信息光学讲义目录02.doc

目录第一章信息光学的数学基础1.1 光学中常用的非初等函数 11.1.1 矩形函数 11.1.2 阶跃函数 51.1.3 符号函数81.1.4 三角形函数 101.1.5 斜坡函数 131.1.6 圆域函数 141.1.7 非初等函数的运算和复合 151.2 光学中常用的初等函数 171.2.1 sinc 函数 171.2.2 高斯函数 191.2.3 贝塞尔函数 241.2.4 宽边帽函数 271.3 函数的变换 281.3.1 一维函数的变换 281.3.2 可分离变量的二维函数的特性 311.3.3 几何变换 331.4 d函数和梳状函数 381.4.1 广义函数的含义 381.4.2 d函数的定义 401.4.3 d函数的性质 491.4.4 d函数的导数 541.4.5 复合d函数561.4.6 用d函数描述光学过程的一个例子571.4.7 梳状函数 591.5 周期函数 641.5.1 周期函数的含义 641.5.2 正弦函数 661.5.3 周期脉冲序列 671.6 离散函数 701.6.1 单位脉冲序列 701.6.2 单位阶跃序列 721.6.3 矩形序列 731.6.4 正弦型序列 741.6.5 斜变序列 751.6.6 实指数序列 761.6.7 复指数序列 761.6.8 随机序列 771.7 复值函数 771.7.1 复数 771.7.2 复值函数 791.7.3 几个常数的关系式和恒等式 82习题 1 83第二章傅里叶变换和系统的频域分析2.1 一维函数的傅里叶变换 862.1.1 傅里叶级数 862.1.2 傅里叶积分定理 962.1.3 傅里叶变换 972.1.4 极限情况下的傅里叶变换1042.1.5 d函数的傅里叶变换 1052.1.6 常用一维函数傅里叶变换对1142.2 二维函数的傅里叶变换1162.2.1 二维函数傅里叶变换的定义1162.2.2 极坐标系中的二维傅里叶变换1182.2.3 常用二维函数傅里叶变换对1212.3 傅里叶变换的性质1212.3.1 傅里叶变换的基本性质1212.3.2 虚、实、奇和偶函数的傅里叶变换1242.4 傅里叶变换的MATLAB 实现1262.4.1 符号傅里叶变换1262.4.2 离散傅立叶变换1272.4.3 快速傅里叶变换1302.5 卷积和卷积定理 1372.5.1 卷积的定义 1372.5.2 卷积的计算1382.5.3 函数f (x, y)与d函数的卷积 1482.5.4 卷积的效应1502.5.5 卷积运算的基本性质1522.5.6 卷积的MATLAB 实现 1542.6 相关和相关定理 1572.6.1 互相关 1572.6.2 自相关 1592.6.3 归一化互相关函数和自相关函数 1612.6.4 有限功率函数的相关1622.6.5 相关的计算方法1622.6.6 相关的MATLAB 实现 1672.7 傅里叶变换的基本定理1702.7.1 卷积定理1702.7.2 互相关定理1712.7.3 互相关定理1732.7.4 自相关定理1742.7.5 巴塞伐定理1742.7.6 广义巴塞伐定理1752.7.7 导数定理或微分变换定理 (differential transform theorem) 1752.7.8 积分变换定理 1762.7.9 转动定理1762.7.10 矩定理 176习题2 178第三章线性系统和光场的傅里叶分析3.1 线性系统的概念1803.1.1 信号和信息1803.1.2 系统的概念1803.1.3 线性系统1823.1.4 线性平移不变系统1833.2 线性系统的分析方法1843.2.1 正交函数系1843.2.2 基元函数的响应1883.2.3 线性平移不变系统的传递函数1933.2.4 线性平移不变系统的传递函数 1953.3 光场解析信号表示1993.3.1 单色光场的数学形式和复数表示1993.3.2 准单色光场的复数表示2013.3.3 