BF:傅里叶光学-第3版 吕乃光 机械工业出版社 9787111529941

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吕乃光 著
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出版社: 机械工业出版社
ISBN:9787111529941
商品编码:29348994490
包装:平装
出版时间:2016-04-01

具体描述

基本信息

书名:傅里叶光学-第3版

定价:45.00元

售价:38.7元

作者:吕乃光

出版社:机械工业出版社

出版日期:2016-04-01

ISBN:9787111529941

字数:

版次:3

装帧:平装

开本:16开

编辑推荐


内容提要


本书系统地阐述了傅里叶光学即信息光学的基础理论和主要应用。全书共10章。第1、2章为傅里叶分析和二维线性系统。第3~6章运用线性系统理论讨论光的传播、衍射、经透镜的傅里叶变换、光学成像系统的频率特性和部分相干理论。第7~10章是全息术、光学信息处理、散斑测量术以及傅里叶光学的其他应用。 本书内容丰富,基本概念和物理图像清晰,注重基本物理思想及分析方法的讨论。内容深入浅出,循序渐进。各章精选了习题,便于教学和自学,有益于培养学生的创新思维。本书在第2版的基础上修订而成、保持了原书的精华和特色,根据学科发展,重点补充了数字全息术、光学信息处理、散斑测量术等内容。 本书可作为高等学校光电信息科学与工程、物理学类、仪器类等专业本科生和研究生的教材,也可供光电信息技术领域的科技人员参考。

