在標量衍射理論的框架下，《衍射計算及數字全息. 下冊》系統總結經典及廣義衍射公式的數值計算方法，對空間曲面光源衍射場的數值計算進行專門討論，並且以數字全息及3D 物體的計算全息為衍射計算的套用載體，對數字全息涉及的理論、技術及數字全息干涉計量進行詳細介紹，對目前迅速發展的全息3D 顯示技術進行研究。《衍射計算及數字全息. 下冊》所附光碟給出《衍射計算及數字全息. 下冊》的主要計算程式及計算時涉及的圖像檔案。《衍射計算及數字全息. 下冊》由9 章及4 個附錄構成，分上、下兩冊出版。上冊包含1~5 章，下冊包含6~9 章及附錄。第1 章是數學預備知識；第2 章介紹標量衍射理論及不同形式的衍射計算公式；第3 章基於取樣定理詳細討論不同衍射公式的數值計算方法；第4 章對光全息術進行介紹；第5、6 章是數字全息的基本理論；第7、8 章介紹全息干涉計量理論及數字全息干涉計量的套用實例；第9 章對數字全息3D 顯示及3D 動畫算法進行研究。附錄A 是計算機圖像的基本知識；附錄B 循序漸進地給出MATLAB 編寫的《衍射計算及數字全息. 下冊》主要計算程式、程式說明及計算實例；附錄C 是《衍射計算及數字全息. 下冊》重要的彩色圖像；附錄D 是《衍射計算及數字全息. 下冊》所附光碟的內容介紹。為便於閱讀《衍射計算及數字全息. 下冊》，附錄A~C 同時由光碟給出。
基本介紹
- 書名：光學與光子學叢書:衍射計算及數字全息
- 類型：科學與自然
- 出版日期：2014年6月1日
- 語種：簡體中文
- 作者：李俊昌
- 出版社：科學出版社
- 頁數：610頁
- 開本：5
內容簡介,圖書目錄,編輯推薦,目錄,
內容簡介
《光學與光子學叢書:衍射計算及數字全息(下冊)》介紹了在雷射套用研究領域，標量衍射理論能夠解決大量實際問題。然而，衍射計算十分繁雜，國內外研究的專著甚少，衍射計算通常成為大學生、研究生及科研人員遇到的難題。隨著計算機及CCD技術的進步，基於衍射計算理論及計算機技術，數字全息逐漸形成一項具有重要前景的新興技術，國內尚無一部專著闡述。
圖書目錄
序言
第6章物光通過光學系統的波前重建
6.1物光通過光學系統時波前重建的一般討論
6.1.1基於阿貝成像理論對CCD探測信息的研究
6.1.2數字全息波前重建系統脈衝回響討論
6.2數字全息變焦系統
6.2.1數字全息變焦系統簡介
6.2.2變焦系統研究
6.2.3變焦系統的參數設計
6.3柯林斯公式在波前重建中的套用
6.3.1用柯林斯公式的逆運算實現波前重建
6.3.2光波通過傍軸光學系統的可控放大率波前重建
6.4經典衍射積分在物光通過光學系統波前重建中的套用
6.4.1利用精確衍射公式通過光波場空間追跡進行波前重建
6.4.2數字全息物光場在像空間及物空間的重建研究
6.4.3光學系統光學矩陣元素的數字全息檢測
參考文獻
第7章 全息干涉計量的基本原理及常用技術
7.1單曝光法或實時全息法
7.1.1單曝光法基本原理
7.1.2實時全息干涉計量實例
7.1.3空間載波相移法在實時全息檢測中的套用
7.2雙曝光法
7.2.1雙曝光法基本原理
7.2.2物體的位移測量及一維位移測量實例
7.2.3雙曝光法三維位移場的檢測
7.3時間平均法
7.3.1時間平均法基本原理
7.3.2時間平均法測量實例
參考文獻
第8章數字全息在光學檢測中的套用
8.1數字全息干涉圖的形成及干涉圖的相位解包裹
8.1.1數字全息干涉圖像的形成及表示方法
8.1.2干涉圖像的相位解包裹
8.2數字全息干涉計量常用技術
8.2.1三維面形的數字全息檢測
