Dangdang.com Введение в Optics Fourier (Четвертое издание) Издательство естественных наук, Источники настоящие книги
Цена: 3 277руб. (¥155.06)
Артикул: 613942995250
Вес товара: ~0.7 кг. Указан усредненный вес, который может отличаться от фактического. Не включен в цену, оплачивается при получении.
Описание товараПродавец:当当网官方旗舰店
Рейтинг:
Всего отзывов:0
Положительных:0
Добавить в корзину
Другие товары этого продавца
¥222.54 702руб.
¥63.41 340руб.
¥26.07551руб.
¥39.21829руб.
Оглавление
- Оглавление
Глава 1 Введение 1
1.1 Оптика, информация и связь 1
1.2 Обзор содержания этой книги 1
Глава 2 Анализ двумерных сигналов и систем 3
2.1 Двумерный анализ Фурье 3
2.1.1 Определение и условия существования 4
2.1.2 Преобразование Фурье как факторизация 6
2.1.3 Теорема 7 о преобразовании Фурье
2.1.4 Функции разделимых переменных 9
2.1.5 Функции с круговой симметрией: преобразование Фурье-Бесселя 10
2.1.6 Некоторые часто используемые функции и полезные пары преобразований Фурье 11
2.2 Пространственная частота и пространственно-частотная локализация 14
2.2.1 Локальная пространственная частота 14
2.2.2 Функция распределения Вигнера 17
2.3 Линейные системы 21
2.3.1 Линейные свойства и интегралы суперпозиции 22
2.3.2 Линейная инвариантная система: передаточная функция 23
2.4 Теория двумерной выборки 24
2.4.1 Теорема выборки Уиттекера-Шеннона 25
2.4.2 Передискретизация, недостаточная дискретизация и спектральная путаница 28
2.4.3 Произведение космической пропускной способности 30
2.5 Дискретное преобразование Фурье 30
2.6. Теорема 32 о проекции среза.
2.7 Восстановление фазы по величине значения преобразования Фурье 34
Упражнение 35
Глава 3. Основы скалярной теории дифракции 39
3.1 Историческое введение 39
3.2. От векторной теории к скалярной теории 42
3.3 Некоторые математические предпосылки 45
3.3.1 Уравнение Гельмгольца 45
3.3.2 Теорема Грина 46.
3.3.3 Интегральные теоремы Гельмгольца и Кирхгофа 46
3.4 Формула Кирхгофа для дифракции на плоском экране 49
3.4.1. Приложения теоремы интегрирования 49.
3.4.2 Граничные условия Кирхгофа 50
3.4.3 Формула дифракции Френеля-Кирхгофа 51
3.5 Формула дифракции Рэлея-Зоммерфельда 52
3.5.1 Альтернативы функции Грина 53
3.5.2 Формула дифракции Рэлея-Зоммерфельда 55
3.5.3 Повторяемость граничных условий 56
3.6. Сравнение теории Кирхгофа и теории Рэлея-Зоммерфельда 57
3.7 Дальнейшее обсуждение принципа Гюйгенса-Френеля 58
3.8. Обобщение на немонохроматические волны 59
3.9. Дифракция на границах 61
3.10. Угловой спектр плоской волны 61
3.10.1 Угловой спектр и его физическая интерпретация 62
3.10.2 Распространение углового спектра 63
3.10.3 Влияние дифракционной апертуры на угловой спектр 65
3.10.4 Явление распространения как линейный пространственный фильтр 65
Упражнение 67
Глава 4. Дифракция Френеля и дифракция Фраунгофера 68
4.1 Общие сведения 68
4.1.1 Напряженность волнового поля 68
4.1.2 Принцип Гюйгенса-Френеля в декартовой системе координат 70
4.2 Приближение Френеля 70
4.2.1 Положительная или отрицательная фаза 72
4.2.2 Точность приближения Френеля 73
4.2.3 Конечный интеграл квадратичной фазовой экспоненты 73
4.2.4 Френелевское приближение и угловой спектр 75
4.2.5 Дифракция Френеля между двумя конфокальными сферами 76
4.2.6 Дифракция Френеля, представленная матрицей переноса лучей 77
4.3. Приближение Фраунгофера 79.
4.4 Примеры дифрактограмм Фраунгофера 81
4.4.1 Прямоугольные отверстия 81
4.4.2 Круглые отверстия 82
4.4.3. Тонкие синусоидальные амплитудные решетки 84
4.4.4. Тонкие синусоидальные фазовые решетки 86
4.4.5 Общий метод расчета дифракционной эффективности решетки 89
4.5 Пример расчета дифракции Френеля 89
4.5.1. Дифракция Френеля на квадратной апертуре 89
4.5.2. Дифракция Френеля на круглой апертуре 92.