目录


目录第3版前言第2版前言第1版前言绪论第1章傅里叶分析1��1一些常用函数1��2脉冲函数1��2��1δ函数的定义与性质1��2��2梳状函数1��3卷积1��3��1卷积的定义1��3��2卷积运算定律1��3��3包含脉冲函数的卷积1��4相关1��4��1互相关1��4��2自相关1��4��3有限功率函数的相关1��5正交矢量空间和正交函数系1��5��1正交矢量空间1��5��2正交函数系1��6傅里叶级数1��6��1三角傅里叶级数1��6��2指数傅里叶级数1��7傅里叶变换1��7��1傅里叶变换定义及存在条件1��7��2广义傅里叶变换1��7��3虚、实、奇、偶函数傅里叶变换的性质1��7��4傅里叶变换定理1��7��5可分离变量函数的变换1��7��6傅里叶�脖慈�尔变换1��7��7周期函数的变换1��7��8一些常用函数的傅里叶变换式习题第2章二维线性系统2��1线性系统2��1��1用数学算符表示系统2��1��2线性系统的定义2��1��3脉冲响应2��2线性不变系统2��2��1线性不变系统的定义2��2��2线性不变系统的传递函数2��2��3线性不变系统的本征函数2��2��4线性不变系统作为滤波器2��2��5级联系统2��2��6线响应和直边响应2��3抽样定理2��3��1函数的抽样2��3��2函数的还原2��3��3空间带宽积习题第3章标量衍射理论3��1光波的数学描述3��1��1单色光波场的复振幅表示3��1��2球面波3��1��3平面波3��1��4平面波的空间频率3��1��5局部空间频率3��1��6复振幅分布的空间频谱(角谱)3��2基尔霍夫衍射理论3��2��1惠更斯�卜颇�耳原理3��2��2亥姆霍兹方程3��2��3亥姆霍兹和基尔霍夫积分定理3��2��4基尔霍夫衍射公式3��2��5光波传播的线性性质3��3衍射的角谱理论3��3��1角谱的传播3��3��2孔径对角谱的影响3��4菲涅耳衍射3��4��1菲涅耳衍射公式3��4��2菲涅耳衍射的例子——泰伯效应3��5夫琅禾费衍射3��5��1夫琅禾费衍射公式3��5��2一些简单孔径的夫琅禾费衍射3��6衍射的巴比涅原理3��7衍射光栅3��7��1列阵定理3��7��2线光栅3��7��3余弦型振幅光栅3��7��4正弦型位相光栅3��7��5矩形位相光栅3��8菲涅耳衍射和分数傅里叶变换3��8��1分数傅里叶变换的定义和性质3��8��2用菲涅耳衍射实现分数傅里叶变换习题第4章透镜的位相调制和傅里叶变换性质4��1透镜的位相调制作用4��1��1透镜对于入射波前的作用4��1��2透镜的厚度函数4��1��3透镜的复振幅透过率4��2透镜的傅里叶变换性质4��2��1物体紧靠透镜放置4��2��2物体放置在透镜前方4��2��3物体放置在透镜后方4��2��4透镜孔径的影响4��3光学频谱分析系统4��3��1系统4��3��2应用习题第5章光学成像系统的频率特性5��1透镜的成像性质5��2成像系统的一般分析5��2��1成像系统的普遍模型5��2��2阿贝成像理论5��2��3单色光照明的衍射受限系统5��2��4非单色光照明5��3衍射受限的相干成像系统的频率响应5��3��1相干传递函数5��3��2相干传递函数计算和运用实例5��3��3相干传递函数的角谱解释5��3��4相干线响应函数和直边响应函数5��4衍射受限的非相干成像系统的频率响应5��4��1非相干照明时的物像关系式5��4��2光强的空间频谱5��4��3光学传递函数的定义及物理意义5��4��4OTF与CTF的联系5��4��5衍射受限系统的OTF5��4��6衍射受限系统的OTF计算和运用实例5��4��7非相干线响应和直边响应函数5��5像差对成像系统传递函数的影响5��5��1广义光瞳函数5��5��2像差对CTF的影响5��5��3像差对OTF的影响5��5��4离焦系统的OTF分析5��6光学传递函数的测量5��7相干与非相干成像系统的比较5��7��1截止频率5��7��2两点的分辨率5��7��3相干噪声5��7��4空间带宽积和自由度5��8光学链5��8��1光学链及其频率响应5��8��2一些典型环节和器件的传递函数习题第6章部分相干理论6��1实多色场的复值表示6��2光场相干性的一般概念6��2��1时间相干性6��2��2空间相干性6��3互相干函数6��3��1互相干函数和复相干度6��3��2互相干函数的谱表示6��4相干度的测量6��4��1干涉条纹对比度与复相干度的关系6��4��2时间相干性测量6��4��3空间相干性测量6��5傅里叶变换光谱学6��5��1傅里叶变换光谱学原理6��5��2相干时间与有效谱宽6��6准单色光的干涉6��7准单色光的传播和衍射6��7��1互强度的传播6��7��2薄透明物体对互强度的影响6��7��3部分相干光的衍射6��7��4传播现象的空间频率域分析6��8范西特�苍竽峥硕ɡ�6��8��1范西特�苍竽峥�(Van