8.2.2物體微形變的數字全息檢測
8.2.3時間平均法數字全息振動分析
8.2.4三維粒子場檢測
8.3具有物光變換系統的數字全息檢測
8.3.1像面數字全息系統的一般討論
8.3.2微小物體的顯微數字全息檢測
8.3.3大尺寸物體的數字全息檢測實例
8.4數字全息干涉計量的特殊技術
8.4.1飛秒級瞬態過程的數字全息檢測技術
8.4.2共光程同軸顯微數字全息檢測
8.4.3弱相干光源LED照明的數字全息顯微術
8.5數字全息CT
8.5.1拉東變換簡介
8.5.2數字全息CT原理
8.5.3數字全息CT檢測模擬
8.5.4顯微數字全息CT檢測套用實例
8.6多功能數字全息檢測系統
參考文獻
第9章數字全息的3D顯示及動畫算法研究
9.1傳統全息及數字全息3D顯示研究現狀
9.1.1傳統全息3D顯示技術的發展現狀
9.1.2數字全息3D顯示技術研究進展
9.1.3數字全息3D顯示技術的優勢與面臨的挑戰
9.2數字微鏡及其在數字全息3D顯示中的套用
9.2.1數字微鏡工作原理
9.2.2全息圖的數字微鏡顯示
9.2.3數字微鏡3D顯示系統的瞬時脈衝回響
9.2.4數字微鏡3D顯示系統點源離焦像的討論
9.2.5 DMD重建圖像的近似計算及實驗證明
9.3空間光調製器LCOS原理及其在數字全息3D顯示中的套用
9.3.1空間光調製器LCOS的結構及原理簡介
9.3.2基於LCOS的全息圖像顯示系統研究
9.3.3擴展3D重建像視場的技術簡述
9.4數字全息顯示研究中3D物體的衍射場計算
9.4.1基於點源法的C—LUT快速算法
9.4.2 曲面光源變換為平面光源的“光源變換法”
9.4.3基於全息3D顯示像的焦深對LUT算法及面元算法的改進
9.5全息3D動畫算法探析
9.5.1 3D物體表面的數字描述及基本建模技術
9.5.2基於環形空間光調製器陣列的全息3D動畫模擬研究
9.6結束語
參考文獻
附錄A計算機圖像的基礎知識
A1三基色原理及圖像的數字表示
A2二維場強度分布的數字圖像表示
附錄B 基本計算程式及套用實例
B1矩形孔夫琅禾費衍射的解析計算
B2圓孔夫琅禾費衍射的解析計算
B3三角形孔的夫琅禾費衍射解析計算及IFFT重建圖像
B4矩形孔菲涅耳衍射的解析計算
B5菲涅耳衍射的S—FFT計算
B6經典衍射公式的D—FFT計算
B7柯林斯公式的S—FFT計算
B8柯林斯公式的D—FFT計算
B9傾斜三角形孔的菲涅耳衍射場及其逆運算
B10傾斜面光源的菲涅耳衍射場及其逆運算
B11同軸數字全息圖及四步相移法波前重建模擬
B12模擬生成單色離軸數字全息圖
B13數字全息圖物光場的1—FFT重建
B14數字全息圖物光場的DDBFT局域重建
B15數字全息圖物光場的VDH4FFT重建
B16數字全息圖物光場的FIMG4FFT重建
B17真彩色圖像檔案的讀取、分解及存儲
B18模擬生成三基色光照明的真彩色離軸數字全息圖
B19真彩色數字全息圖像的FIMG4FFT重建
B20模擬生成物體微形變的二次曝光數字全息圖
B21基於二次曝光數字全息圖的物光場波前重建及干涉圖像
B22生成載入於空間光調製器LCOS的相息圖
附錄C彩色圖像附頁
附錄D 《衍射計算及數字全息》書附光碟內容
索引
後記
第6章物光通過光學系統的波前重建
6.1物光通過光學系統時波前重建的一般討論
6.1.1基於阿貝成像理論對CCD探測信息的研究
6.1.2數字全息波前重建系統脈衝回響討論
6.2數字全息變焦系統
6.2.1數字全息變焦系統簡介
6.2.2變焦系統研究
6.2.3變焦系統的參數設計
6.3柯林斯公式在波前重建中的套用
