光学信息技术原理及应用

　　《面向21世纪课程教材：光学信息技术原理及应用》是教育部“高等教育面向21世纪教学内容和课程体系改革计划”的研究成果，是面向21世纪课程教材。《面向21世纪课程教材：光学信息技术原理及应用》是上海理工大学、四川大学、中央民族大学、北京理工大学、北京工业大学、苏州大学等校教授依据多年的教学和科研经验，并参考国内外优秀教材编写而成。《面向21世纪课程教材：光学信息技术原理及应用》分为两部分。前5章介绍光学信息技术的基本理论，包括二维线性系统理论、光的标量衍射理论、光学系统频谱分析、部分相干理论和光全息术。后6章介绍它的主要实际应用，包括空间光调制器、光学信息存储技术、光学信息处理技术、图像的全息显示、光学三维传感和全息散斑干涉计量。《面向21世纪课程教材：光学信息技术原理及应用》的特点：一是用线性系统的傅里叶分析方法分析光学问题，把光学看做信息科学技术的一个重要组成部分进行研究；二是密切联系实际，讨论了光学信息技术的各种已经实现和正在发展的应用；三是配有许多独具匠心的习题，附有大量发表在国内外科技刊物及学术会议的有关文献，可以引导读者自学，启发读者思维，培养学生的创新能力。《面向21世纪课程教材：光学信息技术原理及应用》可以作为高等学校“光信息科学与技术”及其他有关光学和光学工程专业的专业课教材，也可以供社会读者阅读。

暂缺《光学信息技术原理及应用》作者简介

第1章  二维线性系统分析                  
 1. l  线性系统                  
 1. 1. 1  线性系统的定义                  
 1. 1. 2  脉冲响应和叠加积分                  
 1. 2  二维傅里叶变换                  
 1. 2. 1  二维傅里叶变换定义及存在条件                  
 1. 2. 2  极坐标下的二维傅里叶变换和傅里叶一贝塞尔变换                  
 1. 2. 3  虚. 实. 奇. 偶函数傅里叶变换的性质                  
 1. 2. 4  二维傅里叶变换定理                  
 1. 2. 5  常用二维博里叶变换举例                  
 1. 3  二维线性不变系统                  
 1. 3. 1  二维线性不变系统的定义                  
 1. 3. 2  二维线性不变系统的传递函数                  
 1. 3. 3  线性不变系统的本征函数                  
 1. 3. 4  级联系统                  
 1. 4  抽样定理                  
 1. 4. l  函数的抽样                  
 1. 4. 2  原函数的复原                  
 1. 4. 3  空间一带宽积                  
 习题                  
                   
 第2章  标量衍射的角谱理论                  
 2. l  光波的数学描述                  
 2. 1. l  光振动的复振幅和亥姆霍兹方程                  
 2. 1. 2  球面波的复振幅表示                  
 2. 1. 3  平面波的复振幅表示                  
 2. 1. 4  平面波的空间频率                  
 2. 2  复振幅分布的角谱及角谱的传播                  
 2. 2. l  复振幅分布的角谱                  
 2. 2. 2  平面波角谱的传播                  
 2. 2. 3  衍射孔径对角谱的作用                  
 2. 3  标量衍射的角谱理论                  
 2. 3. l  惠更斯一菲涅耳一基尔霍夫标量衍射理论的简要回顾                  
 2. 3. 2  平面波角谱的衍射理论                  
 2. 3. 3  菲涅耳衍射公式                  
 2. 4  夫琅禾费衍射与傅里叶变换                  
 2. 5  菲涅耳衍射和分数傅里叶变换                  
 2. 5. l  分数傅里叶变换的定义                  
 2. 5. 2  分数傅里叶变换的几个基本性质                  
 2. 5. 3  用分数傅里叶变换表示菲涅耳衍射                  
 习题                  
                   
