衍射计算及数字全息

副标题:无

作   者:李俊昌

分类号:

ISBN:9787030409584

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简介

在激光应用研究领域,标量衍射理论能够解决大量实际问题。然而,衍射计算十分繁杂,国内外研究的专著甚少,衍射计算通常成为大学生、研究生及科研人员遇到的难题。随着计算机及CCD技术的进步,基于衍射计算理论及计算机技术,数字全息逐渐形成一项具有重要前景的新兴技术,国内尚无一部专著阐述。本书基于作者近30年在该领域的研究及国内外的研究成果,除系统总结经典衍射积分的数值计算方法外,将对空间曲面衍射场的数值计算进行专门研究,并且,将以数字全息为衍射计算理论的应用载体,较详细地对数字全息涉及的理论、技术及在全息干涉计量中的应用进行介绍。

目录

(上册)序言第1章  数学预备知识1.1  常用的几种非初等函数1.1.1  矩形函数1.1.2  sina函数1.1.3  阶跃函数1.1.4  符号函数1.1.5  三角函数1.1.6  圆域函数1.1.7  狄拉克□函数1.1.8  梳状函数1.2  二维傅里叶变换1.2.1  二维傅里叶变换的定义和存在条件1.2.2  傅里叶变换定理1.2.3  二维傅里叶变换在极坐标下的表示1.3  线性系统1.3.1  线性系统的定义1.3.2  脉冲响应和叠加积分1.3.3  二维线性空问不变系统的定义1.3.4  线性空间不变系统的传递函数和本征函数1.4  二维取样定理1.4.1  函数的取样1.4.2  原函数的复原1.4.3  空间~带宽积参考文献第2章  标量衍射理论2.1  光波的复函数表示2.1.1  单色光的复函数表示2.1.2  三维空间中光波场的表达式2.1.3  空间平面上平面波及球面波的复振幅2.2  标量衍射理论2.2.1  波动方程2.2.2  波动方程的平面简谐波解2.2.3  衍射的角谱理论2.2.4  基尔霍夫公式及瑞利索末菲公式2.2.5  衍射问题的傍轴近似——菲涅耳衍射积分2.2.6  夫琅禾费衍射2.3  夫琅禾费衍射的计算实例2.3.1  矩形孔在透镜焦平面上的衍射图像2.3.2  圆形孔的夫琅禾费衍射2.3.3  三角形孔在透镜焦平面上的衍射图像2.3.4  振幅型正弦光栅的夫琅禾费衍射2.4  菲涅耳衍射积分的解析及半解析计算2.4.1  正弦振幅光栅的菲涅耳衍射2.4.2  矩形孔的菲涅耳衍射2.4.3  复杂形状孔径的菲涅耳衍射2.4.4  利用矩形孔衍射公式计算折射棱镜阵列的衍射场2.4.5  三角形孔的菲涅耳衍射2.5  柯林斯公式2.5.1  傍轴光学系统的ABCD矩阵表示2.5.2  傍轴球面波的ABCD定律及等效傍轴透镜光学系统2.5.3  柯林斯公式推导2.6  基于柯林斯公式讨论单透镜系统的光学变换性质2.6.1  物体在透镜前2.6.2  物体在透镜后参考文献第3章  衍射的数值计算及应用实例3.1  离散傅里叶变换与傅里叶变换的关系3.1.1二  维连续函数的离散及周期延拓3.1.2  离散傅里叶变换与傅里叶变换的关系3.2  菲涅耳衍射积分的快速傅里叶变换计算3.2.1  菲涅耳衍射积分的sFFT算法3.2.2  菲涅耳衍射的SFFT计算与实际测量的比较3.2.3  菲涅耳衍射的DFFT算法3.2.4  DFFT算法的实验证明3.2.5  菲涅耳衍射的分数傅里叶变换表示及其计算3.2.6  菲涅耳衍射的综合孔径表示及其计算3.3  经典衍射公式的快速傅里叶变换计算3.3.1  基尔霍夫公式及瑞利索末菲公式的卷积形式3.3.2  经典衍射公式的统一表述3.3.3  计算卷积形式的经典衍射公式时取样条件的讨论3.3.4  基于能量守恒原理对实际取样条件的讨论3.3.5  不同衍射积分的计算实例3.3.6  不同经典衍射公式的FFT计算研究小结3.3.7  经典衍射积分的逆运算3.4  柯林斯公式的计算3.4.1  柯林斯公式及其逆运算式3.4.2  