Cittert�瞆ernike)定理的推导6��8��2均匀圆形光源的例子6��8��3迈克尔逊测星干涉仪6��9部分相干场中透镜的傅里叶变换性质6��10部分相干光成像6��10��1物像平面互强度的关系6��10��2相干成像与非相干成像的情况6��10��3系统的频率响应习题第7章全息术7��1引言7��2波前记录与重建7��2��1波前记录7��2��2波前重建7��3同轴全息图和离轴全息图7��3��1同轴全息图7��3��2离轴全息图7��4基元全息图分析7��4��1基元光栅7��4��2基元波带片点源全息图7��5几种不同类型的全息图7��5��1菲涅耳全息图和夫琅禾费全息图像全息图7��5��2傅里叶变换全息图7��5��3彩虹全息图7��5��4位相全息图7��5��5模压全息图7��5��6合成全息图7��5��7彩色全息图7��6平面全息图的衍射效率7��6��1振幅全息图的衍射效率7��6��2位相全息图的衍射效率7��7体积全息图7��7��1体全息光栅7��7��2透射体积全息图7��7��3反射体积全息图7��7��4耦合波理论7��7��5相位型体光栅的衍射效率7��8计算全息图7��8��1概述7��8��2抽样、计算和编码7��8��3迂回位相全息图7��8��4改进的离轴计算全息图7��8��5计算全息干涉图7��8��6相息图7��9二元光学7��9��1衍射光学元件7��9��2二元光学元件7��9��3二元光学元件的制作7��10记录介质7��10��1卤化银乳胶7��10��2重铬酸盐明胶(DCG)7��10��3光致抗蚀剂7��10��4光致聚合物7��10��5光折变材料7��10��6光导热塑料7��11全息术的应用7��11��1全息干涉计量7��11��2全息光学元件7��11��3全息显微术7��11��4全息信息存储7��12数字全息术7��12��1引言7��12��2数字全息术的基本原理7��12��3各种数字全息术7��12��4数字全息干涉术习题第8章光学信息处理8��1引言8��1��1什么是光学信息处理8��1��2简要历史8��1��3光学处理与数字处理的比较8��2相干滤波的基本原理8��2��1阿贝�膊ㄌ厥笛�8��2��2空间滤波的傅里叶分析8��2��3相干滤波的基本原理和运算8��2��4系统和滤波器8��3简单振幅滤波的例子8��3��1低通滤波——消除图像上周期格8��3��2高通滤波——用于边缘增强8��3��3带通或方向滤波——用于信号或缺陷检测8��4位相滤波——泽尼克相衬法8��5光栅滤波器的应用——图像加减和微分8��5��1光栅滤波器——用于图像加减8��5��2复合光栅滤波器——用于图像微分8��6光学图像识别8��6��1全息滤波器的制作和工作原理8��6��2匹配滤波器(Matched Filter)8��6��3体全息相关识别8��6��4联合变换相关器(Joint Transform Correlator)8��6��5光电混合图像识别系统8��6��6实现空间不变的图像识别的方法8��7图像复原8��7��1补偿滤波器8��7��2逆滤波器(Inverse Filter)8��7��3维纳滤波器(Wiener Filter)8��8非相干光处理8��8��1相干与非相干光处理的比较8��8��2基于衍射的非相干空间滤波——OTF或PSF综合8��8��3基于几何光学的非相干处理8��9白光信息处理8��9��1白光处理系统及其工作原理8��9��2假彩色编码8��9��3θ调制8��10光学小波变换8��10��1小波变换的定义8��10��2几种常用的小波函数8��10��3光学小波变换的实现8��10��4小波变换在光学图像识别中的应用8��11光学矩阵运算8��11��1非相干矩阵�彩噶砍朔ㄆ�8��11��2矩阵�簿卣蟪朔ㄆ�8��11��3处理双极和复数数据习题第9章散斑测量术9��1散斑现象及其分类9��2散斑照相术9��2��1散斑照相术原理9��2��2数字散斑照相术9��2��3数字散斑相关术9��2��4白光散斑照相术9��3散斑干涉术9��3��1双照明散斑干涉成像系统9��3��2电子散斑干涉术数字散斑干涉术9��3��3剪切散斑干涉术9��3��4相移散斑干涉术9��3��5散斑测量振动习题第10章傅里叶光学的其他应用10��1结构光三维测量技术10��1��1相位测量轮廓术10��1��2傅里叶变换轮廓术10��2布拉格光纤光栅附录贝塞尔函数参考文献

