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第1章 傅里叶变换和卷积1

1.1 引言1

1.2 一维函数1

1.2.1 阶跃函数2

1.2.2 正负号函数3

1.2.3 矩形函数3

1.2.4 斜坡函数4

1.2.5 三角形函数4

1.2.6 sinc函数5

1.2.7 sinc2函数6

1.2.8 高斯函数6

1.3 脉冲函数8

1.3.1 δ-函数8

1.3.2 δ-函数的性质10

1.3.3 δ-函数的导数11

1.3.4 梳状函数11

1.4 二维函数13

1.4.1 矩形函数14

1.4.2 三角形函数14

1.4.3 sinc函数15

1.4.4 高斯函数15

1.4.5 脉冲函数16

1.4.6 梳状函数16

1.4.7 极坐标16

1.4.8 柱函数16

1.4.9 宽边帽函数17

1.4.10 高斯函数（极坐标）18

1.4.11 脉冲函数（极坐标）18

1.4.12 径向对称函数的平移19

1.5 卷积19

1.5.1 概述19

1.5.2 卷积运算20

1.5.3 卷积的性质23

1.5.4 直角坐标中的卷积28

1.5.5 极坐标中的卷积32

1.6 互相关和自相关36

1.7 傅里叶变换38

1.7.1 傅里叶变换的定义和存在条件38

1.7.2 傅里叶变换定理39

1.7.3 傅里叶-贝塞尔变换41

1.8 计算举例42

习题52

第2章 光波和光的衍射54

2.1 电磁场和电磁波54

2.1.1 麦克斯韦方程组54

2.1.2 电磁波54

2.2 光波的复数表达式59

2.2.1 单色光波的复数表示法与复振幅59

2.2.2 光场中任一平面上的复振幅分布59

2.3 空间频率与空间频率谱61

2.3.1 复振幅空间频率的物理意义62

2.3.2 单色光波复振幅的分解及空间频谱64

2.4 衍射的基本理论65

2.4.1 惠更斯-菲涅耳原理65

2.4.2 基尔霍夫衍射公式67

2.4.3 夫琅和菲衍射和菲涅耳衍射73

2.5 平面波的角谱75

2.5.1 角谱及其物理解释75

2.5.2 角谱的传播76

2.5.3 衍射孔径对角谱的效应77

2.5.4 传播现象作为一种线性空间滤波器78

2.5.5 计算举例79

2.6 典型孔径的夫琅和菲衍射81

2.6.1 矩形孔径81

2.6.2 圆形孔径82

2.6.3 正弦型振幅光栅84

2.6.4 正弦型位相光栅86

2.6.5 夫琅和菲衍射计算举例87

2.7 高斯光束的夫琅和菲衍射92

2.7.1 高斯光束的夫琅和菲单缝衍射92

2.7.2 高斯光的夫琅和菲圆孔衍射96

习题98

第3章 透镜的傅里叶变换性质及成像性质101

3.1 薄透镜的复振幅透过率101

3.1.1 引言101

3.1.2 厚度函数102

3.1.3 傍轴近似103

3.1.4 位相变换及其物理意义104

3.2 透镜的傅里叶变换性质104

3.2.1 要变换的物体置于透镜的前方104

3.2.2 要变换的物体置于透镜的后方108

3.3 单色光理想薄透镜的成像111

3.3.1 正透镜的脉冲响应111

3.3.2 消去二次位相因子：透镜成像公式112

3.3.3 物体和像之间的关系113

3.4 计算举例115

习题122

第4章 波前再现成像（全息术）126

4.1 概述126

4.2 全息原理128

4.2.1 基本全息图128

4.2.2 基本公式129

4.3 物像关系130

4.3.1 基元全息图条纹的分布131

4.3.2 点光源照明的波前再现133

4.4 体积全息图136

4.4.1 体积全息图的结构136

4.4.2 体积全息图的物像关系139

4.5 位相全息图141

4.5.1 位相全息图简介141

4.5.2 全息图的效率144

4.6 傅里叶变换全息图145

4.6.1 有透镜傅里叶变换全息图146

4.6.2 无透镜傅里叶变换全息图152

4.7 彩虹全息154

4.7.1 二步彩虹全息154

4.7.2 一步彩虹全息159

4.7.3 周视彩虹全息162

4.7.4 彩虹全息的复制162

4.8 全息显微术163

4.8.1 全息显微的原理163

4.8.2 预放大全息显微术165

4.8.3 后放大全息显微术165

4.9 x射线激光全息166

