傅立葉分析是在物理學與工程學的許多領域得到廣泛套用的一種通用工具。本書討論傅立葉分析在光學領域的套用，尤其是在衍射、成像、光學數據處理以及全息術方面的套用，內容涉及二維信號與系統的分析、標量衍射理論基礎、菲涅耳衍射與夫琅禾費衍射、相干光學系統的波動光學分析、光學成像系統的頻譜分析、波前調製、模擬光學信息處理、全息術、光通信中的傅立葉光學等。
基本介紹
- 書名：傅立葉光學導論（第3版）
- ISBN：9787121301063
- 出版社：電子工業出版社
- 出版時間：2016-10-01
內容簡介,目錄,
內容簡介
傅立葉分析是在物理學與工程學的許多領域得到廣泛套用的一種通用工具。本書討論傅立葉分析在光學領域的套用，尤其是在衍射、成像、光學數據處理以及全息術方面的套用，內容涉及二維信號與系統的分析、標量衍射理論基礎、菲涅耳衍射與夫琅禾費衍射、相干光學系統的波動光學分析、光學成像系統的頻譜分析、波前調製、模擬光學信息處理、全息術、光通信中的傅立葉光學等。
目錄
第1章 引言…1
1.1 光學、信息和通信 1
1.2 本書內容概述…1
第2章 二維信號與系統的分析…3
2.1 二維傅立葉分析…3
2.1.1 定義與存在條件 3
2.1.2 傅立葉變換作為分解式…5
2.1.3 傅立葉變換定理 6
2.1.4 可分離變數的函式…7
2.1.5 具有圓對稱性的函式：傅立葉-貝塞爾變換…8
2.1.6 一些常用函式和一些有用的傅立葉變換對…9
2.2 空間頻率和空間頻率的局域化…12
2.3 線性系統…14
2.3.1 線性性質與疊加積分…14
2.3.2 線性不變系統：傳遞函式…15
2.4 二維抽樣理論…17
2.4.1 Whittaker-Shannon 抽樣定理…17
2.4.2 空間-頻寬積…20
第3章 標量衍射理論基礎…23
3.1 歷史引言…23
3.2 從矢量理論到標量理論…25
3.3 一些數學預備知識…27
3.3.1 亥姆霍茲方程…27
3.3.2 格林定理…28
3.3.3 亥姆霍茲和基爾霍夫的積分定理…28
3.4 平面螢幕衍射的基爾霍夫公式…30
3.4.1 積分定理的套用…31
3.4.2 基爾霍夫邊界條件…31
3.4.3 菲涅耳-基爾霍夫衍射公式…32
3.5 瑞利-索末菲衍射公式…33
3.5.1 格林函式的別種選法…34
3.5.2 瑞利-索末菲衍射公式…36
3.6 基爾霍夫理論和瑞利-索末菲理論的比較…36
3.7 惠更斯-菲涅耳原理的進一步討論…37
3.8 推廣到非單色波 38
3.9 邊界上的衍射…39
3.10 平面波的角譜…40
3.10.1 角譜及其物理解釋…40
3.10.2 角譜的傳播…41
3.10.3 衍射孔徑對角譜的效應…42
3.10.4 傳播現象作為一個線性的空間濾波器…43
第4章 菲涅耳衍射與夫琅禾費衍射…46
4.1 背景…46
4.1.1 波場的強度 46
4.1.2 直角坐標系中的惠更斯-菲涅耳原理…47
4.2 菲涅耳近似…48
4.2.1 正相位還是負相位…49
4.2.2 菲涅耳近似的精度…50
4.2.3 菲涅耳近似和角譜…53
4.2.4 兩個共焦球面之間的菲涅耳衍射…53
4.3 夫琅禾費近似…54
4.4 夫琅禾費衍射圖樣的例子…55
4.4.1 矩形孔徑…55
4.4.2 圓形孔徑…56
4.4.3 薄正弦振幅光柵…57
4.4.4 薄正弦相位光柵…59
4.5 計算菲涅耳衍射的例子…61
4.5.1 方孔徑的菲涅耳衍射…61
4.5.2 正弦振幅光柵產生的菲涅耳衍射———塔爾博特像…63
第5章 相干光學系統的波動光學分析…70
5.1 薄透鏡作為相位變換器…70
5.1.1 厚度函式…71
5.1.2 傍軸近似…72
5.1.3 相位變換及其物理意義…72
5.2 透鏡的傅立葉變換性質…73
5.2.1 輸入緊靠透鏡…74
5.2.2 輸入位於透鏡之前…75
5.2.3 輸入位於透鏡之後…77
5.2.4 光學傅立葉變換的一個例子…78
5.3 成像：單色光照明…78
5.3.1 正透鏡的脈衝回響…78
