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作者簡介
目次
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散斑效應出現在幾乎所有的激光應用領域中，包括相干光成像、全息術、光學相干層析、激光投影顯示、微光刻、多模纖維通信、光學雷達、計量等。散斑在其他一些領域(比如天文成像)中也有顯著的效應。本書系統而全面地描述了散斑現象，分析了其形成的原因及性質，討論了抑制散斑的方法及其在多種應用領域中的效應。
本書針對有一定理論基礎和實踐經驗的讀者，他們已熟練掌握傅裡葉分析，並瞭解隨機過程的廣泛豐富的概念。本書可用做高校有關專業的研究生教材，或有關領域的研究人員或工程師的參考書。
本書針對有一定理論基礎和實踐經驗的讀者，他們已熟練掌握傅裡葉分析，並瞭解隨機過程的廣泛豐富的概念。本書可用做高校有關專業的研究生教材，或有關領域的研究人員或工程師的參考書。
作者簡介
Joseph W．Goodman於1958年來到斯坦福大學上研究生，並且在斯坦福留下了他的全部職業生涯。他曾是49位研究生的博士學位論文導師，他們之中的許多人現在在光學界成就卓著。他曾主持斯坦福的William Ayer電氣工程講座，並擔任過若干行政職務，包括斯坦福大學電氣工程系主任和工學院負責教學人員事務的資深副院長。他現在是William Aver榮譽退休教授。
他的工作曾獲得多種獎勵和榮譽，包括美國工程教育學會的F．E．Terman獎，國際光學工程學會(SPIE)的伽博(Dennis Gabor)獎，玻恩(Max Born)獎，Esther Beller Hoffman獎，美國光學學會的Ives獎章，電氣和電子工程師協會的教育獎章。美國國家工程科學院院士，並擔任過關國光學學會和國際光學學會會長。
他的工作曾獲得多種獎勵和榮譽，包括美國工程教育學會的F．E．Terman獎，國際光學工程學會(SPIE)的伽博(Dennis Gabor)獎，玻恩(Max Born)獎，Esther Beller Hoffman獎，美國光學學會的Ives獎章，電氣和電子工程師協會的教育獎章。美國國家工程科學院院士，並擔任過關國光學學會和國際光學學會會長。
目次
中文版序
序
第1章 散斑的起源和表現
1.1 一般背景
1.2 散斑起因的直觀解釋
1.3 一些數學預備知識
第2章 隨機相幅矢量和
2.1 相幅矢量和的實部和虛部的一階矩和二階矩
2.2 有大量獨立步數的隨機行走
2.3 隨機相幅矢量和加上一個已知相幅矢量
2.4 隨機相幅矢量和之和
2.5 有限個等長度份量的隨機相幅矢量和
2.6 相位非均勻分佈的隨機相幅矢量和
第3章 光學散斑的一階統計性質
3.1 強度的定義
3.2 強度和相位的一階統計
3.2.1 大量的隨機相幅矢量
3.2.2 常相幅矢量加上一個隨機相幅矢量和
3.2.3 有限數目的等長相幅矢量
3.3 散斑圖樣的和
3.3.1 在振幅基礎上求和
3.3.2 兩個獨立散斑強度的和
3.3.3 N個獨立散斑強度的和
3.3.4 相關散斑強度的和
3.4 部分偏振散斑
3.5 部分散射散斑
3.6 散斑驅動的散斑或復合散斑的統計
3.6.1 負指數強度分佈驅動的散斑
3.6.2 T強度分佈驅動的散斑
3.6.3 T強度分佈驅動的獨立散斑圖樣之和
第4章 散斑的高階統計性質
4.1 多元高斯統計
4.2 對散斑場的應用
4.3 散斑振幅、相位和強度的多維統計
4.3.1 振幅的聯合密度函數
4.3.2 相位聯合密度函數
4.3.3 強度的聯合密度函數
4.4 散斑的自相關函數和功率譜
4.4.1 自由空間傳播光路
4.4.2 成像光路
4.4.3 深度方向上的散斑尺寸
4.5 散斑對散射體微結構的依賴關係
4.5.1 面散射與體散射的對比
4.5.2 散射波的相關面積為有限的效應
4.5.3 一種散斑大小與散射光斑大小無關的機制
