第1章 二维傅里叶分析 1
1.1光学中常用的几种非初等函数 1
1.1.1矩形函数 1
1.1.2 sinc函数 2
1.1.3阶跃函数 3
1.1.4符号函数 4
1.1.5三角形函数 4
1.1.6高斯函数 5
1.1.7圆域函数 6
1.2 δ函数 6
1.2.1 δ函数的定义 6
1.2.2 δ函数的物理意义 8
1.2.3 δ函数的性质 8
1.2.4梳状函数 11
1.3卷积 12
1.3.1卷积概念的引入 12
1.3.2卷积的定义 13
1.3.3卷积的物理意义和几何意义 13
1.3.4卷积的运算性质 15
1.3.5卷积运算举例 16
1.4相关 19
1.4.1互相关 19
1.4.2自相关 20
1.4.3相关运算举例 21
1.4.4有限功率函数的相关 22
1.5傅里叶变换的基本概念 23
1.5.1二维傅里叶变换的定义 23
1.5.2存在条件 23
1.5.3广义傅里叶变换 24
1.5.4虚、实、奇、偶函数傅里叶变换的性质 26
1.5.5傅里叶变换作为分解式 27
1.6二维傅里叶变换的基本定理 28
1.7傅里叶-贝塞尔变换 31
1.7.1可分离变量函数的变换 31
1.7.2具有圆对称的函数：傅里叶-贝塞尔变换 33
1.8常用傅里叶变换对 34
1.9线性系统与线性空间不变系统 37
1.9.1系统的算符表示 37
1.9.2线性系统的意义 37
1.9.3脉冲响应函数与叠加积分 38
1.9.4线性空间不变系统 传递函数 39
1.9.5线性空间不变系统的本征函数 40
1.9.6 LSI级联系统 42
1.10二维采样定理 43
1.10.1图像函数的采样表示法 43
1.10.2奈奎斯特判据 44
1.10.3原始函数的复原 45
1.10.4空间-带宽积 46
思考题 47
习题 48
本章参考文献 50
第2章 标量衍射理论 51
2.1引言 51
2.2基尔霍夫衍射理论 52
2.2.1数学预备知识 52
2.2.2平面衍射屏的基尔霍夫衍射公式 55
2.2.3菲涅耳-基尔霍夫衍射公式 56
2.2.4衍射公式与叠加积分 57
2.3衍射规律的频域表达式 58
2.3.1衍射规律的频域描述 58
2.3.2传播现象作为一种线性空间滤波器 60
2.3.3衍射孔径对角谱的效应 60
2.4菲涅耳衍射与夫琅和费衍射 61
2.4.1初步的近似处理 61
2.4.2菲涅耳近似 62
2.4.3夫琅和费衍射 63
2.4.4夫琅和费衍射与菲涅耳衍射的关系 64
2.5夫琅和费衍射计算实例 64
2.5.1矩孔和单缝的夫琅和费衍射 65
2.5.2双缝的夫琅和费衍射 66
2.5.3多缝的夫琅和费衍射 67
2.5.4圆孔的夫琅和费衍射 69
2.5.5圆环的夫琅和费衍射 71
2.5.6正弦型振幅光栅的夫琅和费衍射 72
2.5.7正弦型位相光栅的夫琅和费衍射 74
2.6菲涅耳衍射计算实例 76
2.6.1傅里叶成像 76
2.6.2衍射屏被会聚球面波照明时的衍射 78
2.6.3方孔的菲涅耳衍射 79
2.7衍射的巴俾涅原理 83
思考题 85
习题 85
本章参考文献 89
第3章 光学成像系统的频率特性 90
3.1透镜的傅里叶变换性质 91
3.1.1薄透镜的位相调制作用 91
3.1.2透镜的傅里叶变换性质 93
3.1.3透镜孔径的影响 95
3.2光学成像系统的一般分析 98
3.2.1成像系统的普遍模型 98
3.2.2衍射受限系统的点扩展函数 99
3.2.3准单色光照明时物像关系分析 101
3.3衍射受限相干成像系统的传递函数 103
3.3.1相干传递函数的定义 103
3.3.2相干传递函数与系统物理性质的联系 104
3.3.3像差对系统传递函数的影响 105
3.3.4相干传递函数计算举例 105