5.3.2 消去二次位相因子：透鏡定律…79
5.3.3 物和像之間的關係…82
5.4 複雜相干光學系統的分析…83
5.4.1 算符記號…83
5.4.2 算符方法對一些光學系統的套用…85
第6章 光學成像系統的頻譜分析…91
6.1 成像系統的一般分析…91
6.1.1 普遍模型…91
6.1.2 衍射對像的影響…92
6.1.3 多色光照明：相干情形和非相干情形…94
6.2 衍射置限相干成像系統的頻率回響…97
6.2.1 振幅傳遞函式…97
6.2.2 振幅傳遞函式的例子…98
6.3 衍射置限非相干成像系統的頻率回響…99
6.3.1 光學傳遞函式…99
6.3.2 OTF 的一般性質…100
6.3.3 無像差系統的 OTF…101
6.3.4 衍射置限系統的 OTF 的例子…103
6.4 像差及其對頻率回響的影響…104
6.4.1 廣義光瞳函式…104
6.4.2 像差對振幅傳遞函式的影響…105
6.4.3 像差對 OTF 的影響…105
6.4.4 簡單像差的例子：聚焦誤差…106
6.4.5 切趾法及其對頻率回響的影響…108
6.5 相干成像和非相干成像的比較…110
6.5.1 像強度的頻譜…111
6.5.2 兩點解析度…112
6.5.3 其他效應 113
6.6 超越經典衍射極限的解析度…115
6.6.1 數學基礎 115
6.6.2 頻寬外推的直觀解釋…116
6.6.3 基於抽樣定理的一種外推方法…116
6.6.4 一種疊代外推方法…118
6.6.5 實際限制 118
第7章 波前調製…123
7.1 用照相膠片進行波前調製…123
7.1.1 曝光、顯影和定影的物理過程…123
7.1.2 術語的定義…125
7.1.3 非相干光學系統中的膠片…126
7.1.4 相干光學系統中的膠片…127
7.1.5 調製傳遞函式…128
7.1.6 照相乳膠的漂白…130
7.2 空間光調製器…131
7.2.1 液晶的性質…132
7.2.2 基於液晶的空間光調製器…138
7.2.3 磁光空間光調製器…141
7.2.4 可形變反射鏡空間光調製器…143
7.2.5 多量子阱空間光調製器…144
7.2.6 聲光空間光調製器…146
7.3 衍射光學元件…149
7.3.1 二元光學 150
7.3.2 其他類型的衍射光學元件…152
7.3.3 幾句提醒的話…153
第8章 模擬光學信息處理 155
8.1 歷史背景…155
8.1.1 阿貝-波特實驗…155
8.1.2 澤尼克相襯顯微鏡…157
8.1.3 照片質量的改善：Marechal的工作…158
8.1.4 通信理論觀點的興起…159
8.1.5 相干光學對更普遍的數據處理的套用…160
8.2 非相干圖像處理系統…160
8.2.1 基於幾何類光學的系統…160
8.2.2 包含衍射效應的系統…164
8.3 相干光信息處理系統…165
8.3.1 相干系統的結構…165
8.3.2 對濾波器實現的限制…168
8.4 VanderLugt濾波器…169
8.4.1 頻率平面掩模的合成…169
8.4.2 處理輸入數據…171
8.4.3 VanderLugt濾波器的優點…172
8.5 聯合變換相關器…173
8.6 對特徵識別的套用 175
8.6.1 匹配濾波器…175
8.6.2 一個特徵識別問題…176
8.6.3 特徵識別機的光學合成法…178
8.6.4 對尺寸大小和旋轉的敏感性…179
8.7 不變的圖樣識別…179
8.7.1 梅林相關器…180
8.7.2 圓諧波相關…181
8.7.3 合成判別式函式…182
8.8 圖像恢復…184
8.8.1 逆濾波器 184
8.8.2 維納濾波器或最小均方誤差濾波器…185
8.8.3 濾波器的實現…186
8.9 合成孔徑雷達數據處理…188
8.9.1 合成孔徑的形成…189
8.9.2 採集到的數據和記錄樣式…189
8.9.3 透明膠片的聚焦性質…191
8.9.4 二維像的生成…194
8.9.5 傾斜平面處理器…195
