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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

矩形函数1

sinc函数2

阶跃函数3

符号函数3

三角形函数4

高斯函数4

圆域函数6

1.2 δ函数6

δ函数的定义6

δ函数的物理意义8

δ函数的性质8

梳状函数10

1.3卷积11

卷积概念的引入12

卷积的定义13

卷积的物理意义和几何意义13

卷积的运算性质14

卷积运算举例16

1.4相关18

互相关18

自相关19

相关运算举例20

有限功率函数的相关22

1.5傅里叶变换的基本概念22

二维傅里叶变换的定义22

存在条件23

广义傅里叶变换24

虚、实、奇、偶函数傅里叶变换的性质25

傅里叶变换作为分解式26

1.6二维傅里叶变换的基本定理27

1.7傅里叶-贝塞尔变换31

可分离变量函数的变换31

具有圆对称的函数：傅里叶-贝塞尔变换32

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36

系统的算符表示36

线性系统的意义37

脉冲响应函数与叠加积分37

线性空间不变系统 传递函数38

线性空间不变系统的本征函数39

LSI级联系统41

1.10二维采样定理42

图像函数的采样表示法43

奈奎斯特判据44

原始函数的复原44

空间-带宽积45

思考题46

习题47

参考文献49

第2章 标量衍射理论50

2.1引言50

2.2基尔霍夫衍射理论51

数学预备知识51

平面衍射屏的基尔霍夫衍射公式54

菲涅耳-基尔霍夫衍射公式55

衍射公式与叠加积分57

2.3衍射规律的频域表达式57

衍射规律的频域描述57

传播现象作为一种线性空间滤波器59

衍射孔径对角谱的效应59

2.4菲涅耳衍射与夫琅和费衍射60

初步的近似处理61

菲涅耳近似61

夫琅和费衍射63

夫琅和费衍射与菲涅耳衍射的关系63

2.5夫琅和费衍射计算实例64

矩孔和单缝的夫琅和费衍射64

多缝的夫琅和费衍射66

圆孔的夫琅和费衍射68

圆环的夫琅和费衍射69

正弦型振幅光栅的夫琅和费衍射71

正弦型位相光栅的夫琅和费衍射73

2.6菲涅耳衍射计算实例75

傅里叶成像75

衍射屏被会聚球面波照明时的衍射77

方孔的菲涅耳衍射78

2.7衍射的巴俾涅原理82

思考题83

习题84

参考文献86

第3章 光学成像系统的频率特性87

3.1透镜的傅里叶变换性质88

薄透镜的位相调制作用88

透镜的傅里叶变换性质90

透镜孔径的影响92

3.2光学成像系统的一般分析95

成像系统的普遍模型95

衍射受限系统的点扩展函数96

准单色光照明时物像关系分析98

3.3衍射受限相干成像系统的传递函数100

相干传递函数的定义100

相干传递函数与系统物理性质的联系101

像差对系统传递函数的影响102

相干传递函数计算举例103

3.4衍射受限非相干成像系统的传递函数105

衍射受限系统的光学传递函数105

OTF与CTF的关系106

光学传递函数的一般性质和意义107

衍射受限系统OTF的计算109

像差对OTF的影响112

3.5相干成像与非相干成像系统的比较115

思考题117

习题118

参考文献120

第4章 部分相干理论121

4.1光场相干性的一般概念121

光源的空间相干性与光源线度121

光源的时间相干性与光波频谱124

4.2互相干函数128

解析信号——实多色场的复值表示128

互相干函数与复相干度129

互相干函数的谱表示131

互相干函数与互相干度的测量132

4.3准单色光的干涉132

准单色场的互强度和复相干度132

准单色光的传播135

4.4范西特-泽尼克定理140

范西特-泽尼克定理140

均匀圆形光源的例子141

思考题143

习题143

参考文献144

第5章 光学全息照相146

5.1全息照相的基本原理146

全息图的记录和重现146

基本理论147

全息照相的基本特点149

全息图的类型149

5.2菲涅耳全息图150

基元全息图的几何模型151

点源全息图的记录和重现152

几种特殊情况154

5.3全息记录介质156

基本术语156

全息记录介质的特性156

几种常用的全息记录介质161

5.4全息照相装置及实验注意事项164