 第3章  光学成像系统的频率特性                  
 3. l  透镜的相位变换作用                  
 3. 2  二透镜的傅里叶变换性质                  
 3. 2. 1  物在透镜之前                  
 3. 2. 2  物在透镜后方                  
 3. 2. 3  透镜的孔径效应                  
 3. 3  透镜的一般变换特性                  
 3. 4  相干照明衍射受限系统的成像分析                  
 3. 4. 1  透镜的点扩散函数                  
 3. 4. 2  衍射受限系统的点扩散函数                  
 3. 4. 3  相干照明下衍射受限系统的成像规律                  
 3. 5  衍射受限系统的相干传递函数                  
 3. 6  衍射受限系统的非相干传递函数                  
 3. 6. 1  非相干成像系统的光学传递函数（OTF）                  
 3. 6. 2  OTF与 CTF的关系                  
 3. 6. 3  衍射受限的OTF                  
 3. 7  有像差系统的传递函数                  
 3. 8  相干与非相干成像系统的比较                  
 3. 8. l  截止频率                  
 3. 8. 2  像强度的频谱                  
 3. 8. 3  两点分辨                  
 习题                  
                   
 第4章  部分相干理论                  
 4. l  实多色场的复值表示                  
 4. 2  时间相干性. 自相干函数与复自相干度                  
 4. 2. 1  非单色光的分振幅干涉及其数学描述                  
 4. 2. 2  自相干函数与复自相干度                  
 4. 2. 3  复自相干度与光功率谱密度的关系                  
 4. 2. 4  相干时间和相干长度                  
 4. 3  空间相干性. 互相干函数和复相于度                  
 4. 3. 1  分波面干涉及其数学描述                  
 4. 3. 2  互相干函数和复相干度                  
 4. 3. 3  互相干函数和互相干度的测量                  
 4. 4  准单色条件. 互强度和复相于因子                  
 4. 4. 1  准单色条件                  
 4. 4. 2  互强度和复相于因子                  
 4. 4. 3  相干面积                  
 4. 5  准单色光的传播和衍射                  
 4. 5. 1  自由空间中准单色场互相干性的传播                  
 4. 5. 2  薄透明物体对互强度的影响                  
 4. 5. 3  部分相干光的衍射                  
 4. 6  范西特一策尼克定理                  
 4. 6. l  范西特一策尼克定理                  
 4. 6. 2  均匀圆形光源                  
 4. 6. 3  迈克耳孙测里干涉仪                  
 4. 7  部分相干场中透镜的傅里叶变换性质                  
 4. 8  部分相干光成像                  
 4. 8. 1  准单色光照明光学系统的物像关系                  
 4. 8. 2  准单色光照明下光学系统的频率响应                  
 习题                  
                   
 第5章  光全息术                  
 5. 1  引言                  
 5. 2  全息术原理--波前记录与再现                  
 5. 2. 1  波前记录                  
 5. 2. 2  波前再现                  
 5. 2. 3  全息实验装置                  
 5. 3  基元全息图分析                  
 5. 4  平面全息图及其衍射效率                  
 5. 4. 1  菲涅耳全息图                  
 5. 4. 2  傅里叶变换全息图                  
 5. 4. 3  无透镜傅里叶变换全息图                  
 5. 4. 4  傅里叶变换全息图的两个特例                  
 5. 4. 5  像全息图                  
 5. 4. 6  相位全息图                  
 5. 4. 7  平面全息图的衍射效率                  
 5. 5  体积全息图                  
 5. 5. l  体全息图的记录与再现                  
 5. 5. 2  透射体全息和反射体全息                  
 5. 5. 3  体全息图的衍射效率                  
 5. 6  计算全息术及其应用                  
 5. 6. l  计算全息图                  
 5. 6. 2  计算全息术的应用                  
 5. 7  全息记录介质                  
 5. 7. 1  卤化银乳胶                  
 5. 7. 2  重铬酸盐明胶                  
 5. 7. 3  光致抗蚀剂                  
 5. 7. 4  光导热塑                  
 5. 7. 5  光致聚合物                  
 5. 7. 6  光折变晶体                  
 习题                  
                   