3.4衍射受限非相干成像系统的传递函数 107
3.4.1衍射受限系统的光学传递函数 108
3.4.2 OTF与CTF的关系 109
3.4.3光学传递函数的一般性质和意义 110
3.4.4衍射受限系统OTF的计算 112
3.4.5像差对OTF的影响 114
3.5相干成像与非相干成像系统的比较 117
思考题 120
习题 120
本章参考文献 122
第4章 部分相干理论 123
4.1光场相干性的一般概念 123
4.1.1光源的空间相干性与光源线度 123
4.1.2光源的时间相干性与光波频谱 126
4.2互相干函数 130
4.2.1解析信号——实多色场的复值表示 130
4.2.2互相干函数与复相干度 131
4.2.3互相干函数的谱表示 133
4.2.4互相干函数与互相干度的测量 134
4.3准单色光的干涉 134
4.3.1准单色场的互强度和复相干度 134
4.3.2准单色光的传播 136
4.4范西特-泽尼克定理 141
4.4.1范西特-泽尼克定理 141
4.4.2均匀圆形光源的例子 143
思考题 145
习题 146
本章参考文献 147
第5章 光学全息照相 148
5.1全息照相的基本原理 148
5.1.1全息图的记录和重现 148
5.1.2基本理论 149
5.1.3全息照相的基本特点 151
5.1.4全息图的类型 151
5.2菲涅耳全息图 152
5.2.1基元全息图的几何模型 153
5.2.2点源全息图的记录和重现 154
5.2.3几种特殊情况 156
5.3全息记录介质 158
5.3.1基本术语 158
5.3.2全息记录介质的特性 158
5.3.3几种常用的全息记录介质 163
5.4全息照相装置及实验注意事项 166
5.4.1全息照相所需的设备和元件 166
5.4.2全息照相光路的布置 169
5.5傅里叶变换全息图 169
5.5.1傅里叶变换全息图的记录和重现 169
5.5.2准傅里叶变换全息图 171
5.5.3无透镜傅里叶变换全息图 171
5.6像全息图 彩虹全息图 173
5.6.1像全息图 173
5.6.2彩虹全息图 174
5.7体积全息图 177
5.7.1透射体积全息图 177
5.7.2反射全息图 179
5.8数字全息图 计算全息图 180
5.8.1数字全息图 180
5.8.2计算全息图 183
5.9模压全息图 185
5.9.1全息图的模压复制 185
5.9.2全息烫印箔 186
5.9.3动态点阵全息图 186
5.10全息照相的应用 188
5.10.1全息显示 188
5.10.2全息光学元件 190
5.10.3全息信息存储 192
思考题 196
习题 197
本章参考文献 198
第6章 空间滤波 200
6.1空间滤波的基本原理 201
6.1.1阿贝成像理论 201
6.1.2空间频谱分析系统 202
6.1.3空间频率滤波系统 204
6.1.4空间滤波的傅里叶分析 206
6.2空间滤波器的结构类型和应用举例 209
6.2.1空间滤波器结构类型 209
6.2.2空间滤波器应用举例 210
6.3暗场法与纹影法 213
6.3.1暗场法 213
6.3.2纹影法 214
思考题 216
习题 217
本章参考文献 219
第7章 相干光学处理 220
7.1图像相减 220
7.1.1正弦光栅法 221
7.1.2全息照相法 222
7.2匹配滤波与光学图像识别 223
7.2.1空间匹配滤波器的意义 223
7.2.2匹配滤波器的制作 223
7.2.3利用匹配滤波器进行图像识别 224
7.3用梅林变换作光学相关 225
7.4用圆谐变换实现光学相关 227
7.5联合变换相关器 229
7.5.1联合变换相关器的识别原理 229
7.5.2实时联合变换相关器 230