作者介绍


文摘


序言



傅里叶光学:从理论到应用的深度探索 光学,作为研究光现象和光与物质相互作用的科学,历来是物理学中最迷人且应用最广泛的领域之一。随着科学技术的飞速发展,光学早已不再局限于经典的几何光学或波动光学范畴,而是朝着更加精细化、深入化的方向演进。其中,傅里叶光学作为现代光学的重要分支,以其独特的数学工具——傅里叶变换,为我们理解光的衍射、干涉、成像等复杂现象提供了强大的分析框架,并催生了诸如全息术、衍射光学元件、光学信息处理等一系列前沿技术。 本书正是这样一部深入探讨傅里叶光学的著作。它并非仅仅罗列理论公式,而是力求以清晰的逻辑、严谨的推导,结合丰富的图示和详实的例子,带领读者一步步揭示傅里叶光学背后的深刻原理,并展示其在各个领域的广泛应用。本书的编写旨在为广大光学、物理、电子工程、精密仪器等专业的学生、研究人员以及相关行业的工程师提供一本既具理论深度又贴合实践需求的参考书。 核心概念的系统梳理 傅里叶光学的基础,在于将光的传播和成像问题转化为对光波场的频率域分析。本书的开篇,将以傅里叶变换和傅里叶级数作为切入点,系统回顾这些在数学和信号处理领域至关重要的概念。我们将深入理解函数在时域和频域之间的转换关系,以及它们如何描述光的振幅和相位信息。这为后续理解衍射、成像等过程奠定坚实的数学基础。 随后,本书将重点阐述衍射理论。我们将从惠更斯-菲涅尔原理出发,逐步引入基尔霍夫衍射公式,并重点讲解角谱理论。角谱理论是傅里叶光学最核心的工具之一,它将光的传播看作是将入射光场分解为一系列不同方向的平面波的叠加。通过对这些平面波在频率域(即角谱)进行分析,我们可以精确地描述光波在传播过程中振幅和相位的变化,进而预测其在空间中的分布。本书将详细解析如何利用傅里叶变换计算不同传播距离下的光场,并讨论边缘衍射、圆孔衍射、矩孔衍射等经典衍射问题。 成像的频率域视角 在本书中,成像过程将被置于傅里叶光学全新的视角下进行审视。我们不再仅仅关注透镜的放大缩小功能,而是将其视为一个空间滤波器。当光波穿过成像系统时,系统的光学传递函数(Optical Transfer Function, OTF)将对光场的频率成分进行调制。OTF包含了系统的低频响应(对比度)和高频响应(分辨率)信息。通过分析OTF,我们可以理解系统的分辨率极限、像差对成像质量的影响,并设计出能够优化成像性能的光学系统。 本书将详细介绍系统函数(System Function)和空间频率(Spatial Frequency)的概念。我们知道,任何复杂的光场都可以看作是不同空间频率分量的叠加。成像系统对这些不同频率分量的响应能力不同,这种响应能力就体现在系统的传递函数上。本书将深入解析如何计算不同成像系统的传递函数,例如理想透镜、存在衍射极限的透镜等,并讨论如何利用傅里叶光学的方法来分析和预测成像的失真和分辨率。 衍射光学元件的现代设计 传统的成像系统通常依赖于曲面透镜和反射镜,其设计和加工往往复杂且成本高昂。傅里叶光学的发展催生了衍射光学元件(Diffractive Optical Elements, DOEs)的出现,它们通过在平面基底上制作精细的衍射结构,利用衍射效应来控制光的传播方向、相位和振幅,从而实现传统光学元件的功能,甚至实现传统元件难以实现的功能。 本书将深入探讨DOEs的设计原理。我们将学习如何利用傅里叶变换将所需的衍射图案反向设计出来,从而构建出能够实现特定光学功能的DOEs。从简单的衍射光栅到复杂的光束整形器、全息透镜,本书将介绍不同类型DOEs的设计方法、制作工艺以及在光通信、激光加工、生物成像等领域的应用实例。我们将讨论如何根据目标函数(例如需要衍射成的光束形状)利用傅里叶变换计算出面型设计,并分析这些元件的衍射效率和离轴性能。 光信息处理与全息技术 傅里叶光学最令人兴奋的应用之一在于光信息处理。由于傅里叶变换能够有效地将空间域的乘积运算转化为频率域的卷积运算,这使得利用光学系统进行快速的信号处理成为可能。本书将介绍基于傅里叶变换的光学处理技术,例如傅里叶变换光谱仪、模式识别、相关器等。我们将理解如何利用傅里叶变换来实现图像的滤波、增强、复原等操作。 全息技术是傅里叶光学在信息存储和再现领域的杰出代表。全息图记录了物体的光波的振幅和相位信息,这使得在再现时能够获得与原始物体三维信息完全一致的图像。本书将深入讲解全息成像的原理,包括全息记录的干涉过程、全息图的傅里叶域解释,以及全息图的再现原理。我们将探讨不同类型的全息术,如菲涅尔全息、夫琅禾费全息、相息全息和幅度全息,并介绍全息在信息存储、加密、防伪、艺术展示等方面的应用。 先进光学器件的原理基础 除了上述核心内容,本书还将触及与傅里叶光学密切相关的其他先进光学领域。例如,液晶光学器件(如液晶显示器)的衍射和调制特性,微纳光学中亚波长结构的光学响应,以及非线性光学中光场与介质相互作用的频率域分析等。这些内容将帮助读者将傅里叶光学的原理推广到更广泛的光学器件和现象中。 理论与实践的有机结合 本书的编写过程中,我们力求实现理论与实践的有机结合。每一章节的理论推导都将伴随实际的光学系统示例,并通过数学模型进行定量分析。我们将探讨如何在实际的光学实验中验证傅里叶光学理论,例如如何利用傅里叶变换透镜进行衍射图像的频谱分析。同时,我们也将介绍一些实际光学器件的设计和应用案例,让读者能够深刻理解傅里叶光学在工程实践中的价值。 深入浅出的教学方法 本书的另一大特点是其深入浅出的教学方法。虽然傅里叶光学涉及复杂的数学工具,但本书将尽量使用直观的比喻和生动的语言来解释抽象的概念,并辅以大量的插图和图表,帮助读者建立清晰的物理图像。对于一些核心的推导过程,我们会提供详细的步骤,并引导读者思考其中的物理意义。本书的设计不仅适合光学专业的研究生,也同样适合对光学有浓厚兴趣的本科生、工程技术人员以及希望拓展知识边界的科研人员。 总而言之,本书旨在为读者构建一个全面而深入的傅里叶光学知识体系。通过对傅里叶变换在光学中的应用进行系统性的阐述,本书将帮助读者深刻理解光的衍射、干涉、成像的本质,掌握分析和设计复杂光学系统的关键工具,并为进一步探索更先进的光学技术打下坚实的基础。无论您是光学领域的新手,还是有一定基础的专业人士,本书都将是您探索傅里叶光学迷人世界的宝贵向导。

