傅里葉光學導論(第3版)（簡體書）

傅里葉分析是在物理學與工程學的許多領域得到廣泛應用的一種通用工具。本書討論傅里葉分析在光學領域的應用，尤其是在衍射、成像、光學數據處理以及全息術方面的應用，內容涉及二維信號與系統的分析、標量衍射理論基礎、菲涅耳衍射與夫瑯禾費衍射、相干光學系統的波動光學分析、光學成像系統的頻譜分析、波前調制、模擬光學信息處理、全息術、光通信中的傅里葉光學等。

Joseph W. Goodman 于1958 年來到斯坦福大學讀研究生,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 Ayer 榮譽退休教授。

本書是傅里葉光學和光信息處理領域的標準教材和參考書，可用做高校相關專業的高年級本科生和研究生的教材，也可供從事模式識別、圖像處理、顯示、傳感器、通信、數據存儲和成像系統等領域研究的工程人員閱讀。

第1章引言1.1光學、信息和通信1.2本書內容概述第2章二維信號與系統的分析2.1二維傅里葉分析2.1.1定義與存在條件2.1.2傅里葉變換作為分解式2.1.3傅里葉變換定理2.1.4可分離變量的函數2.1.5具有圓對稱性的函數：傅里葉—貝塞爾變換2.1.6一些常用函數和一些有用的傅里葉變換對2.2空間頻率和空間頻率的局域化2.3線性系統2.3.1線性性質與疊加積分2.3.2線性不變系統：傳遞函數2.4二維抽樣理論2.4.1Whittaker—Shannon抽樣定理2.4.2空間—帶寬積第3章標量衍射理論基礎3.1歷史引言3.2從矢量理論到標量理論3.3一些數學預備知識3.3.1亥姆霍茲方程3.3.2格林定理3.3.3亥姆霍茲和基爾霍夫的積分定理3.4平面屏幕衍射的基爾霍夫公式3.4.1積分定理的應用3.4.2基爾霍夫邊界條件3.4.3菲涅耳—基爾霍夫衍射公式3.5瑞利—索末菲衍射公式3.5.1格林函數的別種選法3.5.2瑞利—索末菲衍射公式3.6基爾霍夫理論和瑞利—索末菲理論的比較3.7惠更斯—菲涅耳原理的進一步討論3.8推廣到非單色波3.9邊界上的衍射3.10平面波的角譜3.10.1角譜及其物理解釋3.10.2角譜的傳播3.10.3衍射孔徑對角譜的效應3.10.4傳播現象作為一個線性的空間濾波器第4章菲涅耳衍射與夫瑯禾費衍射4.1背景4.1.1波場的強度4.1.2直角坐標系中的惠更斯—菲涅耳原理4.2菲涅耳近似4.2.1正相位還是負相位4.2.2菲涅耳近似的精度4.2.3菲涅耳近似和角譜4.2.4兩個共焦球面之間的菲涅耳衍射4.3夫瑯禾費近似4.4夫瑯禾費衍射圖樣的例子4.4.1矩形孔徑4.4.2圓形孔徑4.4.3薄正弦振幅光柵4.4.4薄正弦相位光柵4.5計算菲涅耳衍射的例子4.5.1方孔徑的菲涅耳衍射4.5.2正弦振幅光柵產生的菲涅耳衍射———塔爾博特像第5章相干光學系統的波動光學分析5.1薄透鏡作為相位變換器5.1.1厚度函數5.1.2傍軸近似5.1.3相位變換及其物理意義5.2透鏡的傅里葉變換性質5.2.1輸入緊靠透鏡5.2.2輸入位于透鏡之前5.2.3輸入位于透鏡之后5.2.4光學傅里葉變換的一個例子5.3成像：單色光照明5.3.1正透鏡的脈沖響應5.3.2消去二次位相因子：透鏡定律5.3.3物和像之間的關系5.4復雜相干光學系統的分析5.4.1算符記號5.4.2算符方法對一些光學系統的應用第6章光學成像系統的頻譜分析6.1成像系統的一般分析6.1.1普遍模型6.1.2衍射對像的影響6.1.3多色光照明：相干情形和非相干情形6.2衍射置限相干成像系統的頻率響應6.2.1振幅傳遞函數6.2.2振幅傳遞函數的例子6.3衍射置限非相干成像系統的頻率響應6.3.1光學傳遞函數6.3.2OTF的一般性質6.3.3無像差系統的OTF6.3.4衍射置限系統的OTF的例子6.4像差及其對頻率響應的影響6.4.1廣義光瞳函數6.4.2像差對振幅傳遞函數的影響6.4.3像差對OTF的影響6.4.4簡單像差的例子：聚焦誤差6.4.5切趾法及其對頻率響應的影響6.5相干成像和非相干成像的比較6.5.1像強度的頻譜6.5.2兩點分辨率6.5.3其他效應6.6超越經典衍射極限的分辨率6.6.1數學基礎6.6.2帶寬外推的直觀解釋6.6.3基于抽樣定理的一種外推方法6.6.4一種迭代外推方法6.6.5實際限制第7章波前調制7.1用照相膠片進行波前調制7.1.1曝光、顯影和定影的物理過程7.1