傅里叶光学导论

本书从光的电磁理论出发，论述了用于衍射光学傅里叶变换的基本特性及其应用，全面地介绍了傅里叶光学的理论及应用。具体内容包括： 傅里叶光学的数学和物理基础——傅里叶变换和卷积、光波和光的衍射； 傅里叶光学的基本理论——透镜的傅里叶变换性质及成像性质、波前再现成像（全息术）； 傅里叶光学的应用——全息干涉计量、空间滤波和光学信息处理、光学成像系统的频谱分析； 傅里叶光学的新进展——超分辨率成像技术、光声成像技术、光纤布拉格光栅、阵列光波导光栅、空间光调制器、光场成像技术、强度关联成像技术。本书可作为普通高校光电信息科学与工程、光信息科学与技术、电子信息工程、电子科学与技术等相关专业的本科生及研究生教材，也可供从事光电科技工作的工程技术人员参考使用。

廖延彪，毕业于武汉大学物理系物理专业，清华大学电子工程系教授，博士生导师。从事光纤传输和传感方面的教学和研究工作30余年；承担并主持多项国家重大攻关项目、国家“863”重大项目、国家基金、航天基金和国防基金等。发表论文200余篇，已出版《物理光学》、《光纤光学》、《偏振光学》、《光学原理与应用》、《光纤传感技术与应用》等著作，参与编写《光学手册》、《光子学——技术与应用》、《现代仪器仪表技术与设计》等大型工具图书。廖延彪教授及其所在的清华大学光纤传感研究室的研究内容涉及强度型、干涉型、偏振型以及波长型等各类传感器的基本理论及其关键技术。应用范围涉及电力行业的电流、电压、温度等参量的测量，石油化工行业的液位、温度、压力、水声、流量等参量的测量等。

