信息光學理論與應用(第3版)（簡體書）

《資訊光學理論與應用(第3版)》是在普通高等教育“十一五”國家級規劃教材（第2版）的基礎上修訂而成，系統地介紹了資訊光學的基礎理論及相關的應用。全書共10章，內容涉及二維傅裏葉分析、標量衍射理論、光學成像系統的頻率特性、部分相干理論、光學全息照相、空間濾波、相干光學處理、非相干光學處理、資訊光學在計量學和光通信中的應用等。《資訊光學理論與應用(第3版)》內容豐富，選材新穎，既系統地介紹基礎理論，又同時兼顧理論和技術的當前發展，並強調理論與應用的結合。原書第2版曾被教育部評為“2009年度普通高等教育精品教材”。《資訊光學理論與應用(第3版)》是在保持原書總體特色的基礎上，結合作者近幾年的教學實踐，對第2版做了許多修訂和補充，並將其中的習題解答部分從原書中剝離出來，做了適當的添加和完善，同時補充了思考題解答，獨立城書。

《信息光學理論與應用(第3版)》讀者對象為光學、光學工程、光電子技術、光信息科學與技術、應用物理、精密儀器等專業的高年級本科生和研究生，也可供相關專業的工程技術人員參考。

第1章 二維傅里葉分析
1.1光學中常用的幾種非初等函數
1.1.1矩形函數
1.1.2sinc函數
1.1.3階躍函數
1.1.4符號函數
1.1.5三角形函數
1.1.6高斯函數
1.1.7圓域函數
1.2δ函數
1.2.1δ函數的定義
1.2.2δ函數的物理意義
1.2.3δ函數的性質
1.2.4梳狀函數
1.3卷積
1.3.1卷積概念的引入
1.3.2卷積的定義
1.3.3卷積的物理意義和幾何意義
1.3.4卷積的運算性質
1.3.5卷積運算舉例
1.4相關
1.4.1互相關
1.4.2自相關
1.4.3相關運算舉例
1.4.4有限功率函數的相關
1.5傅里葉變換的基本概念
1.5.1二維傅里葉變換的定義
1.5.2存在條件
1.5.3廣義傅里葉變換
1.5.4虛、實、奇、偶函數傅里葉變換的性質
1.5.5傅里葉變換作為分解式
1.6二維傅里葉變換的基本定理
1.7傅里葉—貝塞爾變換
1.7.1可分離變量函數的變換
1.7.2具有圓對稱的函數：傅里葉一貝塞爾變換
1.8常用傅里葉變換對
1.9線性系統與線性空間不變系統
1.9.1系統的算符表示
1.9.2線性系統的意義
1.9.3脈沖響應函數與疊加積分
1.9.4線性空間不變系統傳遞函數
1.9.5線性空間不變系統的本征函數
1.9.6LSI級聯系統
1.10二維采樣定理
1.10.1圖像函數的采樣表示法
1.10.2奈奎斯特判據
1.10.3原始函數的復原
1.10.4空間—帶寬積
思考題
習 題
本章參考文獻
第2章 標量衍射理論
2.1引言
2.2基爾霍夫衍射理論
2.2.1數學預備知識
2.2.2平面衍射屏的基爾霍夫衍射公式
2.2.3菲涅耳—基爾霍夫衍射公式
2.2.4衍射公式與疊加積分
2.3衍射規律的頻域表達式
2.3.1衍射規律的頻域描述
2.3.2傳播現象作為一種線性空間濾波器
2.3.3衍射孔徑對角譜的效應
2.4菲涅耳衍射與夫瑯和費衍射
2.4.1初步的近似處理
2.4.2菲涅耳近似
2.4.3夫瑯和費衍射
2.4.4夫瑯和費衍射與菲涅耳衍射的關系
2.5夫瑯和費衍射計算實例
2.5.1矩孔和單縫的夫瑯和費衍射
2.5.2雙縫的夫瑯和費衍射
2.5.3多縫的夫瑯和費衍射
2.5.4圓孔的夫瑯和費衍射
2.5.5圓環的夫瑯和費衍射
2.5.6正弦型振幅光柵的夫瑯和費衍射
2.5.7正弦型位相光柵的夫瑯和費衍射
2.6菲涅耳衍射計算實例
2.6.1傅里葉成像
2.6.2衍射屏被會聚球面波照明時的衍射
2.6.3方孔的菲涅耳衍射
2.7衍射的巴俾涅原理
思考題
習 題
本章參考文獻
第3章 光學成像系統的頻率特性
3.1透鏡的傅里葉變換性質
3.1.1薄透鏡的位相調制作用
3.1.2透鏡的傅里葉變換性質
3.1.3透鏡孔徑的影響
3.2光學成像系統的一般分析
3.2.1成像系統的普遍模型
3.2.2衍射受限系統的點擴展函數
3.2.3準單色光照明時物像關系分析
3.3衍射受限相干成像系統的傳遞函數
3.3.1相干傳遞函數的定義
3.3.2相干傳遞函數與系統物理性質的聯系
3.3.3像差對系統傳遞函數的影響
3.3.4相干傳遞函數計算舉例
3.4衍射受限非相干成像系統的傳遞函數
3.4.1衍射受限系統的光學傳遞函數
3.4.2OTF與CTF的關系
3.4.3光學傳遞函數的一般性質和意義
3.4.4衍射受限系統OTF的計算
3.4.5像差對OTF的影響
3.5相干成像與非相干成像系統的比較
思考題
習 題
本章參考文獻
第4章 部分相干理論
4.1光場相干性的一般概念
4.1.1光源的空間相干性與光源線度
4.1.2光源的時間相干性與光波頻譜
4.2互相干函數
4.2.1解析信號——實多色場的復值表示
4.2.2互相干函數與復相干度
4.2.3互相干函數的譜表示
4.2.4互相干函數與互相干度的測量
4.3準單色光的干涉
4.3.1準單色場的互強度和復相干度
4.3.2準單色光的傳播
4.4范西特—澤尼克定理
4.4.1范西特—澤尼克定理
4.4.2均勻圓形光源的例子
思考題
習 題
本章參考文獻
第5章 光學全息照相
5.1全息照相的基本原理
5.1.1全息圖的記錄和重現
5.1.2基本理論
5.1.3全息照相的基本特點
5.1.4全息圖的類型
5.2菲涅耳全息圖
5.2.1基元全息圖的幾何模型
5.2.2點源全息圖的記錄和重現
5.2.3幾種特殊情況
5.3全息記錄介質
5.3.1基本術語
5.3.2全息記錄介質的特性
5.3.3幾種常用的全息記錄介質
5.4全息照相裝置及實驗注意事項
5.4.1全息照相所需的設備和元件
5.4.2全息照相光路的布置
5.5傅里葉變換全息圖
5.5.1傅里葉變換全息圖的記錄和重現
5.5.2準傅里葉變換全息圖
5.5.3無透鏡傅里葉變換全息圖
5.6像全息圖彩虹全息圖
5.6.1像全息圖
5.6.2彩虹全息圖
5.7體積全息圖
5.7.1透射體積全息圖
5.7.2反射全息圖
5.8數字全息圖 計算全息圖
5.8.1數字全息圖
5.8.2計算全息圖
5.9模壓全息圖
5.9.1全息圖的模壓復制
5.9.2全息燙印箔
5.9.3動態點陣全息圖
5.10全息照相的應用
5.10.1全息顯示
5.10.2全息光學元件
5.10.3全息信息存儲
思考題一
習 題一
本章參考文獻
……
第6章 空間濾波
第7章 相干光學處理
第8章 非相干光學處理
第9章 信息光學在計量學中的應用
第10章 信息光學在光通信中的應用
附錄1 貝塞爾函數關系式表
附錄2 計算全息圖記錄和重現的Matlab程序

