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上卷 1

第一章 电磁光学 1

第一节 电磁光学的内涵 1

第二节 电磁场方程 2

一、麦克斯韦方程 3

二、矢势和标势 5

三、波动方程 6

（一）线性、非色散、均匀和各向同性介质 6

（二）非均匀介质中的波动方程 7

第三节 光场的表征 8

一、光场是复数矢量波 8

二、光场的标量波理论 10

三、光线和程函方程 12

四、光场的线性相干叠加 13

第四节 光场的传输 14

一、光的反射和折射 14

（一）反射和折射定律 14

（二）菲涅耳公式 15

（三）反射和折射性质 17

（四）金属界面上光的反射 20

（五）左手材料和超材料 21

（六）波导和谐振腔 23

二、单轴各向异性介质中的折射和反射 25

（一）双折射 26

（二）负折射 28

（三）负反射 29

（四）全方位常数透射和布儒斯特角 30

三、光的衍射 32

（一）衍射的基本原理 32

（二）亚波长小孔的衍射 34

（三）矢量衍射理论 35

（四）边界和光阑 36

（五）周期结构 37

四、光的散射 38

（一）散射的方程 38

（二）米氏散射 38

（三）瑞利散射 41

五、亥姆霍兹方程 42

（一）高斯光束 43

（二）厄米-高斯光束 44

（三）拉盖尔-高斯光束 45

（四）贝塞尔光束 45

第五节 光场的演化 46

一、介质的非线性响应 46

（一）损耗和增益 47

（二）色散 47

（三）非线性极化 49

二、非线性波方程 50

三、耦合波方程 51

四、数值方法 52

（一）分步傅里叶算法 52

（二）有限差分法 53

第六节 光场的基本性质 53

一、光的偏振 53

二、光辐射压力 55

三、时空相对性 56

四、多普勒效应 58

第二章 量子光学 63

第一节 电磁场的量子化 63

一、驻波（正则模）形式 64

二、行波（平面波）形式 65

第二节 电磁场的量子态 65

一、光子数态 65

（一）电磁场的真空涨落 66

（二）电磁场的正交分量算符 66

二、相干态 67

（一）相干态是光子湮灭算符的本征态 67

（二）相干态可以通过将真空态平移（或位移）来产生 67

（三）相干态中的平均光子数和光子数方差 67

（四）相干态的Fock态展开 67

（五）相干态中的光子数分布 67

（六）亚泊松分布和超泊松分布的概念 67

（七）相干态是最小不确定度乘积态 67

（八）两个本征值不同的相干态是不正交的 68

（九）相干态构成一个完备集 68

三、压缩态 68

（一）压缩真空态 69

（二）平移压缩真空态 70

（三）压缩相干态 71

（四）压缩态的产生 71

（五）压缩态的探测 72

四、双模压缩真空态 73

五、热光场态 74

六、光学分束器及其对电磁场量子态的变换 75

（一）光学分束器的经典描述 75

（二）光学分束器的量子力学描述 76

（三）光学分束器对电磁场量子态的变换 76

第三节 电磁场量子态在相空间的准概率分布函数 77

一、P函数 77

二、Q函数 79

三、Wigner函数 80

四、特征函数 80

五、P（α）、Q（α）和W（α）的比较 81

第四节 电磁场的相干性 82

一、经典一阶相干函数 82

二、量子一阶相干函数 83

三、经典二阶相干函数 84

四、量子二阶相干函数 85

（一）单模量子化电磁场 86

（二）多模量子化电磁场 86

五、量子高阶相干函数 86

第五节 电磁场与原子的相互作用 87

一、经典电磁场与原子的相互作用 87

（一）哈密顿量的一般形式 87

（二）单模电磁场与两能级原子的相互作用 87

二、量子电磁场与原子的相互作用 89

（一）哈密顿量的一般形式 89

（二）单模量子电磁场与两能级原子的相互作用 89

第六节 量子耗散和消相干 92

一、量子跳跃理论 92

二、消相干 93

第七节 腔量子电动力学和囚禁离子 94

一、腔量子电动力学 94

（一）里德堡原子的有关性质 94

（二）耗散腔中二能级原子与单模腔场的相互作用 95

（三）JC模型的实验实现 96

（四）制备原子的纠缠态 97

（五）制备腔场的薛定谔猫态 97

（六）光子数的非破坏性测量 99

二、囚禁离子 99

第八节 量子信息科学 101

一、量子信息科学中的若干基本概念 101

（一）经典比特和量子比特 101

（二）量子态不可克隆定理 101

（三）Bell态（或称Bell基） 102

二、量子通信 102

（一）量子密集编码 102

（二）量子隐形传态 103

（三）量子密钥分发 103

三、量子计算 106

（一）量子寄存器 106

（二）量子逻辑门 106

（三）量子算法 108

（四）用量子光学方法实现若干量子逻辑门 109

第九节 冷原子物理 110

一、光场对原子的作用力 110

二、光学黏团、激光冷却原子的机理和温度极限 111

三、囚禁原子的阱 112

四、稀薄气体的玻色-爱因斯坦凝聚和相干原子波激射器 114

附录A纯态、混合态、密度算符 115

附录B两态系统、泡利算符 116

附录C复合系统、纠缠态、约化密度算符、von Neumann熵 117

第三章 统计光学 121

第一节 光波的一阶统计性质 121

一、非单色光波的表示与传播 121

（一）用解析信号表示单色光的传播 121

（二）非单色光的传播 121

（三）窄带光的传播 122

二、偏振热光和非偏振热光 122

（一）偏振热光 122

（二）非偏振热光 123

三、部分偏振热光 123

（一）窄带光通过偏振器件 123

（二）相干矩阵 124

（三）偏振度 125

（四）瞬时光强的一阶统计特性 126

四、激光 126

（一）单模激光的3种基本模型 126

（二）多模激光 127

（三）激光通过运动散射板产生的赝热光 128

第二节 光的相干性 129

一、时间相干性 129

（一）时间相干性的定义 129

（二）自相干函数与复自相干度 129

（三）干涉图与光束的功率谱密度的关系 130

（四）傅里叶光谱学 131

二、空间相干性 131

（一）空间相干性的定义 131

（二）互相干函数与复（互）相干度 132

（三）准单色条件、互强度与复相干因子 132

（四）有限针孔尺寸的影响 133

三、交叉谱纯度 134

（一）两个光场叠加的功率谱 134

（二）交叉谱纯及其条件 134

四、互相干性的传播 135

（一）由惠更斯-菲涅耳原理导出的解 135

（二）互相干传播的波动方程 135

（三）互谱密度的传播 136

五、互相干函数的极限形式 136

（一）相干场 136

（二）非相干场 137

六、范西特-泽尼克定理 137

（一）定理的导出与讨论 137

（二）广义范西特-泽尼克定理 138

七、部分相干光的衍射 139

八、与高阶相干性有关的问题 139

（一）高阶相干性的定义 139

