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第1章 衍射、傅里叶光学与成像 1

1.1 本章引论 1

1.2 日益重要的应用举例 2

1.2.1 密集波分复用（DWDM）／解复用 2

1.2.2 光学与微波DWDM系统 2

1.2.3 衍射与亚波长光学元件 2

1.2.4 纳米尺度衍射器件与严格衍射理论 3

1.2.5 现代成像技术 3

第2章 线性系统与变换 4

2.1 本章引论 4

2.2 线性系统与平移不变性 4

2.3 连续空间傅里叶变换 6

2.4 傅里叶变换的存在条件 7

2.5 傅里叶变换的性质 7

2.6 实傅里叶变换 11

2.7 幅度谱和相位谱 13

2.8 汉克尔变换 13

第3章 波传播基本定理 16

3.1 本章引论 16

3.2 波 16

3.3 电磁波 20

3.4 相量表示法 21

3.5 非电介质中的波动方程 21

3.6 非电介质中的波动方程的相量表示 23

3.7 平面电磁波 24

第4章 标量衍射理论 27

4.1 本章引论 27

4.2 亥姆霍兹方程 27

4.3 平面波角谱 29

4.4 平面波角谱的快速傅里叶变换（FFT） 31

4.5 基尔霍夫衍射理论 35

4.5.1 基尔霍夫衍射理论 35

4.5.2 菲涅耳-基尔霍夫衍射公式 36

4.6 瑞利-索末菲衍射理论 37

4.6.1 基尔霍夫近似 38

4.6.2 第二瑞利-索末菲公式 38

4.7 第一瑞利-索末菲衍射积分的另一种推导 38

4.8 非单色波的瑞利-索末菲衍射积分 39

第5章 菲涅耳与夫琅禾费近似 40

5.1 本章引论 40

5.2 菲涅耳衍射 40

5.3 菲涅耳衍射的快速傅里叶变换的实现 45

5.4 傍轴波动方程 46

5.5 夫琅禾费衍射 47

5.6 衍射光栅 48

5.7 正弦幅值光栅的夫琅禾费衍射 49

5.8 正弦幅值光栅的菲涅耳衍射 50

5.9 正弦相位光栅的夫琅禾费衍射 51

5.10 狭缝衍射光栅 52

第6章 逆衍射 53

6.1 本章引论 53

6.2 菲涅耳和夫琅禾费近似的逆衍射问题 53

6.3 角谱表述下的逆衍射 53

6.4 分析 54

第7章 宽角度下标量衍射理论的近场和远场近似 57

7.1 本章引论 57

7.2 菲涅耳和夫琅禾费近似的回顾 58

7.3 径向近似 59

7.4 高阶改进与分析 60

7.5 逆衍射与迭代优化 61

7.6 数值算例 62

7.7 更高精度近似 67

7.8 小结 68

第8章 几何光学 69

8.1 本章引论 69

8.2 光线的传播 69

8.3 光线方程 71

8.4 程函方程 72

8.5 局部空间频率和光线 73

8.6 子午面光线的矩阵表示 75

8.7 厚透镜 79

8.8 光学系统的入瞳和出瞳 80

第9章 傅里叶变换和相干光学系统成像 82

9.1 本章引论 82

9.2 薄透镜的相变 82

9.3 透镜的傅里叶变换 83

9.3.1 波场入射在透镜上 83

9.3.2 初始波场在透镜左侧 83

9.3.3 初始波场在透镜右侧 84

9.4 基于二维线性滤波的成像 85

9.4.1 有限透镜孔径的影响 86

9.5 相衬显微术 86

9.6 共焦扫描显微术 88

9.6.1 图像形成 88

9.7 复杂光学系统的算子代数 90

第10章 准单色波成像 94

10.1 本章引论 94

10.2 希尔伯特变换 94

10.3 解析信号 96

10.4 非单色波场的解析信号表示 99

10.5 准单色波、相干和非相干波 99

10.6 一般成像系统中的衍射效应 100

10.7 准单色波场成像 100

10.7.1 干涉成像 101

10.7.2 非相干成像 102

10.8 衍射受限成像系统的频率响应 102

10.8.1 相干成像系统 102

10.8.2 非相干成像系统 102

10.9 光学传递函数的计算机计算 105

10.10 像差 106

10.10.1 泽尔尼克（Zernike）多项式 107

第11章 基于波调制的光学器件 110

11.1 本章引论 110

11.2 照相胶片和干板 110

11.3 胶片的透光率 111

11.4 调制传递函数 112

11.5 漂白 113

11.6 衍射光学、二元光学和数字光学 113

11.7 电子束刻蚀 114

11.7.1 衍射光学元件的应用 115

第12章 光在非均匀介质中传播 116

12.1 本章引论 116

12.2 非均匀介质的亥姆霍兹方程 116

12.3 非均匀介质的傍轴波动方程 117

12.4 光束传播法（BPM） 117

12.4.1 波在折射率为？的均匀介质中传播 118

12.4.2 虚透镜效应 118

12.5 波在定向耦合器中的传播 119

12.5.1 耦合模理论概述 119

12.5.2 耦合模理论和光束传播法（BPM）的计算对比 120

第13章 全息 122

13.1 本章引论 122

13.2 相干波前记录 122

13.2.1 利思-厄帕尼斯克斯（Leith-Upatnieks）全息图 123

13.3 全息图的类型 124

13.3.1 菲涅耳和夫琅禾费全息图 124