全息照相所需的设备和元件164

全息照相光路的布置166

5.5傅里叶变换全息图167

傅里叶变换全息图的记录和重现167

准傅里叶变换全息图168

无透镜傅里叶变换全息图169

5.6像全息图 彩虹全息图171

像全息图171

彩虹全息图172

5.7体积全息图174

透射体积全息图175

反射全息图176

5.8模压全息图178

全息图的模压复制178

全息烫印箔179

动态点阵全息图179

5.9全息照相的应用180

全息显示181

全息光学元件182

全息信息存储185

思考题189

习题189

参考文献190

第6章 空间滤波192

6.1空间滤波的基本原理193

阿贝成像理论193

空间频谱分析系统194

空间频率滤波系统196

空间滤波的傅里叶分析198

6.2空间滤波器的结构类型和应用举例201

空间滤波器结构类型201

空间滤波器应用举例202

6.3暗场法与纹影法204

暗场法204

纹影法205

思考题207

习题208

参考文献209

第7章 相干光学处理211

7.1图像相减211

正弦光栅法211

全息照相法213

7.2匹配滤波与光学图像识别214

空间匹配滤波器的意义214

匹配滤波器的制作214

利用匹配滤波器进行图像识别215

7.3用梅林变换作光学相关216

7.4用圆谐变换实现光学相关218

7.5联合变换相关器219

联合变换相关器的识别原理219

实时联合变换相关器220

7.6半色调网屏技术221

半色调图片的制作222

半色调网屏对图像的非线性处理222

几种图像处理实例223

7.7其他相干光学处理225

用逆滤波器消模糊225

光学微分226

7.8空间光调制器228

空间光调制器的意义和类型228

液晶光阀229

数字微反射镜器件233

思考题234

习题235

参考文献236

第8章 非相干光学处理237

8.1相干与非相干光学处理的比较237

8.2基于几何光学的非相干处理系统238

图像乘积的积分运算238

图像的相关和卷积239

双极性信号的处理技术240

利用散焦系统的非相干叠加积分241

8.3基于衍射的非相干处理——非相干频域综合242

切趾术242

沃耳特（Wolter）最小强度检出滤波器242

8.4白光信息处理244

白光信息处理原理244

实时假彩色编码技术246

θ调制技术248

8.5位相调制假彩色编码250

光栅调制250

漂白处理250

滤波解调251

思考题252

习题253

参考文献254

第9章 信息光学在计量学中的应用255

9.1全息干涉计量的原理和基本方法255

全息干涉计量的特点255

二次曝光全息干涉术256

实时全息干涉术257

时间平均全息干涉术258

动态全息干涉术260

9.2全息干涉图的数据处理方法261

用二次曝光法测定三维位移场261

测定刚体的微小转角与平动264

测定物体的均匀应变266

测定物体的微小振动269

9.3散斑效应及其基本统计特征270

散斑的光强分布函数271

散斑图的衬度275

散斑的特征尺寸275

9.4二次曝光散斑图的记录和处理277

二次曝光散斑图的记录277

散斑图的处理方法277

用双散斑图系统测量空间位移279

用散斑摄影研究位相物体281

用时间平均散斑图分析振动283

9.5散斑干涉计量284

9.6面内云纹法的基本概念287

云纹的由来287

均匀线位移引起的云纹效应288

纯转动产生的云纹效应289

均匀线位移和纯转动并存时引起的云纹效应290

云纹移动效应和线应变符号的判别292

云纹图的记录光路292

投影云纹法293

9.7衍射光栅云纹干涉法294

闪耀光栅294

面内位移的实时观测296

差载面内位移298

离面位移场的实时观测299

三维位移导数场299

思考题301

习题302

参考文献302

第10章 信息光学在光通信中的应用304

10.1布喇格光纤光栅304

光纤的基本结构304

光纤中的色散307

布喇格光纤光栅的记录方法308

FBG的应用310

10.2超短脉冲的整形312

时间频率到空间频率的变换312

脉冲整形系统313

超短脉冲整形的应用314

10.3阵列波导光栅314

阵列波导光栅的基本结构314

阵列波导光栅的工作原理315

思考题316

习题316

参考文献317

附录1 贝塞尔函数关系式表318

附录2 全部习题答案319