（二）热光和赝热光的积分强度的统计性质 140

（三）有限测量时间互强度的统计特征 142

（四）强度干涉仪 143

第三节 部分相干对于成像系统的影响 144

一、部分相干成像过程中的几个基本关系 144

（一）薄透明物体对互相干的作用 144

（二）薄透镜的复振幅透射率 145

（三）焦平面上光场相干性之间的关系 145

（四）单个薄透镜物像面上相干性之间的关系 145

（五）出瞳与像面互强度之间的关系 146

二、部分相干成像的计算方法 146

（一）全光源积分法 146

（二）照明互强度法 147

（三）四维线性系统法 148

（四）部分相干成像系统照明的相干性 149

（五）表观传递函数 149

三、干涉成像理论 150

（一）成像系统是一种干涉系统 150

（二）用干涉仪接受图像信息 150

（三）相位恢复 151

四、相干成像中散斑的影响 151

（一）散斑的起因及其一阶统计 151

（二）系统平均相干性 152

第四节 透过非均匀媒质成像 152

一、薄随机屏对成像质量的影响 152

（一）物理模型与基本假设 152

（二）平均光学传递函数（OTF） 153

（三）平均点扩散函数 153

二、随机吸收屏 154

三、随机相位屏 154

（一）随机相位屏 154

（二）高斯随机相位屏 155

四、随机非均匀媒质对波动传播的影响 155

（一）符号定义 155

（二）大气折射率分布的统计模型 156

（三）电磁波经过扰动大气的传播 157

（四）对数正态分布 158

五、长时间曝光平均OTF 158

六、短时间曝光的平均OTF 160

第五节 光电检测的基本限制 161

一、光电检测的半经典模型 161

二、光强随机变化的光电计数分布 162

（一）几个基本关系 162

（二）稳定的单模激光器辐射的光电计数分布 163

（三）计数时间比相干时间短得多的偏振热光辐射的光电计数统计 163

（四）任意长计数时间的偏振热光光电计数统计 163

（五）偏振度的影响 163

（六）空间部分相干性的影响 164

三、光电计数的简并参数 164

（一）简并参数与光电子集聚效应 164

（二）黑体辐射的简并参数 165

四、低照度下振幅干涉仪的噪声限制 165

（一）关于测量系统及被测量的几点说明 165

（二）光电计数矢量K的统计性质 166

（三）用离散傅里叶变换进行估值 166

（四）可见度与相位估值的精度 166

五、低照度下强度干涉仪的噪声限制 167

（一）强度干涉仪的光电计数形式 167

（二）可见度估值的信噪比 168

第六节 统计散斑及其应用 168

一、光学粗糙表面散射光场的统计特性 168

（一）物面系综上物表面散射光场的统计特性 168

（二）散射光场的强度自相关函数 169

二、散斑干涉测量技术 169

（一）表面变形特性与散射光场特性的关系 170

（二）散斑干涉术 170

（三）剪切散斑干涉测量方法 171

三、电子散斑干涉测量技术 172

（一）电子散斑干涉仪的典型光路和原理 172

（二）电子散斑干涉相减技术的统计分析 173

四、散斑照相测量术 174

（一）像面二次曝光激光散斑图的记录及其透射率函数 174

（二）二次曝光散斑图的逐点滤波 174

（三）二次曝光散斑图的全场滤波 175

五、白光散斑照相测量术 177

六、数字散斑照相测量术 178

（一）数字全场滤波技术 178

（二）逐点滤波技术 178

七、散射板干涉仪 179

（一）散射板干涉仪的基本光路 179

（二）干涉条纹形成的数理模型 179

第四章 非线性光学 183

第一节 非线性光学概述 183

第二节 非线性光学的基本理论 185

一、非线性介质的极化特性 185

（一）介质极化率的微扰理论 185

（二）二能级原子系统的极化率 200

（三）非线性光学材料 201

二、光在非线性介质中的传播特性 205

（一）平面光波在晶体中的传播特性 205

（二）非线性光学耦合波方程 208

（三）非线性光学相位匹配 210

第三节 稳态非线性光学效应 219

一、二阶非线性光学效应 219

（一）线性电光效应 219

（二）三波混频过程 221

（三）二次谐波产生 223

（四）光参量放大和光参量振荡 224

二、三阶非线性光学效应 227

（一）光致非线性折射率效应 227

（二）三次谐波产生 231

（三）四波混频和光学相位共轭 233

（四）非线性光吸收和光学双稳性 236

（五）受激拉曼散射（SRS） 242

（六）受激布里渊散射 244

第四节 超短光脉冲非线性光学 246

一、超短光脉冲的传输方程 246

（一）超短光脉冲电场的表示 246

（二）超短光脉冲的传输方程 246

二、超短光脉冲的二次谐波产生 247

（一）第Ⅰ类相位匹配的二次谐波产生 248

（二）第Ⅱ类相位匹配的超短脉冲二次谐波产生 249

三、超短光脉冲的参量作用和放大 249

（一）光参量作用的基本耦合波方程 249

（二）准稳态和瞬态参量放大特性 250

（三）同步泵浦光参量振荡器 251

（四）光参量啁啾脉冲放大 251

四、自相位调制和自聚焦 251

（一）自相位调制 251

（二）超短光脉冲的自聚焦 252

第五节 光纤非线性光学 253

一、光在光纤中传输的基本方程 253

二、光信号在色散光纤中的传输 254

（一）光脉冲的色散展宽 254

（二）光信号在色散非线性介质中的传输方程 255

三、自相位调制和交叉相位调制 256

（一）自相位调制 256

（二）色散与自相位调制对脉冲传输的共同影响 256

（三）交叉相位调制 257

四、四波混频效应 258

（一）准连续波四波混频的传输方程 258

（二）四波混频的参量增益 259

（三）四波混频的光学相位共轭和光谱反转 259

五、受激拉曼散射（SRS） 260

（一）稳态及准连续波情形 260

（二）脉冲泵浦情形 261

六、光纤孤子 261

（一）光孤子的简化传输方程 261

（二）光纤孤子 262

第六节 瞬态相干光学效应 263

一、瞬态相干光学效应概述 263

二、瞬态相干光学的基本理论 264

（一）光学布洛赫方程 264

（二）瞬态相干光学作用的波动方程 265

三、几种瞬态相干光学效应 266

（一）光学章动效应 266

（二）光学自由感应衰变效应 266

（三）光子回波效应 268

（四）自感应透明效应 268

第五章 分子光学和磁光学 273

第一节 光在各向同性介质中的折射 273

一、折射率与极化率 273

（一）稀薄气体 273

（二）稠密介质 273

（三）昂萨格（L.Onsager）修正 274

二、分子的折射度 274

三、可相加性化合物的折射度 275

四、非相加性化合物的折射度 276

五、离子化合物的折射度 276

六、原子与离子的极化率 276

第二节 光的色散与吸收 278

一、色散的经典理论 278

（一）正常色散 278

（二）反常色散 279

