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第1章 光学和数学基础1

1.1光的波动性描述1

光波1

辐照度、光强2

波动方程3

波函数4

波函数的复数表示8

空间频率9

1.2数学基础12

傅里叶变换12

卷积和相关18

Delta函数21

一些常用函数23

常用函数的傅里叶变换29

参考文献36

第2章 光波的衍射38

2.1惠更斯-菲涅耳原理38

2.2衍射的标量波理论39

亥姆霍兹方程40

亥姆霍兹-基尔霍夫积分定理40

菲涅耳-基尔霍夫衍射公式43

2.3菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射46

菲涅耳衍射48

夫琅禾费衍射49

2.4薄透镜的光学性质50

光波通过薄透镜的相位变化50

透镜的傅里叶变换性质54

2.5二元屏的夫琅禾费衍射60

矩孔的夫琅禾费衍射60

单缝的夫琅禾费衍射62

圆孔的夫琅禾费衍射64

直边的夫琅禾费衍射72

2.6二元屏夫琅禾费衍射的进一步讨论73

二元屏中心偏离光轴73

双孔夫琅禾费衍射74

双缝夫琅禾费衍射75

2.7二元屏的菲涅耳衍射78

矩孔的菲涅耳衍射78

直边的菲涅耳衍射83

单缝的菲涅耳衍射85

圆孔的菲涅耳衍射87

2.8巴比涅原理88

2.9不等幅波前光波的衍射91

2.10光栅的衍射94

正弦光栅94

正弦光栅的组合100

二元光栅（黑白光栅）104

参考文献106

第3章 相干性理论基础107

3.1光的干涉107

叠加原理107

两列平面波的干涉107

条纹能见度109

灵敏度矢量和空间频率110

3.2时间相干性112

非单色光源的时间相干性112

等长波列窄带光源的时间相干性117

相干时间和相干长度123

复自相干度与功率谱密度124

激光光源的时间相干性134

3.3空间相干性137

窄带扩展光源的空间相干性137

激光光源的空间相干性143

3.4时间-空间相干性143

互相干函数和复相干度143

准单色条件、互强度147

准单色光空间相干性的传播性质150

范西泰特-策尼克定理154

星体干涉术163

参考文献167

第4章 激光光源168

4.1激光的原理169

原子发光机制169

受激发射与热辐射171

光在介质中的放大174

激光振荡176

4.2光学共振腔179

共振腔模式179

非共焦腔内基模的振荡190

4.3全息干涉计量术常用的激光器193

固体激光器193

气体激光器199

参考文献205

第5章 全息照相的基本原理206

5.1平面波形成的全息图——全息光栅208

干涉条纹的质量208

干涉条纹的记录和感光材料的性能209

调制传递函数MTF215

干涉条纹的两种主要类型——振幅型和相位型干涉条纹217

5.2点光源形成的全息图227

点光源全息图的记录227

点光源全息图的再现229

像的放大率232

像的分辨率234

5.3同轴全息图和离轴全息图236

同轴全息图236

离轴全息图237

5.4菲涅耳全息图和夫琅禾费全息图以及傅里叶变换全息图252

菲涅耳全息图和夫琅禾费全息图252

傅里叶变换全息图253

无透镜傅里叶变换全息图257

参考文献258

第6章 全息图的几种主要类型259

6.1按参考光和物光的主光线方向分类259

6.2按全息图干涉条纹信息的构成型式分类259

6.3按记录时全息图所在物体衍射光场的位置分类261

6.4按全息图再现的不同方式分类261

透射全息图262

反射全息图263

6.5按全息图干涉条纹间距与记录介质厚度比例分类264

克莱因参量264

布拉格定律265

透射型厚全息图268

反射型厚全息图269

体积全息图的衍射效率271

6.6按全息图的再现光源分类273

激光再现全息图273

白光再现全息图273

6.7按全息图的制作方法分类279

光全息图279

计算机全息图279

刻蚀法全息图283

模压法、模压全息图284