多色光场的复数表示2033.4 光场的复振幅空间描述2063.4.1 球面波的复振幅2063.4.2 球面波的近轴近似2073.4.3 平面波的复振幅 2123.5 二维光场的傅里叶分析2163.5.1 平面波的空间频率2163.5.2 球面波的空间频率2223.5.3 复振幅分布的空间频谱和角谱2223.5.4 局域空间频率 2243.5.5 复杂光波的分解2253.6 函数抽样与函数复原2283.6.1 一维抽样定理 2283.6.2 二维抽样2363.6.3 空间-带宽积 2393.6.4 线性光学系统的分辨率242习题3 242第四章 标量衍射理论2484.1 从矢量电场到标量电场2514.1.1 波动方程2514.1.2 亥姆霍兹方程2534.2 基尔霍夫衍射理论 2544.2.1 惠更斯-菲涅耳原理 2544.2.2 格林定理2564.2.3 基尔霍夫积分定理2574.2.4 基尔霍夫衍射公式2604.2.5 菲涅耳-基尔霍夫衍射公式 2634.2.6 球面波的衍射理论 2654.3 衍射在空间频域的描述2684.3.1 从空间域到空间频域2684.3.2 谱频的传播效应2694.3.3 角谱的传播2724.3.4 孔径对角谱的效应2734.3.5 传播现象作为一种线性空间滤波器2764.4 衍射的菲涅耳近似和夫琅禾费近似2774.4.1 菲涅耳近似2774.4.2 夫琅禾费近似2804.4.3 夫琅禾费衍射与菲涅耳衍射的关系2804.4.4 衍射屏被会聚球面波照射时的菲涅耳衍射 2814.4.5 衍射的巴俾涅原理 2834.5 菲涅耳衍射的计算 2854.5.1 周期性物体的菲涅耳衍射 2854.5.2 矩形孔的菲涅耳衍射 2914.5.3 特殊矩形孔的菲涅耳衍射 3004.5.4 圆孔的菲涅耳衍射 3034.6 夫琅禾费衍射的计算 3064.6.1 矩形孔和狭缝 3074.6.3 衍射光栅 3134.6.4 圆形孔径 324习题 4 329第五章光学成像系统的空域描述及傅里叶分析 3365.1 成像系统和透镜的结构及变换作用 3365.1.1 成像概述 3365.1.2 透镜的结构及变换作用 3375.2 透镜作为相位变换器 3415.2.1 薄透镜的厚度函数 3415.2.2 薄透镜的相位变换及其物理意义 3435.3 透镜的傅里叶变换性质 3455.3.1 透镜的一般变换特性 3455.3.2 物在透镜之前 3495.3.3 物在透镜后方 3535.4 透镜的空间滤波特性 3555.4.1 透镜的截止频率、空间带宽积和视场 3565.4.2 透镜孔径引起的渐晕效应 3595.5 光学系统的一般模型 3635.5.1 光阑 3635.5.2 入射光瞳和出射光瞳 3665.5.3 黑箱模型 3685.6 衍射受限光学系统成像的空域分析 3705.6.1 衍射受限系统的点扩散函数及成像 3705.6.2 正薄透镜的点扩散函数 3745.6.3 相干照射下衍射受限系统的成像规律 3755.6.4 成像系统的线性特性 377习题 5 378第六章光学成像系统的频谱分析和传递函数 3846.1 光成像系统像质评价概述 3846.1.1 星点检验法 3856.1.2 图像分辨率板法 3886.2 光学传递函数的基本概念 3946.2.1 以点扩散函数为基础的定义 3976.2.2 以正弦光栅成像为基础的定义 4016.2.3 以光瞳函数表示的光学传递函数 4046.2.4 组合成像系统的光学传递函数 4056.3 衍射受限相干成像系统的相干传递函数 4066.3.1 相干传递函数 4066.3.2 相干传递函数的角谱解释 4156.4 衍射受限系统非相干成像的频域分析非相干传递函数 4166.4.1 非相干成像系统的光学传递函数(OTF) 4176.4.2 OTF 和CTF 的关系 4216.4.3 衍射受限的OTF 4216.4.4 有像差系统的传递函数 4266.5 