（三）色散理论 279

二、色散的量子理论 280

（一）正色散 280

（二）负色散 282

三、光的吸收 283

（一）吸收定律 283

（二）吸收理论 283

四、金属的色散与吸收 284

（一）复介电系数 284

（二）自由电子模型 284

五、X光的色散 284

第三节 光的散射 285

一、气体分子的散射 285

（一）各向同性的涨落所引起的散射 285

（二）各向异性的涨落所引起的散射 287

二、散射光的偏振 288

（一）入射光为自然光 288

（二）入射光为直线偏振光 288

三、液体分子的散射 290

（一）各向异性分子液体的散射 290

（二）各向同性分子液体的散射 291

（三）由大的非均匀性引起的散射 291

四、固体的散射 291

五、拉曼散射 292

（一）自发拉曼散射 292

（二）受激拉曼散射 293

（三）超拉曼散射 293

（四）协同拉曼散射 293

（五）磁拉曼散射 293

第四节 旋光与磁光学 293

一、晶体的旋光效应 294

（一）旋光现象 294

（二）唯象理论 294

（三）圆偏振二色性 295

（四）旋光色散 295

二、各向同性介质的旋光 296

三、法拉第磁致旋光效应 297

（一）实验现象 297

（二）经典理论 297

四、磁双折射与磁线偏振二色性 303

（一）佛克脱效应 303

（二）科顿-莫顿效应 303

（三）磁线振二色性 303

（四）磁双折射的宏观理论 304

五、克尔磁光效应 305

六、塞曼效应 306

（一）正常塞曼效应 306

（二）反常塞曼效应 306

（三）帕邢-巴克效应 307

第五节 新兴分子光学 307

一、非线性分子光学 307

二、量子分子光学 307

三、超冷分子光谱学 308

第六章纳米光子学 309

第一节 纳米科学和纳米光子学 309

一、纳米科学 309

二、纳米光子学 311

三、纳米光子学的研究内容 312

四、纳米物质的光学探测方法 313

第二节 纳米光子学的理论基础 316

一、纳米光子学的理论 316

二、纳米光子学的半解析计算方法 317

（一）多重多极方法 317

（二）体积分方法 319

第三节 纳米光子材料 321

一、量子限制——周期性带隙结构 321

（一）半导体的色散关系 321

（二）半导体的量子限制结构 322

（三）多量子阱 323

（四）有机材料的量子限制结构 324

（五）量子限制材料的光学性质 324

二、光子晶体——周期性折射率结构 326

（一）光子晶体的基本概念 326

（二）光子晶体的理论 327

（三）光子晶体的应用 329

（四）光子晶体光纤 330

三、金属-电介质界面的表面等离子体激元 333

（一）表面等离子体激元及其极化子波 333

（二）金属纳米结构的吸收谱及其应用 334

四、纳米复合物——非周期性结构 336

（一）波导纳米复合材料 337

（二）随机激光介质 337

（三）局域场效应 338

（四）多相纳米复合材料 338

（五）光折变纳米复合物 339

（六）聚合物散布型液晶 340

第四节 纳米光子材料的制备 341

一、纳米材料外延生长法 341

（一）分子束外延法 341

（二）金属有机化学汽相淀积法 342

（三）激光辅助汽相淀积法 342

二、纳米材料化学合成法 342

三、纳米光子刻蚀法 343

（一）双光子聚合刻蚀法 343

（二）近场刻蚀法 344

（三）近场相位模板光刻法 344

（四）等离子体激元印刷术 345

（五）纳米压印刻蚀法 346

（六）光致纳米列阵 347

四、光子晶体材料的制备 347

（一）精密机械加工法 348

（二）半导体制作法 348

（三）胶体自组织技术 350

（四）多光子聚合技术 350

（五）纳米球体刻蚀法 350

（六）激光全息光刻法 351

第五节 纳米光子器件 352

一、纳米激光器 352

（一）量子限制激光器 352

（二）光子晶体激光器 354

二、纳米发光二极管 354

（一）有纳米结构的发光二极管 354

（二）量子点发光二极管 355

（三）纳米硅晶发光二极管 356

三、纳米光开关 356

（一）量子阱光双稳开关 357

（二）纳米波导光开关 357

（三）光子晶体光开关 359

（四）表面等离子体激元光开关 364

四、纳米太阳能电池 366

（一）三代太阳能电池的比较 366

（二）纳米结构太阳能电池 366

五、其他纳米光子器件 368

（一）纳米光存储器 368

（二）纳米硅晶光放大器 368

（三）光子晶体滤波器 368

（四）硅量子阱探测器 368

（五）硅量子阱调制器 369

第七章 太赫兹波和红外光学 371

第一节 太赫兹波的特性和研究领域 371

一、太赫兹波的特性 372

二、太赫兹波的基础研究领域 373

三、太赫兹波的应用研究领域 373

第二节 太赫兹波源 374

一、光学太赫兹波源 374

（一）光导太赫兹波源 374

（二）光整流太赫兹波源 376

（三）太赫兹波参量源 376

（四）太赫兹波气体激光器——光泵浦式太赫兹波激光器 377

二、等离子体产生太赫兹波 378

（一）空气中等离子体光丝产生太赫兹波 378

（二）等离子体尾场太赫兹波辐射 379

三、电子学太赫兹波源 380

（一）真空（微）电子器件太赫兹波源 380

（二）相对论性器件太赫兹波源 382

（三）太赫兹半导体激光器 384

第三节 太赫兹波的传输和探测 386

一、太赫兹波的传输 386

（一）太赫兹波的波导传输 386

（二）准光学技术 387

二、太赫兹波的探测 388

（一）太赫兹波的非相干探测 388

（二）太赫兹波的相干探测 389

第四节 太赫兹波与物质的相互作用 393

第五节 太赫兹波光谱 395

一、太赫兹波的光谱技术 395

二、太赫兹波时域光谱技术 396

（一）太赫兹波时域光谱技术的原理与参数提取 396

（二）太赫兹波的时域光谱系统 399

三、时间分辨的太赫兹波光谱系统 399

（一）时间分辨的太赫兹波光谱系统 400

（二）参数获取 400

四、太赫兹波发射光谱技术 401

第六节 太赫兹波成像 402

一、太赫兹波成像的基本原理 402

二、太赫兹波时域光谱成像 403

三、太赫兹波实时成像 404

四、三维层析成像 405

（一）太赫兹波计算机辅助层析 405

（二）太赫兹波衍射层析成像 406

五、太赫兹连续波成像 407

六、近场成像 408

（一）基于亚波长孔径的太赫兹波近场成像 409

（二）基于探针技术的太赫兹波近场成像 410

（三）基于高度聚焦光束的太赫兹波近场成像 410

第七节 太赫兹波通讯 411

第八节 太赫兹波的应用 412

一、太赫兹波在材料科学和物理学的应用 412

（一）太赫兹波在半导体及其纳米结构中的应用 412

（二）太赫兹波在物理领域的应用 414

二、太赫兹波在化学和生物学领域的应用 415