4.5.3. Дифракция Френеля на решетках синусоидальной амплитуды.—&мдаш;Талботу нравится 93
4.6. Лучевая оптика 97.
4.6.1 Гауссов пучок 97
4.6.2 Эрмитово-Гауссов пучок 99
4.6.3 Пучок Лагерра-Гаусса 101
4.6.4 Балки Бесселя 102
Упражнение 103
Глава 5. Вычисление дифракции и вычисление распространения 109
5.1. Некоторые методы расчета дифракции 109
5.2. Выборка пространственно ограниченных квадратичных фазовых экспоненциальных функций 110
5.3 Методы свертки 113
5.3.1 Соображения относительно пропускной способности и выборки 113
5.3.2 Формула дискретной свертки 114
5.3.3 Результаты моделирования 115
5.3.4 Свертка с преобразованием Фурье 117
5.4. Метод преобразования Френеля 117
5.4.1 Шаг выборки 117
5.4.2 Коэффициент выборки Q 118
5.4.3 Найдите необходимые M, Q и N 119
5.4.4 Дискретные формулы дифракции 119
5.4.5 Примеры зависимостей М и N от NF 120
5.4.6 Краткое описание шагов с использованием метода преобразования Френеля 121
5.4.7 Вычислительная сложность методов преобразования Френеля 121
5.5. Метод передаточной функции Френеля 122
5.5.1 Вопросы отбора проб 122
5.5.2 Нахождение N, M и G для каждой НФ 122
5.5.3 Дискретные формулы дифракции 123
5.5.4 Примеры зависимостей M, N и Q от NF 124
5.5.5 Краткое изложение шагов с использованием метода передаточной функции Френеля 125
5.5.6 Вычислительная сложность подхода с использованием передаточной функции Френеля 125
5.6. Метод точной передаточной функции 126
5.6.1 Выборка в частотной области 126
5.6.2 Отбор проб в воздушном пространстве 127
5.6.3 Результаты моделирования 128
5.6.4 Вычислительная сложность методов точных передаточных функций 130
5.7 Сравнение сложности вычислений 130
5.8 Обобщение на более сложные апертуры 134
5.8.1 Одномерный случай 134
5.8.2 Двумерная апертура с разделяющимися переменными в системе координат (x, y) 135
5.8.3 Круглая симметричная апертура 135
5.8.4 Более общий случай 137
5.9 Заключение 137
Упражнение 138
Глава 6. Волново-оптический анализ когерентных оптических систем 140
6.1. Тонкие линзы как фазопреобразователи 140
6.1.1 Функция толщины 141
6.1.2 Параксиальное приближение 142
6.1.3 Фазовое превращение и его физический смысл 142
6.2. Свойства преобразования Фурье линз 145
6.2.1 Вход рядом с линзой 146
6.2.2 Ввод перед линзой 148
6.2.3 Ввод за линзой 150
6.2.4 Пример оптического преобразования Фурье 151
6.3 Визуализация: монохроматическое освещение 151
6.3.1 Импульсная характеристика положительной линзы 151
6.3.2 Устранение квадратичных фазовых коэффициентов: закон линзы 153
6.3.3 Связь между объектами и изображениями 156
6.4. Анализ сложных когерентных оптических систем 157
6.4.1 Метод лучевой матрицы 157
6.4.2 Использование лучевых матриц для анализа двух оптических систем 158
Упражнения 160
Глава 7. Спектральный анализ систем оптической визуализации 166
7.1 Общий анализ систем визуализации 166
7.1.1 Общая модель 166
7.1.2 Влияние дифракции на изображение 168
7.1.3 Полихроматическое освещение: когерентные и некогерентные случаи 170
7.2. Частотная характеристика системы когерентной визуализации с дифракционным ограничением 174
7.2.1 Передаточная функция амплитуды 174
7.2.2 Примеры передаточных функций амплитуды 175
7.3. Частотная характеристика системы некогерентной визуализации с дифракционным ограничением 176
7.3.1 Оптическая передаточная функция 176
7.3.2 Общие свойства OTF 178
7.3.3 OTF для систем без аберраций 179
7.3.4 Примеры OTF для систем с ограничением дифракции 181
7.4 Аберрации и их влияние на частотную характеристику 183
7.4.1 Обобщенная функция зрачка 183
7.4.2 Влияние аберраций на передаточную функцию амплитуды 184
7.4.3 Влияние аберраций на OTF 184
7.4.4 Пример простой аберрации: ошибка фокусировки 186
7.4.5 Метод аподизации и его влияние на частотную характеристику 189
7.5 Сравнение когерентной и некогерентной визуализации 191
7.5.1 Спектр интенсивности изображения 192
7.5.2 Разрешение по двум точкам 294
7.5.3 Другие эффекты 195
7.6 Конфокальная микроскопия 197
7.6.1 Когерентный случай 198
7.6.2 Некогерентный случай 199
7.6.3 Оптическое расщепление 200
Упражнение 201
Глава 8. Функция распределения точки и разработка передаточной функции 206