 第6章  空间先调制器                  
 6. l  概述                  
 6. 1. 1  空间光调制器的基本结构与分类                  
 6. 1. 2  空间光调制器的功能                  
 6. 1. 3  空间光凋制器的基本性能参数                  
 6. 2  液晶光闪                  
 6. 2. 1  液晶的光电特性                  
 6. 2. 2  光寻址液晶光阀                  
 6. 2. 3  电寻址液晶光阀                  
 6. 3  电光效应器件                  
 6. 3. l  晶体的电光效应及其电光调制原理                  
 6. 3. 2  泡克尔斯读出光调制器                  
 6. 3. 3  微通道板空间光调制器                  
 6. 3. 4  Si－PLZT空间光调制器                  
 6. 4  磁光空间光调制器（MOSLM）                  
 6. 4. 1  磁性材料的磁化特性与磁光效应                  
 6. 4. 2  器件结构                  
 6. 4. 3  工作原理                  
 6. 4. 4  器件性能                  
 6. 5  表面形变空间光调制器                  
 6. 5. 1  G-E表面形变空间光调制器                  
 6. 5. 2  数字微反射镜空间光调制器                  
 6. 6  自电光效应器件空间光调制器                  
 习题                  
                   
 第7章  光信息存储技术                  
 7. 1  引言                  
 7. 2  二维光存储：光盘存储                  
 7. 3  三维光存储：体全息存储                  
 7. 3. 1  体全息的基本原理                  
 7. 3. 2  光折变材料的全息存储机理与特性                  
 7. 3. 3  全息存储器的数据传输速率                  
 7. 3. 4  全息存储的应用举例                  
 7. 4  四维光存储                  
 习题                  
                   
 第8章  光学信息处理技术                  
 8. 1  引言                  
 8. 2  光学频谱分析系统和空间滤波                  
 8. 2. 1  阿贝（Abbe）成像理论                  
 8. 2. 2  阿贝一波特（Ahbe－Porter）实验                  
 8. 2. 3  空间频率滤波系统                  
 8. 2. 4  空间滤波的傅里叶分析                  
 8. 2. 5  滤波器的种类及应用举例                  
 8. 3  相干光学信息处理                  
 8. 3. l  相干光学信息处理系统                  
 8. 3. 2  多重像的产生                  
 8. 3. 3  图像的相加和相减                  
 8. 3. 4  光学微分一像边缘增强                  
 8. 3. 5  光学图像识别                  
 8. 3. 6  图像消模糊                  
 8. 3. 7  综合孔径雷达                  
 8. 4  非相干光学信息处理                  
 8. 4. 1  图像的相乘和积分                  
 8. 4. 2  图像的相关和卷积                  
 8. 5  白光信息处理                  
 8. 5. 1  调制                  
 8. 5. 2  用黑白胶片保存彩色像                  
 8. 5. 3  黑白图像的白光密度假彩色编码                  
 8. 5. 4  多重像的产生                  
 8. 6  光计算                  
 8. 6. 1  引言                  
 8. 6. 2  光学矩阵运算                  
 8. 6. 3  光学互连                  
 8. 6. 4  光学神经网络                  
 习题                  
                   
 第9章  图像的全息显示                  
 9. l  引言                  
 9. 2  彩虹全息图                  
 9. 2. 1  线全息图消色模糊原理                  
 9. 2. 2  彩虹全息图的记录                  
 9. 2. 3  彩虹全息图的像质                  
 9. 3  合成全息技术                  
 9. 3. 1  二维图片的记录                  
 9. 3. 2  平面多路合成全息                  
 9 3 3   360合成全息                  
 9. 4  彩色全息术                  
 9. 4. l  彩色全息的激光器和记录材料                  
 9. 4. 2  彩色彩虹全息                  
 9. 4. 3  反射体积彩色全息                  
 9. 5  全息图的复制                  
 9. 5. 1  全息图的光学复制                  
 9. 5. 2  全息图的模压复制                  
 9. 5. 3  全息图的注塑复制                  
 9. 6  数字像素全息技术                  
 9. 6. 1  数字全息图的制作方法                  
 9. 6. 2  数字全息图的设计                  
 9. 7  其他全息显示技术                  
 9. 7. l  全息电影                  
 9. 7. 2  边缘照明全息                  
 9. 7. 3  虚拟全息三维显示                  
 习题                  
                   