三、太赫兹波在天文学领域的应用 416

四、太赫兹波在生命科学和生物医学领域的应用 417

五、太赫兹波在安全领域的应用 418

（一）太赫兹波在安检领域的应用 418

（二）太赫兹波在军事上的应用 419

（三）太赫兹波在无损检测领域的应用 420

第九节 红外辐射 420

一、红外辐射和基本概念 421

二、热辐射的基本规律 422

第十节 发射率和辐射源 424

一、物体的发射率 424

（一）半球发射率和方向发射率 424

（二）物体发射率的一般变化规律 425

（三）热辐射体的分类 425

二、辐射源和背景辐射 426

（一）黑体型辐射源 426

（二）工程用辐射源 426

（三）红外激光器 427

（四）自然红外辐射源 428

（五）人体的红外辐射特性 429

第十一节 红外辐射在大气中的传输 429

第十二节 红外辐射测温和红外辐射测温仪 430

一、红外辐射测温 430

二、红外分光光度计 432

三、傅里叶变换红外光谱仪 433

四、多通道光谱仪 434

第十三节 红外探测器 435

一、热探测器 435

二、光子探测器 435

三、红外探测器的性能指标 436

四、光子探测器的性能 440

五、多元阵列探测器 441

第八章 紫外光学、X射线光学和中子光学 445

第一节X射线反射光学 445

一、光学常数 445

二、界面反射 446

三、X射线掠入射反射式光学系统 447

（一）Kirkpatrick-Baez光学系统 447

（二）Wolter光学系统 449

第二节 极紫外、软X射线和X射线多层膜光学 451

一、多层膜设计 451

（一）多层膜光学特性的理论计算 451

（二）材料的选择 452

（三）多层膜光学元件的优化设计 453

二、多层膜的制备 457

（一）溅射镀膜技术 457

（二）电子束蒸发镀膜技术 458

三、多层膜的检测 458

（一）极紫外、软X射线和X射线反射率计 459

（二）多层膜掠入射X射线反射测试分析 460

（三）卢瑟福背向散射谱 461

（四）俄歇电子能谱和X射线光电子能谱测量 461

（五）高分辨率透射电镜断层观测 462

（六）电子激发X射线反射谱测量 462

（七）原子力显微镜和光学表面轮廓仪测量 463

四、多层膜的应用 463

（一）极紫外与软X射线的天文学应用 463

（二）极紫外光刻 463

第三节 波带片衍射透镜 464

一、波带片的基本成像原理 465

二、X射线波带片的主要类型 466

（一）菲涅耳波带片 466

（二）布拉格-菲涅耳波带片 466

三、X射线波带片的制作技术 466

（一）激光全息方法 467

（二）电子束刻蚀方法 467

（三）溅射镀膜切片法 467

四、X射线波带片显微镜的应用 468

第四节复合折射透镜 469

一、复合折射透镜的发展 469

（一）柱面复合折射透镜 469

（二）抛物面复合折射透镜 469

（三）平面透镜 470

（四）multi-prism透镜（梳齿透镜） 473

（五）气泡透镜 473

（六）球面复合折射透镜 473

二、复合折射透镜的应用 474

（一）光束线预准直 474

（二）微聚焦 474

（三）X射线显微成像 475

第五节 中子光学 477

一、中子光学原理 477

二、中子光学中的实验方法 480

（一）中子源与中子单色化 480

（二）中子小角散射 481

（三）中子衍射技术 481

三、中子光学元件 481

（一）中子磁光学元件 481

（二）中子多层膜光学元件 482

第九章 辐射度学和光度学 493

第一节 基本概念 493

一、辐射度学基本概念 493

（一）立体角 493

（二）辐射量 494

（三）光谱辐射量 494

（四）光子量 495

二、光度学基本概念 496

（一）人眼的视觉特性 496

（二）光度量 498

（三）常见光源及被照物体光度参数 499

三、光度量、光子量与辐射量之间的关系 499

四、单位的复现与传递 500

第二节 辐射度学基础 501

一、辐射度学的基本定律和公式 501

（一）基尔霍夫定律 501

（二）普朗克定律 501

（三）维恩公式和瑞利-金斯公式 502

（四）斯忒藩-玻耳兹曼定律 502

（五）维恩位移定律 503

（六）朗伯余弦定律 503

（七）距离平方反比定律 503

（八）照度余弦法则 503

（九）互易定理 503

（十）同步辐射源的施温格公式 503

二、辐射功率的传输 504

（一）光辐射传输中的亮度守恒 504

（二）辐射功率传输的通用公式 504

（三）辐射功率传输的近似处理 504

（四）像面照度 508

（五）光辐射传输中的波动性和量子性 509

第三节 光辐射测量 509

一、基于辐射源的光辐射测量 510

（一）基准辐射源 510

（二）传递标准辐射源及其测量 513

（三）热辐射体发射率测量 514

（四）辐射源的温度 515

二、基于探测器的光辐射测量 517

（一）探测器的基本特性 517

（二）基准探测器 518

（三）标准探测器与定标 521

（四）激光功率和能量测量 522

（五）光辐射测量中的主要误差源 523

第四节 光度学 526

一、基本定律 526

（一）叠加原理 526

（二）塔尔博特定律 526

（三）其他定律 526

二、光度量的测量 526

（一）发光强度、照度 526

（二）光通量 529

（三）光亮度 532

第五节 光谱光度学 533

一、基本概念 533

（一）反射 533

（二）透射 534

（三）吸收 535

二、基本定律 536

（一）菲涅耳公式 536

（二）朗伯-比耳定律 537

（三）库贝尔卡-芒克理论 537

（四）吸收比、透射比和反射比的关系 537

三、反射比的测量 537

（一）反射比测量的几何条件 537

（二）规则反射比的绝对测量 538

（三）漫反射比的绝对测量 539

（四）实用反射测量技术 540

（五）标准样品 541

（六）常见物体表面的反射比 541

四、透射比的测量 541

（一）透射比测量的几何条件 541

（二）光谱透射比测量 542

（三）内透射比测量 542

（四）雾度测量 543

五、吸收测量 543

第十章 色度学 547

第一节 颜色视觉 547

一、明视觉、暗视觉与中间视觉 547

（一）明视觉 547

（二）暗视觉 547

（三）中间视觉 547

（四）浦尔金耶现象 548

二、颜色对比与颜色适应 548

（一）颜色对比 548

（二）颜色适应 548

（三）明适应和暗适应 548

三、颜色的分类与属性 548

（一）颜色的分类 548

（二）颜色的属性 548

四、颜色匹配、颜色方程与颜色相加原理 548

（一）颜色匹配 548

（二）颜色方程 549

（三）颜色相加原理 550

五、色觉缺陷 550

（一）色弱 550

（二）色盲 550