4.5.4 散射波的相關面積和表面高度漲落的關係——表面散射
4.5.5 散斑對比度對表面粗糙度的依賴關係——面散射
4.5.6 體散射產生的散斑的性質
4.6 積分和模糊的散斑的統計學
4.6.1 積分散斑的平均值和方差
4.6.2 積分強度概率密度函數的近似結果
4.6.3 積分強度的概率密度函數的「準確」結果
4.6.4 部分偏振散斑圖樣的積分
4.7 散斑強度和相位的微商的統計性質
4.7.1 背景
4.7.2 各種散射光斑形狀下的參數
4.7.3 散斑相位的微商：散斑圖樣中的光線方向
4.7.4 散斑強度的微商
4.7.5 散斑圖樣的亮階交叉
4.8 散斑圖樣的零點：光學渦旋
4.8.1 零強度出現所要求的條件
4.8.2 在強度零點附近散斑相位的性質
4.8.3 完全散射的散斑中的渦旋密度
4.8.4 完全散射的散斑加上一個相干背景後的渦旋密度
第5章 抑制散斑的光學方法
5.1 偏振的多樣化
5.2 用運動漫射體進行時間平均
5.2.1 背景
5.2.2 光滑的物
5.2.3 粗糙的物
5.3 波長和角度的多樣化
5.3.1 自由空間傳播，反射光路
5.3.2 自由空間傳播，透射光路
5.3.3 成像光路
5.4 減弱時間和空間相干性
5.4.1 光學中的相干性概念
5.4.2 運動的漫射體和相干性的減弱
5.4.3 通過減弱時間相干性抑制散斑
5.4.4 通過減弱空間相干性抑制散斑
5.5 用時間相干性破壞空間相干性
5.6 復合散斑抑制技術
第6章 某些成像應用中的散斑
6.1 眼睛中的散斑
6.2 全息術中的散斑
6.2.1 全息術的原理
6.2.2 全息像中的散斑抑制
6.3 光學相干層析術中的散斑
6.3.1 OCT成像技術簡介
6.3.2 OCT的分析
6.3.3 0CT中的散斑和散斑抑制
6.4 光學投影顯示中的散斑
6.4.1 投影顯示的剖析
6.4.2 投影顯示中的散斑抑制
6.4.3 偏振多樣性
6.4.4 運動屏幕
6.4.5 波長多樣性
6.4.6 角度多樣性
6.4.7 投影光學系統的留有餘量的設計
6.4.8 將變化的漫射體投影到屏幕上
6.4.9 專門設計的屏幕
6.5 投影微光刻中的散斑
6.5.1 准分子激光的相干性質
6.5.2 時域散斑
6.5.3 從曝光漲落到線位置的漲落
第7章 某些非成像應用中的散斑
7.1 多模光纖中的散斑
7.1.1 光纖中的模式噪聲
7.1.2 限定散斑的統計性質
7.1.3 模式噪聲對頻率的依賴關係
7.2 散斑對光學雷達性能的影響
7.2.1 從遠程目標返回的散斑場的空間相關性
7.2.2 低光照水平下的散斑
7.2.3 探測統計分佈——直接探測
7.2.4 探測統計分佈——外差探測
7.2.5 直接探測與外差探測的比較
7.2.6 降低光學雷達探測系統中散斑的影響
第8章 散斑與計量學
8.1 散斑照相術
8.1.1 面內位移
8.1.2 仿真
8.1.3 譜五(vx，vy)的性質
8.1.4 對移動量(x0，y0)的限制
8.1.5 多散斑圖窗口分析
8.1.6 物體轉動
8.2 散斑干涉術
8.2.1 使用照相探測的系統
8.2.2 電子散斑干涉術(ESPI)
8.2.3 剪切散斑干涉術
8.3 從條紋圖樣到相位分佈圖
8.3.1 傅裡葉變換法
8.3.2 相移散斑干涉術
8.3.3 相位展開
8.4 用散斑測量振動
8.5 散斑與表面粗糙度的測量
8.5.1 由散斑對比度得到表面高度的均方差值和表面協方差面積
8.5.2 由兩個波長的退相關得到表面高度的均方差
8.5.3 由兩個角度的退相關得到表面高度的均方差
8.5.4 由測量角功率譜得到表面高度標準偏差和協方差函數
第9章 通過大氣成像中的散斑
9.1 背景
9.1.1 大氣中折射率的漲落
9.2 短曝光和長曝光的點擴展函數
9.3 長曝光和短曝光的平均光學傳遞函數
9.4 短曝光OTF和MTF的統計性質
