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第1章 二维线性系统分析1

1．1 线性系统1

1．1．1 线性系统的定义1

1．1．2 脉冲响应和叠加积分2

1．2 二维傅里叶变换3

1．2．1 二维傅里叶变换定义及存在条件3

1．2．2 极坐标下的二维傅里叶变换和傅里叶-贝塞尔变换5

1．2．3 虚、实、奇、偶函数傅里叶变换的性质6

1．2．4 二维傅里叶变换定理7

1．2．5 常用二维傅里叶变换举例9

1．3 二维线性不变系统10

1．3．1 二维线性不变系统的定义10

1．3．2 二维线性不变系统的传递函数12

1．3．3 线性不变系统的本征函数13

1．3．4 级联系统15

1．4 抽样定理16

1．4．1 函数的抽样17

1．4．2 原函数的复原19

1．4．3 空间-带宽积21

习题22

第2章 标量衍射的角谱理论24

2．1 光波的数学描述24

2．1．1 光振动的复振幅和亥姆霍兹方程25

2．1．2 球面波的复振幅表示26

2．1．3 平面波的复振幅表示28

2．1．4 平面波的空间频率29

2．2 复振幅分布的角谱及角谱的传播30

2．2．1 复振幅分布的角谱30

2．2．2 平面波角谱的传播31

2．2．3 衍射孔径对角谱的作用34

2．3 标量衍射的角谱理论35

2．3．1 惠更斯-菲涅耳-基尔霍夫标量衍射理论的简要回顾35

2．3．2 平面波角谱的衍射理论36

2．3．3 菲涅耳衍射公式37

2．4 夫琅禾费衍射与傅里叶变换38

2．5 菲涅耳衍射和分数傅里叶变换40

2．5．1 分数傅里叶变换的定义41

2．5．2 分数傅里叶变换的几个基本性质43

2．5．3 用分数傅里叶变换表示菲涅耳衍射43

习题47

第3章 光学成像系统的频率特性49

3．1 透镜的相位变换作用49

3．2 透镜的傅里叶变换性质51

3．2．1 物在透镜之前52

3．2．2 物在透镜后方55

3．2．3 透镜的孔径效应56

3．3 透镜的一般变换特性57

3．4 相干照明衍射受限系统的成像分析59

3．4．1 透镜的点扩散函数60

3．4．2 衍射受限系统的点扩散函数62

3．4．3 相干照明下衍射受限系统的成像规律64

3．5 衍射受限系统的相干传递函数66

3．6 衍射受限系统的非相干传递函数70

3．6．1 非相干成像系统的光学传递函数(OTF)70

3．6．2 OTF与CTF的关系73

3．6．3 衍射受限的OTF73

3．7 有像差系统的传递函数77

3．8 相干与非相干成像系统的比较79

3．8．1 截止频率79

3．8．2 像强度的频谱80

3．8．3 两点分辨82

习题83

第4章 部分相干理论85

4．1 实多色场的复值表示85

4．2 时间相干性、自相干函数与复自相干度86

4．2．1 非单色光的分振幅干涉及其数学描述86

4．2．2 自相干函数与复自相干度87

4．2．3 复自相干度与光功率谱密度的关系89

4．2．4 相干时间和相干长度90

4．3 空间相干性、互相干函数和复相干度92

4．3．1 分波面干涉及其数学描述92

4．3．2 互相干函数和复相干度94

4．3．3 互相干函数和互相干度的测量96

4．4 准单色条件、互强度和复相干因子97

4．4．1 准单色条件97

4．4．2 互强度和复相干因子97

4．4．3 相干面积98

4．5 准单色光的传播和衍射99

4．5．1 自由空间中准单色场互相干性的传播100

4．5．2 薄透明物体对互强度的影响102

4．5．3 部分相干光的衍射103

4．6 范西特-策尼克定理106

4．6．1 范西特-策尼克定理106

4．6．2 均匀圆形光源108

4．6．3 迈克耳孙测星干涉仪110

4．7 部分相干场中透镜的傅里叶变换性质111

4．8 部分相干光成像113

4．8．1 准单色光照明光学系统的物像关系113