六、颜色视觉理论 550

（一）三色学说 550

（二）对立颜色学说 551

（三）阶段学说 551

第二节 颜色表示系统 551

一、孟塞尔颜色系统 551

二、奥斯特瓦尔德颜色系统 552

三、自然色彩系统 552

四、中国颜色体系 554

第三节CIE标准色度系统 555

一、名词术语和相关概念 555

（一）颜色匹配函数 555

（二）CIE 1931 RGB系统 556

（三）CIE 1931标准色度系统 556

（四）CIE 1964标准色度系统 556

（五）三刺激值 557

（六）色品（度）坐标 557

（七）反射因数 557

（八）透射比 557

（九）光谱密集度 557

（十）光谱功率分布 557

（十一）完全漫反射体 557

（十二）几何条件 557

（十三）黑体（完全辐射体） 557

（十四）颜色温度（色温） 558

（十五）相关色温 558

（十六）光源色 558

（十七）物体色 558

（十八）表面色 558

（十九）照明体 558

（二十）CIE标准照明体 558

（二十一）CIE光源 558

（二十二）色品图 558

二、CIE标准色度观察者 558

（一）CIE 1931标准色度观察者 558

（二）CIE 1964标准色度观察者 561

三、CIE标准照明体和人工光源 565

（一）CIE标准照明体A和光源A 568

（二）CIE标准照明体D65与人工光源 568

（三）其他照明体D 568

（四）照明体C 571

四、应用于物体色度测量的几何条件 571

（一）CIE对几何条件的定义中相关的名词和术语 571

（二）应用于反射测量的几何条件 571

（三）应用反射测量几何条件的注意事项 573

（四）应用于透射测量的几何条件 573

（五）应用透射测量几何条件的注意事项 573

（六）CIE曾规定的几何条件 574

五、CIE色度计算方法 575

（一）CIE推荐的颜色 575

（二）三刺激值的计算方法 575

（三）三刺激值计算中的色刺激函数和归一化系数 576

（四）色品坐标的计算方法 576

（五）色度计算方法的方便应用——公式变换 577

六、CIE 1976均匀颜色空间与色差 577

（一）CIE 1976均匀色度标尺图（UCS图） 577

（二）CIE 1976（L a b）颜色空间（CIE LAB色空间）与色差 578

（三）CIE 1976（L u v）颜色空间（CIE LUV色空间）与色差 579

（四）CIE 1976均匀颜色空间计算与应用的注意事项 580

（五）CIE DE2000色差公式 580

（六）其他色差公式 582

七、主波长与纯度 582

（一）（色刺激的）主波长 582

（二）（色刺激的）补色波长 582

（三）色度纯度 582

（四）兴奋纯度 582

八、白度的评价 583

（一）CIE白度 583

（二）蓝光白度Wb 583

（三）亨特白度WH 584

九、减色法混色 584

十、特殊同色异谱指数 584

（一）特殊同色异谱指数：改变照明体 585

（二）特殊同色异谱指数：改变观察者 594

（三）色度应用中昼光模拟器的质量评价 595

十一、光源的显色性 595

（一）参照照明体 595

（二）检验色样 597

（三）待测光源色品坐标及待测光源下颜色样品色品坐标的计算 600

（四）适应性色品位移的修正 600

（五）由u、v、Y转换成U、 V、W 600

（六）检验色样的总色位移（色差） 600

（七）显色指数的计算 600

十二、色貌与CIE CAM02色貌模型 601

（一）色貌属性与色貌现象 601

（二）色适应变换：CAT02 602

（三）CIE色貌模型：CIE CAM02 604

（四）M-1caT02 、M-1HPE 、LA与环境条件 609

十三、基于CIE色度系统的其他色度计算公式 609

（一）黄色指数YI 609

（二）棉花反射率Rd与黄度+b 609

第四节 物体色的测量方法 610

一、光谱光度测色法 610

（一）测量原理 610

（二）测量装置 610

（三）测量方法 611

二、光电积分测色法 612

（一）测量原理 612

（二）测量装置 613

（三）测量方法 613

三、目视比较测色法 613

（一）测量原理 613

（二）测量装置 614

（三）测量方法 614

四、测量结果的表示方法 614

第五节 光源色的测量方法 614

一、光谱辐射测色法 614

（一）测量装置 614

（二）测量方法 615

二、光电积分测色法 616

（一）测量装置 616

（二）测量方法 616

三、测量结果的表示方法 617

第六节 荧光样品色的测量方法 617

一、光谱光度法 617

（一）测量装置 617

（二）测量方法 618

（三）测量结果的计算 618

（四）光谱光度计的光谱一致性因子（SCF）计算方法 619

二、光电积分法 620

（一）测量装置 620

（二）测量方法 620

三、测量结果的表示方法 620

第七节 色度标准与色度计量 620

一、测色的参照标准 620

二、绝对光谱反射因数的测量 621

（一）积分球原理 621

（二）绝对光谱漫反射因数测量方法 622

三、色度国家基准与光谱漫反射因数绝对测量装置 623

（一）色度国家基准 623

（二）光谱漫反射因数绝对测量装置 624

第十一章 光谱学 627

第一节 简单原子光谱 627

一、氢原子与类氢离子光谱 627

（一）系统的能量 627

（二）氢原子与类氢离子 628

（三）谱线的精细结构 629

（四）电子态与原子态的表示 629

（五）跃迁选择定则 630

二、碱金属原子光谱 630

（一）系统的能量 630

（二）锂和钠光谱线系 631

第二节 多电子原子光谱 632

一、系统的能量 632

二、泡利原理 632

三、电子组态与原子态 633

（一）LS耦合（适用于较轻的原子） 633

（二）jj耦合（适用于较重的原子或某些高激发态） 633

四、跃迁选择定则（偶极近似下） 635

（一）普遍规则 635

（二）LS耦合跃迁选择定则 635

（三）jj耦合跃迁选择定则 635

五、能级图 635

（一）He能级图 635

（二）Mg能级图 635

（三）T1能级图 635

（四）He-Ne激光器的能级跃迁图 635

第三节 双原子分子光谱 637

一、系统的能量与光谱 637

二、双原子分子的转动光谱 637

（一）转动能量 637

（二）转动跃迁选择定则 638

（三）转动光谱 638

三、双原子分子的振动-转动谱 639

（一）振动-转动能量 639

（二）跃迁选择定则 639

（三）振转谱 639

四、双原子分子的电子光谱 639

（一）电子光谱的振动结构 640

（二）电子振动光谱的转动结构 642

五、拉曼光谱 642

（一）拉曼散射 642

（二）跃迁选择定则 642

（三）拉曼光谱 643

第四节 多原子分子光谱 643

