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第1章 二维线性系统分析1

1.1 二维傅里叶变换1

1.1.1 δ函数和其他常用函数1

1.1.2 卷积和相关5

1.1.3 二维傅里叶变换定义及存在条件8

1.1.4 广义傅里叶变换9

1.1.5 虚、实、奇、偶函数傅里叶变换的性质9

1.1.6 傅里叶变换定理10

1.1.7 可分离变量函数的变换11

1.1.8 傅里叶-贝塞尔变换11

1.1.9 周期函数的傅里叶变换12

1.1.10 一些常用函数的傅里叶变换式13

1.2 线性系统16

1.2.1 线性系统16

1.2.2 线性不变系统18

1.3 抽样定理21

1.3.1 函数的抽样21

1.3.2 函数的还原23

1.3.3 空间带宽积24

习题一24

第2章 标量衍射理论27

2.1 光波的数学描述27

2.1.1 单色光波场的复振幅表示27

2.1.2 球面波28

2.1.3 平面波29

2.1.4 平面波的空间频率30

2.1.5 复振幅分布的空间频谱（角谱）31

2.2 基尔霍夫衍射理论32

2.2.1 惠更斯-菲涅耳原理和基尔霍夫衍射公式32

2.2.2 光波传播的线性性质34

2.3 衍射的角谱理论35

2.3.1 角谱的传播35

2.3.2 孔径对角谱的影响37

2.4 菲涅耳衍射38

2.5 夫琅禾费衍射40

2.5.1 夫琅禾费衍射公式40

2.5.2 一些简单孔径的夫琅禾费衍射41

2.6 衍射光栅43

2.6.1 线光栅43

2.6.2 余弦型振幅光栅46

习题二48

第3章 光学成像系统的频率特性50

3.1 透镜的位相调制作用50

3.2 透镜的傅里叶变换性质52

3.2.1 物体紧靠透镜放置52

3.2.2 物体放置在透镜前方53

3.2.3 透镜孔径的影响54

3.2.4 透镜傅里叶变换的应用54

3.3 透镜的成像性质55

3.4 成像系统的一般分析57

3.4.1 成像系统的一般模型57

3.4.2 阿贝成像理论58

3.4.3 单色光照明的衍射受限系统59

3.4.4 非单色照明60

3.5 衍射受限的相干成像系统的频率响应61

3.5.1 相干传递函数61

3.5.2 相干传递函数计算和应用举例62

3.6 衍射受限的非相干成像系统的频率响应64

3.6.1 非相干照明时的物像关系式64

3.6.2 光强的空间频谱64

3.6.3 光学传递函数的定义及物理意义65

3.6.4 OTF与CTF的联系66

3.6.5 衍射受限系统的OTF67

3.6.6 衍射受限系统OTF计算和应用举例68

3.7 像差对于成像系统传递函数的影响70

3.7.1 广义光瞳函数70

3.7.2 像差对CTF的影响71

3.7.3 像差对0TF的影响71

3.8 相干与非相干成像系统的比较72

习题三74

第4章 光学全息77

4.1 概述77

4.2 波前记录与再现78

4.2.1 波前记录78

4.2.2 波前再现79

4.2.3 全息图的基本类型81

4.3 同轴全息图和离轴全息图82

4.3.1 同轴全息图82

4.3.2 离轴全息图83

4.4 基元全息图84

4.5 菲涅耳全息图86

4.5.1 点源全息图的记录和再现87

4.5.2 几种特殊情况的讨论89

4.6 傅里叶变换全息图91

4.6.1 傅里叶变换全息图的记录与再现91

4.6.2 准傅里叶变换全息图94

4.6.3 无透镜傅里叶变换全息图94

4.7 像全息图95

4.7.1 再现光源宽度的影响95

4.7.2 再现光源光谱宽度的影响96

4.7.3 色模糊97

4.7.4 像全息的制作98

4.8 彩虹全息99

4.8.1 二步彩虹全息99

4.8.2 一步彩虹全息100

4.8.3 彩虹全息的色模糊100

4.9 相位全息图102

4.10 模压全息图103

4.11 体积全息104

4.11.1 透射体积全息图104

4.11.2 反射全息图106

4.12 平面全息图的衍射效率107

4.12.1 振幅全息图的衍射效率107

4.12.2 相位全息图的衍射效率108

4.13 全息干涉计量108

4.13.1 二次曝光法109

4.13.2 单次曝光法110