用户评价

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阅读过程中,我最深刻的感受是其内容的条理性。作者在构建知识体系时,似乎有着极其清晰的逻辑脉络。从基础的光的波动理论引入,逐步深入到傅里叶变换在光学中的应用,再到具体的衍射、干涉、成像等各个方面,每一章节都像是一块精心打磨的拼图,无缝地衔接上一章,又为下一章奠定基础。章节的划分非常合理,不会出现内容堆积或跳跃感过强的问题。即使是对于傅里叶光学这样一个理论性较强的领域,作者也通过循序渐进的方式,将抽象的概念变得易于理解。例如,在解释某些复杂的积分变换时,作者会先从物理意义上进行阐述,再给出数学推导,这种“先感性后理性”的讲解方式,极大地降低了学习门槛。每个概念的提出都会伴随着清晰的定义和相关的背景知识,确保读者不会在学习过程中迷失方向。

评分

这本书的插图和图表设计堪称典范,它们不仅仅是装饰,更是理解内容的得力助手。我注意到,作者在选择和绘制图表时,非常注重信息传达的效率和准确性。很多图表都以简洁明了的风格呈现,避免了不必要的复杂元素,能够迅速抓住核心信息。例如,在解释光波的传播方向时,作者通常会使用箭头和波形线组合,清晰地展示出波的动态。在展示傅里叶变换的频谱特性时,图表的频率轴和幅度轴都标注得非常清晰,甚至一些二维的频谱图,也能通过不同的色彩或阴影来区分不同频率成分的强度。而且,图表的序号和文字说明都做到一一对应,阅读时可以毫不费力地将图表与文字内容关联起来。有些关键的物理过程,作者还会采用多幅连续的图来展示其演变过程,这比纯文字描述要直观得多。

评分

这本书的包装设计着实让人眼前一亮,封面采用了经典的深蓝色调,配以烫金的“傅里叶光学”几个大字,显得既专业又具有历史厚重感。触感上,硬壳封面提供了良好的保护,拿在手里也相当有分量。书脊处的字体清晰,即使层层叠叠地摆放在书架上,也能一眼认出。翻开内页,纸张的质感也非常出色,不是那种过于光滑容易反光的类型,而是带有微微的哑光感,这对于长时间阅读来说,大大减轻了眼睛的疲劳。印刷方面,文字清晰锐利,即使是最小的号字体也辨识度极高,疏密得当,没有出现任何模糊或重叠的现象。图表的绘制更是精良,线条流畅,色彩运用得当,能够非常直观地辅助理解复杂的概念。尤其是那些复杂的数学公式,排版整齐,符号规范,阅读起来丝毫不会感到凌乱,这对于一本严谨的学术著作来说,是至关重要的。整体的装帧工艺,从封面到内页,都体现了出版社对图书品质的严谨追求,给人一种值得珍藏的感觉。

评分

这本书的语言风格让我印象深刻。它不像某些过于学术化的书籍那样生硬晦涩,而是力求在严谨的科学性与可读性之间找到一个绝佳的平衡点。作者的遣词造句非常精准,用词考究,能够准确地表达出光学现象的本质。同时,又不会显得过于枯燥乏味,偶尔穿插的一些比喻或类比,能够帮助读者更好地理解那些抽象的理论。即使是遇到一些非常深奥的数学推导,作者的文字也总是力求清晰明了,引导读者一步一步地跟随。我特别欣赏它在解释一些关键公式推导过程时的详细程度,通常会提供多种推导路径,或者对中间步骤进行详尽的解释,这对于初学者来说,简直是福音。这种耐心和细致,让我在阅读过程中感受到了作者的教学热情,仿佛作者就在我身边,一步步地指导我学习。

评分

在阅读过程中,我深切体会到这本书对于光学领域的深度和广度的覆盖。它不仅仅局限于傅里叶光学的基础理论,还巧妙地将相关的前沿知识融入其中,展现了该领域最新的发展动态。作者在探讨某些概念时,会不时地提及相关的实验验证和实际应用案例,这使得抽象的理论不再是“空中楼阁”,而是有了坚实的根基和明确的价值。我发现,书中不仅仅是知识的堆砌,更是智慧的传递。作者在某些关键问题上,会提供自己独到的见解和分析,这些往往是教科书中难以找到的,这对于提升读者的思考深度非常有帮助。虽然我还没有完全消化所有内容,但可以预见,这本书将会在我深入研究光学领域时,成为一本不可或缺的参考书。它提供的知识体系完整而深刻,能够帮助我建立起扎实的光学知识体系,并为我日后的进一步学习打下坚实的基础。

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