第1章傅里叶变换和卷积
1.1引言
1.2一维函数
1.2.1阶跃函数
1.2.2正负号函数
1.2.3矩形函数
1.2.4斜坡函数
1.2.5三角形函数
1.2.6sinc函数
1.2.7sinc2函数
1.2.8高斯函数
1.3脉冲函数
1.3.1δ-函数
1.3.2δ-函数的性质
1.3.3δ-函数的导数
1.3.4梳状函数
1.4二维函数
1.4.1矩形函数
1.4.2三角形函数
1.4.3sinc函数
1.4.4高斯函数
1.4.5脉冲函数
1.4.6梳状函数
1.4.7极坐标
1.4.8柱函数
1.4.9宽边帽函数
1.4.10高斯函数（极坐标）
1.4.11脉冲函数（极坐标）
1.4.12径向对称函数的平移
1.5卷积
1.5.1概述
1.5.2卷积运算
1.5.3卷积的性质
1.5.4直角坐标中的卷积
1.5.5极坐标中的卷积
1.6互相关和自相关
1.7傅里叶变换
1.7.1傅里叶变换的定义和存在条件
1.7.2傅里叶变换定理
1.7.3傅里叶-贝塞尔变换
1.8计算举例
习题
第2章光波和光的衍射
2.1电磁场和电磁波
2.1.1麦克斯韦方程组
2.1.2电磁波
2.2光波的复数表达式
2.2.1单色光波的复数表示法与复振幅
2.2.2光场中任一平面上的复振幅分布
2.3空间频率与空间频率谱
2.3.1复振幅空间频率的物理意义
2.3.2单色光波复振幅的分解及空间频谱
2.4衍射的基本理论
2.4.1惠更斯-菲涅耳原理
2.4.2基尔霍夫衍射公式
2.4.3夫琅和菲衍射和菲涅耳衍射
2.5平面波的角谱
2.5.1角谱及其物理解释
2.5.2角谱的传播
2.5.3衍射孔径对角谱的效应
2.5.4传播现象作为一种线性空间滤波器
2.5.5计算举例
2.6典型孔径的夫琅和菲衍射
2.6.1矩形孔径
2.6.2圆形孔径
2.6.3正弦型振幅光栅
2.6.4正弦型位相光栅
2.6.5夫琅和菲衍射计算举例
2.7高斯光束的夫琅和菲衍射
2.7.1高斯光束的夫琅和菲单缝衍射
2.7.2高斯光的夫琅和菲圆孔衍射
习题
第3章透镜的傅里叶变换性质及成像性质
3.1薄透镜的复振幅透过率
3.1.1引言
3.1.2厚度函数
3.1.3傍轴近似
3.1.4位相变换及其物理意义
3.2透镜的傅里叶变换性质
3.2.1要变换的物体置于透镜的前方
3.2.2要变换的物体置于透镜的后方
3.3单色光理想薄透镜的成像
3.3.1正透镜的脉冲响应
3.3.2消去二次位相因子：透镜成像公式
3.3.3物体和像之间的关系
3.4计算举例
习题
第4章波前再现成像（全息术）
4.1概述
4.2全息原理
4.2.1基本全息图
4.2.2基本公式
4.3物像关系
4.3.1基元全息图条纹的分布
4.3.2点光源照明的波前再现
4.4体积全息图
4.4.1体积全息图的结构
4.4.2体积全息图的物像关系
4.5位相全息图
4.5.1位相全息图简介
4.5.2全息图的效率
4.6傅里叶变换全息图
4.6.1有透镜傅里叶变换全息图
4.6.2无透镜傅里叶变换全息图
4.7彩虹全息
4.7.1二步彩虹全息
4.7.2一步彩虹全息
4.7.3周视彩虹全息
4.7.4彩虹全息的复制
4.8全息显微术
4.8.1全息显微的原理
4.8.2预放大全息显微术
4.8.3后放大全息显微术
4.9X射线激光全息
4.9.1X射线激光全息的类型
4.9.2X射线光学元件和记录介质
4.9.3计算机模拟X射线激光全息
4.10电子全息
4.11光纤在全息记录系统中的应用
4.11.1单模光纤全息记录系统
4.11.2多模光纤全息记录系统
4.11.3用传像束传像的光纤全息记录系统
4.11.4用直管窥镜的全息记录系统
4.11.5光纤全息记录系统的讨论——光纤对全息照相系统的影响
习题
第5章全息干涉计量
5.1二次曝光法
5.1.1二次曝光原理
5.1.2典型光路
5.2单次曝光法
5.3时间平均法
5.4全息莫阿技术
5.4.1莫阿现象的基本规律
5.4.2莫阿条纹用于消除系统误差
5.4.3莫阿条纹倍增法
5.4.4全息莫阿等高线法
5.4.5全息云纹干涉法
5.5激光散斑
5.5.1引言
5.5.2激光散斑的原理和特点
5.5.3激光散斑技术
5.5.4散斑干涉技术的应用
习题
第6章全息记录介质
6.1基本物理量简介
6.2全息记录介质的分类
6.3卤化银乳胶
6.3.1全息干板的结构
6.3.2卤化银乳胶的光化学过程
6.3.3卤化银乳胶的特性曲线
6.3.4卤化银乳胶的漂白
6.4光致聚合物
6.5光致抗蚀剂
6.6光导热塑料
6.7光折变材料
6.7.1光折变效应和光折变材料
6.7.2光折变效应机理简介
6.7.3读出和擦除
习题
第7章空间滤波和光学信息处理
7.1概述
7.2基本光学运算
7.2.1加减运算
7.2.2乘除运算
7.2.3微分运算
7.2.4积分运算
7.3光学频谱分析系统
7.4空间频率滤波
7.4.1概述
7.4.2空间频率滤波的阿贝成像理论
7.5空间滤波器
7.5.1空间振幅滤波器
7.5.2空间相位滤波器
7.5.3空间全息滤波器
7.6相干光学处理
7.6.1图像相减
7.6.2像边沿增强
7.7计算举例
习题
第8章光学成像系统的频谱分析
8.1概述
8.2成像系统的一般分析
8.2.1一般模型
8.2.2衍射效应
8.2.3阿贝成像理论
8.2.4瑞利成像理论
8.3衍射受限的相干成像系统的频率响应
8.3.1相干传递函数
8.3.2衍射受限系统的相干传递函数举例
8.4衍射受限的非相干成像系统的频率响应
8.4.1光学传递函数和它与相干传递函数的关系
8.4.2OTF的一般性质
8.4.3无像差系统的OTF
8.4.4衍射受限系统的OTF举例
8.5像差及其对频率响应的影响
8.5.1广义光瞳函数
8.5.2像差对相干传递函数的影响
8.5.3像差对OTF的影响
8.5.4简单像差举例、聚焦误差
8.6相干成像和非相干成像的比较
8.6.1像强度的频谱
8.6.2两点间分辨率
8.7计算举例
习题
第9章傅里叶光学的新进展和应用
9.1概述
9.2超分辨率透镜
9.3光声成像
9.4光纤布喇格光栅（FBG）
9.5陈列波导光栅（AWG）
9.6空间光调制器（SLM）
9.7光场相机
9.8强度关联成像技术
9.8.1强度关联成像技术原理
9.8.2强度关联成像技术的研究现状
9.8.3强度关联成像技术的典型实验结果
9.9衍射相位显微镜
9.9.1概述
9.9.2原理
9.9.3设计
9.9.4白光衍射相位显微镜
9.9.5白光衍射相位显微镜的应用
9.9.6光谱型衍射相位显微镜
习题
参考文献