4.9.1 x射线激光全息的类型166

4.9.2 x射线光学元件和记录介质167

4.9.3 计算机模拟x射线激光全息167

4.10 电子全息167

4.11 光纤在全息记录系统中的应用168

4.11.1 单模光纤全息记录系统168

4.11.2 多模光纤全息记录系统169

4.11.3 用传像束传像的光纤全息记录系统170

4.11.4 用直管窥镜的全息记录系统171

4.11.5 光纤全息记录系统的讨论——光纤对全息照相系统的影响171

习题171

第5章 全息干涉计量176

5.1 二次曝光法176

5.1.1 二次曝光原理176

5.1.2 典型光路178

5.2 单次曝光法181

5.3 时间平均法182

5.4 全息莫阿技术183

5.4.1 莫阿现象的基本规律183

5.4.2 莫阿条纹用于消除系统误差186

5.4.3 莫阿条纹倍增法187

5.4.4 全息莫阿等高线法188

5.4.5 全息云纹干涉法188

5.5 激光散斑189

5.5.1 引言189

5.5.2 激光散斑的原理和特点190

5.5.3 激光散斑技术191

5.5.4 散斑干涉技术的应用193

习题196

第6章 全息记录介质199

6.1 基本物理量简介199

6.2 全息记录介质的分类201

6.3 卤化银乳胶202

6.3.1 全息干板的结构202

6.3.2 卤化银乳胶的光化学过程203

6.3.3 卤化银乳胶的特性曲线203

6.3.4 卤化银乳胶的漂白206

6.4 光致聚合物207

6.5 光致抗蚀剂208

6.6 光导热塑料208

6.7 光折变材料209

6.7.1 光折变效应和光折变材料209

6.7.2 光折变效应机理简介211

6.7.3 读出和擦除212

习题213

第7章 空间滤波和光学信息处理214

7.1 概述214

7.2 基本光学运算215

7.2.1 加减运算215

7.2.2 乘除运算215

7.2.3 微分运算216

7.2.4 积分运算216

7.3 光学频谱分析系统217

7.4 空间频率滤波217

7.4.1 概述217

7.4.2 空间频率滤波的阿贝成像理论218

7.5 空间滤波器219

7.5.1 空间振幅滤波器219

7.5.2 空间相位滤波器228

7.5.3 空间全息滤波器230

7.6 相干光学处理235

7.6.1 图像相减235

7.6.2 像边沿增强238

7.7 计算举例240

习题249

第8章 光学成像系统的频谱分析251

8.1 概述251

8.2 成像系统的一般分析253

8.2.1 一般模型253

8.2.2 衍射效应254

8.2.3 阿贝成像理论254

8.2.4 瑞利成像理论255

8.3 衍射受限的相干成像系统的频率响应256

8.3.1 相干传递函数256

8.3.2 衍射受限系统的相干传递函数举例257

8.4 衍射受限的非相干成像系统的频率响应258

8.4.1 光学传递函数和它与相干传递函数的关系258

8.4.2 otf的一般性质259

8.4.3 无像差系统的otf260

8.4.4 衍射受限系统的otf举例261

8.5 像差及其对频率响应的影响263

8.5.1 广义光瞳函数263

8.5.2 像差对相干传递函数的影响263

8.5.3 像差对otf的影响263

8.5.4 简单像差举例、聚焦误差264

8.6 相干成像和非相干成像的比较266

8.6.1 像强度的频谱266

8.6.2 两点间分辨率268

8.7 计算举例269

习题282

第9章 傅里叶光学的新进展和应用283

9.1 概述283

9.2 超分辨率透镜283

9.3 光声成像284

9.4 光纤布喇格光栅（fbg）286

9.5 陈列波导光栅（awg）289

9.6 空间光调制器（slm）290

9.7 光场相机291

9.8 强度关联成像技术293

9.8.1 强度关联成像技术原理293

9.8.2 强度关联成像技术的研究现状295

9.8.3 强度关联成像技术的典型实验结果295

9.9 衍射相位显微镜296

9.9.1 概述296

9.9.2 原理297

9.9.3 设计298

9.9.4 白光衍射相位显微镜298

9.9.5 白光衍射相位显微镜的应用299

9.9.6 光谱型衍射相位显微镜300

习题301

参考文献302