率到空间频率的变换 427

12.2.2脉冲整形系统 429

12.2.3谱脉冲整形的应用 430

12.3光谱全息术 432

12.3.1全息图的记录 432

12.3.2信号的再现 434

12.3.3参考脉冲和信号波前之间延迟的影响 436

12.4阵列波导光栅 436

12.4.1阵列波导光栅的基本部件 437

12.4.2阵列波导光栅的应用 442

习题 445

参考文献 446

部分习题参考答案 462

附录A 二维δ函数的定义及性质 468

附录B 常用函数及其傅里叶变换 469

附录C 式（11-6-4）到式（11-6-5）的推导 470

汉英名词术语对照 472