一、多原子分子的转动光谱 643

（一）刚性转子模型 643

（二）线型分子的转动光谱 644

二、多原子分子的振动光谱 644

（一）系统振动能量 644

（二）CO2分子的振动光谱 645

三、多原子分子的振-转光谱 646

（一）线型多原子分子 646

（二）CO2分子的振-转光谱 647

四、多原子分子的电子光谱 647

第五节 固体中的离子光谱 647

一、固体中铬离子Cr3+的能级与光谱 648

（一）红宝石中铬离子Cr 3+的能级与光谱 648

（二）紫翠宝石中的铬离子Cr 3+ 649

（三）LisAF中的铬离子Cr 3+ 649

二、固体中钕离子Nd3+的能级与光谱 649

（一）YAG中的钕离子N d3+ 649

（二）钕玻璃中Nd3+的能级与光谱 651

三、钛宝石中钛离子Ti3+的能级与光谱 651

第六节 光谱线的宽度、线型及强度 652

一、光谱线的线型与宽度 652

（一）线型与宽度的定义 652

（二）自然宽度 652

（三）碰撞加宽 652

（四）多普勒加宽 653

（五）综合加宽 653

二、谱线强度 653

（一）自发发射谱中谱线的强度 653

（二）多重谱线中各谱线的相对强度 653

（三）碱金属主线系的谱线强度 654

第七节 激光光谱 654

一、激光吸收光谱 654

二、激光感应荧光光谱 656

三、非线性激光光谱 656

第八节 光学中常用的光谱 656

一、太阳光谱——夫琅禾费谱线 656

二、常用激光器波长 657

三、光学设计用谱线 658

四、常用原子和分子光谱 659

五、按波长顺序排列的光谱谱线表 664

第十二章 光源和同步辐射 669

第一节 常规非相干光源 669

一、实验用定标光源 669

（一）黑体模拟器 669

（二）光辐射标准源 670

二、白炽灯 670

三、气体放电光源 671

（一）开放式气体放电光源 671

（二）气体灯 672

四、固体发光光源 690

（一）交流型场致发光屏 691

（二）薄膜型交流场致发光屏 691

五、天然光源 691

（一）太阳 691

（二）月亮和行星 691

（三）恒星 692

（四）大气辉光和极光 693

（五）其他大气辐射 693

（六）大地辐射 693

第二节 激光器 694

一、激光增益介质的特性 694

（一）原子跃迁 694

（二）原子谱线的加宽 695

（三）粒子数反转 697

（四）激光器的速率方程 698

（五）增益系数及其饱和 699

（六）激光器的振荡条件 701

（七）激光振荡的工作特性 701

二、激光谐振腔及激光光束特性 703

（一）激光光束特性 703

（二）谐振腔 706

（三）开腔模式的衍射理论 708

（四）稳定谐振腔的几何理论 708

（五）非稳定腔 709

（六）产生脉冲输出的谐振腔技术 710

三、激光器的泵浦技术 711

四、常见激光器 712

第三节 半导体激光器 724

一、半导体的基本概念 724

二、电子在能带之间的跃迁 724

（一）能带之间的跃迁 724

（二）跃迁速率 725

（三）激光振荡条件及特性 726

（四）半导体激光器的相关特性 727

三、半导体激光器的结构 728

（一）同质结与异质结 728

（二）条形激光器 729

（三）量子阱半导体激光器 730

（四）面发射半导体激光器 733

四、高功率半导体激光器 734

（一）高功率半导体激光器概述 734

（二）大光腔高功率半导体激光器 735

（三）列阵激光器 738

五、高速调制半导体激光器 740

（一）延迟时间τd及弛豫振荡频率fr的影响 740

（二）寄生电感及电容的影响 742

（三）啁啾限制 742

第四节 发光二极管 743

一、发光二极管的基本原理 743

（一）基本原理 743

（二）光的提取效率 744

二、发光二极管的结构 744

（一）扩散同质结 744

（二）单异质结 745

（三）双异质结结构 745

三、材料系 746

（一）GaAsl- x Px材料 746

（二）AlxGal-xAs材料系 747

（三）AIInGaP材料 747

（四）其他材料 747

（五）衬底技术 747

四、发光二极管产品 748

（一）指示灯 748

（二）数码显示 749

（三）光耦合器 749

（四）光纤通信及传感 750

（五）传感器 750

第五节 同步辐射光源 751

一、同步辐射基本原理 751

（一）基本原理 751

（二）同步辐射光源的主要特性 752

（三）同步辐射光源特性的计算 753

二、同步辐射装置组成 755

（一）同步辐射装置的基本组成 755

（二）同步辐射加速器技术的发展 756

三、同步辐射装置的发展状况 757

（一）国内同步辐射装置 757

（二）国外同步辐射装置 760

四、同步辐射光束线 761

（一）同步辐射光束线的基本组成 761

（二）同步辐射光束线的光学系统 762

（三）同步辐射光束线中的光学元件 763

五、同步辐射X射线晶体单色器 767

（一）同步辐射晶体单色器的工作原理 767

（二）晶体单色器的单色光固定出口技术 768

（三）晶体方位角偏差对出射光束位置的影响 774

六、同步辐射高热负载的热缓释技术 776

（一）同步辐射光束线分光元件的材料 776

（二）同步辐射光束线分光元件冷却剂 776

（三）同步辐射光束线分光元件的冷却方法 777

（四）同步辐射光束线分光晶体的冷却结构 778

七、同步辐射X射线压弯聚焦技术 780

（一）同步辐射光束线X射线聚焦镜类型 780

（二）同步辐射光束线X射线聚焦镜的压弯机构 782

八、同步辐射应用领域 783

（一）同步辐射应用领域 785

（二）同步辐射应用领域与相关实验技术 788

九、同步辐射光源的未来发展——自由电子激光 789

（一）XFEL的科学意义 790

（二）国际上XFEL的预制研究和建设 790

（三）我国XFEL的预制研究和建设 791

第十三章 非成像光学和自由曲面光学 797

第一节 辐射度学和光度学的基本参量 797

第二节 照明光学系统的基本组成 801

一、临界照明 801

二、柯勒照明 802

第三节 照明光学系统的设计 803

第四节 均匀照明的实现 805

一、复眼透镜 805

二、光棒照明 806

第五节 太阳光能量获取系统 807

一、透射式 809

二、反射式 811

第六节 自由曲面光学 812

一、曲线构造 813

（一）样条曲线 813

（二）B样条 814

（三）NURBS曲线 816

（四）用坐标矢量以及导矢量表示的空间样条曲线 817

（五）Bezier-Bernstein曲线 817

二、自由曲面的构造方法 818

（一）Coons曲面的构造方法及特点 818

（二）Bezier曲面的构造方法及其特点 820

（三）B样条曲面的构造方法及其特点 821

（四）NURBS曲面的构造方法及其特点 821