8.1 Кубическая фазовая маска для увеличения глубины резкости 206
8.1.1 Глубина фокуса 206
8.1.2 Глубина резкости 207
8.1.3 Кубические фазовые маски 208
8.2 Функция распределения повернутой точки для улучшения разрешения по глубине 211
8.3 Разработка функции рассеяния точки для открытия экзопланеты 215
8.3.1 Коронограф Лио 215
8.3.2 Аподизация для подавления звездного света 218
8.4 Разрешение за пределами классического дифракционного предела 221
8.4.1 Аналитическое продолжение 222
8.4.2 Фурье-голография с синтетической апертурой 223
8.4.3 Алгоритм стека Фурье 224
8.4.4 Когерентное спектральное мультиплексирование 226
8.4.5 Визуализация при освещении некогерентным структурированным светом 230
8.4.6 Флуоресцентная микроскопия сверхвысокого разрешения 232
8.5 Камеры светового поля 235
Упражнение 238
Глава 9. Модуляция волнового фронта 239
9.1. Модуляция волнового фронта фотопленкой 239
9.1.1 Физические процессы воздействия, развития и фиксации 240
9.1.2 Определение терминов 241
9.1.3 Светочувствительная пленка или сухая пластинка в когерентной оптической системе 243
9.1.4 Функция передачи модуляции 245
9.1.5 Отбеливание фотолатекса 247
9.2. Модуляция волнового фронта с помощью дифракционных оптических элементов 248
9.2.1 Одноэтапная литография 249
9.2.2 Многоэтапный процесс фотолитографии 251
9.2.3 Другие типы дифракционных оптических элементов 254
9.2.4 Несколько напоминаний 254
9.3. Жидкокристаллический пространственный модулятор света 255
9.3.1 Свойства жидких кристаллов 255
9.3.2 Пространственные модуляторы света на основе жидких кристаллов 263
9.4 Деформируемый зеркальный пространственный модулятор света 267
9.5. Акустооптический пространственный модулятор света 269
9.6 Другие методы модуляции волнового фронта 273
Упражнения 273
Глава 10. Аналоговая оптическая обработка информации 275
10.1 Историческая справка 276
10.1.1 Эксперимент Аббе-Портера 276
10.1.2 Фазоконтрастный микроскоп Цернике 278
10.1.3 Улучшение качества фотографий: работа Mar.echal 279
10.1.4. Применение когерентной оптики для более общей обработки данных 280
10.2 Когерентная оптическая система обработки информации 281
10.2.1 Структура когерентных систем 281
10.2.2 Ограничения на реализацию фильтра 284
10.3 Фильтры VanderLugt 285
10.3.1 Синтез масок частотной плоскости 285
10.3.2 Обработка входных данных 288
10.3.3 Преимущества фильтра VanderLugt 290
10.4 Коррелятор совместного преобразования 290
10.5 Приложения для распознавания признаков 293
10.5.1 Согласованные фильтры 293
10.5.2 Проблема распознавания признаков 294
10.5.3 Оптический синтез для машин распознавания признаков 296
10.5.4 Чувствительность к размеру и вращению 298
10.6 Восстановление изображения 298
10.6.1 Инверсный фильтр 298
10.6.2 Фильтр Винера или фильтр минимальной среднеквадратической ошибки 299
10.6.3 Реализация фильтра 301
10.7 Система обработки акустических и оптических сигналов 304
10.7.1 Анализатор спектра с преобразованием акустики в свет по Брэггу 305
10.7.2 Пространственно интегрирующие корреляторы 306
10.7.3 Коррелятор временного интегрирования 308
10.7.4 Другие системы обработки акустических и оптических сигналов 310
10.8 Дискретный аналоговый оптический процессор 310
10.8.1 Дискретное представление информации и систем 310
10.8.2. Параллельные некогерентные матрично-векторные умножители 311
10.8.3 Методы обработки биполярных и комплексных данных 313
Упражнение 314
Глава 11 Голография 319
11.1 Историческое введение 319
11.2. Проблема воспроизведения волнового фронта 320
11.2.1 Регистрация амплитуды и фазы 320
11.2.2 Носитель записи 321
11.2.3 Реконструкция исходного волнового фронта 321
11.2.4. Линейные свойства голографического процесса 323
11.2.5 Голографическая визуализация 323
11.3 Голограмма Габора 324
11.3.1 Источник опорной волны 325
11.3.2 Близнецы 325
11.3.3 Ограничения голограмм Габора 326
11.4 Голограмма Лит-Упатников 327
11.4.1 Запись голограммы 327
11.4.2 Получение реконструированного изображения 328
11.4.3 Минимальный исходный угол 330°
11.4.4 Голография трехмерной сцены 331
11.4.5 Практические вопросы голографии 333
11.5 Положение изображения и увеличение 335