.2術語的定義7.1.3非相干光學系統中的膠片7.1.4相干光學系統中的膠片7.1.5調制傳遞函數7.1.6照相乳膠的漂白7.2空間光調制器7.2.1液晶的性質7.2.2基于液晶的空間光調制器7.2.3磁光空間光調制器7.2.4可形變反射鏡空間光調制器7.2.5多量子阱空間光調制器7.2.6聲光空間光調制器7.3衍射光學元件7.3.1二元光學7.3.2其他類型的衍射光學元件7.3.3幾句提醒的話第8章模擬光學信息處理8.1歷史背景8.1.1阿貝—波特實驗8.1.2澤尼克相襯顯微鏡8.1.3照片質量的改善：Marechal的工作8.1.4通信理論觀點的興起8.1.5相干光學對更普遍的數據處理的應用8.2非相干圖像處理系統8.2.1基于幾何類光學的系統8.2.2包含衍射效應的系統8.3相干光信息處理系統8.3.1相干系統的結構8.3.2對濾波器實現的限制8.4VanderLugt濾波器8.4.1頻率平面掩模的合成8.4.2處理輸入數據8.4.3VanderLugt濾波器的優點8.5聯合變換相關器8.6對特征識別的應用8.6.1匹配濾波器8.6.2一個特征識別問題8.6.3特征識別機的光學合成法8.6.4對尺寸大小和旋轉的敏感性8.7不變的圖樣識別8.7.1梅林相關器8.7.2圓諧波相關8.7.3合成判別式函數8.8圖像恢復8.8.1逆濾波器8.8.2維納濾波器或最小均方誤差濾波器8.8.3濾波器的實現8.9合成孔徑雷達數據處理8.9.1合成孔徑的形成8.9.2采集到的數據和記錄樣式8.9.3透明膠片的聚焦性質8.9.4二維像的生成8.9.5傾斜平面處理器8.10聲光信號處理系統8.10.1布拉格單元頻譜分析儀8.10.2空間積分相關器8.10.3時間積分相關器8.10.4其他聲光信號處理系統8.11離散模擬光學處理器8.11.1信息和系統的離散表示8.11.2串行矩陣—矢量乘法器8.11.3並行的非相干光矩陣—矢量乘法器8.11.4外積處理器8.11.5其他離散處理系統8.11.6處理雙極性數據和復數數據的方法第9章全息術9.1歷史引言9.2波前重建問題9.2.1振幅與相位的記錄9.2.2記錄介質9.2.3原始波前的重建9.2.4全息過程的線性性質9.2.5全息術成像9.3伽博全息圖9.3.1參考波的來源9.3.2孿生像9.3.3伽博全息圖的局限性9.4利思—烏帕特尼克斯全息圖9.4.1全息圖的記錄9.4.2獲得重建像9.4.3最小參考角9.4.4三維景物全息術9.4.5全息術的實際問題9.5像的位置和放大率9.5.1像的位置9.5.2軸向放大率和橫向放大率9.5.3一個例子9.6不同類型的全息圖簡介9.6.1菲涅耳全息圖和夫瑯禾費全息圖，像全息圖和傅里葉全息圖9.6.2透射全息圖和反射全息圖9.6.3全息立體照片9.6.4彩虹全息圖9.6.5合成全息圖9.6.6模壓全息圖9.7厚全息圖9.7.1記錄體全息光柵9.7.2從體光柵重建波前9.7.3更復雜的記錄光路的條紋方向9.7.4有限大小的光柵9.7.5衍射效率———耦合波理論9.8記錄材料9.8.1鹵化銀感光乳劑9.8.2光聚合物膠片9.8.3重鉻酸鹽明膠9.8.4光折變晶體材料9.9計算全息圖9.9.1抽樣問題9.9.2計算問題9.9.3表示問題9.10全息像像質的劣化9.10.1膠片MTF的影響9.10.2膠片非線性的影響9.10.3膠片顆粒噪聲的效應9.10.4散斑噪聲9.11使用空間非相干光的全息術9.12全息術的應用9.12.1顯微術和高分辨率體成像9.12.2干涉測量術9.12.3通過致畸變介質成像9.12.4全息數據存儲9.12.5用于人工神經網絡的全息加權9.12.6其他應用第10章光通信中的傅里葉光學10.1引言10.2布拉格光纖光柵10.2.1光纖簡介10.2.2在光纖中記錄光柵10.2.3FBG對光纖中光傳播的影響10.2.4FBG的應用10.2.5工作在透射方式的光柵10.3超短脈沖的整形和處理10.3.1時間頻率到空間頻率的變換10.3.2脈沖整形系統10.3.3譜脈沖整形的應用10.4光譜全息術10.4.1全息圖的記錄10.4.2信號的重建10.4.3參考脈沖和信號波形之間延遲的影響10.5陣列波導光柵10.5.1陣列波導光柵的基本部件10.5.2陣列波導光柵的應用附錄A函數和傅里葉變換定理附錄B傍軸幾何光學簡介附錄C偏振和瓊斯矩陣附錄D光柵方程參考文獻漢英對照術語表譯后記