①空間疊加多重記錄
在全息圖的同一面積或體積內，一邊改變參考光相對于全息圖的入射角，一邊順次將許多信息重疊曝光，進行多重記錄。重現時只需采用細光束逐點照明此全息圖，在其后適當距離的屏幕上觀察，通過改變重現光的入射角就能讀取所需要的信息。
②空間分離多重記錄
把待存儲的圖文信息單獨地記錄在一個一個微小面積元上（即點全息圖），然后空間不相重疊地移動全息圖片，于是又記錄下了另一個點全息圖。如此繼續不斷地移位，便實現了信息的多重記錄。信息的讀取是通過變化重現光入射點的位置來實現的。
全息存儲技術在光計算領域，如光學神經網絡、光互連，以及在模式識別和自動控制等領域中有廣闊的應用前景。美國奧斯汀微電子學計算機技術公司（MCC）的G.Willenbring指出，正在出現的并行高性能計算機需要更高的輸入／輸出速度，這種速度可利用全息存儲技術得到滿足。已知磁盤的存取時間約為10 ms量級，而全息存儲器的存取時間比磁盤快3～4個數量級。全息存儲器可望存儲幾千億字節數的數據（目前光盤是6.4億字節數據），并以大于或等于109 bit/s的速度傳送數據，可在100 μs或更短的時間內隨機選擇一個數據頁面①。因此，在存儲密度、存儲容量和存取時間等3個指標上，其他任何一種存儲技術都不及體全息存儲。1992年，美國的Northrop公司在1 cm3摻鐵鈮酸鋰晶體中成功地存儲了1000頁的數字數據，并無任何錯誤地復制到數字計算機的存儲器。1994年，美國加州理工學院在1cm3摻鐵鈮酸鋰晶體中記錄了10000幅全息圖；同年，斯坦福大學的一個研究小組把經壓縮的數字化圖像視頻數據存儲在一個全息存儲器中，并重現了這些數據，而圖像質量無顯著下降。這些事實說明，體全息存儲器已接近實用化階段。1995年，由美國政府高級研究項目局（ARPA）、IBM公司的Almaden研究中心、斯坦福大學等聯合成立了協作組織并在美國國家存儲工業聯合會（NSIC）主持下，投資約7000萬美元，實施光折變信息存儲材料（PRISM）和全息數據存儲系統（ HDSS）項目，預期在5年內開發出具有容量為1萬億位數據、存儲速率為1000 Mbit/s的一次寫入或可重復寫入的全息數據存儲系統（25）。現在這個目標已經實現。因此，全息存儲技術被《福布斯》雜志評為2005年世界十大最酷科技之一。