高等光学成像理论

光学显微术及相关技术由于激光技术的引进获得快速发展，促使了光学成像理论在空间域与频域的三维显微成像理论、超短脉冲成像理论、高数值孔径物镜像差理论等方面的进步。本书涉及描述棱镜光学成像系统的理论与原理，包括衍射理论、点扩散函数、传递函数分析、超短脉冲光束成像、高数值孔径物镜成像、有像差成像等，并对现代光学显微术中所需的新理论进行介绍。

中译本序
原书前言
第1章引言1
1.1光学成像理论的*新进展1
1.2本书内容概述2
参考文献4
第2章衍射理论5
2.1惠更斯–菲涅耳原理5
2.1.1衍射的描述5
2.1.2夫琅禾费与菲涅耳衍射6
2.1.3惠更斯–菲涅耳原理的数学表达7
2.2基尔霍夫标量衍射理论8
2.2.1格林函数8
2.2.2基尔霍夫衍射积分9
2.2.3基尔霍夫边界条件10
2.2.4菲涅耳–基尔霍夫衍射方程11
2.3瑞利–索末菲衍射理论11
2.3.1第一瑞利–索末菲衍射积分12
2.3.2第二瑞利–索末菲衍射积分13
2.3.3徳拜近似14
2.4傍轴近似14
2.4.1菲涅耳近似15
2.4.2夫琅禾费近似16
2.5不同小孔的菲涅耳衍射17
2.5.1圆孔衍射17
2.5.2圆屏衍射19
2.5.3锯齿孔径衍射21
2.5.4“甜甜圈”孔径衍射24
参考文献26
第3章点扩散函数28
3.1透镜的透过率28
3.2透镜的衍射30
3.2.1圆透镜32
3.2.2环形透镜36
3.2.3“甜甜圈”形透镜37
3.3相干像的形成38
3.3.1透镜成像规律40
3.3.2散焦效应42
3.3.3阿贝成像理论44
3.4空间不变特性47
3.5非相干成像51
参考文献52
第4章传递函数分析53
4.1传递函数介绍53
4.2相干传递函数57
4.3光学传递函数60
4.3.1圆透镜61
4.3.2环形透镜64
4.4三维传递函数的投影与截面65
4.4.1厚平面物体65
4.4.2薄物体66
4.4.3线物体67
4.4.4点物体68
4.5聚焦和轴上传递函数69
4.5.1聚焦传递函数69
4.5.2轴上传递函数71
4.6相干成像和非相干成像的比较72
4.7空间滤波原理及应用74
4.7.1正弦光栅图像76
4.7.2相衬图像77
4.7.3光学数据处理78
4.7.4其他的空间滤波器80
参考文献81
第5章超短脉冲光束成像83
5.1超短脉冲光束的产生83
5.2超短脉冲光束的时间和光谱分布85
5.3脉冲光束照射下的衍射87
5.3.1圆孔87
5.3.2圆屏91
5.3.3锯齿孔92
5.4材料色散对透镜透过率的影响94
5.5薄透镜的点扩散函数95
5.5.1色差效应96
5.5.2降低色度的方法98
5.5.3单点的时间相关图像100
5.6薄透镜的传递函数102
5.6.1相干传递函数102
5.6.2光学传递函数105
参考文献108
第6章高数值孔径物镜成像109
6.1高数值孔径物镜的影响109
6.2德拜理论111
6.2.1德拜近似111
6.2.2圆透镜的德拜积分112
6.2.3傍轴近似114
6.3切趾函数115
6.3.1正弦条件116
6.3.2赫歇尔条件118
6.3.3均匀投影条件119
6.3.4亥姆霍兹条件119
6.4传递函数120
6.4.1相干传递函数120
6.4.2光学传递函数122
6.5矢量德拜理论124
6.5.1矢量德拜积分124
6.5.2焦面矢量点扩散函数126
6.6电介质界面的矢量点扩展函数128
6.6.1单电介质界面129
6.6.2多介质界面132
参考文献134
第7章有像差成像135
7.1有像差的衍射积分135
7.1.1存在像差的德拜积分135
7.1.2斯特列尔强度137
7.2像差函数的展开138
7.2.1位移定理138
7.2.2泽尼克圆多项式138
7.3初级像差139
7.3.1初级像差的定义139
7.3.2初级像差的表示140
7.3.3存在初级像差时的衍射图样144
7.4初级像差的容限条件146
7.4.1瑞利四分之一波长准则146
7.4.2马雷查尔判据146
7.5折射率不匹配引起的像差147
7.5.1介质界面引起的球差147
7.5.2由盖玻片导致的球差150
7.6物镜管长变化导致的球差151
参考文献152
附录A傅里叶变换153
A.1一维傅里叶变换153
A.2二维傅里叶变换154
A.3三维傅里叶变换154
A.4傅里叶变换定理156
附录B汉克尔变换158
附录CDelta函数160
索引162