4．8．2 准单色光照明下光学系统的频率响应115

习题117

第5章 光全息术119

5．1 引言119

5．2 全息术原理——波前记录与再现120

5．2．1 波前记录120

5．2．2 波前再现121

5．2．3 全息实验装置124

5．3 基元全息图分析126

5．4 平面全息图及其衍射效率127

5．4．1 菲涅耳全息图128

5．4．2 傅里叶变换全息图133

5．4．3 无透镜傅里叶变换全息图136

5．4．4 傅里叶变换全息图的两个特例138

5．4．5 像全息图141

5．4．6 相位全息图142

5．4．7 平面全息图的衍射效率144

5．5 体积全息图145

5．5．1 体全息图的记录与再现146

5．5．2 透射体全息和反射体全息147

5．5．3 体全息图的衍射效率148

5．6 计算全息术及其应用149

5．6．1 计算全息图149

5．6．2 计算全息术的应用151

5．7 全息记录介质153

5．7．1 卤化银乳胶153

5．7．2 重铬酸盐明胶156

5．7．3 光致抗蚀剂157

5．7．4 光导热塑158

5．7．5 光致聚合物159

习题160

5．7．6 光折变晶体160

第6章 空间光调制器162

6．1 概述162

6．1．1 空间光调制器的基本结构与分类162

6．1．2 空间光调制器的功能164

6．1．3 空间光调制器的基本性能参数166

6．2 液晶光阀169

6．2．1 液晶的光电特性169

6．2．2 光寻址液晶光阀174

6．2．3 电寻址液晶光阀175

6．3 电光效应器件176

6．3．1 晶体的电光效应及其电光调制原理176

6．3．2 泡克尔斯读出光调制器185

6．3．3 微通道板空间光调制器188

6．3．4 si-PLZT空间光调制器190

6．4 磁光空间光调制器(MOSLM)191

6．4．1 磁性材料的磁化特性与磁光效应191

6．4．2 器件结构192

6．4．3 工作原理193

6．4．4 器件性能194

6．5 表面形变空间光调制器194

6．5．1 G-E表面形变空间光调制器196

6．5．2 数字微反射镜空间光调制器197

6．6 自电光效应器件空间光调制器198

习题199

第7章 光信息存储技术201

7．1 引言201

7．2 二维光存储：光盘存储203

7．3 三维光存储：体全息存储209

7．3．1 体全息的基本原理210

7．3．2 光折变材料的全息存储机理与特性220

7．3．3 全息存储器的数据传输速率227

7．3．4 全息存储的应用举例230

7．4 四维光存储236

习题239

8．1 引言240

第8章 光学信息处理技术240

8．2 光学频谱分析系统和空间滤波241

8．2．1 阿贝(Abbe)成像理论241

8．2．2 阿贝-波特(Abbe-Porter)实验241

8．2．3 空间频率滤波系统243

8．2．4 空间滤波的傅里叶分析244

8．2．5 滤波器的种类及应用举例247

8．3 相干光学信息处理251

8．3．1 相干光学信息处理系统251

8．3．2 多重像的产生252

8．3．3 图像的相加和相减253

8．3．4 光学微分-像边缘增强256

8．3．5 光学图像识别259

8．3．6 图像消模糊260

8．3．7 综合孔径雷达261

8．4 非相干光学信息处理265

8．4．1 图像的相乘和积分266

8．4．2 图像的相关和卷积267

8．5 白光信息处理268

8．5．1 θ调制268

8．5．2 用黑白胶片保存彩色像269

8．5．3 黑白图像的白光密度假彩色编码272

8．5．4 多重像的产生274

8．6 光计算275

8．6．1 引言275

8．6．2 光学矩阵运算276

8．6．3 光学互连278

8．6．4 光学神经网络283

习题287

第9章 图像的全息显示290

9．1 引言290

9．2 彩虹全息图291