烫印法、烫印全息图285

6.8按制作全息图的记录材料分类285

卤化银乳胶全息图285

光导热塑全息图286

光折变晶体全息图287

重铬酸明胶全息图289

光致抗蚀剂全息图291

光致聚合物全息图292

6.9按制作全息图所使用的波源分类293

电磁波全息图293

超声全息303

参考文献307

第7章 全息干涉计量的基本原理和方法309

7.1单曝光法或实时全息法309

基本原理309

实验方法和装置320

7.2双曝光法或二次曝光法323

基本原理323

物体的位移测量327

三维位移场的测量331

7.3连续曝光法或时间平均法337

参考文献341

第8章 不透明物体的全息干涉计量343

8.1刚体平移和转动的测量343

刚体运动的方程式组343

瞬时转动中心和阻力中心的测定346

8.2物体变形的测量348

表面形变的数学表述348

测量物体变形的条纹矢量理论354

8.3干涉条纹的定域362

全息条纹的观察和条纹定域的概念362

全息干涉条纹的定域条件366

用准直光照明得到的条纹定域368

用球面光照明得到的条纹定域373

示例375

8.4分析全息干涉图一种简易方法380

条纹间距方程式381

条纹间距方程式的应用383

参考文献396

第9章 透明物体的全息干涉计量397

9.1透明物体的全息干涉条纹的形成和定域397

单色光在非均匀介质中的传播性质398

相位物体的全息干涉计量术405

漫射照明相位物体全息术中的条纹定域417

9.2干涉条纹的分析422

反转技术422

由折射产生的误差429

9.3应用示例431

空气动力学和流体目视观测432

等离子体诊断434

热传导和物质传递437

应力分析439

参考文献442

第10章 全息干涉计量中的一些特殊技术446

10.1提高相位测量灵敏度的一些方法446

非线性全息干涉计量术446

双参考光全息干涉计量技术456

多波长全息干涉计量方法460

多通道全息干涉计量方法462

10.2外差全息干涉计量术463

外差全息干涉计量术的基本原理463

外差全息干涉计量术实验463

10.3全息等值线465

用波长差产生等值线465

用折射率的变化产生等值线467

变化照明方向产生等值线468

10.4比较全息干涉计量术470

比较全息干涉计量术原理470

实时比较全息干涉计量术473

10.5全息剪切干涉计量方法475

10.6实时全息的一些特殊方法478

在实时全息中获得高反衬度干涉条纹的方法479

同时获得高亮度检测光场和高衬比条纹的实时全息记录方法493

在“参考光场”检测透明物的方法497

采用移相器判断条纹序数503

10.7大型结构的全息检测——大景深全息技术505

远距离拍摄方法——等光程椭圆505

大景深全息技术507

参考文献519

第11章 数字全息预备知识523

11.1菲涅耳衍射的数值计算523

菲涅耳衍射积分的两种表述形式523

离散傅里叶变换与傅里叶变换的关系525

奈奎斯特取样定律529

菲涅耳衍射积分的运算及逆运算529

11.2计算机图像的基础知识537

三基色原理及图像的数字表示537

图像文件的格式及BMP图像538

真彩色图像转换为灰度图像的程序541

11.3二维光波场强度分布的数字图像表示及程序实例550

二维光波场强度分布的数字图像表示550

二维光波场强度分布的数字图像程序实例551

参考文献555

第12章 平滑波面数字全息的基本理论557

12.1基于菲涅耳衍射积分及其逆运算的数字全息558

计算物体实像的菲涅耳衍射波面重建559

计算物体虚像的菲涅耳衍射逆运算波面重建562

菲涅耳数字全息波面重建系统的脉冲响应562

12.2消除波面重建噪声的讨论570

数字全息图的衍射效率570

频域滤波法571

消零级衍射光频域滤波法575

空间载波相移法577

时间相移法580

12.3傍轴光学系统的数字全息583

柯林斯公式及用柯林斯公式的逆运算实现波面重建584

ABCD系统数字全息的波面重建实验研究586