11.5.1 Расположение изображения 335
11.5.2 Аксиальное и боковое увеличение 338
11.5.3 Пример 338
11.6 Знакомство с различными типами голограмм 340
11.6.1 Голограмма Френеля, голограмма Фраунгофера, голограмма изображения и голограмма Фурье 340
11.6.2 Голограммы пропускания и отражения 341
11.6.3 Голографические стереоскопические фотографии 343
11.6.4 Радужная голограмма 344
11.6.5 Синтетические голограммы 346
11.6.6 Литые голограммы 348
11.7 Толстые голограммы 348
11.7.1 Объемная голографическая решетка 349
11.7.2. Восстановление волновых фронтов по объемным решеткам 350
11.7.3 Более сложная запись направления полосы оптического пути 352
11.7.4 Решетки конечного размера 353
11.7.5 Дифракционная эффективность—&мдаш;теория связанных волн 55
11.8 Записанный материал 364
11.8.1 Галогенсеребряная пленка 364
11.8.2 Фотополимерные пленки 365
11.8.3 Желатин дихроматированный 365
11.8.4 Фоторефрактивные кристаллические материалы 366
11.9 Вычисление голограмм 368
11.9.1 Выборка и вычислительные проблемы 369
11.9.2 Проблемы с выражениями 369
11.10 Ухудшение качества голограммы 376
11.10.1 Эффект пленки MTF 377
11.10.2 Эффекты нелинейности пленки 379
11.10.3 Влияние шума зернистости пленки 380
11.10.4 Спекл-шум 381
11.11 Цифровая голография 381
11.11.1 Цифровая голография внеосевой опорной волны 381
11.11.2 Цифровая голография с фазовым сдвигом 382
11.12 Голография с использованием пространственно-некогерентного света 383
11.13 Приложения голографии 386
11.13.1 Микроскопия и объемная визуализация высокого разрешения 386
11.13.2 Интерферометрия 387
11.13.3 Изображение через искажающую среду 392
11.13.4 Хранение голографических данных 395
11.13.5 Голографическое взвешивание для искусственных нейронных сетей 396
11.13.6 Другие приложения 399
Упражнения 400
Глава 12. Фурье-оптика в оптической связи 404
12.1 Введение 404
12.2. Волоконные брэгговские решетки 404.
12.2.1 Знакомство с оптическим волокном 405
12.2.2 Решетки записи в оптических волокнах 407
12.2.3 Влияние ВБР на распространение света в оптическом волокне 408
12.2.4 Применение ВБР 411
12.2.5 Решетки, работающие в трансмиссии 413
12.3. Формирование и обработка ультракоротких импульсов 414
12.3.1 Преобразование временной частоты в пространственную частоту 414
12.3.2 Система формирования импульсов 416
12.3.3 Применение формирования спектральных импульсов 417
12.4.Спектральная голография 419.
12.4.1 Запись спектральных голограмм 419
12.4.2 Реконструкция сигнала 421
12.4.3 Влияние задержки между опорным импульсом и формой сигнала 423
12.5. Матричные волноводные решетки 423
12.5.1 Основные компоненты массивных волноводных решеток 424
12.5.2 Применение матричных волноводных решеток 430
Упражнения 433
Приложение&дельта, функции и теорема о преобразовании Фурье 435
A.1&дельта, функция 435
А.2. Вывод теоремы о преобразовании Фурье 437.
Приложение Б. Введение в параксиальную геометрическую оптику 442
Б.1 Область геометрической оптики 442
B.2 Преломление, закон Снеллиуса и параксиальное приближение 444
B.3 Матрица лучевого переноса 444
B.4 Сопряженные, фокальные и главные плоскости 448
Б.5 Входные и выходные ученики 451
Приложение C. Поляризация и матрица Джонса 454
C.1 Определение матрицы Джонса 454
С.2 Пример простого преобразования поляризации 455
C.3 Светоотражающие поляризаторы 457
Приложение D. Решеточные уравнения 460
Рекомендации 462
Индекс 483
Введение
Анализ Фурье — это общий инструмент, широко используемый во многих областях физики и техники. В этой книге обсуждаются применения анализа Фурье в оптике, особенно в дифракции, визуализации, оптической обработке данных и голографии.Содержание включает анализ двумерных сигналов и систем, теоретические основы скалярной дифракции, дифракции Френеля и дифракции Фраунгофера, вычислительную дифракцию и вычислительное распространение, волновой оптический анализ когерентных оптических систем, спектральный анализ систем оптического изображения, разработку функций рассеяния точки и передаточных функций, модуляцию волнового фронта, аналоговую оптическую обработку информации, голографию, оптику Фурье в оптической связи и т. д.