第七节 非成像光学软件TracePro 822

第十四章 成像光学 829

第一节 符号与定义 829

一、常用符号 829

二、符号规则 831

三、基本定义 832

第二节 理想成像 833

一、近轴共轭成像关系式 833

（一）以主点为基准的高斯公式 833

（二）以焦点为基准的牛顿公式 833

（三）单球面成像的共轭关系式 833

二、组合光学系统（多光组）的基本公式 834

（一）多光组组合的焦距公式 834

（二）典型的双光组结构形式 835

第三节 光线追迹 836

一、子午面内光线的光路计算 836

（一）近轴光线的光路计算 836

（二）实际光线光路计算的三角公式 838

二、轴外细光束的光路计算 840

（一）杨氏公式 840

（二）多折射面情况 840

（三）公式组的计算方法 841

三、空间光线的光路计算 841

（一）球面 841

（二）二次曲面 842

（三）偶次非球面空间光线的计算 843

（四）空间光线追迹的起始和终结公式 843

第四节 几何像差理论 845

一、几何像差理论 845

（一）球差 845

（二）彗差 845

（三）场曲与像散 846

（四）畸变 847

（五）色差 848

二、高级像差的计算评价方法 848

（一）初级像差与视场y和孔径h的基本关系 848

（二）高级像差的计算关系式 849

三、塞德像差多项式 849

（一）垂轴像差分量的表达形式 849

（二）波像差表达形式 849

四、像差的曲线表示方法 850

（一）独立几何像差曲线 850

（二）光线像差（垂轴分量）曲线 850

五、薄透镜系统的初级像差方程组 851

六、像差理论决定的典型结构与概念 852

（一）齐明透镜、不晕成像、等晕成像 852

（二）光阑位置的选择有助于消除轴外像差 853

（三）校正场曲的典型结构 853

（四）二级光谱色差的特征与校正方法 853

（五）PW法求解结构与像差校正 854

第五节 衍射成像与像质评价 856

一、衍射成像 856

（一）点扩散函数 856

（二）圆内能量集中度 856

（三）衍射像 857

（四）分辨率 858

（五）切趾法和变迹法 859

二、像质评价 859

（一）波像差与像差容限 859

（二）斯特列尔值 860

（三）调制传递函数 861

（四）点列图 864

第六节 成像系统中的平面元件 865

一、光楔 865

（一）光线偏向角 865

（二）消色差光楔 865

二、平行平板玻璃 865

（一）作用 865

（二）像差规律 866

（三）像散校正方法 867

三、反射棱镜与转像规律 867

（一）棱镜展开 867

（二）棱镜的转像规律 868

（三）常用棱镜的特征参数表 868

四、折射棱镜 873

（一）折射棱镜的偏向角 873

（二）棱镜色散 873

（三）直视色散棱镜 873

五、棱镜共轭成像 874

（一）反射定律的矢量表达 874

（二）作用矩阵的一般规律 874

（三）应用 875

第七节 典型光学系统 876

一、成像光学系统的孔径光阑与视场光阑 876

二、人眼 876

（一）基本结构 876

（二）焦距、瞳孔、屈光度 877

（三）中国人眼的平均模型 877

（四）视角分辨率 877

（五）近视、正视与远视眼 877

三、显微镜 878

（一）一般显微镜 878

（二）极紫外及深紫外光刻物镜 879

四、望远镜 880

五、摄影与投影系统 882

六、变焦距系统 885

（一）变焦原理 885

（二）变焦距的偏微分方程 886

（三）变焦距系统的高斯计算与换根 886

（四）变焦距系统的优化设计举例 888

七、非球面在典型光学系统中的作用 889

（一）光学塑料的光学与理化参数 889

（二）非球面的位置与像差校正规律 890

（三）非球面参数参与优化时应注意的问题 890

（四）非球面的图纸技术要求 890

第八节 光学设计 891

一、一般步骤 891

二、初始结构 891

三、评价函数、权因子和变量 892

四、阻尼最小二乘法 892

五、全局优化方法 893

六、CODE-V与ZEMAX软件 893

第九节 计算实例 894

一、概述 894

二、结构选型与光焦度分配 895

（一）内调焦物镜型式 895

（二）各组的光焦度 895

（三）前组长顶焦距的控制 895

三、初始结构 895

四、ZEMAX软件在像差设计中的应用 896

（一）物镜初始结构的像质评价 896

（二）ZEMAX中现有评价函数的建立方法及像差控制的局限性 897

（三）像差控制操作符的建立方法 897

五、评价函数与优化 898

六、像质评价与设计结果 898

第十节 光学设计领域的新概念设计 899

一、自由曲面 899

二、液体透镜 900

（一）基本原理 900

（二）应用 900

三、变折射率透镜 900

（一）基本原理 901

（二）典型应用举例 901

第十一节 间接成像方法 902

一、衍射成像 902

（一）菲涅耳波带片 902

（二）二元光学器件 903

二、扫描成像 905

（一）扫描成像的取样方式和分辨率 905

（二）扫描成像的纵向分辨 905

（三）扫描成像系统的光学传递函数 907

三、图谱合一的高光谱干涉成像技术 908

（一）一般原理 909

（二）空间调制型干涉成像光谱仪原理 909

四、光学相干层析成像 910

（一）时域OCT原理 910

（二）频域OCT（或光谱域OCT） 910

五、综合孔径成像 910

六、编码孔成像 912

七、计算机层析成像 914

（一）拉冬变换 914

（二）CT成像扫描过程与拉冬变换的关系 914

（三）CT成像图像重构——拉冬逆变换过程 915

八、X射线相位衬度成像 915

九、激光共焦扫描成像 916

（一）分辨率 917

（二）探测深度与速度 917

（三）主要应用 917

第十五章 信息光学 921

第一节 数学物理基础 921

一、均方逼近与正交展开 921

二、卷积 922

（一）一维卷积 922

（二）二维卷积 923

三、相关 924

（一）互相关 924

（二）自相关 924

四、傅里叶变换 925

（一）傅里叶级数 925

（二）傅里叶积分与傅里叶变换 925

（三）广义傅里叶变换与广义函数 926

（四）切趾傅里叶变换 927

（五）分数傅里叶变换 928

（六）二维傅里叶变换 928

（七）傅里叶变换的性质 928

五、汉克尔变换（傅里叶-贝塞尔变换） 930

（一）汉克尔变换的定义 930

（二）汉克尔变换的性质 931

六、希尔伯特变换 931

（一）希尔伯特变换的定义 931

（二）希尔伯特变换的性质 931

七、梅林变换 932

八、维格纳变换 932

（一）维格纳变换的定义 932

（二）维格纳变换的性质 932

九、小波变换 933

（一） 小、波变换的定义 933

（二）常用小波函数 934