 第10章  光学三维传感                  
 10. l  主动三维传感的基本概念                  
 10. 1. l  主动照明的三维传感方法                  
 10. l. 2  三种基本的结构照明方式                  
 10. 1. 3  三维传感系统的基本组成                  
 10. 2  采用单光束的三维传感                  
 10. 2. 1  基本原理与计算公式                  
 10. 2. 2  散斑对激光三角法精度的影响                  
 10. 2. 3  测量实例（鞋植三维面形测量）                  
 10. 2. 4  基于激光同步扫描的三维面形测量                  
 10. 3  采用激光片光的三维传感                  
 10. 3. 1  激光片光的产生                  
 10. 3. 2  测量原理                  
 10. 3. 3  测量实例                  
 10. 4  相位测量剖面术                  
 10. 4. l  相位测量剖面术的原理                  
 10. 4. 2  产生结构照明的方法                  
 10. 4. 3  相位测量剖面术应用举例                  
 10. 5  傅里叶变换剖面术                  
 10. 5. l  基本原理                  
 10. 5. 2  FTP方法的测量范围                  
 10. 5. 3  一种改进的方法                  
 10. 6  调制度测量轮廓术                  
 10. 6. 1  基本原理                  
 10. 6. 2  信息处理方法                  
 10. 6. 3  测量实例                  
 10. 7  其他光学三维轮廓测量方法                  
 10. 7. l  采用激光扫描的三维共焦成像                  
 10. 7. 2  飞行时间法                  
 习题                  
                   
 第11章  全息散斑干涉计量                  
 11. l  光学粗糙表面散射光场的统计特性                  
 11. 1. l  物面系综上物表面散射光场的统计特性                  
 11. 1. 2  散射光场的一阶统计特性                  
 11. 1. 3  散射光场的强度自相关函数                  
 11. 2  全息干涉的统计光学描述                  
 11. 2. l  全息于涉的基本原理                  
 11. 2. 2  二次曝光全息干涉术的干涉场                  
 11. 2. 3  表面变形特性与散射光场特性的关系                  
 11. 2. 4  二次曝光全息干涉场的统计光学描述                  
 11. 3  时间平均全息干涉术                  
 11. 4  外差与准外差全息干涉术                  
 11. 4. l  外差全息干涉技术                  
 11. 4. 2  准外差全息干涉技术                  
 11. 5  散斑于涉术                  
 11. 5. 1  参考束型散斑干涉测量方法                  
 11. 5. 2  剪切散斑干涉测量方法                  
 11. 6  电子散斑干涉测量技术                  
 11. 6. 1  电子散斑干涉仪的典型光路和原理                  
 11. 6. 2  电子散斑干涉相减技术的统计分析                  
 11. 7  散斑照相测量术                  
 11. 7. 1  像面二次曝光激光散斑图的记录及其透过率函数                  
 11. 7. 2  二次曝光散斑图的逐点滤波                  
 11. 7. 3  二次曝光散斑图的全场滤波                  
 11. 7. 4  白光散斑照相测量术                  
 11. 8  数字散斑照相测量术                  
 11. 8. l  数字全场滤波技术                  
 11. 8. 2  数字逐点滤波技术                  
 习题                  
 参考文献                  
 部分习题参考答案                  
 附录A：二维a函数的定义及性质                  
 附录B：常用函数及其傅里时变换                  
 附录C：式（11. 47）到式（11. 48）的推导                  
 汉英名词术语对照