6.3.1用柯林斯公式的逆運算實現波前重建
6.3.2光波通過傍軸光學系統的可控放大率波前重建
6.4經典衍射積分在物光通過光學系統波前重建中的套用
6.4.1利用精確衍射公式通過光波場空間追跡進行波前重建
6.4.2數字全息物光場在像空間及物空間的重建研究
6.4.3光學系統光學矩陣元素的數字全息檢測
參考文獻
第7章 全息干涉計量的基本原理及常用技術
7.1單曝光法或實時全息法
7.1.1單曝光法基本原理
7.1.2實時全息干涉計量實例
7.1.3空間載波相移法在實時全息檢測中的套用
7.2雙曝光法
7.2.1雙曝光法基本原理
7.2.2物體的位移測量及一維位移測量實例
7.2.3雙曝光法三維位移場的檢測
7.3時間平均法
7.3.1時間平均法基本原理
7.3.2時間平均法測量實例
參考文獻
第8章數字全息在光學檢測中的套用
8.1數字全息干涉圖的形成及干涉圖的相位解包裹
8.1.1數字全息干涉圖像的形成及表示方法
8.1.2干涉圖像的相位解包裹
8.2數字全息干涉計量常用技術
8.2.1三維面形的數字全息檢測
8.2.2物體微形變的數字全息檢測
8.2.3時間平均法數字全息振動分析
8.2.4三維粒子場檢測
8.3具有物光變換系統的數字全息檢測
8.3.1像面數字全息系統的一般討論
8.3.2微小物體的顯微數字全息檢測
8.3.3大尺寸物體的數字全息檢測實例
8.4數字全息干涉計量的特殊技術
8.4.1飛秒級瞬態過程的數字全息檢測技術
8.4.2共光程同軸顯微數字全息檢測
8.4.3弱相干光源LED照明的數字全息顯微術
8.5數字全息CT
8.5.1拉東變換簡介
8.5.2數字全息CT原理
8.5.3數字全息CT檢測模擬
8.5.4顯微數字全息CT檢測套用實例
8.6多功能數字全息檢測系統
參考文獻
第9章數字全息的3D顯示及動畫算法研究
9.1傳統全息及數字全息3D顯示研究現狀
9.1.1傳統全息3D顯示技術的發展現狀
9.1.2數字全息3D顯示技術研究進展
9.1.3數字全息3D顯示技術的優勢與面臨的挑戰
9.2數字微鏡及其在數字全息3D顯示中的套用
9.2.1數字微鏡工作原理
9.2.2全息圖的數字微鏡顯示
9.2.3數字微鏡3D顯示系統的瞬時脈衝回響
9.2.4數字微鏡3D顯示系統點源離焦像的討論
9.2.5 DMD重建圖像的近似計算及實驗證明
9.3空間光調製器LCOS原理及其在數字全息3D顯示中的套用
9.3.1空間光調製器LCOS的結構及原理簡介
9.3.2基於LCOS的全息圖像顯示系統研究
9.3.3擴展3D重建像視場的技術簡述
9.4數字全息顯示研究中3D物體的衍射場計算
9.4.1基於點源法的C—LUT快速算法
9.4.2 曲面光源變換為平面光源的“光源變換法”
9.4.3基於全息3D顯示像的焦深對LUT算法及面元算法的改進
9.5全息3D動畫算法探析
9.5.1 3D物體表面的數字描述及基本建模技術
9.5.2基於環形空間光調製器陣列的全息3D動畫模擬研究
9.6結束語
參考文獻
附錄A計算機圖像的基礎知識
A1三基色原理及圖像的數字表示
A2二維場強度分布的數字圖像表示
附錄B 基本計算程式及套用實例
B1矩形孔夫琅禾費衍射的解析計算
B2圓孔夫琅禾費衍射的解析計算
B3三角形孔的夫琅禾費衍射解析計算及IFFT重建圖像
B4矩形孔菲涅耳衍射的解析計算
B5菲涅耳衍射的S—FFT計算
B6經典衍射公式的D—FFT計算
B7柯林斯公式的S—FFT計算
B8柯林斯公式的D—FFT計算
B9傾斜三角形孔的菲涅耳衍射場及其逆運算