线扩散函数和刃边扩散函数 4296.5.1 线扩散函数和刃边扩散函数的概念 4296.5.2 相干线扩散函数和相干刃边扩散函数 4316.5.3 非相干线扩散函数和刃边扩散函数 4336.6 相干与非相干成像系统的比较 4346.7 光学传递函数的测量 4366.7.1 光学传递函数测量装置 4366.7.2 光学传递函数测量步骤 4396.7.3 光学传递函数测量准确度 4406.7.4 光学传递函数的测量环境 4456.7.5 光学传递函数的测量数据的修正和表示 4476.7.6 光学传递函数的测量方法 4486.7.7 光学传递测量装置的检定 4506.7.8 光学传递标准装置 4506.7.9 离散采样系统光学传递测量 451习题 6 452第七章部分相干理论 4577.1 光的干涉理论 4577.1.1 叠加原理 4587.1.2 光波的干涉 4587.1.3 相干和非相干叠加 4607.1.4 干涉条纹的可见度 4627.2 互相干函数和相干度 4637.2.1 互相干函数的定义 4647.2.2 杨氏干涉条纹的几何结构 4687.2.3 互相干函数的谱表示 4707.3 时间相干性和相干时间 4717.3.1 时间相干性 4717.3.2 相干时间的定义 4767.3.3 傅里叶变换光谱技术 4777.4 空间相干性 4797.5 准单色条件下的干涉和互强度 4807.6 范西泰特-策尼克定理 4837.6.1 范西泰特-策尼克定理 4847.6.2 相干面积 4867.6.3 均匀圆形光源 4867.7 互相干函数的传播和广义惠更斯原理 488习题 7 491第八章光学全息4968.1 光学全息概述 4968.1.1 全息术的发展简史 4968.1.2 全息照相的基本特点 4988.1.3 全息图的类型 5008.2 全息照相的基本原理 5018.2.1 全息照相的基本过程 5018.2.2 波前记录 5028.2.3 记录过程的线性条件 5038.2.4 波前再现 5048.3 同轴全息图和离轴全息图 5078.3.1 同轴全息图 5078.3.2 离轴全息图 5108.4 基元全息图 5148.4.1 基元全息图 5148.4.2 基元光栅 5158.5 菲涅耳全息图 5178.5.1 点源全息图和基元波带片 5178.5.2 几种特殊情况的讨论 5218.6 像全息图 5248.6.1 再现光源宽度的影响 5248.6.2 再现光源光谱宽度的影响 5258.6.3 色模糊 5278.6.4 像全息图的制作 5288.7 傅里叶变换全息图 5298.7.1 傅里叶变换全息图的原理 5308.7.2 准傅里叶变换全息图 5328.7.3 无透镜傅里叶变换全息图 5338.8 彩虹全息 5358.8.1 二步彩虹全息 5358.8.2 一步彩虹全息 5368.8.3 彩虹全息的色模糊 5378.9 相位全息图 5408.10 模压全息图 5418.10.1 模压全息图的制作 5428.10.2 全息烫印箔 5428.10.3 动态点阵全息图 5438.11 体积全息 5438.11.1 透射体积全息图 5448.11.2 反射全息图 5468.12 平面全息图的衍射效率 5468.12.1 振幅全息图的衍射效率 5478.12.2 相位全息图的衍射效率 5488.13 全息记录介质5498.13.1 基本术语 5498.13.2 EV-D曲线和特性曲线 5518.13.3 全息记录介质的分类 554习题 8 558第九章光学信息处理技术5629.1 引言 5629.2 早期研究成果 5639.2.1 阿贝成像理论 5639.2.2 阿贝-波特(Abbe-Porter)实验 5649.2.3 泽尼克相衬显微镜 5689.2.4 改善的照片质量 5709.3 空间频率滤波系统 5719.3.1 空间滤波系统 5719.3.2 空间滤波的傅里叶分析 5729.3.3 滤波器的种类及应用举例 57