13.3.2 像面全息图和傅里叶全息图 125

13.3.3 体全息图 125

13.3.4 模压全息图 126

13.4 用计算机模拟全息图的再现 126

13.5 全息成像的放大和分析 127

13.6 像差 129

第14章 切趾，超分辨率和缺失信息恢复 131

14.1 本章引论 131

14.2 切趾 132

14.2.1 离散时间窗 132

14.3 两点分辨率和信号恢复 134

14.4 收缩 135

14.4.1 收缩映射定理 136

14.5 用于信号恢复的收缩迭代方法 137

14.6 约束迭代反卷积 138

14.7 投影方法 140

14.8 凸集投影方法（POCS） 141

14.9 盖师贝格-帕普里斯算法（GP算法） 142

14.10 其他的凸集投影算法 142

14.11 从相位恢复信号 143

14.12 用离散傅里叶变换从离散相位函数中重构信号 144

14.13 广义投影 145

14.14 从幅值恢复信号 146

14.14.1 陷阱和隧道 147

14.15 用最小二乘法和广义逆法恢复图像 148

14.16 通过奇异值分解计算H＋ 148

14.17 最速下降法 150

14.18 共轭梯度法 151

第15章 衍射光学Ⅰ 153

15.1 本章引论 153

15.2 罗曼法 154

15.3 罗曼法中的近似 155

15.4 常幅值罗曼法 156

15.5 量化罗曼法 156

15.6 罗曼法的计算机仿真 157

15.7 基于硬限幅的傅里叶法 159

15.8 一种3-D点图像重构的简单算法 160

15.8.1 实验 161

15.9 快速加权零交叉算法 162

15.9.1 离轴平面参考波 164

15.9.2 实验 164

15.10 单图全息术 164

15.10.1 成像分析 166

15.10.2 实验 168

15.11 菲涅耳波带片 169

第16章 衍射光学Ⅱ 170

16.1 本章引论 170

16.2 虚拟全息 170

16.2.1 相位的确定 170

16.2.2 孔径效应 172

16.2.3 成像分析 172

16.2.4 信息容量，分辨率，带宽及冗余 174

16.2.5 体积效应 175

16.2.6 波长变化和／或构建及重构中全息图尺寸的变化引起的失真 176

16.2.7 实验 176

16.3 用于二元DOE设计的POCS方法 178

16.4 交叉迭代技术（IIT） 179

16.4.1 IIT算法实验 180

16.5 最优频率抽取交叉迭代技术（ODIFIIT） 181

16.5.1 ODIFIIT法的实验 184

16.6 复合的罗曼-ODIFIIT法 185

16.6.1 LM-ODIFIIT法的计算机实验 186

第17章 计算机成像技术Ⅰ：合成孔径雷达 189

17.1 本章简介 189

17.2 合成孔径雷达 189

17.3 测距分辨率 190

17.4 脉冲波形的选择 191

17.5 匹配滤波器 192

17.6 运用匹配滤波进行脉冲压缩 193

17.7 方位角分辨率 195

17.8 简化的SAR成像理论 196

17.9 用菲涅耳近似进行图像重构 198

17.10 数字图像重构算法 199

第18章 计算机成像技术Ⅱ：图像投影重构 201

18.1 本章引论 201

18.2 Radon变换 201

18.3 投影切片定理 202

18.4 逆Radon变换 203

18.5 Radon变换的性质 204

18.6 利用投影重构信号 205

18.7 傅里叶重构法 205

18.8 滤波-反投影算法 206

第19章 密集波分复用 209

19.1 本章引论 209

19.2 阵列波导光栅 209

19.3 不规则采样的零交叉法（MISZC） 212

19.3.1 修正项的计算方法 213

19.3.2 推广MISZC到三维结构 214

19.4 对MISZC的分析 214

19.4.1 色散分析 216

19.4.2 有限尺寸孔径 217

19.5 计算实验 217

19.5.1 点源孔径 218

19.5.2 多信道 219

19.5.3 有限尺寸孔径 219

19.5.4 生成负相位的方法 220

19.5.5 误差容限 220

19.5.6 3-D仿真 221

19.5.7 相位量化 221

19.6 实现过程中的问题 222

第20章 严格衍射理论的数值方法 224

20.1 本章引论 224

20.2 基于有限差分法的BPM 224

20.3 宽角度BPM 226

20.4 有限差分 228

20.5 时域有限差分法 228

20.6 计算机实验 231

20.7 傅里叶模式法 232

附录 235

附录A 脉冲函数 235

附录B 线性矢量空间 237

B.1 本章引论 237

B.2 矢量空间的性质 239

B.3 内积矢量空间 240

B.4 希尔伯特空间 242

附录C 离散时间傅里叶变换、离散傅里叶变换与快速傅里叶变换 243

C.1 离散时间傅里叶变换 243

C.2 离散时间傅里叶变换和傅里叶变换之间的联系 244

C.3 离散傅里叶变换 245

C.4 快速傅里叶变换 246

参考文献 247