4.13.3 时间平均法111

习题四112

第5章 计算全息114

5.1 计算全息的理论基础114

5.1.1 概述114

5.1.2 计算全息的抽样与信息容量115

5.1.3 时域信号和空域信号的调制与解调116

5.1.4 计算全息的分类117

5.2 计算全息的编码方法118

5.2.1 计算全息的编码118

5.2.2 迂回相位编码方法118

5.2.3 修正离轴参考光的编码方法120

5.2.4 二元脉冲密度编码122

5.3 计算傅里叶变换全息122

5.3.1 抽样123

5.3.2 计算离散傅里叶变换123

5.3.3 编码124

5.3.4 绘制全息图124

5.3.5 再现124

5.3.6 几点讨论125

5.4 计算像面全息126

5.5 计算全息干涉图128

5.6 相息图130

5.7 计算全息的应用131

5.8 计算全息的几种物理解释133

5.9 二元光学134

5.9.1 微光学与二元光学134

5.9.2 二元光学的产生和发展135

5.9.3 二元光学元件的设计136

5.9.4 二元光学元件的制作138

习题五139

第6章 光学信息处理140

6.1 空间滤波140

6.1.1 阿贝成像理论140

6.1.2 空间滤波的傅里叶分析141

6.1.3 空间滤波系统145

6.1.4 空间滤波器147

6.1.5 空间滤波应用举例148

6.2 图像相减149

6.2.1 空域编码频域解码相减方法150

6.2.2 正弦光栅滤波器相减方法151

6.3 图像识别152

6.3.1 匹配空间滤波器152

6.3.2 用全息法制作复数滤波器154

6.3.3 图像识别155

6.3.4 联合变换相关识别156

6.4 图像复原157

6.4.1 逆滤波器158

6.4.2 维纳滤波器159

6.5 合成孔径雷达159

6.5.1 合成孔径概念159

6.5.2 航向信息的记录160

6.6 照相胶片165

6.6.1 H-D曲线165

6.6.2 胶片用于非相干光学系统中165

6.6.3 胶片用于相干光学系统中166

6.7 非相干光学处理167

6.7.1 相干与非相干光学处理167

6.7.2 基于几何光学的非相干处理系统169

6.7.3 基于衍射的非相干处理——非相干频域综合172

6.8 白光光学信息处理技术175

6.8.1 白光光学处理的基本原理175

6.8.2 实时假彩色编码176

6.8.3 相位调制假彩色编码179

习题六181

第7章 光信息存储与三维全息显示183

7.1 概述183

7.2 二维光存储——光盘存储184

7.2.1 光盘的类型185

7.2.2 光盘存储器187

7.2.3 光盘存储技术的进展188

7.2.4 超分辨率光存储技术189

7.3 三维光存储191

7.3.1 体全息的基本原理191

7.3.2 体全息光栅的衍射效率192

7.3.3 体全息存储材料的存储特性195

7.3.4 全息存储器的数据传输速率197

7.3.5 超大容量全息存储器199

7.4 四维光存储200

7.5 图像的全息显示202

7.5.1 彩虹全息图202

7.5.2 合成全息技术206

7.5.3 彩色全息术209

7.5.4 像素全息技术212

7.5.5 全息图的复制215

7.6 其他三维图像显示技术217

7.6.1 全息电影217

7.6.2 边缘照明全息219

7.6.3 虚拟全息三维显示219

习题七221

第8章 光通信中光学信息技术的应用222

8.1 布拉格光纤光栅222

8.1.1 布拉格光纤光栅的制作222

8.1.2 FBG的应用224

8.1.3 工作在透射方式的光栅226

8.2 超短脉冲的整形和处理226

8.2.1 时间频率到空间频率的变换226

8.2.2 脉冲整形系统227

8.2.3 谱脉冲整形的应用228

8.3 光谱全息术229

8.3.1 全息图的记录229

8.3.2 信号的再现231

8.3.3 参考脉冲和信号波前之间延迟的影响232

8.4 阵列波导光栅232

8.4.1 阵列波导光栅的基本部件233

8.4.2 阵列波导光栅的应用236

习题八238

参考文献239