十、常用函数及其傅里叶变换对 935

（一）常用一维函数 935

（二）常用二维函数 937

第二节 线性系统 938

一、物理系统的一般描述 938

（一）线性系统 939

（二）平移不变系统 939

（三）表因系统 939

（四）有记忆系统 939

二、脉冲响应与叠加积分 940

三、线性平移不变系统的本征函数与传递函数 940

四、二维线性平移不变系统的传递函数 941

五、线响应和阶跃响应 942

（一）线响应法 942

（二）阶跃响应法 943

六、线性系统与滤波器 943

第三节 抽样定理 944

一、抽样定理 944

二、抽样定理与傅里叶级数之间的关系 945

三、抽样与模数转换 945

四、二维抽样定理 946

五、抽样定理的其他形式 946

（一）坐标与导数抽样 946

（二）交错抽样 947

（三）抽样函数的变形 947

（四）有限抽样阵的影响 947

第四节 光波的传播和衍射 948

一、格林定理 948

二、亥姆霍兹-基尔霍夫积分定理 948

三、平面孔径衍射的基尔霍夫理论 949

四、平面孔径衍射的瑞利-索末菲理论 950

五、瑞利-索末菲衍射理论向多色光的推广 950

六、部分相干光的传播和衍射 951

（一）实多色光波场的复数表示 951

（二）互相干函数 951

（三）解析信号与互相干函数的性质 952

（四）互相干函数的传播方程 953

（五）互相干函数的近似传播规律 953

（六）互相干函数的基尔霍夫积分 954

（七）条纹衬比度与互相干函数的物理意义 955

第五节 互强度与强度矩阵 956

一、互强度 956

二、强度矩阵 957

（一）复振幅的抽样展开 957

（二）强度矩阵 958

三、强度矩阵的对角化 959

四、强度矩阵本征值和本征向量的物理意义 960

五、相干性的强度矩阵表示 961

六、传输矩阵 962

七、二维光场的抽样展开与强度矩阵 963

（一）二维光场的抽样展开 963

（二）二维光场的强度矩阵及信息自由度 964

第六节 光学成像系统的频谱分析 965

一、光衍射的线性系统描述 965

（一）傅里叶变换与平面波谱、自由空间传播的传递函数 965

（二）衍射问题的线性系统描述 966

（三）菲涅耳衍射 966

（四）夫琅禾费衍射 967

二、薄透镜的相位变换作用 968

三、衍射成像及其频域描述 970

（一）单色光照明下的单透镜成像 970

（二）一般成像系统分析 971

四、用光线矩阵元表示的衍射积分和传递函数 974

（一）衍射积分 974

（二）系统内无限制孔径时的相干传递函数 975

（三）系统内有限制孔径的相干传递函数 975

第七节 光学全息术 976

一、概述 976

二、全息术的基本原理 977

（一）波前记录原理 977

（二）波前再现原理 978

三、平面全息图的分析 978

（一）点源的全息成像 978

（二）菲涅耳全息图 979

（三）像全息图 980

（四）傅里叶变换全息图 980

（五）无透镜傅里叶变换全息图 980

（六）彩虹全息图 981

（七）模压全息图 982

（八）激光直写全息图 982

四、体全息图 982

（一）透射型体全息图 983

（二）反射型体全息图 983

五、偏振全息图 984

六、全息图的衍射效率 985

七、全息干涉测量术 985

（一）二次曝光法 985

（二）单次曝光法（实时法） 986

（三）时间平均法 986

八、全息照相实验系统条件 987

（一）光源 987

（二）装置 987

（三）常用的全息记录介质 988

第八节 散斑照相术 989

一、概述 989

二、激光散斑的产生和统计性质 989

（一）菲涅耳型散斑 990

（二）夫琅禾费型散斑 990

（三）激光散斑的统计性质 990

三、散斑场的相关条件 991

四、散斑照相原理 992

（一）散斑场的面内位移 992

（二）散斑场的离面位移 996

五、微小位移和形变的测量 996

（一）普通散斑照相术 996

（二）剪切散斑照相术 998

六、振动测量 1000

（一）横向振动 1000

（二）轴向振动 1001

（三）基于参考光波的振动测量 1001

七、表面粗糙度检测 1001

（一）根据条纹衬比度确定粗糙度 1001

（二）表面粗糙度的实时测量 1002

（三）利用部分相干光照明测量粗糙度 1002

八、星体散斑干涉术 1002

（一）双星张角的测量 1003

（二）星体表观直径的测量 1003

（三）使用多个望远镜组合测量星体的表观直径 1003

九、人工散斑 1003

第九节 光学信息处理 1004

一、阿贝成像原理 1004

（一）平面光波照明下的二次衍射成像 1004

（二）球面波照明下的二次衍射成像 1005

（三）阿贝成像原理的傅里叶描述 1005

二、阿贝-波特实验 1005

三、相干光学处理系统 1006

四、空间滤波器的分类 1007

（一）二元振幅滤波器 1007

（二）振幅滤波器 1007

（三）相位滤波器 1007

（四）复数滤波器 1007

五、相衬显微术 1008

六、线性空间不变处理 1008

（一）图像相减 1008

（二）图像边缘增强 1010

（三）图像相关及特征识别 1012

（四）逆滤波器及图像消模糊 1013

七、非线性处理 1014

（一）相干光学反馈技术 1014

（二）半色调网屏技术 1015

（三）θ调制技术 1017

八、非相干处理 1017

九、白光处理 1018

十、基于光折变效应的信息处理 1019

（一）光折变全息信息存储 1019

（二）光折变相位共轭器 1021

（三）光折变联合变换相关器 1022

（四）图像增强处理 1022

（五）光折变效应在信息处理中的其他应用 1023

第十节 高斯光束的传播 1023

一、高斯光束的基本性质 1023

（一）基模高斯光束及其在自由空间的传播特性 1023

（二）高斯光束的特征参数 1024

（三）高阶高斯光束 1025

二、高斯光束经透镜的传输 1026

（一）透镜对高斯光束的变换 1026

（二）高斯光束的聚集 1027

（三）高斯光束的准直 1027

三、利用参数q描述高斯光束的传播 1028

第十一节 数字光学信息处理 1029

一、计算全息术 1029

（一）概述 1029

（二）数字物光波的产生 1029

（三）计算全息图的编码 1031

（四）相息图 1033

二、数字全息术 1033

（一）概述 1033

（二）相关数字全息术 1035

（三）相移数字全息术 1037

（四）数字菲涅耳变换全息术 1038

（五）数字无透镜傅里叶变换全息术 1040

（六）数字全息术的分辨率 1041

（七）数字全息显微术 1042

（八）彩色数字全息术 1045

（九）数字全息干涉术 1045

三、数字散斑技术 1047

（一）数字散斑相关术 1047

（二）数字散斑照相术 1050

（三）数字剪