ABCD系统数字全息系统的脉冲响应588

12.4消傍轴近似的数字全息591

衍射场追迹重建波面的理论模拟591

衍射场追迹重建波面的实验证明595

12.5数字全息变焦系统596

数字全息变焦系统简介597

变焦系统研究597

变焦系统的参数设计598

变焦系统在数字实时全息中的应用599

12.6三维场的数字全息重建实例604

白炽灯点燃过程的实时全息干涉图像简介604

白炽灯点燃过程的模拟研究605

实际图像的处理608

三维折射率场的重建609

计算机模拟研究信息的讨论611

参考文献612

第13章 数字全息的统计光学表述及实际应用614

13.1数字全息的统计光学表述614

散射光的统计光学理论615

散射光的波面重建616

13.2两次曝光数字全息检测研究618

物体表面形变与相干基元波相差的关系618

双曝光全息图的统计光学表述619

双光路两次曝光数字全息测量系统621

形变物体及双曝光干涉场的数学描述623

傅里叶变换重建模拟及实验证明625

物平面光波场的卷积重建630

消零级衍射干扰的物平面光波场高保真卷积重建637

13.3三维面形的数字全息检测及相位测量技术644

数字全息三维面形检测原理645

等效光波的数字全息及绝对相位的计算650

多波长等高线数字全息三维面形测量技术651

改变照明光倾角的测量技术654

13.4相位型数字全息图及波面重建655

相位型数字全息图的形成及波面重建656

理论模拟及实验证明658

13.5散射光的真彩色数字全息661

三基色光波重建计算涉及的主要问题661

真彩色重建图像的显示及存储662

真彩色图像重建的模拟666

真彩色数字全息的实验研究669

13.6数字全息的应用670

三维粒子场检测671

微机电系统的数字全息检测675

材料物性参数的检测675

时间平均法数字全息振动分析679

生物体微形变检测681

参考文献683

第14章 应用686

14.1全息干涉计量技术的应用686

在力学研究、力学参数检测等方面的应用686

微电子学中的应用697

在分子物理学，流体力学，空气动力学中的应用699

在空间技术、核技术、高能物理等方面的应用707

应用于振动分析709

14.2记录材料的进展712

热塑记录材料的商品化712

光折变晶体记录材料713

多量子阱记录材料714

液晶715

噬菌调理素BR记录材料716

14.3全息系统的智能化、小型化、多功能化718

14.4脉冲全息与高功率激光的实时全息研究高速瞬变物理现象724

参考文献742

附录A 辐照度检测752

A.1光照度的测量与计算752

A.2光照度比的测量755

A.3光密度的测量756

A.4用测光表测量激光辐照度的读数修正758

参考文献761

附录B 卤化银记录材料的处理技术762

B.1原理简介762

B.2使用连续激光器记录的透射全息图的处理763

获得高质量振幅型离轴、透射全息图的注意事项763

获得高质量相位型、离轴、透射全息图的注意事项764

B.3使用连续激光器记录的位相型反射全息图的处理765

红光记录765

绿光记录768

B.4使用脉冲激光器记录的透射全息图的处理769

获得高质量振幅型离轴、透射全息图的注意事项769

获得高质量相位型离轴、透射全息图的注意事项769

B.5使用脉冲激光器记录的反射全息图的处理770

红光下获得高质量反射全息图的注意事项770

绿光下获得高质量反射全息图的注意事项770

参考文献770

附录C 空间滤波器 物镜与针孔的选择772

参考文献778

附录D 防止准直透镜反射光的干扰779

D.1准直透镜的内反射光的会聚点位置779

D.2准直透镜的内反射光影响强弱的区域划分782

条纹衬比V≈1的区域783

条纹衬比V≈0.1的区域784

条纹衬比V≈0.01的区域784

实践中应注意的若干问题784

参考文献787

附录E 激光和人眼安全788

E.1人眼结构788

E.2激光的生物学效应789

E.3激光器安全分类793

E.4激光防护措施795

参考文献797

后记799