柯林斯公式的S-FFT计算3.4.3  柯林斯公式逆运算的S-IFFT计算3.4.4  柯林斯公式的D-FFT计算3.4.5  柯林斯公式逆运算的D-FFT计算3.4.6  数值计算及实验证明3.5  空间曲面衍射场的计算3.5.1  倾斜发光面及倾斜观测面的衍射计算3.5.2  发光面为空间曲面的衍射场计算3.5.3  观测面为空间曲面的衍射场计算3.6  衍射数值计算的应用实例3.6.1  二元光学元件的设计3.6.2  三角形面源集合算法在计算全息中的应用3.6.3  空间观测曲面衍射场计算的应用实例参考文献第4章  光全息的基本理论4.1  光全息术的基本原理4.1.1  光全息术概述4.1.2  同轴全息图4.1.3  离轴全息图4.1.4  离轴全息图衍射像分离的条件4.2  部分相干理论及其在全息研究中的应用4.2.1  非单色光波场的解析信号表示4.2.2  非单色光杨氏干涉实验研究4.2.3  全息研究中将光波视为完全相干波时应满足的条件讨论4.2.4  记录菲涅耳平面全息图的光学系统4.3  菲涅耳全息图及重现像性质研究4.3.1  点源全息图的记录4.3.2  点源全息图的再现4.3.3  像的放大率4.3.4  像的线模糊4.4  几种常用的平面全息图4.4.1  夫琅禾费全息图4.4.2  傅里叶变换全息图4.4.3  无透镜傅里叶变换全息图4.4.4  像全息图4.4.5  相位型全息图4.5  平面全息图的衍射效率4.5.1  振幅全息图的衍射效率4.5.2  相位全息图的衍射效率参考文献第5章  数字全息及物光波前重建计算5.1  离轴数字全息及波前的1-FFT重建5.1.1  离轴数字全息记录系统5.1.2  数字全息图的记录及重建过程中透射光的传播特性5.1.3  离轴数字全息系统的设计5.1.4  离轴数字全息系统的优化模拟及实验研究5.1.5  波前重建质量讨论5.2  一FFT方法重建波前的噪声研究及消除5.2.1  数字全息图的衍射效率5.2.2  零级衍射干扰的直接消除5.2.3  物光复振幅直接获取法5.3  基于衍射“接力”运算及虚拟数字全息图的物光场重建5.3.1  基于衍射“接力”运算的波前重建5.3.2  基于虚拟数字全息图的波前重建算法5.4  基于球面重建波及角谱衍射理论的波前重建5.4.1  球面波为重建波的可控放大率波前重建方法5.4.2  可控放大率波前重建实验5.4.3  可控放大率波前重建噪声消除的研究5.4.4  FIMG4FFT法波前重建质量研究5.5  数字全息重建图像的焦深5.5.1  数字全息重建图像焦深的理论研究5.5.2  数字全息重建像焦深的实验研究5.5.3  焦深研究的讨论及推广5.6  散射物体的真彩色数字全息5.6.1  统一彩色图像物理尺寸的补零1FFT重建法5.6.2  D13BFT与FI]MG4FFT算法的实验证明及比较5.6.3  FIMG4FFT与sPH4FFT重建真彩色图像的比较研究5.6.4  vDH4FFT算法重建真彩色图像的实验研究5.7  数字全息物光场的超分辨率记录与重建5.7.1  基于取样定理及角谱衍射理论对CcD探测信息的研究5.7.2  离轴数字全息超分辨率记录系统的优化设计5.7.3  超分辨率记录全息图的波前重建方法5.7.4  超分辨率记录系统波前重建质量模拟5.7.5  改变照明物光角度实现离轴数字全息超分辨率记录的基本理论5.7.6  超分辨率物光场波前重建模拟5.7.7  基于飞秒激光特性的子全息图准同时记录与物光场重建参考文献(下册)第6章  物光通过光学系统的波前重建第7章  全息干涉计量的基本原理及常用技术第8章  数字全息在光学检测中的应用第9章  数字全息的3D显示及动画算法研究附录A  计算机图像的基础知识附录B  基本计算程序及应用实例附录C  彩色图像附页附录D  《衍射计算及数字全息》书附光盘内容后记

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