B10傾斜面光源的菲涅耳衍射場及其逆運算
B11同軸數字全息圖及四步相移法波前重建模擬
B12模擬生成單色離軸數字全息圖
B13數字全息圖物光場的1—FFT重建
B14數字全息圖物光場的DDBFT局域重建
B15數字全息圖物光場的VDH4FFT重建
B16數字全息圖物光場的FIMG4FFT重建
B17真彩色圖像檔案的讀取、分解及存儲
B18模擬生成三基色光照明的真彩色離軸數字全息圖
B19真彩色數字全息圖像的FIMG4FFT重建
B20模擬生成物體微形變的二次曝光數字全息圖
B21基於二次曝光數字全息圖的物光場波前重建及干涉圖像
B22生成載入於空間光調製器LCOS的相息圖
附錄C彩色圖像附頁
附錄D 《衍射計算及數字全息》書附光碟內容
索引
後記
編輯推薦
《光學與光子學叢書:衍射計算及數字全息(上冊)》可作為高等院校光學、光學工程、光信息科學技術、電子科學與技術等專業的研究生教材，也可供相關專業的教師及科技工作者參考。
目錄
序言
第1章數學預備知識
1.1常用的幾種非初等函式
1.1.1矩形函式
1.1.2 sinc函式
1.1.3階躍函式
1.1.4符號函式
1.1.5三角函式
1.1.6圓域函式
1.1.7狄拉克ξ函式
1.1.8梳狀函式
1.2二維傅立葉變換
1.2.1二維傅立葉變換的定義和存在條件
1.2.2傅立葉變換定理
1.2.3二維傅立葉變換在極坐標下的表示
1.3線性系統
1.3.1線性系統的定義
1.3.2脈衝回響和疊加積分
1.3.3二維線性空間不變系統的定義
1.3.4線性空間不變系統的傳遞函式和本徵函式
1.4二維取樣定理
1.4.1函式的取樣
1.4.2原函式的復原
1.4.3空間一頻寬積
參考文獻
第2章標量衍射理論
2.1光波的複函數表示
2.1.1單色光的複函數表示
2.1.2三維空間中光波場的表達式
2.1.3空間平面上平面波及球面波的復振幅
2.2標量衍射理論
2.2.1波動方程
2.2.2波動方程的平面簡諧波解
2.2.3衍射的角譜理論
2.2.4基爾霍夫公式及瑞利一索末菲公式
2.2.5衍射問題的傍軸近似——菲涅耳衍射積分
2.2.6夫琅禾費衍射
2.3夫琅禾費衍射的計算實例
2.3.1矩形孔在透鏡焦平面上的衍射圖像
2.3.2圓形孔的夫琅禾費衍射
2.3.3三角形孔在透鏡焦平面上的衍射圖像
2.3.4振幅型正弦光柵的夫琅禾費衍射
2.4菲涅耳衍射積分的解析及半解析計算
2.4.1正弦振幅光柵的菲涅耳衍射
2.4.2矩形孔的菲涅耳衍射
2.4.3複雜形狀孔徑的菲涅耳衍射
2.4.4利用矩形孔衍射公式計算折射稜鏡陣列的衍射場
2.4.5三角形孔的菲涅耳衍射
2.5柯林斯公式
2.5.1傍軸光學系統的ABCD矩陣表示
2.5.2傍軸球面波的ABCD定律及等效傍軸透鏡光學系統
2.5.3柯林斯公式推導
2.6基於柯林斯公式討論單透鏡系統的光學變換性質
2.6.1物體在透鏡前
2.6.2物體在透鏡後
參考文獻
第3章衍射的數值計算及套用實例
3.1離散傅立葉變換與傅立葉變換的關係
3.1.1二維連續函式的離散及周期延拓
3.1.2離散傅立葉變換與傅立葉變換的關係
3.2菲涅耳衍射積分的快速傅立葉變換計算
3.2.1菲涅耳衍射積分的S—FFT算法
3.2.2菲涅耳衍射的S—FFT計算與實際測量的比較
3.2.3菲涅耳衍射的D—FFT算法
3.2.4 D—FFT算法的實驗證明
3.2.5菲涅耳衍射的分數傅立葉變換表示及其計算
3.2.6菲涅耳衍射的綜合孔徑表示及其計算
3.3經典衍射公式的快速傅立葉變換計算
3.3.1基爾霍夫公式及瑞利索末菲公式的卷積形式
