计算机制全息图

计算全息通过全息技术与计算机技术相结合，广泛地应用于干涉检测、全息显示以及波前调控等领域，已成为现代信息光学领域的一个重要分支。《计算机制全息图》系统介绍了计算全息的基础理论和关键技术，主要内容可以分为三大部分，先介绍了计算全息的基础理论，包括全息术与计算全息的发展、采样理论、光波的数学描述以及标量衍射的计算等内容；其次介绍了计算全息的编码方法，着重讨论了将空间复数信号变换为计算全息图的波前调制函数的相关技术；后，重点介绍了计算全息的三个典型应用领域：干涉检测、三维显示及波前调控，并对相关技术进行了详细的讨论。

序
前言
第1章 引言 1
1.1 全息术简介 2
1.1.1 波前记录 2
1.1.2 波前重建 3
1.2 计算全息简介 6
1.2.1 计算全息的特点 6
1.2.2 计算全息图的分类 8
1.3 计算全息的发展简史 12
参考文献 15
第2章 计算全息的理论基础 19
2.1 采样理论 19
2.1.1 采样定理 19
2.1.2 混叠现象 26
2.1.3 空间带宽积与局部空间频率 27
2.2 光波的数学描述 32
2.2.1 从矢量理论到标量理论 32
2.2.2 平面波 33
2.2.3 球面波 35
2.2.4 球面波的Fresnel近似 36
2.3 标量衍射理论 38
2.3.1 Kirchhoff与Rayleigh Sommerfeld衍射 38
2.3.2 Fresnel衍射 40
2.3.3 Fraunhofer衍射 41
2.3.4 平面波角谱理论 42
2.4 标量衍射的数值计算 44
2.4.1 离散Fraunhofer衍射 44
2.4.2 基于一次FFT的Fresnel衍射数值计算 45
2.4.3 基于卷积的Fresnel衍射数值计算 46
2.4.4 角谱衍射的数值计算 47
2.4.5 衍射数值计算的混叠与缩放 48
参考文献 49
第3章 计算全息的编码方法 51
3.1 空间脉冲调制 51
3.2 迂回相位型计算全息图 55
3.3 修正离轴参考光计算全息图 60
3.4 振幅型全息图产生共轭像的机理 65
3.5 单边带(single-sideband)编码方法 67
3.6 计算全息干涉图 69
3.7 相息图 70
3.7.1 相息图的基本原理 70
3.7.2 相位调制器件 72
3.7.3 相息图的衍射效率 74
3.7.4 相息图的计算方法 76
3.8 复振幅编码全息图 86
3.8.1 分步调制法 87
3.8.2 空域分解法 88
3.8.3 频域滤波法 93
3.8.4 误差扩散法 93
参考文献 95
第4章 计算全息在干涉量度中的作用 99
4.1 零位补偿干涉检测 99
4.1.1 生成补偿波面 100
4.1.2 生成定位波面 103
4.1.3 生成参考波面 106
4.2 扩大测量范围的研究 110
4.2.1 计算全息和零位光学系统的组合补偿检测法 110
4.2.2 基于双相位板的近零补偿方法 112
4.2.3 像差平衡法 114
4.3 提高测量精度的研究 115
4.3.1 零补偿干涉检测的误差 115
4.3.2 测量误差的标定方法 117
4.4 极坐标中的剪切干涉术 123
参考文献 134
第5章 三维计算全息图 137
5.1 人眼的深度感知机理 138
5.2 点元法 142
5.2.1 点元法的基本原理 142
5.2.2 查表法(LUT法) 147
5.2.3 点元法的GPU加速 148
5.2.4 基于点元法的真实光照计算 151
5.3 面元法 154
5.3.1 基于采样的面元法 155
5.3.2 解析面元法 157
5.4 分层法 160
5.4.1 分层角谱法 160
5.4.2 分层法的遮挡问题 162
5.5 全息体视图算法 167
5.5.1 全息体视图算法的基本原理 167
5.5.2 复合点元全息体视图算法 170
5.5.3 复合分层全息体视图算法 174
5.6 基于光线追踪的三维全息图算法 177
5.7 基于频域分割三维全息图算法 180
参考文献 183
第6章 基于计算全息的波前调控新机理 188
6.1 超表面简介 188
6.1.1 超材料 188
6.1.2 超表面 189
6.2 超表面的分类 190
6.2.1 按工作机理分类 190
6.2.2 按单元结构的偏振敏感性分类 197
6.2.3 按单元结构的各向同性/异性分类 199
6.3 超表面单元的编码方式 201
6.4 超表面全息的应用示例 202
6.4.1 无复用超表面 202
6.4.2 偏振复用超表面 203
6.4.3 波长复用超表面全息 204
6.4.4 其他复用超表面全息 206
6.4.5 动态超表面全息 208
6.5 超表面全息的发展总结 209
参考文献 210