9．2．1 线全息图消色模糊原理291

9．2．2 彩虹全息图的记录293

9．2．3 彩虹全息图的像质294

9．3 合成全息技术297

9．3．1 二维图片的记录298

9．3．2 平面多路合成全息298

9．3．3 360°合成全息299

9．4 彩色全息术301

9．4．1 彩色全息的激光器和记录材料301

9．4．2 彩色彩虹全息303

9．4．3 反射体积彩色全息305

9．5 全息图的复制306

9．5．1 全息图的光学复制306

9．5．2 全息图的模压复制306

9．5．3 全息图的注塑复制308

9．6 数字像素全息技术311

9．6．1 数字全息图的制作方法312

9．6．2 数字全息图的设计313

9．7．1 全息电影315

9．7 其他全息显示技术315

9．7．2 边缘照明全息317

9．7．3 虚拟全息三维显示317

习题319

第10章 光学三维传感321

10．1 主动三维传感的基本概念322

1O．1．1 主动照明的三维传感方法322

1O．1．2 三种基本的结构照明方式323

10．1．3 三维传感系统的基本组成325

1O．2 采用单光束的三维传感326

10．2．1 基本原理与计算公式326

10．2．2 散斑对激光三角法精度的影响329

10．2．3 测量实例(鞋楦三维面形测量)330

10．2．4 基于激光同步扫描的三维面形测量332

1O．3 采用激光片光的三维传感335

10．3．1 激光片光的产生335

1O．3．2 测量原理335

1O．3．3 测量实例337

10．4．1 相位测量剖面术的原理339

10．4 相位测量剖面术339

1O．4．2 产生结构照明的方法343

1O．4．3 相位测量剖面术应用举例345

10．5 傅里叶变换剖面术350

10．5．1 基本原理350

10．5．2 FTP方法的测量范围352

1O．5．3 一种改进的方法353

10．6．1 基本原理354

10．6 调制度测量轮廓术354

10．6．2 信息处理方法355

1O．6．3 测量实例357

10．7 其他光学三维轮廓测量方法358

1O．7．1 采用激光扫描的三维共焦成像358

10．7．2 飞行时间法359

习题361

11．1．1 物面系综上物表面散射光场的统计特性363

第11章 全息散斑干涉计量363

11．1 光学粗糙表面散射光场的统计特性363

11．1．2 散射光场的一阶统计特性365

11．1．3 散射光场的强度自相关函数367

11．2 全息干涉的统计光学描述368

11．2．1 全息干涉的基本原理368

11．2．2 二次曝光全息干涉术的干涉场369

11．2．3 表面变形特性与散射光场特性的关系371

11．2．4 二次曝光全息干涉场的统计光学描述372

11．3 时间平均全息干涉术375

11．4 外差与准外差全息干涉术377

11．4．1 外差全息干涉技术377

11．4．2 准外差全息干涉技术379

11．5 散斑干涉术381

11．5．1 参考束型散斑干涉测量方法381

11．5．2 剪切散斑干涉测量方法382

11．6 电子散斑干涉测量技术384

11．6．1 电子散斑干涉仪的典型光路和原理385

11．6．2 电子散斑干涉相减技术的统计分析386

11．7 散斑照相测量术387

11．7．1 像面二次曝光激光散斑图的记录及其透过率函数387

11．7．2 二次曝光散斑图的逐点滤波388

11．7．3 二次曝光散斑图的全场滤波389

11．7．4 白光散斑照相测量术392

11．8 数字散斑照相测量术393

11．8．1 数字全场滤波技术393

11．8．2 数字逐点滤波技术394

习题395

参考文献396

部分习题参考答案407

附录A：二维δ函数的定义及性质412

附录B：常用函数及其傅里叶变换413

附录C：式(11．47)到式(11．48)的推导414

汉英名词术语对照416