9.5 天文散斑干涉測量術
9.5.1 可恢復的物信息
9.5.2 對散斑傳遞函數形式的更完整的分析結果
9.6 交叉譜或Knox-Thompson技術
9.6.1 交叉頻譜傳遞函數
9.6.2 從交叉譜恢復全部物信息
9.7 雙頻頻譜(Bispectrum)技術
9.7.1 雙頻頻譜傳遞函數
9.7.2 從雙頻頻譜恢復完全的物信息
9.8 散斑相關成像術
附錄A 散斑場的線性變換
附錄B 部分散射散斑的對比度
附錄C 得出強度和相位微商的統計性質的計算
C.1 相關矩陣
C.2 相位微商的聯合密度函數
C.3 強度微商的聯合密度函數
附錄D 散斑對波長及角度依賴關係的分析
D.1 自由空間光路
D.2 成像光路
附錄E 當動態漫射體投影到隨機屏上時的散斑對比度
E.1 隨機相位漫射體
E.2 漫射體剛好充滿投影光學系統
E.3 漫射體充溢投影光學系統
附錄F 限定散斑的統計
附錄G 模擬散斑的Mathe瑚tica程序範例
G.1 自由空間傳播中的散斑模擬
G.2 成像光路中的散斑模擬
參考文獻
漢英對照索引
序
第1章 散斑的起源和表現
1.1 一般背景
1.2 散斑起因的直觀解釋
1.3 一些數學預備知識
第2章 隨機相幅矢量和
2.1 相幅矢量和的實部和虛部的一階矩和二階矩
2.2 有大量獨立步數的隨機行走
2.3 隨機相幅矢量和加上一個已知相幅矢量
2.4 隨機相幅矢量和之和
2.5 有限個等長度份量的隨機相幅矢量和
2.6 相位非均勻分佈的隨機相幅矢量和
第3章 光學散斑的一階統計性質
3.1 強度的定義
3.2 強度和相位的一階統計
3.2.1 大量的隨機相幅矢量
3.2.2 常相幅矢量加上一個隨機相幅矢量和
3.2.3 有限數目的等長相幅矢量
3.3 散斑圖樣的和
3.3.1 在振幅基礎上求和
3.3.2 兩個獨立散斑強度的和
3.3.3 N個獨立散斑強度的和
3.3.4 相關散斑強度的和
3.4 部分偏振散斑
3.5 部分散射散斑
3.6 散斑驅動的散斑或復合散斑的統計
3.6.1 負指數強度分佈驅動的散斑
3.6.2 T強度分佈驅動的散斑
3.6.3 T強度分佈驅動的獨立散斑圖樣之和
第4章 散斑的高階統計性質
4.1 多元高斯統計
4.2 對散斑場的應用
4.3 散斑振幅、相位和強度的多維統計
4.3.1 振幅的聯合密度函數
4.3.2 相位聯合密度函數
4.3.3 強度的聯合密度函數
4.4 散斑的自相關函數和功率譜
4.4.1 自由空間傳播光路
4.4.2 成像光路
4.4.3 深度方向上的散斑尺寸
4.5 散斑對散射體微結構的依賴關係
4.5.1 面散射與體散射的對比
4.5.2 散射波的相關面積為有限的效應
4.5.3 一種散斑大小與散射光斑大小無關的機制
4.5.4 散射波的相關面積和表面高度漲落的關係——表面散射
4.5.5 散斑對比度對表面粗糙度的依賴關係——面散射
4.5.6 體散射產生的散斑的性質
4.6 積分和模糊的散斑的統計學
4.6.1 積分散斑的平均值和方差
4.6.2 積分強度概率密度函數的近似結果
4.6.3 積分強度的概率密度函數的「準確」結果
4.6.4 部分偏振散斑圖樣的積分
4.7 散斑強度和相位的微商的統計性質
4.7.1 背景
4.7.2 各種散射光斑形狀下的參數
4.7.3 散斑相位的微商：散斑圖樣中的光線方向
4.7.4 散斑強度的微商
4.7.5 散斑圖樣的亮階交叉
4.8 散斑圖樣的零點：光學渦旋
4.8.1 零強度出現所要求的條件
4.8.2 在強度零點附近散斑相位的性質
4.8.3 完全散射的散斑中的渦旋密度
4.8.4 完全散射的散斑加上一個相干背景後的渦旋密度
第5章 抑制散斑的光學方法
5.1 偏振的多樣化
5.2 用運動漫射體進行時間平均
5.2.1 背景
5.2.2 光滑的物
5.2.3 粗糙的物
5.3 波長和角度的多樣化
5.3.1 自由空間傳播，反射光路