7.6半色调网屏技术 231
7.6.1半色调图片的制作 231
7.6.2半色调网屏对图像的非线性处理 232
7.6.3几种图像处理实例 233
7.7其他相干光学处理 234
7.7.1用逆滤波器消模糊 234
7.7.2光学微分 235
7.8空间光调制器 237
7.8.1空间光调制器的意义和类型 237
7.8.2液晶光阀 238
7.8.3数字微反射镜器件 242
思考题 243
习题 244
本章参考文献 245
第8章 非相干光学处理 247
8.1相干与非相干光学处理的比较 247
8.2基于几何光学的非相干处理系统 248
8.2.1图像乘积的积分运算 248
8.2.2图像的相关和卷积 249
8.2.3双极性信号的处理技术 250
8.2.4利用散焦系统的非相干叠加积分 251
8.3基于衍射的非相干处理——非相干频域综合 252
8.3.1切趾术 252
8.3.2沃耳特（Wolter）最小强度检出滤波器 253
8.4白光信息处理 254
8.4.1白光信息处理原理 254
8.4.2实时假彩色编码技术 256
8.4.3 θ调制技术 259
8.5位相调制假彩色编码 260
8.5.1光栅调制 260
8.5.2漂白处理 261
8.5.3滤波解调 261
思考题 263
习题 263
本章参考文献 264
第9章 信息光学在计量学中的应用 265
9.1全息干涉计量的原理和基本方法 265
9.1.1全息干涉计量的特点 265
9.1.2二次曝光全息干涉术 266
9.1.3实时全息干涉术 267
9.1.4时间平均全息干涉术 268
9.1.5动态全息干涉术 270
9.2全息干涉图的数据处理方法 271
9.2.1用二次曝光法测定三维位移场 272
9.2.2测定刚体的微小转角与平动 274
9.2.3测定物体的均匀应变 276
9.2.4测定物体的微小振动 279
9.3散斑效应及其基本统计特征 280
9.3.1散斑的光强分布函数 281
9.3.2散斑图的衬度 285
9.3.3散斑的特征尺寸 285
9.4二次曝光散斑图的记录和处理 287
9.4.1二次曝光散斑图的记录 287
9.4.2散斑图的处理方法 287
9.4.3 用双散斑图系统测量空间位移 289
9.4.4用散斑摄影研究位相物体 291
9.4.5用时间平均散斑图分析振动 293
9.5散斑干涉计量 294
9.6面内云纹法的基本概念 297
9.6.1云纹的由来 297
9.6.2均匀线位移引起的云纹效应 298
9.6.3纯转动产生的云纹效应 299
9.6.4均匀线位移和纯转动并存时引起的云纹效应 300
9.6.5云纹移动效应和线应变符号的判别 302
9.6.6云纹图的记录光路 302
9.6.7投影云纹法 303
9.7衍射光栅云纹干涉法 304
9.7.1闪耀光栅 304
9.7.2面内位移的实时观测 306
9.7.3差载面内位移 308
9.7.4离面位移场的实时观测 309
9.7.5三维位移导数场 309
思考题 311
习题 312
本章参考文献 312
第10章 信息光学在光通信中的应用 314
10.1布喇格光纤光栅 314
10.1.1光纤的基本结构 314
10.1.2光纤中的色散 317
10.1.3布喇格光纤光栅的记录方法 318
10.1.4 FBG的应用 320
10.2超短脉冲的整形 322
10.2.1时间频率到空间频率的变换 322
10.2.2脉冲整形系统 323
10.2.3超短脉冲整形的应用 324
10.3阵列波导光栅 325
10.3.1阵列波导光栅的基本结构 325
10.3.2阵列波导光栅的工作原理 326
思考题 327
习题 327
本章参考文献 328
附录1贝塞尔函数关系式表 329
附录2计算全息图记录和重现的Matlab程序 330