8.10 聲光信號處理系統…197
8.10.1 布拉格單元頻譜分析儀…197
8.10.2 空間積分相關器…199
8.10.3 時間積分相關器…200
8.10.4 其他聲光信號處理系統…202
8.11 離散模擬光學處理器…202
8.11.1 信息和系統的離散表示…202
8.11.2 串列矩陣-矢量乘法器…203
8.11.3 並行的非相干光矩陣-矢量乘法器…204
8.11.4 外積處理器…205
8.11.5 其他離散處理系統…206
8.11.6 處理雙極性數據和複數數據的方法…206
第9章 全息術…211
9.1 歷史引言…211
9.2 波前重建問題…212
9.2.1 振幅與相位的記錄…212
9.2.2 記錄介質 212
9.2.3 原始波前的重建…213
9.2.4 全息過程的線性性質…213
9.2.5 全息術成像…214
9.3 伽博全息圖…215
9.3.1 參考波的來源…215
9.3.2 孿生像…216
9.3.3 伽博全息圖的局限性…216
9.4 利思-烏帕特尼克斯全息圖…217
9.4.1 全息圖的記錄…217
9.4.2 獲得重建像…218
9.4.3 最小參考角…219
9.4.4 三維景物全息術…220
9.4.5 全息術的實際問題…222
9.5 像的位置和放大率 223
9.5.1 像的位置 223
9.5.2 軸向放大率和橫向放大率…225
9.5.3 一個例子 226
9.6 不同類型的全息圖簡介…227
9.6.1 菲涅耳全息圖和夫琅禾費全息圖,像全息圖和傅立葉全息圖…227
9.6.2 透射全息圖和反射全息圖…228
9.6.3 全息立體照片…229
9.6.4 彩虹全息圖…230
9.6.5 合成全息圖…231
9.6.6 模壓全息圖…233
9.7 厚全息圖…233
9.7.1 記錄體全息光柵…234
9.7.2 從體光柵重建波前…235
9.7.3 更複雜的記錄光路的條紋方向…236
9.7.4 有限大小的光柵…236
9.7.5 衍射效率———耦合波理論…238
9.8 記錄材料…245
9.8.1 鹵化銀感光乳劑…245
9.8.2 光聚合物膠片…246
9.8.3 重鉻酸鹽明膠…246
9.8.4 光折變晶體材料…247
9.9 計算全息圖…248
9.9.1 抽樣問題249
9.9.2 計算問題 251
9.9.3 表示問題 252
9.10 全息像像質的劣化…257
9.10.1 膠片MTF的影響…258
9.10.2 膠片非線性的影響…260
9.10.3 膠片顆粒噪聲的效應…261
9.10.4 散斑噪聲 261
9.11 使用空間非相干光的全息術…262
9.12 全息術的套用 264
9.12.1 顯微術和高解析度體成像…264
9.12.2 干涉測量術…264
9.12.3 通過致畸變介質成像…268
9.12.4 全息數據存儲…270
9.12.5 用於人工神經網路的全息加權…272
9.12.6 其他套用 274
第10章 光通信中的傅立葉光學…278
10.1 引言…278
10.2 布拉格光纖光柵…278
10.2.1 光纖簡介 279
10.2.2 在光纖中記錄光柵…280
10.2.3 FBG對光纖中光傳播的影響…281
10.2.4 FBG的套用…284
10.2.5 工作在透射方式的光柵…285
10.3 超短脈衝的整形和處理…286
10.3.1 時間頻率到空間頻率的變換…286
10.3.2 脈衝整形系統…287
10.3.3 譜脈衝整形的套用…288
10.4 光譜全息術…290
10.4.1 全息圖的記錄…290
10.4.2 信號的重建…292
10.4.3 參考脈衝和信號波形之間延遲的影響…293
10.5 陣列波導光柵 294
10.5.1 陣列波導光柵的基本部件…294
10.5.2 陣列波導光柵的套用…299
附錄A 函式和傅立葉變換定理…303
附錄B 傍軸幾何光學簡介 309
附錄C 偏振和瓊斯矩陣…318
附錄D 光柵方程…322
參考文獻…323
漢英對照術語表…336
譯後記…348
