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