5.3.2 自由空間傳播，透射光路
5.3.3 成像光路
5.4 減弱時間和空間相干性
5.4.1 光學中的相干性概念
5.4.2 運動的漫射體和相干性的減弱
5.4.3 通過減弱時間相干性抑制散斑
5.4.4 通過減弱空間相干性抑制散斑
5.5 用時間相干性破壞空間相干性
5.6 復合散斑抑制技術
第6章 某些成像應用中的散斑
6.1 眼睛中的散斑
6.2 全息術中的散斑
6.2.1 全息術的原理
6.2.2 全息像中的散斑抑制
6.3 光學相干層析術中的散斑
6.3.1 OCT成像技術簡介
6.3.2 OCT的分析
6.3.3 0CT中的散斑和散斑抑制
6.4 光學投影顯示中的散斑
6.4.1 投影顯示的剖析
6.4.2 投影顯示中的散斑抑制
6.4.3 偏振多樣性
6.4.4 運動屏幕
6.4.5 波長多樣性
6.4.6 角度多樣性
6.4.7 投影光學系統的留有餘量的設計
6.4.8 將變化的漫射體投影到屏幕上
6.4.9 專門設計的屏幕
6.5 投影微光刻中的散斑
6.5.1 准分子激光的相干性質
6.5.2 時域散斑
6.5.3 從曝光漲落到線位置的漲落
第7章 某些非成像應用中的散斑
7.1 多模光纖中的散斑
7.1.1 光纖中的模式噪聲
7.1.2 限定散斑的統計性質
7.1.3 模式噪聲對頻率的依賴關係
7.2 散斑對光學雷達性能的影響
7.2.1 從遠程目標返回的散斑場的空間相關性
7.2.2 低光照水平下的散斑
7.2.3 探測統計分佈——直接探測
7.2.4 探測統計分佈——外差探測
7.2.5 直接探測與外差探測的比較
7.2.6 降低光學雷達探測系統中散斑的影響
第8章 散斑與計量學
8.1 散斑照相術
8.1.1 面內位移
8.1.2 仿真
8.1.3 譜五(vx，vy)的性質
8.1.4 對移動量(x0，y0)的限制
8.1.5 多散斑圖窗口分析
8.1.6 物體轉動
8.2 散斑干涉術
8.2.1 使用照相探測的系統
8.2.2 電子散斑干涉術(ESPI)
8.2.3 剪切散斑干涉術
8.3 從條紋圖樣到相位分佈圖
8.3.1 傅裡葉變換法
8.3.2 相移散斑干涉術
8.3.3 相位展開
8.4 用散斑測量振動
8.5 散斑與表面粗糙度的測量
8.5.1 由散斑對比度得到表面高度的均方差值和表面協方差面積
8.5.2 由兩個波長的退相關得到表面高度的均方差
8.5.3 由兩個角度的退相關得到表面高度的均方差
8.5.4 由測量角功率譜得到表面高度標準偏差和協方差函數
第9章 通過大氣成像中的散斑
9.1 背景
9.1.1 大氣中折射率的漲落
9.2 短曝光和長曝光的點擴展函數
9.3 長曝光和短曝光的平均光學傳遞函數
9.4 短曝光OTF和MTF的統計性質
9.5 天文散斑干涉測量術
9.5.1 可恢復的物信息
9.5.2 對散斑傳遞函數形式的更完整的分析結果
9.6 交叉譜或Knox-Thompson技術
9.6.1 交叉頻譜傳遞函數
9.6.2 從交叉譜恢復全部物信息
9.7 雙頻頻譜(Bispectrum)技術
9.7.1 雙頻頻譜傳遞函數
9.7.2 從雙頻頻譜恢復完全的物信息
9.8 散斑相關成像術
附錄A 散斑場的線性變換
附錄B 部分散射散斑的對比度
附錄C 得出強度和相位微商的統計性質的計算
C.1 相關矩陣
C.2 相位微商的聯合密度函數
C.3 強度微商的聯合密度函數
附錄D 散斑對波長及角度依賴關係的分析
D.1 自由空間光路
D.2 成像光路
附錄E 當動態漫射體投影到隨機屏上時的散斑對比度
E.1 隨機相位漫射體
E.2 漫射體剛好充滿投影光學系統
E.3 漫射體充溢投影光學系統
附錄F 限定散斑的統計
附錄G 模擬散斑的Mathe瑚tica程序範例
G.1 自由空間傳播中的散斑模擬
G.2 成像光路中的散斑模擬
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