3.3.2經典衍射公式的統一表述
3.3.3計算卷積形式的經典衍射公式時取樣條件的討論
3.3.4基於能量守恆原理對實際取樣條件的討論
3.3.5不同衍射積分的計算實例
3.3.6不同經典衍射公式的FFT計算研究小結
3.3.7經典衍射積分的逆運算
3.4柯林斯公式的計算
3.4.1柯林斯公式及其逆運算式
3.4.2柯林斯公式的S—FFT計算
3.4.3柯林斯公式逆運算的S—IFFT計算
3.4.4柯林斯公式的D—FFT計算
3.4.5柯林斯公式逆運算的D—FFT計算
3.4.6數值計算及實驗證明
3.5空間曲面衍射場的計算
3.5.1傾斜發光面及傾斜觀測面的衍射計算
3.5.2發光面為空間曲面的衍射場計算
3.5.3觀測面為空間曲面的衍射場計算
3.6 衍射數值計算的套用實例
3.6.1二元光學元件的設計
3.6.2三角形面源集合算法在計算全息中的套用
3.6.3空間觀測曲面衍射場計算的套用實例
參考文獻
第4章光全息的基本理論
4.1光全息術的基本原理
4.1.1光全息術概述
4.1.2同軸全息圖
4.1.3離軸全息圖
4.1.4離軸全息圖衍射像分離的條件
4.2部分相干理論及其在全息研究中的套用
4.2.1非單色光波場的解析信號表示
4.2.2非單色光楊氏干涉實驗研究
4.2.3全息研究中將光波視為完全相干波時應滿足的條件討論
4.2.4記錄菲涅耳平面全息圖的光學系統
4.3 菲涅耳全息圖及重現像性質研究
4.3.1點源全息圖的記錄
4.3.2點源全息圖的再現
4.3.3像的放大率
4.3.4像的線模糊
4.4幾種常用的平面全息圖
4.4.1夫琅禾費全息圖
4.4.2傅立葉變換全息圖
4.4.3無透鏡傅立葉變換全息圖
4.4.4像全息圖
4.4.5相位型全息圖
4.5平面全息圖的衍射效率
4.5.1振幅全息圖的衍射效率
4.5.2相位全息圖的衍射效率
參考文獻
第5章數字全息及物光波前重建計算
（下 冊）
第6章 物光通過光學系統的波前重建
第7章 全息干涉計量的基本原理及常用技術
第8章數字全息在光學檢測中的套用
第9章 數字全息的3D顯示及動畫算法研究
附錄A 計算機圖像的基礎知識
附錄8 基本計算程式及套用實例
附錄C 彩色圖像附頁
附錄D 《衍射計算及數字全息》書附光碟內容
後記
第1章數學預備知識
1.1常用的幾種非初等函式
1.1.1矩形函式
1.1.2 sinc函式
1.1.3階躍函式
1.1.4符號函式
1.1.5三角函式
1.1.6圓域函式
1.1.7狄拉克ξ函式
1.1.8梳狀函式
1.2二維傅立葉變換
1.2.1二維傅立葉變換的定義和存在條件
1.2.2傅立葉變換定理
1.2.3二維傅立葉變換在極坐標下的表示
1.3線性系統
1.3.1線性系統的定義
1.3.2脈衝回響和疊加積分
1.3.3二維線性空間不變系統的定義
1.3.4線性空間不變系統的傳遞函式和本徵函式
1.4二維取樣定理
1.4.1函式的取樣
1.4.2原函式的復原
1.4.3空間一頻寬積
參考文獻
第2章標量衍射理論
2.1光波的複函數表示
2.1.1單色光的複函數表示
2.1.2三維空間中光波場的表達式
2.1.3空間平面上平面波及球面波的復振幅
2.2標量衍射理論
2.2.1波動方程
2.2.2波動方程的平面簡諧波解
2.2.3衍射的角譜理論
2.2.4基爾霍夫公式及瑞利一索末菲公式
2.2.5衍射問題的傍軸近似——菲涅耳衍射積分
2.2.6夫琅禾費衍射
2.3夫琅禾費衍射的計算實例
2.3.1矩形孔在透鏡焦平面上的衍射圖像
2.3.2圓形孔的夫琅禾費衍射
2.3.3三角形孔在透鏡焦平面上的衍射圖像
2.3.4振幅型正弦光柵的夫琅禾費衍射
2.4菲涅耳衍射積分的解析及半解析計算
2.4.1正弦振幅光柵的菲涅耳衍射
2.4.2矩形孔的菲涅耳衍射
2.4.3複雜形狀孔徑的菲涅耳衍射
2.4.4利用矩形孔衍射公式計算折射稜鏡陣列的衍射場
2.4.5三角形孔的菲涅耳衍射
2.5柯林斯公式
2.5.1傍軸光學系統的ABCD矩陣表示
2.5.2傍軸球面波的ABCD定律及等效傍軸透鏡光學系統
2.5.3柯林斯公式推導
2.6基於柯林斯公式討論單透鏡系統的光學變換性質
2.6.1物體在透鏡前
2.6.2物體在透鏡後
參考文獻
第3章衍射的數值計算及套用實例
3.1離散傅立葉變換與傅立葉變換的關係
3.1.1二維連續函式的離散及周期延拓
3.1.2離散傅立葉變換與傅立葉變換的關係
3.2菲涅耳衍射積分的快速傅立葉變換計算
3.2.1菲涅耳衍射積分的S—FFT算法
3.2.2菲涅耳衍射的S—FFT計算與實際測量的比較
3.2.3菲涅耳衍射的D—FFT算法
3.2.4 D—FFT算法的實驗證明
3.2.5菲涅耳衍射的分數傅立葉變換表示及其計算
3.2.6菲涅耳衍射的綜合孔徑表示及其計算
3.3經典衍射公式的快速傅立葉變換計算
3.3.1基爾霍夫公式及瑞利索末菲公式的卷積形式
3.3.2經典衍射公式的統一表述
3.3.3計算卷積形式的經典衍射公式時取樣條件的討論
3.3.4基於能量守恆原理對實際取樣條件的討論
3.3.5不同衍射積分的計算實例
3.3.6不同經典衍射公式的FFT計算研究小結
3.3.7經典衍射積分的逆運算
3.4柯林斯公式的計算
3.4.1柯林斯公式及其逆運算式
3.4.2柯林斯公式的S—FFT計算
3.4.3柯林斯公式逆運算的S—IFFT計算
3.4.4柯林斯公式的D—FFT計算
3.4.5柯林斯公式逆運算的D—FFT計算
3.4.6數值計算及實驗證明
3.5空間曲面衍射場的計算
3.5.1傾斜發光面及傾斜觀測面的衍射計算
3.5.2發光面為空間曲面的衍射場計算
3.5.3觀測面為空間曲面的衍射場計算
3.6 衍射數值計算的套用實例
3.6.1二元光學元件的設計
3.6.2三角形面源集合算法在計算全息中的套用
3.6.3空間觀測曲面衍射場計算的套用實例
參考文獻
第4章光全息的基本理論
4.1光全息術的基本原理
4.1.1光全息術概述
4.1.2同軸全息圖
4.1.3離軸全息圖
4.1.4離軸全息圖衍射像分離的條件
4.2部分相干理論及其在全息研究中的套用
4.2.1非單色光波場的解析信號表示
4.2.2非單色光楊氏干涉實驗研究
4.2.3全息研究中將光波視為完全相干波時應滿足的條件討論
4.2.4記錄菲涅耳平面全息圖的光學系統
4.3 菲涅耳全息圖及重現像性質研究
4.3.1點源全息圖的記錄
4.3.2點源全息圖的再現
4.3.3像的放大率
4.3.4像的線模糊
4.4幾種常用的平面全息圖
4.4.1夫琅禾費全息圖
4.4.2傅立葉變換全息圖
4.4.3無透鏡傅立葉變換全息圖
4.4.4像全息圖
4.4.5相位型全息圖
4.5平面全息圖的衍射效率
4.5.1振幅全息圖的衍射效率
4.5.2相位全息圖的衍射效率
參考文獻
第5章數字全息及物光波前重建計算
（下 冊）
第6章 物光通過光學系統的波前重建
第7章 全息干涉計量的基本原理及常用技術
第8章數字全息在光學檢測中的套用
第9章 數字全息的3D顯示及動畫算法研究
附錄A 計算機圖像的基礎知識
附錄8 基本計算程式及套用實例
附錄C 彩色圖像附頁
附錄D 《衍射計算及數字全息》書附光碟內容
後記
